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將SCADA發展到更高層次：計算控制、分析采集
發布時間：2008/4/27 0:19:38 修改時間：2008/4/26 23:50:20 瀏覽次數：3417

　　英國著名詩人約翰.唐恩(John Donne)曾經說過，“沒有人是孤島”。同樣，如果現代技術有什么要說，它會說HMI/SCADA系統也不是一個孤島。
　　幾年前，人機界面（HMI）應用僅僅是——人工操作員和工廠級運行的機器之間孤立的界面。早期的HMI工程師把HMI顯示屏盡可能多的編入企業已有的各個控制面板中。控制面板可以分布在一個工廠或者整個設施中，并且很少連接到局域網（LAN）或者廣域網(WAN)。
　　同樣，數據采集與監控系統（SCADA）最初僅用于——數據采集與監控控制。這些系統將提供一種可靠的方式收集由基于多現場或多設備的控制器進行的分析數據。但是，現在，高速發展的生產需求要求SCADA系統作出更多的貢獻。他們必須執行工廠級實時監控功能，有效地把曾經完全不同的HMI和SCADA領域連接在一起。
　　如今，SCADA系統用戶需要的遠遠不止監控控制和數據采集功能。他們需要一個工具為他們提供擴展的實時監控能力，此能力可以更精確地重新定義這一眾所周知的行業術語，把HMI/SCADA系統轉變為監控計算和數據分析工具——并且為利用此技術的制造商提供強大的便利。
　　轉變觀念：全新的定義
　　在過去，從控制面板收集的數據通過網絡傳至中央SCADA系統，然后對從HMI收集的信息進行分析。此方法對于不需要大量實時分析的連續過程效果極佳，但是由于系統日益復雜，制造商的生產率和效率要求也日趨復雜，在許多情況下，此模式不再能滿足要求。由于高速運行的系統不斷要求在工廠底層運行SCADA級的計算和分析能力，單獨使用HMI已顯不足。也能夠提供SCADA功能的HMI系統肯定具有此優勢。
　　那一事實越來越真切。為了更加有效，HMI必須具有典型的SCADA系統所具有的分析能力，并且必須能夠在設備上執行分析和計算，以便最大程度地提升實時的、數據驅動的生產環境所要求的速度、精確度以及可測量性。此外，工廠操作員需要能夠獲取比過去更多的信息。操作員必須等到一天結束或者甚至轉班時才能知道生產線或者設備是否運轉正常的那種日子已經一去不復返了。在系統出現故障時，HMI不是簡單地記錄故障時間及持續多久，取而代之的是，他們必須能夠確定為什么出現故障，并且安裝防護設施以避免將來問題并保護系統的未來性能。
　　操作員需要獲取企業級的信息，并需要實時反饋！由于工作人員越來越少，而其所負責的工作范圍卻越來越廣，所以不可能僅僅集中于一個專門的領域。他們必須能夠獲取其他領域的信息，與設備相關的信息以及影響整體生產線性能的生產變量、或者影響程序質量的信息。
　　為了維持生產要求，操作者必須立刻知道在生產性能上是否出現了故障、故障發生在何處，以及問題的嚴重程度。將SCADA系統與更高級的應用進行聯系使得用戶可以利用歷史數據采集平臺和管理工具、更高級的生產管理、以及商業級企業資源規劃（ERP）應用之間固有的兼容性。
　　需求非常明確，但是制造商如何滿足自身的要求從監管控制和采集進化到計算和分析需要對遠景加以改變，并且在繼續向前發展之前，必須對此趨向的邏輯發展加以評審，并確保此技術是目前已有并可以利用的。
　　最初：歷史觀點
　　制造商曾經考慮過安裝HMI或者SCADA系統，其出發點是希望產品能夠按照他們的期望做事。但是事實絕非如此簡單。沒有任何一種系統能夠充分地滿足所有的應用需求。但是，產品的發展和有效性以及為滿足此不斷發展的復雜需求而制定的程序包不可能一蹴而就。
　　早期的個人計算機系統（那些出現于1981年和1985年之間的系統）都是以DOS為基礎的。個人計算機是新生事物、不為大家所熟悉，并且幾乎沒有人認為它對于控制性能足夠可靠。但是由于經濟和靈活，使得他們對于HMI應用程序具有極強的吸引力，并且HMI成為制造業廣泛接受的第一批以個人計算機為基礎的應用程序之一。
　　接下來是產品介紹，包括HMI。創新者之一是Intellution(即現在的GE? Fanuc)，開發了面對PC‐DOS平臺的SCADA解決方案。此方案能夠解決許多復雜的功能，并要求由DCSs特別處理的應用程序。這些應用程序吸引了一些制造商的注意并被其接受，但是此市場仍是新市場，大部分的制造商不愿意相信配置在個人電腦上的SCADA系統或者承認個人電腦是一個自動化系統的集成部分。新技術的采用過程非常緩慢。盡管提供了SCADA系統功能，這些系統最初仍是作為小型的HMI加以使用。
　　二十世紀九十年代初，Microsoft Windows NT橫空出世，隨后Microsoft Office Suite也接踵而至，從而打開了可信賴的多任務處理之門——個人計算機的威力也持續高漲。HMI激增，基于個人計算機的HMI應用軟件開始出現在所有的市場上。Windows環境使得個人電腦能夠在HMI應用程序中獲得進一步的發展：把操作員控制器和報告和分析相結合的能力，把諸如DDE（動態數據交換）等技術用于連接Microsoft Office應用軟件。在此階段，大多數系統仍然主要用于操作員界面，通過個人電腦所替代的按鈕、開關、標度盤以及測量儀器等進行操作。
　　GE Fanuc的軟件通過客戶端/伺服器網絡進行工作，具有能夠處理幾個標簽至成千上萬個標簽的可升級結構以及冗余定址和高效性的特點。至1995年，個人計算機已經深深地植根于自動化世界。網絡、大容量存儲、靈活性以及高性能均已確定，沒有什么可以阻止個人計算機在自動化世界無所不在并成為工廠級和企業級之間不可或缺的一部分。
　　由于這些進步，同時迸發了一股軟件大爆炸，從SPC至維護和資產管理系統，然后是企業級和制造資源規劃（ERP和MRP）。包括新興的OPC、ODBC以及Microsoft .Net技術在內的標準，形成簡易的和可靠的集成。也出現了成熟的客戶應用程序。通過從手動到電子控制器、從紙到電子跟蹤系統的集中轉化，最終用戶不斷提高產量和質量，同時節約了成本。他們發現諸如GE Fanuc的Proficy*Suite等平臺的出現正好有助于他們達到這些新要求的目標。由此產生的生產力成果非常顯著，并且那些提高了其自動化水平的制造商比那些沒有提高自動化水平的制造商獲得了明顯的經濟優勢。
　　新浪潮：SCADA成為……SCADA!
　　新千年的到來開創了自動化領域中個人計算機的高穩定性之紀元。匆忙的安裝一臺電腦進行顯像和監控以提高操作者效率的初期發展階段已經結束了。Y2K關心的是促進大多數的Legacy系統的升級。現在幾乎每一個操作都運用到HMI。如果有，也僅僅是極個別的第一次安裝HMI。HMI的市場已經成熟。公司已經建造了設備和程序歷史數據記錄，并知道如何利用他們。對于自己的自動化系統他們已經經驗豐富。
　　正因為擁有此經驗，我們如今才能在下一陣浪潮的開始之時站穩腳跟，因為SCADA系統比以往任何時候都重視商業分析。機會沒有幾個程序需要自動化，也幾乎沒有地方仍能夠取得顯著的效益成果。自動化市場已經為下一代的發展做好了準備。
　　但是這一次，不是集中于自動化基礎，公司開始轉向以最優化為基礎。最優化需要收集大量的數據、附加的傳感器以及正確的分析工具。為了達到此目的，公司正把數據歷史采集平臺整合入企業級，并在尋找——以及開發——高級數據分析工具。以往的HMI正被賦予更高水平的分析和數據采集任務。
　　更高層次的控制應用程序依賴于監管控制和數據采集軟件，以及廣泛應用于石油和天然氣、電力、水和廢水行業的SCADA類別。這些系統采用通訊、程序控制、數學和邏輯能力、數據記錄以及報警和趨勢分析等方法。由于對這些功能進行分析越來越顯得非常重要，HMI系統必須加以裝備以便能夠運用這些功能。結果，所有得HMI系統現在都采用了SCADA杰出得性能以便使用諸如質量、生產速度、故障停工時間或者設備綜合效率（OEE）等關鍵的性能指標（簡稱KPI）。其焦點是持續地增加進行長期最優化操作而編入SCADA的計算和分析功能所必需的組分。
　　下一步：對系統進行精加工
　　毫無疑問，美國的行業運營者都明白維持一個有競爭力的優勢——在自動化以及總體趨勢上。如果所有人都已經自動配備了HMI和/或SCADA軟件，那么下一步是甚么呢？一個人如何變得更加具有競爭力？答案是改進自動化，不是點什么，而是通過把這些適用得東西進行精加工。
　　為了達到此目的必須集中進行程序優化。并且程序優化全部是有關增加的改進之處。例如，人們會提出“我如何能夠讓我的機器運轉的更快一點？”“我如何能提高此機器生產的產品的質量？”“一臺機器的故障停工時間是否能夠通過更好的維護或者通過更快速地得知故障并對之做出處理而縮短停工時間？”以及“我如何避免該故障進一步發展？”等問題。
　　增量型改進通過大量的數據采集而獲得。生產需要一個基本級別和數據歷史庫，可以允許進行各種各樣的分析操作，甚至是剛開始未曾想到過的分析。一個公司可能需要多年的歷史數據收集才能保證其足以用來進行有意義的、所需要的分析。
　　從SCADA軟件的觀點來看，能夠轉化為系統的軟件可以進行數據采集，監視程序并執行分析。那就是把SCADA系統與現今的市場割裂開來的原因所在。在SCADA系統中有一個分析或者控制元件，但是HMI中卻不是如此典型的獨立存在。此外，因為SCADA系統必須配合一定深度的信息工作，所以它幾乎總是和historian聯合作用。結果，公司不斷地增加企的historian以便使之成為長期數據的儲存庫。這些Historian成為SCADA分析新型的數據源。此實時數據與歷史數據采集平臺所提供的深度資料相結合的新型資料組合能夠使市場所需的下一代最佳化得以實現。
　　性能分析：標準和特殊(Ad hoc)
　　作為今天的重點在于性能分析。性能分析分為兩類。第一類是理所當然需要運行的數據分析。這一技巧產生了性能指標，在一張圖示儀表板上顯示出來并使之可以通過聯網技術獲得。系統衡量生產級的日常操作。這些就是可以使工廠經理一眼即可看出正常運轉時間是否正常、所有的機器是否仍起作用并且生產線是否運轉良好等情況的分析。
　　第二，ad hoc分析，指的是某人必須進行反應的情況。還句話說：“我不會提前知道我需要注意什么。我不能為此預先建造一個可是顯示器。但是我需要一個可以讓自己在任何需要的時候并且基本上來說從任何地方深入探尋所需要得到的任何信息的工具。”
　　大多數的HMI/SCADA系統特定用于標準的“固定”分析。這些分析允許建造顯示屏，因此操作員能夠隨時看到所需要的數據，其基礎是預先設定參數以及操作員或者經理在需要時可以進行檢索的儀表板。為了創建所想要的和需要的HMI/SCADA系統，一個制造商可以成為系統集成商以預先建造用于管理和控制程序所必須的一系列可以想象的到的選項。
　　但是為了創建一個真實的ad hoc理念或者能夠在任何時候從任何地方探測到任何信息，最終用戶必須把其SCADA系統和historian解決方案與另外某些東西聯系起來以實現權能——一種允許所有的HMI/SCADA組件之間進行交互作用或者內部相連的技術。在GE Fanuc自動化，我們稱之為門戶技術，并且我們已經將其作為我們的Proficy suite的一部分。
　　產品和解決方案：穿越門戶
　　GE Fanuc Proficy信息門戶解決方案時用于所有類型信息的一種交互式門戶。基于網絡的技術能夠與HMI/SCADA系統進行對話從而采集到實時信息。它還可以與Proficy Historian進行對話以獲取存檔信息；并且與商業系統配合使用以收集相關數據庫信息、存量水平、必須運行的工作、來自于數據庫系統的進度表，等等更多的信息。
　　整體Proficy平臺包括無數個組成部分，每一個部分處理一個具體的功能。這些組成部分包括 HMI/SCADA 、historian、信息門戶以及一個MES模型。我們GE Fanuc自動化尋求的目標是讓客戶理解——這改變了我們對安裝基礎的大多數思維定勢——完整的解決方案不再僅由一個單一的軟件完成。例如，那些應用我們的iFIX或者CIMPLICITY HMI/SCADA系統并對改進的報告性能感興趣的最終用戶需要理解Proficy Portal產品具有非常優異的報告性能。并且他們必須確認能夠通過利用一些門戶超過其申報方面的其它利益證明提出兩方面是正確的。
　　公開且層次分明，Proficy根據現已使用的標準技術來提高生產運營，同時還充分利用現存的IT和制造投資。這是一種涉及范圍廣、模塊式解決方案，與任何現有的生產基礎設施相連接，以充分利用必需的性能并允許未來對模塊的增加。Proficy historian可使一個先進的、安全的以及高性能的數據管理系統中的信息流正規化，從而提供訪問所有主要工廠的度量的方法，并成為下一次度量分析的基礎。
　　GE Fanuc的SCADA解決方案包括CIMPLICITY和iFIX。Proficy View‐Machine Edition是一個可升級的產品，既可用于Windows也可以用于嵌入式（Windows CE）平臺，可以提供高性能的HMI權能和SCADA的分析功能。ProficyView通常與GE Fanuc SCADA解決方案成對出現，從工廠級采集信息以備將來分析之用。所有的內聯和相互作用請參見：（更多有關Proficy詳情，登錄我們的GE Fanuc自動化網站http://www.gefanuc.com/。
　　前途是什么？以網絡為基礎的未來
　　諸如Proficy之類的網絡解決方案的優點在于其允許建立那些獨特風俗的信息視圖。例如，一個最終用戶能夠，通過網絡界面，選擇查看幾年前的一個具體數值的歷史記錄，對運行的最后50個產品的代碼進行數據庫查詢，然后幾乎是立刻就可以將數據庫查詢結果顯示出來，所有這一切都應歸功于此種方便易用的工具。此門戶產品肯定有能力顯示已存的預設顯示屏，但是其真正的優點在于作為一種獨特的工具，它最終能夠進行任何查詢并創建任何新的信息窗口，但是可能需要對此信息進行問題排查或者對程序進行最優化處理。而且，對如今的市場所要求進行分析的那類性能做出分析非常重要。[例如查看一個生產商如何把先進的HMI/SCADA技術應用于工藝流水線，請看隨附部分的內容。“可口可樂在新建的訪客中心展示了下一代HMI/SCADA技術的威力”隨附在本報告的最后。]
　　盡管一些較小的公司可能也使用Proficy Portal作為企業門戶，但是產品的目的是針對自動化數據，為的是能夠通過允許最終用戶探訪數據并進行快速地分析而解決復雜的情況。但是此產品會與其他商業系統協作。例如，SAP或者Oracle查詢可以通過門戶進行，并且查詢的信息會與從工廠級的入口查詢到的自動化數據相結合。
　　門戶的網絡技術也允許查詢結果在其他環境中使用。較大的公司采用諸如Microsoft的SharePoint——其將提供一種較高水平的商務工具用于其他類型的公司信息——有代表性地與能夠滿足一個統一界面連接所有企業級系統的需要的自動門戶相連接。[SharePoint產品和技術連接這人才、工藝以及信息。集成的suite可為諸如企業搜索、內容管理以及企業工藝簡化等功能提供權能；并且為協作提供一種基礎結構、并為創建以網絡為基礎的應用程序準備基礎。關于SharePoin的更多詳情請登錄網站www.microsoft.com/sharepoint.]
　　一體化：實現競爭力優勢
　　SCADA的定義，曾經一度僅僅用于垂直工藝市場，作為HMI的下一代產品現在應該更聞名四方，它可以應用于所有的市場，以一種新的角度聚交于計算監控和數據分析。實現一個真正的實時企業級監控的中心組成部分是擁有一個用于訪問、分析以及觀察生產數據的集成工具。Proficy Portal可為所有重要的量度提供一種基于網絡的概述，是GE Fanuc Proficy suite的一部分，可使業務的運行更加高效并實現遞增性改進。其復雜的趨勢和報告能力可以充分利用Proficy Historian高性能的數據存儲能力，確保生產集中于持續性改進上。
　　毫無疑問，現在的市場已經發生了變遷。現在所需要的是一套解決方案，而不是一個簡單的答案或者許多獨立的產品。制造商已經從把許多最佳的軟件組裝起來發展為他們自己制造自動化解決方案，從而從一個經銷商處獲取整個的解決方案。此種方法給出支持的一點，也給出購買的一點。
　　軟件已經成長為一個經銷商可以成為一個專家或者在自動化解決方案的所有方面都占據重要地位的參與者。公司不需要到一個經銷商處獲取最好的圖形處理能力，然后到另一家購買最好的historian。諸如GE Fanuc自動化此類的公司能夠制造出整體的解決方案，同時也能夠提供附加利潤。這些附加利潤于報刊把集成風險和數據不相容的可能性減到最小、降低擁有成本、優質和簡化培訓以及較高層次和更復雜的本地支持——除此之外，還提供新型的SCADA，計算監控和數據分析，最優化程序和實現成功所必需的競爭力優勢。

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