關(guān)鍵字 風(fēng)力發(fā)電 SCADA 虛擬現(xiàn)實(shí) ICONICS GENESIS 3D GIS OPC
1. 項(xiàng)目背景
隨著風(fēng)電行業(yè)的快速發(fā)展和軟件技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)的快速進(jìn)步，風(fēng)電SCADA系統(tǒng)的正在經(jīng)歷著深刻的變革：在數(shù)據(jù)和信息的展現(xiàn)方面，三維虛擬展現(xiàn)技術(shù)、基于GIS的全局/局部綜合信息展現(xiàn)和查詢、WPF、SilverLight、Win7 UI軟件技術(shù)等正在逐步應(yīng)用于風(fēng)電行業(yè)的SCADA系統(tǒng)應(yīng)用中。本項(xiàng)目運(yùn)用了HMI/SCADA軟件領(lǐng)域最新的平臺(tái)和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從風(fēng)電集團(tuán)綜合信息系統(tǒng)到單臺(tái)風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的一體化系統(tǒng)。
2. 設(shè)計(jì)原則
根據(jù)用戶的需求，本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)遵循以下原則：分層結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，整合底層風(fēng)機(jī)、裝置等信息和風(fēng)場(chǎng)、風(fēng)電集團(tuán)宏觀運(yùn)維數(shù)據(jù)和信息；信息的垂直整合性好，可以方便地從單臺(tái)風(fēng)機(jī)上溯到整個(gè)風(fēng)場(chǎng)、片區(qū)、風(fēng)電公司的SCADA系統(tǒng)或者反向操作；界面美觀，采用新一代Windows和SCADA界面技術(shù)，對(duì)界面進(jìn)行專業(yè)化靜態(tài)和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)；集成GEO SCADA功能；基于標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)放性平臺(tái)，可維護(hù)性好，經(jīng)過(guò)適當(dāng)培訓(xùn)后，用戶可自行維護(hù)、升級(jí)和擴(kuò)展。
3. 技術(shù)路線及平臺(tái)選型
本項(xiàng)目采用美國(guó)ICONICS公司的最新一代HMI/SCADA軟件GENESIS64和企業(yè)級(jí)歷史實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)Hyper Historian作為核心平臺(tái)，以O(shè)PC作為主要通訊方式，以GraphworX64組件作為主要的二維和三維信息展現(xiàn)、查詢界面，以EarthWorX64作為實(shí)時(shí)GIS展現(xiàn)界面，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、高效實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)管理（存儲(chǔ)、查詢、回放等）、2D/3D信息展現(xiàn)和查詢、GIS界面信息整合和查詢等功能。
3.1 關(guān)于ICONICS公司
創(chuàng)立于1986年的美國(guó)ICONICS 公司，是全球工業(yè)信息化及自動(dòng)化軟件界屢獲殊榮的領(lǐng)導(dǎo)廠商，公司的解決方案為企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)和設(shè)備管理實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)可視化和智能化，幫助用戶提高生產(chǎn)的靈活性和效率，進(jìn)而增強(qiáng)企業(yè)盈利能力。ICONICS 的產(chǎn)品和服務(wù)為全球500 強(qiáng)中70%以上的企業(yè)所選擇，在超過(guò)250,000 臺(tái)的各種平臺(tái)上為用戶創(chuàng)造價(jià)值。
公司的總部位于美國(guó)馬薩諸塞州的Foxborough，毗鄰波士頓。公司機(jī)構(gòu)遍及美國(guó)、英國(guó)、澳大利亞、中國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本、印度、意大利以及荷蘭等，超過(guò)40% 的銷(xiāo)售額來(lái)自于國(guó)際業(yè)務(wù)。ICONICS 在歐洲也設(shè)有軟件開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)。作為業(yè)界領(lǐng)先的面向Web的HMI/SCADA和制造智能解決方案供應(yīng)商，ICONICS一直倡導(dǎo)以創(chuàng)新，卓越等為核心的企業(yè)文化，并將這一思想貫穿于它的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，技術(shù)支持，銷(xiāo)售和服務(wù)之中。
ICONICS公司擁有豐富成熟的產(chǎn)品線，包括64位/32位HMI/SCADA軟件GENESIS, Historian, OPC/UA 開(kāi)發(fā)工具和服務(wù)器，生產(chǎn)智能和MES軟件BizViz等等。
3.2 公司風(fēng)電行業(yè)典型客戶
在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，長(zhǎng)期以來(lái)ICONICS擁有數(shù)量眾多的用戶，近兩年來(lái)活躍的客戶包括: EDF、Bachmann、Enercon、Vestas、Bonus Energy (Denmark)、Suzlon、Ecotecnia、NEG Micon、RWE Germany等等。
3.3 關(guān)于GENESIS軟件
GENESIS作為裝機(jī)量超過(guò)250,000套的HMI/SCADA軟件，以其超過(guò)25年的深厚技術(shù)積累、卓越的技術(shù)創(chuàng)新能力在業(yè)內(nèi)獨(dú)樹(shù)一幟。GENESIS64 作為GENESIS產(chǎn)品線的最新一代產(chǎn)品套件，在業(yè)界首次利用真正的64 位硬件和軟件技術(shù)優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化解決方案的快速開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)。GENESIS64 是全員就緒型產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)操作人員和IT 專家都可以將實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)信息整合到一體化、支持OPC UA 和BACnet、面向Web 應(yīng)用的可視化儀表盤(pán)管理平臺(tái)。
GENESIS64 作為基于.NET 64位平臺(tái)全新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，為客戶提供一個(gè)360度三維操作視景。通過(guò)整合Windows Presentation System(WPF)、Card Flow Navigation、GIS以及采用硬件加速3D成像，使用戶獲得更加豐富的應(yīng)用體驗(yàn)。此外，還通過(guò)集成User Accounｔ Control (UAC)提高工廠車(chē)間安全性，集成Silverlight技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨瀏覽器和跨平臺(tái)可視化。
GENESIS64的核心模塊包括：
Workbench - 集中組態(tài)與部署環(huán)境
GraphWorX 64 - 2D 和3D 可視化
AlarmWorX 64 - 企業(yè)級(jí)報(bào)警管理軟件
TrendWorX 64 - 組態(tài)和瀏覽3D 圖表
EarthWorX - GEO SCADA（地理信息SCADA）
該軟件主要的特點(diǎn)如下：
支持3D、GIS、基于WPF、Silverlight和Win7的信息展現(xiàn)技術(shù)
單一組態(tài)開(kāi)發(fā)環(huán)境，面向多種運(yùn)行平臺(tái)
組件化的HMI /SCADA 解決方案
支持OPC-To-The-Core ™ 技術(shù)、SNMP、BACnet 和數(shù)據(jù)庫(kù)連接
跨媒體、面向?qū)ο?OPC 報(bào)警和報(bào)警發(fā)布管理技術(shù)
支持冗余和服務(wù)器集群，提供穩(wěn)定、可靠的冗余技術(shù)
防火墻和廣域網(wǎng)應(yīng)用透明友好、易于無(wú)線設(shè)備集成
多語(yǔ)言切換和可重復(fù)使用的全局別名
強(qiáng)大的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)
支持基于日歷的排程調(diào)度技術(shù)
4. 項(xiàng)目的系統(tǒng)架構(gòu)與軟件配置
本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)從集團(tuán)風(fēng)場(chǎng)信息匯總、查詢、分析到單臺(tái)風(fēng)機(jī)所有實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)的展現(xiàn)、查詢等功能；并實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)風(fēng)場(chǎng)和風(fēng)機(jī)的三維立體實(shí)時(shí)展現(xiàn)；與此同時(shí)，整個(gè)集團(tuán)的資產(chǎn)也在GEO SCADA系統(tǒng)中通過(guò)Microsoft Bing Map 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)展現(xiàn)、查詢等。系統(tǒng)架構(gòu)和主要功能模塊如下圖所示。
本項(xiàng)目軟件的架構(gòu)與配置如下：
核心的應(yīng)用服務(wù)器為250,000點(diǎn)GENESIS64三維HMI/SCADA軟件套件，該軟件包含開(kāi)發(fā)和運(yùn)行版授權(quán)，動(dòng)態(tài)計(jì)算有效I/O點(diǎn)；Web服務(wù)器一臺(tái)，包含GENESIS64 Web 服務(wù)器授權(quán)；若干個(gè)WEBHMI64 客戶端開(kāi)發(fā)/運(yùn)行浮動(dòng)授權(quán), 應(yīng)用于GraphWorX64, AlarmWorX64, TrendWorX64 和 GENESIS64 Workbench等GENESIS64組件的胖客戶端或瘦客戶端。此外系統(tǒng)還包括GENESIS64 FrameWorX，Unified Data Manager，OPC-UA 數(shù)據(jù)網(wǎng)橋、數(shù)據(jù)聚合、全局別名等功能模塊。GENESIS64服務(wù)器內(nèi)置了冗余配置功能；最為未來(lái)可能的擴(kuò)展，Web服務(wù)器亦可配置為冗余的方式。
實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)為100,000點(diǎn)的Hyper Historian企業(yè)版，支持高效的旋轉(zhuǎn)門(mén)和死區(qū)壓縮算法，支持內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)、硬盤(pán)存貯兩種數(shù)據(jù)存貯方式；數(shù)據(jù)采集方面，支持基于TCP/IP OPC的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、斷網(wǎng)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)等功能，在本項(xiàng)目中主要通過(guò)OPC的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
5. 系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介
本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了完整、典型的風(fēng)電SCADA系統(tǒng)的功能，主要功能如下：
a) 系統(tǒng)登錄與用戶管理
實(shí)現(xiàn)用戶登錄及角色切換（通過(guò)用戶名和密碼組合）、在線多語(yǔ)言切換、系統(tǒng)退出等。
b) 集團(tuán)風(fēng)場(chǎng)GIS瀏覽(總覽及局部瀏覽、搜索查詢)
主畫(huà)面為EarthWorX64集成界面，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)風(fēng)電集團(tuán)所有風(fēng)場(chǎng)的KPI信息，KPI信息的展現(xiàn)通過(guò)SmartPin技術(shù)以直觀的方式顯示；在GEO SCADA畫(huà)面上放大或點(diǎn)擊后可進(jìn)入?yún)^(qū)域公司、單個(gè)風(fēng)場(chǎng)的信息總覽，還可進(jìn)一步深入到單臺(tái)設(shè)備，如風(fēng)機(jī)，變電站及測(cè)風(fēng)塔等。
c) 區(qū)域電力公司風(fēng)場(chǎng)信息瀏覽
區(qū)域公司的多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)信息可以通過(guò)如下的列表顯示，這些信息包括：有功功率、無(wú)功功率、可利用率、風(fēng)機(jī)總數(shù)、運(yùn)行數(shù)、停機(jī)數(shù)、待機(jī)、故障運(yùn)行、風(fēng)場(chǎng)平均風(fēng)速、上網(wǎng)電量等及測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)、變電站數(shù)據(jù)、風(fēng)電場(chǎng)故障狀態(tài)信息等。點(diǎn)擊單個(gè)風(fēng)場(chǎng)進(jìn)入風(fēng)場(chǎng)信息主界面如下圖右所示。
d) 風(fēng)場(chǎng)信息-風(fēng)機(jī)及變電站(3D/2D)
單個(gè)風(fēng)場(chǎng)的信息既可以以2D方式展示，也可以以3D的方式展現(xiàn)。本項(xiàng)目對(duì)風(fēng)場(chǎng)場(chǎng)景、風(fēng)機(jī)、附屬設(shè)施和裝置進(jìn)行了三維設(shè)計(jì)，考慮到Web應(yīng)用，根據(jù)需要建立了精度適當(dāng)、B/S架構(gòu)下性能出眾的風(fēng)機(jī)及附屬設(shè)施的三維模型，并在GraphWorX64中進(jìn)行了渲染。該模型將用于軟件界面中直觀的資產(chǎn)3D查看、設(shè)備和生產(chǎn)信息的靜動(dòng)態(tài)展現(xiàn)、報(bào)警信息的瀏覽與確認(rèn)、故障定位等。
亦可以傳統(tǒng)的2D方式顯示風(fēng)機(jī)及變電站信息如下。2D和3D方式后臺(tái)對(duì)應(yīng)統(tǒng)一的實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)源。比如，本項(xiàng)目監(jiān)視記錄所有風(fēng)電場(chǎng)的變電站運(yùn)行信息，如線路接線、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、母線電壓、關(guān)口表上下網(wǎng)電量、功率因數(shù)等。能夠?qū)φ麄€(gè)風(fēng)電場(chǎng)上下網(wǎng)電量生產(chǎn)數(shù)據(jù)做出詳細(xì)的日、周、月、季、年報(bào)表。
