GENESIS64在某风力发电集团SCADA项目中的应用
供稿：美国标志科技
- 摘要：本项目运用了HMI/SCADA软件领域最新的平台和技术，实现了从风电集团综合信息系统到单台风机监控系统的一体化系统。
关键字 风力发电 SCADA 虚拟现实 ICONICS GENESIS 3D GIS OPC
1. 项目背景
随着风电行业的快速发展和软件技术、监控技术的快速进步，风电SCADA系统的正在经历着深刻的变革：在数据和信息的展现方面，三维虚拟展现技术、基于GIS的全局/局部综合信息展现和查询、WPF、SilverLight、Win7 UI软件技术等正在逐步应用于风电行业的SCADA系统应用中。本项目运用了HMI/SCADA软件领域最新的平台和技术，实现了从风电集团综合信息系统到单台风机监控系统的一体化系统。
2. 设计原则
根据用户的需求，本项目的设计遵循以下原则：分层结构化设计，整合底层风机、装置等信息和风场、风电集团宏观运维数据和信息；信息的垂直整合性好，可以方便地从单台风机上溯到整个风场、片区、风电公司的SCADA系统或者反向操作；界面美观，采用新一代Windows和SCADA界面技术，对界面进行专业化静态和动态设计；集成GEO SCADA功能；基于标准、开放性平台，可维护性好，经过适当培训后，用户可自行维护、升级和扩展。
3. 技术路线及平台选型
本项目采用美国ICONICS公司的最新一代HMI/SCADA软件GENESIS64和企业级历史实时数据库Hyper Historian作为核心平台，以OPC作为主要通讯方式，以GraphworX64组件作为主要的二维和三维信息展现、查询界面，以EarthWorX64作为实时GIS展现界面，实现了实时数据采集、高效实时和历史数据管理（存储、查询、回放等）、2D/3D信息展现和查询、GIS界面信息整合和查询等功能。
3.1 关于ICONICS公司
创立于1986年的美国ICONICS 公司，是全球工业信息化及自动化软件界屡获殊荣的领导厂商，公司的解决方案为企业的生产运营和设备管理实现实时可视化和智能化，帮助用户提高生产的灵活性和效率，进而增强企业盈利能力。ICONICS 的产品和服务为全球500 强中70%以上的企业所选择，在超过250,000 台的各种平台上为用户创造价值。
公司的总部位于美国马萨诸塞州的Foxborough，毗邻波士顿。公司机构遍及美国、英国、澳大利亚、中国、法国、德国、日本、印度、意大利以及荷兰等，超过40% 的销售额来自于国际业务。ICONICS 在欧洲也设有软件开发机构。作为业界领先的面向Web的HMI/SCADA和制造智能解决方案供应商，ICONICS一直倡导以创新，卓越等为核心的企业文化，并将这一思想贯穿于它的产品开发，技术支持，销售和服务之中。
ICONICS公司拥有丰富成熟的产品线，包括64位/32位HMI/SCADA软件GENESIS, Historian, OPC/UA 开发工具和服务器，生产智能和MES软件BizViz等等。
3.2 公司风电行业典型客户
在风力发电领域，长期以来ICONICS拥有数量众多的用户，近两年来活跃的客户包括: EDF、Bachmann、Enercon、Vestas、Bonus Energy (Denmark)、Suzlon、Ecotecnia、NEG Micon、RWE Germany等等。
3.3 关于GENESIS软件
GENESIS作为装机量超过250,000套的HMI/SCADA软件，以其超过25年的深厚技术积累、卓越的技术创新能力在业内独树一帜。GENESIS64 作为GENESIS产品线的最新一代产品套件，在业界首次利用真正的64 位硬件和软件技术优势实现自动化解决方案的快速开发和设计。GENESIS64 是全员就绪型产品，现场操作人员和IT 专家都可以将实时生产数据和业务信息整合到一体化、支持OPC UA 和BACnet、面向Web 应用的可视化仪表盘管理平台。
GENESIS64 作为基于.NET 64位平台全新设计的产品，为客户提供一个360度三维操作视景。通过整合Windows Presentation System(WPF)、Card Flow Navigation、GIS以及采用硬件加速3D成像，使用户获得更加丰富的应用体验。此外，还通过集成User Accounｔ Control (UAC)提高工厂车间安全性，集成Silverlight技术实现跨浏览器和跨平台可视化。
GENESIS64的核心模块包括：
Workbench - 集中组态与部署环境
GraphWorX 64 - 2D 和3D 可视化
AlarmWorX 64 - 企业级报警管理软件
TrendWorX 64 - 组态和浏览3D 图表
EarthWorX - GEO SCADA（地理信息SCADA）
该软件主要的特点如下：
支持3D、GIS、基于WPF、Silverlight和Win7的信息展现技术
单一组态开发环境，面向多种运行平台
组件化的HMI /SCADA 解决方案
支持OPC-To-The-Core ™ 技术、SNMP、BACnet 和数据库连接
跨媒体、面向对象 OPC 报警和报警发布管理技术
支持冗余和服务器集群，提供稳定、可靠的冗余技术
防火墙和广域网应用透明友好、易于无线设备集成
多语言切换和可重复使用的全局别名
强大的数据挖掘技术
支持基于日历的排程调度技术
4. 项目的系统架构与软件配置
本项目实现从集团风场信息汇总、查询、分析到单台风机所有实时和历史数据的展现、查询等功能；并实现对各个风场和风机的三维立体实时展现；与此同时，整个集团的资产也在GEO SCADA系统中通过Microsoft Bing Map 实现实时展现、查询等。系统架构和主要功能模块如下图所示。
本项目软件的架构与配置如下：
核心的应用服务器为250,000点GENESIS64三维HMI/SCADA软件套件，该软件包含开发和运行版授权，动态计算有效I/O点；Web服务器一台，包含GENESIS64 Web 服务器授权；若干个WEBHMI64 客户端开发/运行浮动授权, 应用于GraphWorX64, AlarmWorX64, TrendWorX64 和 GENESIS64 Workbench等GENESIS64组件的胖客户端或瘦客户端。此外系统还包括GENESIS64 FrameWorX，Unified Data Manager，OPC-UA 数据网桥、数据聚合、全局别名等功能模块。GENESIS64服务器内置了冗余配置功能；最为未来可能的扩展，Web服务器亦可配置为冗余的方式。
实时历史数据库为100,000点的Hyper Historian企业版，支持高效的旋转门和死区压缩算法，支持内存数据库、硬盘存贮两种数据存贮方式；数据采集方面，支持基于TCP/IP OPC的远程数据采集、断网存储转发等功能，在本项目中主要通过OPC的方式进行数据采集。
5. 系统功能简介
本项目实现了完整、典型的风电SCADA系统的功能，主要功能如下：
a) 系统登录与用户管理
实现用户登录及角色切换（通过用户名和密码组合）、在线多语言切换、系统退出等。
b) 集团风场GIS浏览(总览及局部浏览、搜索查询)
主画面为EarthWorX64集成界面，可以实时监控整个风电集团所有风场的KPI信息，KPI信息的展现通过SmartPin技术以直观的方式显示；在GEO SCADA画面上放大或点击后可进入区域公司、单个风场的信息总览，还可进一步深入到单台设备，如风机，变电站及测风塔等。
c) 区域电力公司风场信息浏览
区域公司的多个风电场实时统计信息可以通过如下的列表显示，这些信息包括：有功功率、无功功率、可利用率、风机总数、运行数、停机数、待机、故障运行、风场平均风速、上网电量等及测风数据、变电站数据、风电场故障状态信息等。点击单个风场进入风场信息主界面如下图右所示。
d) 风场信息-风机及变电站(3D/2D)
单个风场的信息既可以以2D方式展示，也可以以3D的方式展现。本项目对风场场景、风机、附属设施和装置进行了三维设计，考虑到Web应用，根据需要建立了精度适当、B/S架构下性能出众的风机及附属设施的三维模型，并在GraphWorX64中进行了渲染。该模型将用于软件界面中直观的资产3D查看、设备和生产信息的静动态展现、报警信息的浏览与确认、故障定位等。
亦可以传统的2D方式显示风机及变电站信息如下。2D和3D方式后台对应统一的实时和历史数据源。比如，本项目监视记录所有风电场的变电站运行信息，如线路接线、开关状态、母线电压、关口表上下网电量、功率因数等。能够对整个风电场上下网电量生产数据做出详细的日、周、月、季、年报表。