美的集团生产设备远程监控系统解决方案知识交流.docx

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美的集团生产设备远程监控系统解决方案知识交流

美的集团生产设备远程监控系统

解

决

方

案

深圳市信立科技有限公司

2012年9月25日

1.概述

1.1项目背景

能源是经济社会可持续发展的重要物质基础。

加强能源管理，提高能源利用效率，是提高经济运行质量、改善环境和增强企业市场竞争力的重要措施，也是缓解当前经济社会发展面临的能源约束矛盾、建设节约型社会、实现经济社会可持续发展的根本保障。

做好能源管理，统计是基础，计量是关键。

加强能源计量管理，提高能源利用率是减少资源消耗的有效途径之一，是走新型工业化道路的重要内容。

能源计量工作是企业加强能源管理、提高能源管理水平的重要基础，是企业贯彻执行国家节能法规、政策、标准，合理用能，优化能源结构，提高能源利用效率，提高经济效益和市场竞争力的重要保证，是国家依法实施节能监督管理，评价企业能源利用状况的重要依据。

  美的集团是一家以家电业为主，涉足照明电器、房地产、物流等领域的大型综合性现代化企业集团，旗下拥有三家上市公司、四大产业集团，是中国最具规模的白色家电生产基地和出口基地之一。

美的集团主要产品有家用空调、商用空调、大型中央空调、冰箱、洗衣机、饮水机、电饭煲、电磁炉、电压力锅、微波炉、烤箱、风扇、取暖器、空气清新机、洗碗机、消毒柜、抽油烟机、热水器、吸尘器、豆浆机、电水壶、煎烤机、酒柜、电吹风机、热水器等家电产品和空调压缩机、冰箱压缩机、电机、磁控管、变压器等家电配件产品，拥有中国最大最完整的空调产业链、微波炉产业链、洗衣机产业链、冰箱产业链和洗碗机产业链，拥有中国最大最完整的小家电产品群和厨房家电产品群。

美的集团的项目需求，一个总厂，下面有7个分厂（总装一分厂、总装二分厂、总装三分厂、轻商分厂、注塑分厂、电子分厂、部装分厂）的监控和信息分析。

主要实现对各分厂的各线体现场电能表、各种流量计量表（如压缩空气流量、石油气流量、氧气流量、氮气流量等）的实时数据采集及监控，实现各分厂的各线体的用电量、用压缩空气量、用石油气量、用氮气量、用氧气量等的计算、统计、分析，实现统计报表功能、实时数据和状态显示功能、历史和实时曲线功能、远程控制功能、管理功能、冗余功能，并且要求系统具有良好的开放性，可以与其它信息系统等进行数据交换。

1.2项目需求

美的集团远程管理项目需求：

1、实时数据采集及监控：

采集各分厂的各线体现场电能表、各种流量计量表（如压缩空气流量、石油气流量、氧气流量、氮气流量等）的实时数据，并对数据进行存储处理，建立实时数据库和历史数据处理库；

2、全集团范围内各分厂的各线体电能表、流量计量表的实时信息，简单通用的客户端工具（例如监视画面、Internet浏览器）使用户在办公区域内，按照相应权限在PC机上方便地浏览查询，获得及时、准确、一致的各种实时及历史数据，从而使管理人员及时了解各分厂的各线体用电状况，用压缩空气情况，用石油气情况，用氧气情况，用氮气情况等，及时发现问题，解决问题；

3、利用各种分析、统计、计算方法，实现各分厂的各线体的用电量、用压缩空气量、用石油气量、用氮气量、用氧气量等的计算、统计、分析；

4、统计报表功能：

根据用户需求制作各种数据报表，报表的数据来源为通过采集系统获取功能所提取到的数据。

系统能够统计表计数值，并按照定价进行计算处理、统计计算结果，能将结果以表格、直方图、曲线和数据库文件的形式输出。

系统可以即时输出各分厂的各线体的表计数据。

可以统计计算出损耗。

可以随时查阅、检索存在系统历史数据库中的表计数据记录。

系统报表可以是日报、周报、旬报、月报、季报、年报，也可以灵活地选择任意时间段的报表。

所有报表可以在计算机上预览和通过WEB浏览，并通过打印机打印，也可以导出到Excel文件；

5、实时数据和状态显示：

系统管理中心自动采集各分厂的各线体表计实时数据，所采集的数据包含正向有功电能、压缩空气流量、氧气流量、氮气流量、石油气流量、仪表工作状态、报警信息等，采用24小时不间断工作制，实时在线采集。

系统通过图形化的仪表、指针、报警指示灯等直观的显示表计数据和工作状态，为用户提供友好的人机界面；

6、历史和实时曲线功能：

系统可以查看历史、实时数据曲线趋势，打印历史、实时曲线趋势图等；

7、远程控制：

在表计带有通断功能的前提下，接到控制中心的通断控制指令时，能够接通、切断各安装位置的电、压缩空气、石油气、氧气、氮气，从而达到远程控制通断的目的；

8、管理功能：

（1）系统提供各种信息查询功能，并可打印出相应的单据。

（2）系统具有监控整个系统内表计使用情况的功能，自动判断出异常情况。

（3）系统为用户设有分级密码，安全可靠性高。

也具有管理用户功能，如新建用户、修改用户、删除用户、注销用户等等。

（4）报警管理，如：

通信故障告警、高低限报警、状态变化告警等等。

（5）事件记录管理，可以对事件记录和故障记录进行查询、打印、导出；

9、冗余功能（客户可选）：

计算机系统难免会出现网络故障或服务器死机等问题，并且随着系统的投入运行和时间的推进，会有越来越多的数据保存在数据库中，这些数据可能是很少有人去频繁访问的，它会使整个数据库变得越来越大，使在现有硬件环境下数据库系统性能下降，当计算机系统出现故障时，容易造成历史数据文件的丢失，因此系统采用双机热备的冗余配置，当一台服务器出现故障时系统自动切换到备用服务器工作，不间断自动采集工作，这样可以最大程度的保证数据完整性；

10、系统具有良好的开放性，可以与其它信息系统等进行数据交换。

2、系统总体方案设计

2.1系统方案

美的集团设备远程管理系统可划分为二级分布式系统，监控中心为第二级，现场工作站为第一级。

监控中心负责将从各厂房设备采集到的实时数据通过我公司实时监控产品KingSCADA展示给系统管理人员及客户。

现场工作站是由美的公司厂房设备监控系统（使用的是KingView6.53或KingView6.55，或者数据采集器IOServer）组成，主要负责厂房的设备监控，以及将现场数据采集到监控中心（监控整个产业园区）的KingSCADA中。

2.1.1数据采集

我公司数据采集产品，能完成海量过程数据采集，不受任何介质限制，具备缓存和断点续传功能；支持3600多种设备，可根据通讯协议定制开发各类驱动、采集程序。

如果现场监控采用的是计算机监控系统，可用我公司产品KingView6.53或KingView6.55完成对厂房设备的实时监控，并通过我公司数据采集产品IOServer（是一组独立的应用程序，是KingSCADA的数据采集器，负责为KingSCADA采集数据）采集各厂房设备数据，并通过监控中心KingSCADA展示各厂房的实时监控状况；如果厂房没有监控系统，只是现场设备，可用IOServer完成对厂房设备数据的采集，并通过监控中心KingSCADA展示各厂房的实时监控状况。

KingSCADA具有SQL访问功能，能实现KingSCADA和其他外部数据库（包括我公司工业数据库KingHistorian、其它关系数据库）之间的数据传输。

它包括SQL访问管理器和相关的SQL函数，可以通过SQL相关函数直接操作数据库中的数据。

从而可实现从能源管理数据库的获取数据，向能源管理数据库存储数据，通过KingSCADA展示能源管理信息。

✍我公司可根据美的公司数据采集的实际需求，当采集设备多样化时，定制开发数据采集器，即定制开发不同设备的驱动，以提供安全、稳定、可靠、高效的数据采集。

2.1.2WEB发布

为了保障稳定、快速的信息发布，我公司为用户提供了一种能统一管理、自动部署KingSCADA客户机客户端软件和工程的技术手段，即基于B/S架构的Web化集中管理技术。

基于B/S架构的Web化集中管理技术是将KingSCADAClient工程和客户机软件以网页程序形式存放在网络的Web服务器上，各客户机只须运行本机自带的网页浏览器软件，浏览Web服务器上的网页文件，网页文件里的下载插件即可将网站上的Client工程包和客户机软件自动下载，安装，并自动加载客户端运行。

管理人员可通过台式机、笔记本电脑等工具连入互联网，远程登录系统，实现数据的远程（因特网/内联网）的可视化访问，访问过程非常简单，和上网一样，而且远程客户端没有数量和地点限制。

为了保证系统的稳定性与安全性，监控中心KingSCADA通过硬件方式冗余，当工作的KingSCADA主机出现异常，KingSCADA冗余机立刻接管它，继续工作，保证数据采集和监控正常进行。

✍针对美的集团提出的“冗余功能”需求，KingSCADA的双机热备冗余功能可以最大程度的保证数据完整性，保证数据采集和监控正常进行。

系统方案结构图

如图为系统方案的结构图。

为了保证的系统WEB发布稳定性与安全性，Web发布服务器WebServer通过硬件方式冗余，当工作的WebServer出现异常，WebServer冗余服务器立刻接管它继续工作，保证WEB发布数据采集和查询正常进行。

2.2监控中心KingSCADA功能

2.2.1工控软件性能

KingSCADA3.1是一款通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。

用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息。

它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发。

KingSCADA能够帮助您将实时数据融入到企业信息管理系统中，为企业各级用户提供有价值的实时数据及系统监控权限，使企业能够更高效、更迅速的得到最优化的数据。

ØKingSCADA报警数据库性能：

◆单机数据库容量：

3万变量点

◆发送吞吐量：

>5000条记录/秒

◆报警库接收吞吐量：

1.1万条记录/秒

◆订阅发布吞吐量：

客户端1.1万条记录/秒

◆并发客户端：

支持大于100个

◆存储速度：

Access：

4000-1500条记录/秒

◆SQLServer：

大于2000条记录/秒

◆查询速度：

Access：

300万深度查询1000条记录<1秒

◆SQLServer：

300万深度查询1000条记录<1.6秒

◆占用存储空间：

ØKingSCADA历史库性能：

◆单机数据库容量：

3万变量点

◆吞吐量：

2.1~2.3万记录/秒

◆并发客户端：

支持大于64个

◆查询速度（响应时间）：

5000个变量存储10000条记录耗时200~300毫秒。

100个变量查询10000条记录，耗时110毫秒

◆历史冗余切换时间：

小于2s

存储时间范围：

客户定制，可精确到毫秒级

ØIOServer性能参数：

◆可容纳点数：

无限制

◆可定义数据块数：

无限制

◆单数据块（100变量点）采集速度：

15-20ms

◆并发客户端：

最多255个

◆IOServer之间切换时间：

小于2秒

◆最长数据缓存时间：

7天

◆支持操作系统：

MicrosoftWindowsNT4.0/2000/XP/Vista/Win2003serversp2/WinCE

✍对于“采集各分厂的各线体现场电能表、各种流量计量表（如压缩空气流量、石油气流量、氧气流量、氮气流量等）的实时数据，并对数据进行存储处理，建立实时数据库和历史数据处理库”这一需求，可通过KingSCADA来实现，也可通过我公司的组态王系列产品KingView6.53或KingView6.55来实现。

✍KingView6.53、KingView6.55、KingSCADA均为我公司的通用工业监控软件，区别在于KingView系列产品属于低端产品，KingSCADA属于中高端产品，但均能完成“自动采集各分厂的各线体表计实时数据，所采集的数据包含正向有功电能、压缩空气流量、氧气流量、氮气流量、石油气流量、仪表工作状态、报警信息等，采用24小时不间断工作制，实时在线采集”这一需求。

（KingView各方面性能在业界熟悉度较高，目前最新版本Kingview6.55支持WIN7操作系统，本方案中不作赘述。

）

ØKingSCADA的开放性：

◆其他程序能够通过多种方式访问KingSCADA的数据充分体现了该软件的开放性，一个软件的开放性是指该软件能与多种通讯协议互联，是衡量一个软件好坏的重要指标；

◆KingSCADA支持动态数据交换（DDE），能够方便地和其他支持动态数据交换的应用程序交换数据。

通过DDE接口，KingSCADA可以与EXCEL、VB等服务程序进行动态数据交换；

◆KingSCADA还提供了标准的OPC接口，可以方便地与其他具有OPC标准的工业应用程序或外部控制设备进行数据交换；

◆除此之外，系统还提供了100多个API接口，可以实现与KingSCADA系统的数据交互。

✍KingSCADA良好的开放性，可满足美的集团提出的“系统具有良好的开放性，可以与其它信息系统等进行数据交换”这一需求。

2.2.2大画面与无级缩放功能

一个复杂的工艺流程有时很难在一个屏幕大小的画面上显示出来，如果分开为多个画面，则不能体现工艺流程的完整性，而且操作和浏览上也会造成不便。

KingSCADA3.1支持大画面和导航图，支持画面的最大像素为32000*32000，并通过导航图进行整个画面的浏览。

无级缩放是指无论放大或者缩小，都能清晰地按照显示原有画面，画面不受放大、缩小的影响，不失真。

KingSCADA3.1具有强大的无级缩放功能，即可细致入微，又可统观整体，无论在开发过程中，还是工程运行时，都能无限的扩展您的可视空间。

✍针对美的公司“系统通过图形化的仪表、指针、报警指示灯等直观的显示表计数据和工作状态，为用户提供友好的人机界面”这一需求，KingSCADA的大画面、无级缩放功能可将美的公司重要设备的运行状况通过矢量图集中显示在中心大屏幕上，且画面保证不失真。

2.3WEB发布功能

管理人员在客户端可方便地通过IE浏览系统发布的画面，实时了解现场设备的运行信息。

数据展示平台KingGraphic支持Internet信息发布。

KingGraphic画面浏览器Web控件能无缝嵌入到网页浏览器中运行，并且接受Web服务器发送的实时数据，驱动KingGraphic画面组态文件运行并生成动态显示画面。

进行访问操作的工作统一交给Web服务器去完成，可有效地保护了企业数据平台的管理访问权限，同时大大地简化了客户端电脑的工作，也避免了大量客户端的重复访问对数据源造成的严重负担和访问滞塞。

管理人员可通过台式机、笔记本电脑等工具连入互联网，远程登录系统。

客户端以控件方式在标准的Web浏览器界面中显示KingGraphic视图，就可以实现数据的远程（因特网/内联网）的可视化访问，访问过程非常简单，和上网一样，而且远程客户端没有数量和地点限制。

为解决企业用户客户端的随意性和升级维护等难题，KingGraphic除了提供传统的画面浏览器桌面产品外，还提供一个能基于网页浏览器运行的画面浏览器Web插件，借助Internet技术实现客户端零维护。

最新版本的画面浏览器Web插件和KingGraphic流程图组态文件被统一部署在Web服务器上，客户端除网页浏览器外不需任何其它软件，就能实现画面浏览器Web插件的自动下载、安装、运行和更新，同时KingGraphic组态文件的自动下载更新和运行则由画面浏览器Web插件全权负责，最小化的成本完成KingGraphic软件模块和应用的分发。

WEB发布服务具备Internet发布功能、B/S模式客户端，具备最多300客户端登陆系统并发客户同时存储和检索实时及历史数据。

200客户端并发客户同时检索实时及历史数据可达20000条数据每秒，用户可通过Internet了解各类设备运行信息，包含单台和系统运行状态。

对于企业内网用户可以根据用户权限，通过局域网或虚拟专网（TCP/IP\VPN），自由访问C/S模式客户端。

✍针对“全集团范围内各分厂的各线体电能表、流量计量表的实时信息，简单通用的客户端工具（例如监视画面、Internet浏览器）使用户在办公区域内，按照相应权限在PC机上方便地浏览查询，获得及时、准确、一致的各种实时及历史数据，从而使管理人员及时了解各分厂的各线体用电状况”这一需求，可通过KingSCADA的Web发布功能实现。

各客户机只须运行本机自带的网页浏览器软件，浏览Web服务器上的网页文件，网页文件里的下载插件即可自动将网站上的Client工程包和客户机软件自动下载，安装，并自动加载客户端运行，方便、快捷。

2.4C/S架构功能

KingSCADA的网络是一种基于分布式处理的柔性结构，柔性的网络结构能够适应从简单的单机模式，到数百节点的网络环境。

单机模式不具有网络功能，所有的服务与站点应用都运行在一个节点上。

而分布式网络结构可以将整个应用程序分配给多个服务器，可以引用远程站点的变量到本地使用（显示、计算等），这样可以提高项目的整体容量并改善系统的性能。

KingSCADA的网络结构基于客户端—服务器模式，运行在基于TCP/IP网络协议的网上，使用户能够实现上、下位机以及更高层次的厂级连网。

TCP/IP网络协议提供了在不同硬件体系结构和操作系统的计算机组成的网络上进行通信的能力。

一台PC机通过TCP/IP网络协议可以和多个远程计算机（即远程节点）进行通讯。

并且KingSCADA引入了“工程师站”的概念，用户可以在“工程师站”上完成整个网络的组态，然后部署（下载）到各个操作员站、服务器（实时数据服务器、历史数据服务器、报警数据服务器等）中。

KingSCADA将应用程序根据物理设备结构或功能的不同来分配服务器，用户可以根据系统需要设立专门的实时数据服务器、历史数据服务器、报警数据服务器、登录服务器和校时服务器等。

一个工作站站点可以充当多种服务器功能，如实时数据服务器可以被同时指定为报警数据服务器、历史数据服务器、登录服务器等。

报警数据服务器可以同时作为历史数据服务器、登录服务器等。

网络结构图如下图5所示：

图5网络结构图

✍KingSCADA远程变量的引用功能，使用户能够实现上、下位机以及更高层次的厂级连网，引用远程站点的变量到本地显示、计算等，实现，提高项目的整体容量，改善系统的性能。

3、系统升级

随着时间推移设备越来越多，数据库服务器系统负担繁忙时，可以逐步将统计计算服务KingCalcucation从数据库服务器中分离出来，形成独立的各自服务器；如果需要系统中可能扩充至多台统计计算服务器、多台工业实时数据库服务器;增加新的服务时，可不必停止已有的服务。

如图6所示，系统升级部署方案。

图6系统升级部署方案

系统升级方案是伴随着美的集团业务的不断壮大，所监控的设备不断增加，而设计的集中监控方案。

该集中监控系统分为三级：

现场工作站、监控中心、集控中心。

集控中心采用我公司工业数据库产品KingHistorian，通过采集、存储各园区设备远程管理系统的数据。

再通过计算引擎KingCalculation、预警平台KingA&E、模型对象平台KingModel进行计算、分析、处理。

经计算引擎KingCalculation、预警平台KingA&E、模型对象平台KingModel处理后数据将存储到工业库KingHistorian中，并由我公司的数据展示软件KingGraphic进行全方位的可视化展示。

为了保障稳定、快速的信息发布，工业数据库KingHistorian采用镜像技术。

KingHistorian数据服务器可以配置镜像服务器。

当主服务器收到采集到的数据后，会同时转发一份数据给镜像服务器，这样两台服务器的数据可以保持一致。

事实上，可以转发的不仅仅是变量数据，还包括变量属性和采集器等其他信息。

经镜像后，网络结构分为数采网、办公网两部分，数采网主要负责数据的采集、展示，办公网主要负责集团内部员工通过IE浏览系统监控信息。

数采网与办公网通过防火墙隔离开，防止办公网的病毒侵入到数采网，从而保障系统的安全性。

KingHistorian镜像服务器作为WEB发布服务器专门负责现场监控信息的WEB发布，供办公网使用。

而工业数据库KingHistorian则作为数据存储服务器，作为KingCalculation、KingA&E、KingModel、KingGraphic的数据源。

并存储经KingCalculation、KingA&E、KingModel处理后数据，通过KingGraphic进行数据展示，供数采网使用。

管理人员可通过台式机、笔记本电脑等工具连入互联网，远程登录系统，实现数据的远程（因特网/内联网）的可视化访问，访问过程非常简单，和上网一样，而且远程客户端没有数量和地点限制。

KingHistorian3.0的性能指标

●毫秒级的数据采集：

KingHistorian的数据采集时间分辨率为毫秒。

●单台数据库服务器稳定支持100万设备监控点的数据存储；

●支持10年连续历史数据的存储、分析与查询；

●存储速度：

每秒平均可存储（插入）500,000个输入值；

●高效的数据压缩：

采用高效数据压缩算法，KingHistorian将存储的数据压缩到只占磁盘极小空间。

（压缩率可达25%-95%，即根据过程数据特点和压缩方式，压缩掉的数据占原数据的25%-95%。

）

●检索速度：

单客户端查询任意时间段100万条数据，不超过5秒；256个客户端并发查询，每秒峰值达2万条记录；

●数据容量：

可以保存长达数月甚至数年的历史数据保存和归档，最长保存10年历史数据，数据文件占有的磁盘空间可高达几十TB；

●支持256个并发客户端；最多可支持500个客户端；

●可以从文件中导入数据到数据库当中，支持的文件格式包括CSV和XML；

●可以手工（通过工具软件）插入数据到历史数据库；

●可以通过其他的应用程序将历史数据库数据导入其它数据库当中，例如SQLServer、Oracle、Excel、Access等；

●开放的底层API编程接口和工具包，允许用户和第三方开发定制高效的工具程序；支持的函数包括服务器与接口站的配置函数和状态信息的查询函数、标签点配置函数、实时/历史数据的查询、修改、删除与统计计算函数等；

●提供COM自动化的编程模型，允许用户使用诸如VBScript之类的脚本语言来方便的开发自己的应用；

●支持集群冗余镜像等功能，通过配置可以保证极高的可用性；

●高容错性的灾难恢复机制，数据库系统在任何情况下（包括系统崩溃、突然掉电、程序异常退出等）都能保证数据的完整性和一致性。

4、功能实现

本部分内容为我公司各类组态软件在某些行业的实际功能应用。

通过实际应用的工程画面举例展示我公司软件所能使用的相关功能，供参考。

4.1总貌示意画面

监控画面具有无级缩放的功能，操作者可以直接调整画面百分比来调节界面显示效果，不再受分辨率的影响。

另外该系统总貌图包含集控中心和各子系统，操作员可以在中心和子系统间实现自由切换。

如图7为系统总貌示意图。

图7系统总貌示意图

4.2用户管理画面

能源计划的查询具有数据权限的约束，即不同级别的人，根据其所管理厂区、车间的不同，只能查看所管辖厂区、车间的计划。

用户管理功能可以设置不同级别的人员查看、管理数据的权限；可添加用户、修改用户、删除用户、注销用户

图8用户管理画面

✍该功能可实现“按照相应权限在PC机上方便地浏览查询，获得及时、准确、一致的各种实时及历史数据；系统为用户设有分级密码，具有管理用户功能，如新建用户、修改用户、删除用户、注销用户”这一需求。

4.3监控系统画面

以下监控系统画面为我公司为某能源管理项目制作的