1、采油厂生产实时信息系统建设方案v1.0 1 建设方案1.1 数据库应用规划 数据平台架构由4大模块构成：数据采集、数据中心、功能应用、对外接口。 数据平台 数据采集：从监控系统或生产元器件采集数据； 数据中心：包含实时数据库和关系型数据库； 功能应用：实时数据库系统提供的功能应用； 对外接口：对外提供数据的服务平台。1.1.1 功能规划设计 数据平台必须提供平台配置与管理、数据分析、报警通知、数据展示等工具。功能规划1.1.1.1 数据分析规划 数据平台主要数据分析工具包含：趋势分析、历史过程回溯、自定义报表功、图分析.1. 趋势分析通过对现场生产过程数据的收集整理，提供实时、历史的数据变化趋2、势分析。趋势分析工具需实现： 纵向分析法：从纵向对比同一设备的不同时期的指标数据，分析设备运行状况； 横向分析法：从横向对比不同设备同一指标数据，分析数据异常点； 标准分析法：将设备数据与标准数据对比，分析数据异常点； 综合分析法：多种分析方法组合。软件功能包括： 实时、历史趋势时间段查询； 数据量程自适应及自由设定； 快捷周期调整。可方便进行10分钟、30分钟、1小时、8小时、1天、7天、1月等周期快速设定； 多条趋势对比分析功能； 趋势分析标注、导出、打印等功能； 自由设定趋势颜色、背景等个性化展示。2. 历史过程回溯通过图形与历史数据结合的方式，以画面的方式再现过去某一历史时段的运行工况3、，便于分析时间段内的运行情况进行，进行事故追忆。历史规程回溯包含功能： 与过程监视画面完全一致的历史规程回溯； 回放历史时间设定； 多幅过程画面同步播放； 历史趋势同步分析。3. 自定义报表分析自定义报表分析工具可以用于对作业区中各类生产指标的辅助分析。自定义报表分析工具应满足： B/S架构所有报表绘制及发布过程均采用B/S架构方式。 快速绘制。报表分析工具应提供EXCEL模版导入功能，进行快速样式绘制。 多源报表同一张报表中的数据可以来自多个不同类型的数据源，多种不同类型的数据源可以是同一数据库的多个不同表，或是多个不同数据库，或者多种文件类型的数据源。 报表版本为了满足不同的报表使用需求，4、报表需建立不同的版本号，并把报表使用和修改记录保存至日志中。 计算列和汇总对数据进行条件过滤，公式计算并对数据自动进行求和，平均，个数统计，最大值，最小值等。 可见即可得报表报表为可见即可得式，保证最终报表效果和制作的一致。 一键式发布通过简单操作即可实现报表的发布。 定时生成根据报表生成的频率 如日、周、月、季、年等，自动统计结果并生成报表。 结果推送报表系统具有多种灵活推送方式，将定时生产的报表以EXCEL、PDF等多种文件形式发送至指定位置或是邮箱中。 权限控制和安全管理通过角色和用户名进行多种控制，角色和用户数据可以作为系统参数。除角色管理报表的本地/远程设计，浏览，填报，表单权限，平5、台管理权限等还可以通过系统参数来进行数据源的筛选或者细化到单元格的数据显示样式控制，保证数据的安全性。4. 示功图示功图是以抽油机光杆的位移为X轴，以光杆所承受的负荷为Y轴，绘制的平面曲线图形。软件功能包括： 示功图显示； 与标准示功图对比； 与12种典型示功图对比； 示功图回放； 参数显示，包含上行负荷最大值、下行最小值、冲程等； 示功图面积、产量计算，提供“单次产液量”和“日产液量”。1.1.1.2 报警通知规划在生产现场中包含着成千上万个测点和参数，这些参数一起共同反映了生产设备的运行状况。现场生产管理人员的核心工作就是在各参数的变化过程中发现机组运行中可能存在的问题，并及时加以调整和检6、修。但要现场生产管理人员在这些浩如烟海的数据及其变化趋势中及时发现某运行设备可能存在的问题绝非易事。作业区数据平台中，需完成各类设备测点数据监视分析，为生产管理人员提供帮助支持。1. 业务功能包括：A：常规超限： 基于固定限值的报警； 基于变化条件的动态限值报警。B：基于设备报警信号的报警。C：瞬变报警：测点单位时间内变化过大时报警。D：劣变报警：设定时间段内，测点上下限差值过大时报警。2. 软件功能包括： 报警判断周期为1秒； 支持用户自定义报警设定； 支持逻辑判断进行报警； 报警总量可达到测点总量的20%； 支持实时报警数据显示； 支持历史报警数据查询； 支持报警表达式中测点进行趋势分析；7、 支持报警声音通知； 支持实时或历史报警数据导出； 支持报警级别定义、报警分类，并提供点名、报警级别、报警类别等条件过滤功能； 支持触发短信通知； 支持对外数据接口；1.1.1.3 数据展示规划实时数据库必须提供丰富的数据展示工具，例如数据浏览、图形监视、数据快照、点信息查询等。1. 数据浏览数据浏览是实时数据库的另一种展示。它把具有相同系统的数据统一到一起查询、对比。软件功能包括 查询:点击查询按钮根据几项基本属性查出符合条件的测点； 选择列:通过“配置列”显示需要在表格中显示供查阅或导出的列； 排序:点击表头，对查询结果依据该列排序； 弹出:弹出趋势，点信息，数据快照程序辅助查看测点； 导8、出:查询到表格中显示的测点，可导出为CSV格式数据。2. 图形监视：生产实时监视可实时展示抽油机井的内部结构，工作原理图，并在相应部位标注参数。软件功能包括： 放大缩小图形； 图型间转跳； 图型上测点特殊状态的特殊显示；例如超时或者报警； 图型本身的计算点； 图型间转跳； 图型中的趋势，棒状图等。3. 数据快照数据快照程序用于展示和导出测点在实时，历史某时间，历史区间的值，应许多点同时操作。软件功能包括： 点组管理； 添加点组； 删除点组； 重命名点组； 为点组增删点； 导入、导出点组； 查阅数据； 实时快照：测点实时值呈现； 历史快照：历史某时间测点值呈现； 历史区间快照：历史某时间段内，以9、一定时间间隔为单位，依次显示测点在各个时间的的值； 历史区间统计：历史某段时间内，点组中测点的最大、最小、平均、流量值； 导出：导出正在呈现的数据为CSV；4. 点信息查询用来查阅测点的全面的信息和属性。例如，采集属性，报警属性，实时值，计算表达式，配置属性等。软件功能包括 点信息程序用于展示测点的各个字段以及当前值。 从其他程序的点中弹出并呈现该测点的字段和当前值 根据键盘输入的测点名呈现该测点的字段和当前值1.1.2 数据采集方式设计(OPC,MODBUS,其他。)OPC,MODBUS,其他。数据库应具有丰富、完善的与现场各种控制系统及智能装置的标准接口，至少应包括通用的生产系统和Siem10、ens、Modicon 、AB等PLC系统以及其它通用或专用系统等。假设，现场提供数据采集接口，并提供相应文档说明，则该数据应该有相应的数据接口支持。数据采集基础结构如图：1. 数据采集组成： 数据源：各类生产系统和PLC。 数据采集程序：数据采集是一个规约转换过程，将不同厂家不同规约的实时信息转换成统一的标准格式进行通讯。 实时数据库：将数据送到实时数据服务器中进入后续处理。OPCModbusT3000数据源数据采集实时数据库I/O 驱动上位机实时数据库服务器2. 采集程序必须提供但不限于以下功能或要求： 数据接口安全，包含不影响正常生产、不影响数据平台正常运行； 采集接口支持TCP/UDP11、RS232/RS485等多种网络接口协议； 支持本地数据缓存，能够在网络中断或者其它无法进行正常数据发送的情况下，将过程数据暂存于本地，待故障排除后，再将数据送入实时/历史数据库。数据缓存区的大小可按需配置。 采集频率：1秒； 提供统一的接口程序，实现各种接口数据采集的操作方式统一；3. OPC数据采集要求 支持中文字符标签 标签名字长度不限制；1.1.3 数据库规划设计根据作业区的具体情况，数据库点数规划5万35万。 实时数据库规划须体现随着实时数据库的点数增加，对服务器的硬件和网络条件的不同要求。1.1.3.1 数据库采集与处理规划主要说明一台服务器负责采集多少点最优，压缩比，采集频率、12、硬件配置情况数据库的压缩率每采集点可配置。在采集频率1秒，压缩率为采集点量程0.5%的条件下，35万点数据规模的硬件配置。设备类型设备名称参数数据库服务器IBM 38504CPU，2.13GHz主频，32GB内存，300GB硬盘。磁盘阵列IBM DS3512/35242.5TB1.1.3.2 历史数据存储规划历史数据存储方式、变化采集还是定时采集，历史数据存储时长、以及历史数据备份方法 数据存储于磁盘阵列，数据备份介质可以选择磁盘、磁带、关盘刻录等。 实时数据库推荐数据采集为每秒定时采集，数据库必须具备高效的数据压缩算法。 历史数据存储时间长度不低于10年，访问不同时间段的数据访问速度基本一致13、。即，访问昨天的历史数据与访问5年前的历史数据具备基本一致的访问速度。 历史数据备份支持每天增量备份。实时/历史数据存储于磁盘阵列，2.5TB可以保存3年以上数据，数据备份于其他磁盘或磁带，一般采用每天定时增量存储。openPlant的历史文件是每天产生一个存储文件，所以历史数据备份使用各种操作系统自带的定时任务，把每天生产的历史文件拷贝出来就可以。1.1.4 数据库点规划设计1.1.4.1 数据点命名实时数据库处理的主要对象为从现场各控制系统采集来的各测点的实时数据，为了统一管理这些数据，保证数据的唯一性，openPlant实时数据库采用了“数据库名.实例名.节点名.点名”的多维结构，对进入14、系统的所有采集点、手工输入点、计算点进行统一规划和属性定义，保留控制系统原有的点名，使采集数据在全厂范围内得到统一管理并易于查询，为企业数据的集成应用提供便利；openPlant实时数据库系统采用分布式架构，轻松应对集团级实时/历史数据管理要求。其中：RTDB：为数据库名称；常用以表示二/三级单位Instance：为一个实时数据库实例。常用以表示采油单位。Node：可以表示一个实时数据库实例中的某个节点，如集输站，区域控制中心等。Point：表示某个采集节点中的点。结合中石油的特点命名规划可以做如下规划:1.1.5 对外接口规划设计数据库必须提供良好的对外接口，包含支持标准通信规约的数据交付、15、高性能的编程接口SDK/API、稳定高效的转关系数据库工具。1.1.5.1 数据交付规划数据交付主要用在将 数据库数据提交到油田公司级数据库中，要求 数据库提供但不限以下数据交付接口。1. OPC Server OPC (OLE for Process Control用于过程控制的OLE)是一个应用广泛的工业标准。 OPC Server必须提供完整安装包，安装过程必须包含本机DCOM组件的安装，本机远程OPC配置； OPC Server向操作系统注册成服务，不需要界面，但必须提供实时采集点配置方法，当由客户端连接时可以自动启动服务。 提供OPC客户机远程DCOM的自动化配置程序。 提供用户访问16、权限控制。2. WebService项目实时系统数据量庞大，系统复杂多样。为有效整合数据，提高数据的公共访问水平，要求数据库支持定制的Web Service接口，并通过向企业服务总线注册服务的方式对外提供数据服务功能。主要有以下功能： 支持取多点实时数据； 支持取多点同一时间点的历史数据； 支持取多点同时一段历史时间的数据； 支持取多点一段时间的统计数据（统计数据包含平均值、最大值、最小值、累计值、方差值）。1.1.5.2 SDK/API使用方案数据库提供C/C+和JAVA的两套API。其中C/C+的API以动态库的形式提供，任何能使用动态库的编程语言（如：C/C+、.net、Python等）17、都能支持，包含Windows/Unix/Linux等多种操作系统的支持。JAVA的API则更能符合JAVA开发人员的使用习惯，更不用以使用本地化组件的方式来调用C/C+的API。API必须提供但不限于以下功能： 实时数据库连接初始化：包含实时数据库IP，端口，超时等； 与实时数据库连接状态监测； 实时数据库库操作API本地缓存，数据库连接断开后再连接需要把本地缓存数据写到数据库； 支持取多点实时数据； 支持取多点同一时间点的历史数据； 支持取多点同时一段历史时间的数据； 支持取多点一段时间的统计数据（统计数据包含平均值、最大值、最小值、累计值、方差值）。1.1.5.3 转关系数据库方案随着实时18、数据库应用的不断深入，用户希望能够有工具对实时数据库进行更多样、更自由、更复杂的操作。通过实时数据库数据与各业务系统数据的集成，来提升数据的利用率，挖掘数据中蕴含的价值。在典型的数据报表及BI智能数据分析模块中，需要使用大量实时数据库中的数据。实时数据库提供除提供API、数据交付等对外数据接口外，还必须提供与关系数据库进行交互的方案，包含如下功能 关系数据库到实时数据库数据采集通过配置和部署服务即可实现关系数据库数据到实时数据库数据的采集。 实时数据库到关系数据库数据统计服务在各类系统业务中，需要使用大量实时数据库中的数据。根据数据挖掘的基本原理，需要在实时数据库和业务展示层之间建立数据库仓库19、，将频繁使用的指标按不同的粒度进行抽取，以提高业务数据查询效率、降低实时数据库压力等。统计服务特点如下:1. 支持从实时数据库到关系数据库(Oracle、MySQL、SQL Server等)数据抽取转换。2. 自动触发数据统计任务，用户无需关注。3. 支持用户自定义数据统计周期、数据回补。4. 高精度数据统计。统计服务统计数据基于每秒原始数据统计，实现高精度数据分析。5. 支持自定义条件分析功能。用户可根据系统分析要求，设定不同的数据条件进行过滤分析。6. 支持大量数据统计设置。统计服务支持超过5000点，各类统计类型设置。数据统计类型包括：1. 条件时间段分析。2. 指定时间点的时刻数据。320、. 时间段的统计聚合数据（最大值、最小值、平均值、累计值）。4. 指定时间段满足条件的聚合数据（最大值、最小值、平均值、累计值）。5. 支持数据超限统计，并提供次数、时长累计等功能。6. 支持链式条件分析。数据统计时间周期支持小时、日、月、年、班值、周、旬、季度等 自定义数据抽取实时数据库必须提供自定义数据抽取方案，能够胜任各种复杂的数据抽取任务。数据源方面：支持所有主流的数据源，如：MySQL、SQL Server、Oracle、Text、Excel、XML等，同时提供实时数据库访问接口，把实时数据库当成关系型数据库进行操作。数据转换方面：提供丰富的数据转换组件，通过各组件自由的排列组合，能21、够解决各种复杂的业务，转换组件需包括： (行转列、排序、分组、聚合、格式转换、数据过滤、数据关联等）。管理和调度方面：数据抽取任务可能会涉及多个抽取过程。抽取软件需提供对过程之间的依赖关系、出错控制以及恢复的处理流程管理办法。自定义数据抽取工具需按照多线程、分布式、负载均衡的多层体系架构设计，支持时间及事件触发，提供统一的任务管理平台。1.2 部署方案描述如何部署，软硬件准备，网络通讯等需求以下是针对单个作业区的部署方案。1. 硬件环境序号设备名称设备型号部署位置单位数量1数据库服务器IBM 3850集团/采集单位台22磁盘阵列IBM DS3512/3524集团/采集单位台13WEB应用发布服22、务器IBM 3850集团/采集单位台14接口机研华工控机 610集输站台15隔离器/防火墙CISCO ASA5510集输站台16核心交换机CISCO C3750集团/采集单位台27数据二级交换机CISCO C2960集团/采集单位台212机柜集团/采集单位台113显示套件集团/采集单位台114光纤米15光纤收发器对16收发器机架台17屏蔽双绞线箱2. 软件环境序号类别名称部署位置单位数量1操作系统RHEL（Red Hat Enterprise Linux） 5.6 （64位）实时数据库服务器套22Windows Server 2008 （64位）WEB应用发布服务器套13Windows XP接23、口机套14实时数据库openPlant实时数据库 V3实时数据库服务器套15关系数据库Mysql5.5WEB应用发布服务器套16双机热备Linux-HA Hearbeat 3.0实时数据库服务器套17数据采集OPCDAS接口机套N12应用功能图形监视WEB应用发布服务器套113趋势分析WEB应用发布服务器套114点信息WEB应用发布服务器套115数据一览WEB应用发布服务器套116数据快照WEB应用发布服务器套117图形组态工具WEB应用发布服务器套118管理控制台WEB应用发布服务器套119数据接口API（C/C+ 和Java）、OPC Server等。WEB应用发布服务器套N3. 网络架构24、 部署的网络架构图：4. 软件系统安装： 安装Redhat Enterprise Linux操作系统1. 插入Redhat Enterprise Linux第一张光盘，从光盘重新引导。2. 安装提示设置主机名，IP地址，网关，DNS等。3. 磁盘分区请注意：让Linux使用硬盘空闲空间，不要删除现有分区。4. 安装软件时选择“定制”，确保选上以下软件包： 图形化互联网 FTP 服务器 SQL 数据库 打开“细节”，选上mysql-server 遗留的网络服务器 打开“细节”，选上telnet-server 开发工具 系统工具5. 按提示安装完成。配置文件共享6. 重新启动后以root用户登录。25、7. 添加sis用户点击系统任务条应用程序系统设置用户和组群添加用户8. 设置Windows文件共享（Samba）点击系统任务条应用程序系统设置服务器设置Samba在Samba服务器设置首选项服务器设置工作组：mygroup 改为 workgroup首选项Samba用户添加用户添加sis用户及其访问密码。9. 启动Samba服务应用程序系统设置服务器设置服务在服务设置的左边一栏，选上smb, 点击菜单下“开始”， 然后点击“保存”。 安装openPlant软件包1. 2. 打开一个终端窗口，进入超级用户 # su输入密码: 3. 执行安装 # gunzip openplant-2.0.tar.26、gz | tar xvf -# cd openplant-2.0# ./installer 4. 安装完毕，查看openPlant数据库、Tomcat Web 服务器等服务启动是否正常。 功能应用安装功能应用分成两部分，一部分是数据分析、数据展示的发布于Web应用服务器，另一部分是数据库管理维护工具，发布于。Web 应用服务器安装：双击，按提示安装。数据库管理工具安装：。解压，基本上就是选择目录和点击下一步，没有特别重要的操作说明。本安装包包含四部分工具：l CommandLine 命令行工具 l Console 控制台 l GBuilder 图型组态工具 l Simu 数据模拟工具 采集程序27、安装、配置openPlant采集程序没有做安装包，只要把相应的文件拷贝到采集接口机上做相应的配置就可以。采集程序包含文件：l OPCDAS.exe - OPC数据采集客户端程序l opcdas.xml - 数据采集配置文件l fkxt.txt - 采集点清单配置文件内容：opcdas.xml1000128 版本号: 2.0 配置文件参数说明：1. 数据库服务器Name -openPlant数据库服务器地址，按逗号分隔，支持2个冗余地址Port -openPlant数据库服务器端口max_plen -数据包的最大长度，超过最大长度分次发送2. 采集数据源Name - OPC 服务器的应用程序名或28、其他协议的协议名称。Machine - 服务器的网络地址，如果是本机设为空Retry -是否在发生故障后重新连接服务器Interval -数据包分次发送到数据库服务器的中间停留间隔（毫秒）3. 采集节点Caption - 采集组显示名称Name - 采集组名称，可为空Subfix - 采集测点的后缀File - 采集测点列表文件Node - 采集节点在数据库服务器中的节点号。accessPath - 采集组的访问路径，缺省为空varitype-OPC采集测点的数据类型，缺省为空（采用服务端的类型）update_rate-OPC采集组数据更新频率（毫秒）deadband-OPC采集组数据更新的死29、区OPC采集项的全名为：TopicName+“.” + 测点列表中的点名 + Subfix测点列表文件测点列表文件给出了要发送的点号、点名、点类型等信息。点号是测点在openPlant数据库中的系统标识号；点号、点名、点类型均不允许为空；# 点号，点名，点类型(AX为模拟量，DX为开关量, I2 为短整型，I4为长整型)1, TE0001, AX2, PT0001, AX3, DX0001, DX4, DX0002, DX129 版本号: 2.0 从不同的数据源采集数据只需要配置“采集数据源”，从不同的数据源采集数据的配置举例：OPC数据采集从力控OPC Server中采集数据，配置文件如下：30、Modbus 数据采集T300数据采集 对外接口安装OPCServer安装1. 安装语言选择2. 选择安装路径3. 创建快捷方式4. 安装选项一览5. 完成安装openPlant OPCServer配置配置文件：安装目录下的server.xml。OPServer的属性配置：Name：openPlant的名称。Host：openPlant的IP或是机器名称Port：openPlant的端口Allow：配置使用的点表。（注意：若没有配置则表示允许访问所有点。）远程opc配置1. 操作系统用户 a) 在OPC服务器上用Administrator用户建立一个拥有管理员权限的用户并设置密码，一定要设置密31、码，不能为空，如：用户名：opcuser 密码：123 b) 在OPC客户机上用Administrator用户建立一个相同的拥有管理员权限的用户并设置相同密码，一定要设置密码，不能为空，如：用户名：opcuser 密码：123，并用opcuser用户登入。 2. 防火墙设置注：OPC服务器和OPC客户机上都要进行设置a) 关闭window自带的防火墙。b) 如果不关闭windows自带的防火墙，则需要在window防火墙管理界面上配置允许客户端程序访问权限和开放OPC通讯135端口。步骤如下： 1） 防火墙设置2） 监控添加3） 端口设定4） 端口设定DCOM配置注：OPC服务器和OPC客户机32、都要进行设置 1） 开始运行输入：dcomcnfg 2） 打开属性切换到“安全”属性页，分别编辑如下4个选项。 3） 以上4个选项分别添加everyone用户，并勾选上远程访问选项。 4） 在OPC服务器上，还要回到“组件服务”界面，打开DCOM配置，找到注册的OPC服务器的名称选项，打开它的属性。 5） 启用交互式用户（确保由客户机主动启动OPCServer时，数据也能正常刷新）（注：有时做好dcom配置后，需要重新启动电脑才起作用。所以为了安全起见，建议最好重新启动一下电脑，再做下一步）。 本地安全策略配置 注：OPC服务器和OPC客户机都要设置1） 打开“控制面版” - “管理工具” -33、 打开“本地安全策略” 2） - 安全选项”网络访问：本地帐户的共享和安全模式”-属性 3） 选择“经典本地用户以自己的身份验证” 注意一点不能忘了这一步，否则会在连接OPC服务器时报“拒绝访问”的错误！5. 网络带宽计算据麦杰现场数据统计，10000个IO测点每秒传送数据平均需要带宽为：50kb。50万点需要的带宽是：2500kb，即 2.5Mkb的上传带宽。优化方法：对数据进行判断，变化的数据才发送；修改上传频率，如果2s一次，带宽减半；数据进行压缩以后传输，整体上会导致集团侧与现场侧有1s的延迟；1.3 材料清单在不同层级和功能模块，大概要采购的软件数量、版本。openPlant实时数据库系统标准版本包含以下组件：序号软件名称部署位置单位软件版本数量/作业区1openPlant实时数据库集团/作业区单位套V312图形监视集团/作业区单位套V313趋势分析集团/作业区单位套V314点信息集团/作业区单位套V315数据一览集团/作业区单位套V316数据快照集团/作业区单位套V317图形组态工具集团/作业区单位套V318管理控制台集团/作业区单位套V319API（C/C+ 和Java）不限套V3不限10I/O驱动集输站套V3不限如果没有特别需求，购买标准版本实时数据库就基本能满足数据采集、存储和展现需求。