冷库监控SCADA系统解决方案.docx

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冷库监控SCADA系统解决方案

冷库监控SCADA系统解决方案

1、概述

1.1背景介绍

冷库在农产品、冷冻加工食品、花卉、医药、化工等领域有着广泛的应用。

随着居民生活水平以及消费水平的提高，冷库的应用需求在不断增加，使得冷库的建设发展十分迅速。

目前，冷库从小型室内库到大型室外库，从高温库、中温库、低温库到冻结库，从预冷冷藏库、冻结冷藏库、速冻库、贮冰库到气调库，其规模、功能各不相同。

由于冷库不仅起到保证产品安全、降低产品损耗、推动相应产业良性发展的作用，更能延长产品的生存周期，提高其经济价值。

因此，不同类型、不同功能冷库的正常运行十分重要。

本解决方案将以冷库行业为基础，结合先进的冷库控制工艺和实际应用需求，综合阐述亚控组态软件在冷库行业的完整解决方案，以提高运行效率、降低运营成本、实现智能控制和轻松管理的目的，为冷库的正常运行和日常管理提供有力的保障。

1.2系统需求

1.系统原则

保证系统技术先进、功能齐全、性能稳定、运行安全、扩展性好、升级方便、画面美观、节约成本，并要综合考虑施工、维护及操作因素。

平台应能支持完全在线方式的规模扩展与升级，能提供API、ODBC、COM、SQL等各类接口，具备断线缓存、冗余、运行状态监控、日志等功能。

2.数据管理

自动生成历史曲线图、历史数据导出Excel、数据、曲线图打印、SQL数据库管理工具、定时备份、手动备份。

3.监控画面

电子地图展示各冷库位置，并显示各冷库实时温度及状态；设备树展示冷库管理划分，全中文操作界面。

系统采用模块化设计，随时增加、删除温度监控点数量无需重新编程或组态，系统可同时接其他智能设备进行监控。

4.报警需求

应能优先传送项目报警并显示，提高项目报警的及时性；具备视频报警功能，能进行手机短信报警，能够检索报警数据，统计报警次数。

当某站点出现报警时，能自动提高该站点数据采集频率到1次/1分钟，5分钟后恢复为正常采集速度。

采集器现场LED显示冷库温度，监控中心弹屏、语音、设备树、电子地图报警，短信通知报警，短信查询报警记录。

报警短信通知根据值班表发送，同一冷库可同时一人或多人接收短信报警，保障短信通知准100%准确。

5.项目查询及操作需求

实现项目的地图式查询和选择式查询；画面建立多重链接，实现通过尽量少的步骤进入需要显示的画面。

6.界面需求

全中文操作界面，分辨率不低于1920*1080，界面布局合理、美观，画面显示直观，图片、模型可进行无极缩放。

7.报表需求

可以灵活配置自动生成报表的时间和策略，支持班报、日报、月报、季报、年报；支持报表的删除、即时生成功能；可以方便用户组织和浏览报表，可自行定制报表。

8.趋势分析需求

在一个趋势图中可以定义显示任意多条曲线；实时曲线和历史曲线可以同时进行；能够进行实时趋势曲线和历史趋势曲线在线转换；可实现历史趋势查询功能。

9.用户权限管理

实现用户分级管理、分级控制。

登录用户权限控制（数据导出，记录删除）、系统功能权限控制、用户分组权限控制

10.网络发布需求

实现WEB发布功能，能够进行远程IE浏览；支持手机（Android、iOS、WP等系统）浏览功能（包括实时数据和特定画面）。

11.安全需求

保证系统运行安全，数据传输安全，数据存储安全。

12.信息库需求

能够通过监控中心查询项目合同、图纸资料、设备信息、设备手册（或说明书）、维修保养记录等。

13.能源管理需求

应能将采集到的各种参数、能效进行分析和管理，并生成各种图表，直观显示系统运行状态。

14.日志管理

系统登录日志、报警日志、参数修改日志、短信发送日志、短信巡查日志。

15.短信巡查

系统登录日志、报警日志、参数修改日志、短信发送日志、短信巡查日志。

16.系统扩展

除了检测冷库温度外，如果选用相应传感设备，还可以同时检测电路的电流和电压、光照度、流体压力、气体浓度，进行UPS监控、消防监控、漏水监控。

2、系统总体方案设计

2.1系统总体方案

图1系统方案结构图

如图1为系统方案的结构图，冷库监控系统分为三层，即监控层、控制层、设备层。

监控层部署亚控组态软件（KingView/KingSCADA），通过现场总线采集PLC中的数据。

在组态软件（KingView/KingSCADA）中，实现对冷库内各设备运行情况的集中监控，并可远程控制设备的工作模式及运行状态，实现系统报警提醒，设备维护提醒等功能，可自动生成冷库运行报表。

支持web发布功能，系统管理员或操作员可通过Internet网络或局域网远程查看当前系统的运行情况，实现远程监视，远程管理。

控制层是整个控制系统的核心，在冷库运行监控管理系统中起着“承上启下”的作用。

对下采集现场设备数据，并实现控制功能，对上为上位机监控系统提供数据，并接收上位机下发的控制指令，最终实现对现场设备的控制。

设备层主要指现场的传感器和执行器，包括制冷机组、温度传感器、湿度传感器、压力传感器、水泵、风机等设备。

方案亮点：

●实现工艺流程集中监视、分散控制的功能，自动进行设备维护提醒、故障报警，保证冷库系统正常运行。

●系统异常时进行短信提醒、邮件提醒，第一时间告知工作人员系统异常情况，消除冷库安全运行隐患。

●通过系统的B/S架构，实现远程实时查看运行系统状态，真正实现冷库系统无人值守，在保证系统安全运行的基础上，降低企业运营成本。

●系统试用功能及授权权限的设置保障冷库供应方及使用方的权益，增强冷库运行监控管理系统的应用功能。

●冷库运行监控管理系统采用模块化组态和模板调用功能，大大降低组态工程师的工作量，提高工作效率。

2.2冷库监控中心数据采集（KingSCADA）

2.2.1服务中心数据采集系统

服务器监控中心KingSCADA通过IP和端口号关联相应的KingIOServer采集器，对相应各个现场工作站实时数据进行采集，存放到KingSCADA历史数据库中，保证数据的完整性。

2.2.2数据采集性能特点

KingIOServer完成数据的采集和传输。

数据来源为各种硬件设备。

包括PLC，智能模块，智能仪表等。

通讯方式包括串口，以太网，GPRS，USB等。

提供API接口，并且支持OPC2.0/3.0。

KingIOServer提供网络监视功能。

可获取运行状态下连接至KingIOServer的客户端的详细信息，包括客户端信息、网络传输信息等。

包括KingIOServer的性能监视，链路、设备、数据块的采集信息、当前状态、失败记录等。

KingIOServer是独立的程序。

满足如下部署方式，客户可按照工程需要任意组合。

Ø同一个节点上可以运行多个KingIOServer。

可以是不同的KingIOServer类型，也可以是同一种KingIOServer类型根据不同的配置文件运行的不同实例。

Ø同一个KingIOServer可以向不同的客户端提供数据。

ØKingIOServer和客户端可以部署在同一台机器上，也可以部署在不同机器上，通过以太网连接。

Ø数据采集方面，同时支持与多个厂家多种型号PLC的通讯，具有很强的兼容性，以方便项目硬件设备选型和以后硬件系统升级改造。

Ø在数据的采集技术上，具备相位采集功能。

Ø支持在线监视和故障诊断。

当某个数据点或者站点发生数据传输故障时，能够产生报警，通知相应人员进行处理。

Ø支持多种冗余方式。

支持双链路冗余、双设备冗余、双机热备，具备设置专用的冗余探测通道功能，冗余切换时间应小于1秒。

2.3数据存储

2.3.1工业实时数据库

监控过程中针对采集的各种过程数据等均会被存储到工业实时历史数据库中，以方便展示系统分析数据。

✍工业实时数据库KingHistorian，作为可选产品，运用于本项目。

2.3.2工业实时数据库的介绍

实时数据库是数据库系统发展的一个分支，它适用于处理不断更新的快速变化的数据及具有时间限制的事务处理。

适应于测点数量庞大、采集数据量巨大、数据实时性要求高的应用场合。

实时数据库主要是数据库技术和流程实时技术结合的产物。

同时，实时数据库针对工业流程数据的特征，采用了优化的存储结构和高效的数据压缩算法。

2.3.3为什么选择实时数据库

工业实时历史数据库承担着存储与管理大量的、高密度的过程数据工作，当需要时它还需快速的将某时间段内的过程数据提供出来，实现高效、快速地查询。

由于调度系统的计算、状态判断以及调度预案的执行都是建立在对大量数据分析的基础上的，因此工业实时历史数据库的性能直接关系到分析、调度的效果。

2.3.4KingHistorian性能指标：

Ø支持毫秒级数据采集；

Ø单台数据库服务器稳定支持50--100万设备监控点的数据存储；

Ø支持10年连续历史数据的存储、分析与查询；

Ø支持单个测点每秒存储峰值为15万条数据记录，每秒并发存储峰值为5万测点；

Ø支持将数据压缩到原始数据的20%-30%，最高峰值可达到原始数据的3%-5%；

Ø单客户端单点检索每秒查询峰值超过40万条记录,多点检索平均每秒查询峰值为10万条记录；200客户端并发检索平均每秒查询峰值多达2万条记录；

Ø任意变量任意一天的历史数据（数据量为50，000——100，000条记录）不超过5秒；

Ø支持256个并发客户端；最多可支持500个客户端。

Ø采集服务器KingDataServer支持软件采集和设备控制器直接采集；

Ø采集服务器KingDataServer单机支持100万点容量；

Ø采集服务器KingDataServer单机支持2000个采集器KingDataCollector。

2.4计算引擎KingCalculation

KingCalculation是与工业库KingHistorian相配套的数据分析处理组件，将生产数据转化为企业所需信息。

KingCalculation的最终目标是辅助企业管理，为企业决策提供依据。

KingCalculation对具有行业特点的计算，支持自定义函数库的方式进行数据统计分析，帮助用户实现各种数据统计和数据分析。

图2为KingCalculation工作过程图。

KingCalculation的基于现场实时、历史数据的统计分析，可以回答用户诸如设备运转统计情况、设备能耗情况、各车间能源消耗对比情况、各园区能源消耗对比情况等多种问题，这些信息都是来源于对设备运行统计计算、设备能源消耗分析、企业能源消耗分析。

图2KingCalculation工作过程图

✍计算引擎KingCalculation可根据实际项目需要，作为可选方案，运用于本项目。

2.5数据展示功能

2.5.1数据展示平台KingScada

我公司数据展示产品KingSCADA是组态式可视化数据展示系统。

KingSCADA支持多种冗余方式，支持双链路冗余、双设备冗余、双机热备，冗余切换时间小于1秒；支持开放的工业标准通讯协议DDE/NetD、OPC2.0/3.0；支持丰富的API接口、ODBC/OLE接口、COM、SQL接口支持ActiveX控件。

KingSCADA可在线升级、扩展。

工程开发过程中常会遇到大量同类设备，这些设备本身具有类似的外观、参数、操作等。

在一个复杂的工程中可能会用到上百个这样的设备，为了减少大量的重复工作，KingSCADA可将其做成一个图形模型，再将图形模型进行实例化处理后应用在相应的画面中。

KingSCADA具有完善的数据库接口，能对各种实时历史数据库、关系数据库进行全面访问，其内嵌ocx技术还能对视频监控、GIS等系统进行有效整合，为用户在一个集成融合的视图系统里就能查看到所有相关信息创造可能。

KingSCADA可以连接实时数据库采集的全厂控制系统数据和关系数据库保存的报警数据，帮助用户实现对全局控制系统的综合监测与分析。

KingSCADA将各分系统方方面面，不同部门、不同车间、不同岗位的数据信息整合到统一的应用平台上，是一个面向企业所有人员的可视化操作平台，上至企业最高管理层，下至基层操作员都能在KingSCADA这个统一一致、上下覆盖的平台上进行工作，因此能更好地将企业目标和员工实际行动统一起来，保证企业级操作和营运的最优化。

同时，实时、一致的视图和内容能使更多的人发现和看到问题，并能共同处理这些问题。

相同的分析工具还可以使所有的员工都可以通过“专家的眼睛”来看待和发现问题，从而在全企业范围内构建强壮的故障排除和相互沟通的能力。

✍KingSCADA软件功能完全满足提出的“平台应能支持完全在线方式的规模扩展与升级，能提供API、ODBC、COM、SQL等各类接口，具备断线缓存、冗余、运行状态监控、日志等功能”这一需求。

✍KingSCADA图形模型功能完全满足提出的“能实现将个项目站点画面直接移植到监控中心,减少组态工作量”这一需求。

2.5.2大画面与无极缩放功能

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。

KingSCADA与KingGraphic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。

无极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。

KingSCADA与KingGraphic具有强大的无极缩放功能，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。

CKingSCADA大画面与无极缩放功能完全可满足“全中文操作界面，分辨率不低于1920*1080，界面布局合理、美观，画面显示直观，图片、模型可进行无极缩放”这一需求。

2.6多种客户端浏览方式

2.6.1Web发布

为解决企业用户客户端的随意性和升级维护等难题，KingSCADA及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。

KingSCADA的画面浏览器Web插件和KingSCADA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KingSCADA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KingSCADA软件模块和应用的分发。

客户端以控件方式在标准的Web浏览器界面中显示KingSCADA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地点限制。

KingSCADA画面浏览器Web控件将对各种数据源进行访问操作的工作统一交给Web服务器去完成，有效保护了企业数据平台的管理访问权限，同时大大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。

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。

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。

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KingSCADA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地点限制。

2.6.2KSTouch移动客户端（定制）

KingSCADA及KingGraphic移动设备客户端支持iOS和Android系统，可在iphone、ipad，或其他Android掌上电脑上操作。

客户可安装KingSCADA及KingGraphic移动设备客户端软件KSTouch，通过配置IP地址和端口即可实现对各站点的监控。

3、系统功能设计

冷库监控SCADA系统针对食品库、药品库、医院血库、种子库、疫苗库、水果库、水产库、冷链物流企业等行业，实现统一的监控管理解决方案，可以应用在冷库后期追加温湿度监控模块，冷库监控SCADA系统基本功能有实时在线记录库温，自动生成温度历史曲线图，打印历史记录、历史数据输出EXCEL，温度上下限报警，短信超温报警，短信查询冷库温度，短信报警值班安排，数据库自动备份、还原，用户权限管理，电子地图展示监控点、完全中文界面，根据管理树形展开监控点，不改变系统随时扩展系统，增加监控点，根据用户需要系统可以单监控中心，多监控中心可选。

3.1设备运行状态显示

系统画面形象展示实际冷库中的设备布局及工艺流程，实时显示各设备的运行状态、库内各监测点的温度、湿度以及温湿度的最大值、最小值、平均值等统计值，使系统的运行状态、工作模式和设备工作状态一目了然。

图3设备布局及工艺流程

3.2运行参数设定

冷库系统具有调温功能，才能适应市场需求，使冷库的利用率达到最大化。

系统参数的设定需要用户有足够的权限才可以操作，这样才能保证系统稳定安全的运行。

组态王（KingView）软件系统采用分级和分区的双重保护策略，针对不同的操作者设置相应的操作等级和加密等级，以防止系统参数被误修改。

图4运行参数设置

3.3报警功能

冷库系统具备温度、湿度等参数高低限自动报警功能，能进行实时报警提示，自动弹出报警画面，声音报警通知，远程信息报警通知提示，并能够对历史报警信息进行存储，以方便进行查询和打印。

可以在系统运行过程中查看和修改各系统变量的报警参数。

图5报警显示及查询

3.4短信和邮件提醒功能

冷库系统一旦出现故障，对冷库中的产品将产生不可逆转的损失，因此，系统设备故障或运行异常时，需要第一时间通知系统管理员和操作人员，以便及时处理问题。

组态王（KingView）软件内嵌短信模块驱动以及邮件驱动。

当冷库系统有报警时，系统会将报警信息以文本的形式发给预先设定的手机号码和邮箱地址。

图6设备配置向导

3.5数据展示功能

冷库运行监控管理系统可根据需要，生成实时报表、时报、日报、月报等，数据还可以趋势曲线的形式展现，并具有定时打印和随机打印的功能。

图7数据展示

3.6Web发布功能

通过组态王（KingView）软件的WEB发布功能，系统用户可以在Internet网络或局域网中随时随地实现冷库系统的远程监控，确保系统正常运行。

图8Web浏览

3.7系统授权

冷库系统建设交付后，系统需要试运行一段时间，以确保系统的稳定性。

为了保障冷库系统的供应方及使用方的权益，增加系统授权功能。

系统稳定运行后，使用方可以从供应方处获取授权码，以保证系统的长时间运行，且供应方的利益不受损。

图9系统运行授权

3.8手机监控功能（定制）

图10系统结构

如图11所示为手机监控界面，是我公司在美国Pivots农场灌溉项目定制开发的手机监控画面截图。

Pivots农场灌溉管理系统将多个农场的灌溉设备信息采集到集控中心服务器上，针对每一个农场定制监控系统，在服务器上实现农场数据的分别发布，农场管理员可以随时通过手机监控农场设备情况

图11手机监控界面

4、系统配置

4.1软件清单

该IBMS监控系统用到下列软件产品，具体产品应用分布及产品应用条件见下表：

亚控软件清单表

系统层级

软件名称

数量

部署位置

数据中心

KingSCADA完整版

1

管理中心服务器

kingSCADA客户端

2

用于客户端机器

Web客户端

10

网络发布

KingHistorian

2

实时数据服务器（主、备机）（可选）

KingMobile

1

移动客户端服务器（可选）

5、冷库监控SCADA系统总结

亚控科技始终专注于自动化软件的自主研发、市场营销和服务，是目前该领域亚洲规模最大、实力最强的公司。

用组态王（KingView）软件实施的冷库运行监控管理系统对供应商来讲，将大幅缩减运行系统的开发周期，降低工作量，提供工作效率，对系统的使用者来讲，其完善的人机交互、稳定的系统运行不仅满足现场的实际需求，更为冷库企业提升冷库自动化程度，降低运营成本，为冷库的无人值守奠定了基础。