集成人机界面和历史数据库的7大优势
　　尽管人机界面 (HMI)和历史数据库具有不同的目的控制工程网版权所有，但是为了帮助公司运营创造更大的价值，需要将其紧密的集成在一起。HMI可以提供有效的控制，实现运行人员和机器设备之间的交互。历史数据库负责采集高速实时数据，按时间顺序保存数据信息。
　　与数据的连接
　　一般情况下，HMI与可编程逻辑控制器（PLC）连接，直接获取实时数据。历史数据库一般和HMI连接或通过OPC服务器直接与PLC连接。在某些情况下，用户希望与HMI连接，因为有些标签计算值是在HMI中实现的。推荐的连接方法是将历史数据库直接与PLC或数据源连接。历史数据库的作用就是在将来分析的时候，有一个完整的按时间顺序排列的过程事件清单。通常，HMI通过屏幕不断得刷新，以便更新数值和画面，但是HMI站也可能因为不稳定出现关机或重启，如果历史数据库连接至HMI的话，就会导致整个数据出现断点。
　　如果将历史数据库连接至PLC数据源，无论HMI是否在运行，总有一条独立的连接路径来采集数据。设计优良的历史数据库，在日志/采集设备中还包括存储和数据转发功能，应将其布置在和数据源相同的设备上。这样，如果计算机之间的网络连接，出现故障或者升级软件的时候，不会导致数据丢失。
　　利用当今PC的标准技术和能力，一个典型的历史数据库系统应该能够存取、获取长达10年以上的原始数据。汇总生产制造中的大数据，对生成某些报告有帮助，历史数据库应该具有获取这些数据的功能，并在汇总后保存下来。原始数据可以还原事实真相，以便进行分析。一个性能超群的历史数据库，在存储数据的时候可以实现每秒100万个更新，同时还可以以每秒300万个的速度恢复数据。这种数据收集速率可以缓解用户的焦虑，避免数据存取的延迟。
　　易于使用的历史数据
　　用户需要非常直观的工具来使用历史数据。他们需要容易获取、并且不需要经过数周时间进行培训就能使用的数据工具。在HMI中，通过使用客户端应用软件，操作员可以获取历史数据。这些客户端软件使用了微软公司的ActiveX控制或者Microsoft .NET应用。当操作员和工程师观察到过程数据值的移动和设定值变化之间的差异时，他们就能识别出系统的波动效应，并能更快地确定问题并提出解决方案。数值所提供的信息有助于更快的做出决策。
　　轻松的数据访问是其中的关键所在。趋势数据的价值在于，用户可以随时提出各种假设，并且可以立即拿出数据来验证其可行性。下面我们通过7个应用案例来帮助你了解集成人机界面和历史数据库所带来的好处。
　　1.故障诊断
　　HMI显示水轮机系统主轴承温度过高。以前，标准的故障诊断方式为：将机组单元离线、检查、测量容差、更换润滑油和滤芯，最后重新启动并试验。现在，与历史数据库集成后，利用连续7年的轴承温度数据，可以断定轴承发生故障的可能性不大。经过比较多个趋势数据，发现可能是轴承润滑油冷却风扇发生故障。调查显示，触点表面发生腐蚀和积碳。从评估到采取矫正措施CONTROL ENGINEERING China版权所有，所需的时间小于1小时，而且水轮机无需停止工作，这样仅在单次事件中就可以节省大约2万美元。

■ 实时历史数据库趋势可以在智能手机应用上显示。Canary Labs公司的AxiomTrend软件可以用于移动端。在手机上就可以很容易地查看和使用标签、描述、刻度范围以及最后数值等。图片来源：Canary Labs

　　2. 趋势数据
　　一个电力合作社正在寻求某种方法，来确定流过充气的橡皮坝坝顶，流向下游的过量水的总量。这些过量的水，代表着增加销售、提供更低的单价、并摊薄固定成本从而以更低的价格提供电能的机会。通过查看过去4年的历史数据，可以断定历史数据库中具有测量所需的数据标签。数据编译需要1个人工日，研究的费用大概为1000美元。而想要一个水利工程师通过历史流量数据和电力需求曲线来完成理论分析，所需要的费用大概为2万美元，且这些数据组的精度很可能要比趋势数据的精度低。
　　3.  合规性证明
　　随着人们对于生态环境越来越重视，制造企业需要遵循越来越多的环保法令。以美国为例，由美国国家环境保护局（EPA）发起的调查和强制执行正处于历史最高水平。这些检查可能是及其复杂、冗长的工作，需要大量的内部团队成员来协调，以便满足EPA的调查及对支持人员的要求。
　　具有精确历史数据的客户能够减少调查组及其人员的压力。EPA官员不会认为某些东西被隐藏或遮盖了，公司的员工也可以快速和轻松的回答数据异常的问题。
　　具有注释功能的历史数据库包含的不仅仅是运行人员在按时间排序的数据文件内所做的注释，还包括诸如设备和传感器的校准等信息。提供完整的历史数据，再加上合理的解释，双方就可以维持彼此的信任，因为，易于获取的数据使得双方能够更有效的沟通。合规性证明也可以很快地获得验证，降低被罚款的可能性。
　　4. 发现根本原因
　　当一个价值高达2.5万美元的泵出现故障后，运行人员却声称设备没有任何理由地断掉了。这种情况曾让管理层手足无措，现在通过历史数据分析，企业能够了解故障发生的真实原因。历史数据显示，运行人员想在手动模式下，临时降低水箱的液位到低于设定值处。在运行人员分神的时候，泵干烧了，从而导致故障。找出根本原因后，管理层增加了更多的程序控制，以便在泵处于手动控制模式时，实现第二层受控停机，避免类似的事情再次发生。
　　5. 报告和分析
　　管道公司允许美国交通运输部的工作人员获取历史数据用于验证和分析。从多个泵站获取的数据在某个中心区域被复制。网络工具可以帮助向公司和交通运输部门提供所需的数据。

■ 将HMI与历史数据库集成后，可以在一个屏幕上显示HMI信息以及历史数据或实时趋势信息，从而帮助决策人员更容易、更快速地理解背景信息，以便对他们所观察到的信息做出可靠的反应。

　　6. 预防性维护
　　钻探行业管理并监视着很多移动设备。利用实时数据和报告，管理层可以更高效地工作以及制定更准确的维护计划。自动化的数据采集，不仅可以节约人力资源，还能够帮助确定某些特定设备是否由于一些故障导致老化加速控制工程网版权所有，或者是否出现操作员失误，以及维护或重修所计划需要的资源，并对资源的配置提供帮助。在越来越多的领域实现费用的节约以及效率的提升，因此利用历史数据，还可以开发其它预防性的分析应用。
　　7. 商业智能
　　从工厂历史库中获得数据，并将其中的一些数据连接到其它系统而不需要复制全部的数据，越来越多的企业在从对大数据的分析中发现机会。其中最关键的挑战在于如何将这些不同的数据集成并转换成有用的信息。那些在智能化方面做得比较好的公司声称，他们正在成为“游戏规则”的修改者。
　　历史数据库和HMI：大数据分析的基础
　　将HMI与监视控制和数据采集(SCADA)软件以及历史数据库软件集成在一起，可以帮助汇总、整合及分析所收集到的大数据，并获得较高的投资回报率。HMI/SCADA技术提供了连接数据源阵列的功能，从而可以将这些数据可视化，以便用于监视和控制。这些数据源涵盖的范围很广，包括从生产制造环境中的PLC到数据中心的OPC服务器，到通过简单网络管理协议（SNMP）进行通信的IT设备，以及经由BACnet（楼宇自动控制网络数据通讯协议）进行连接的建筑控制设备等。这些都是物联网（IoT）的一部分，将人和服务连接起来，领先的HMI厂商正在迎接这一趋势的到来。
　　在实时环境下，HMI/SCADA软件可以将数据可视化，实现快速决策、故障状态报警以及提供趋势点。同时，这些数据还可以作为可扩展的、具有很大灵活性的工厂历史数据，可以存储同样的数据并进行分析。最新的历史数据库具有大容量存储和快速检索的能力，这样就可以提升HMI/SCADA软件的2D和 3D图形数据可视化效果，从而更有效的利用大数据。下文列出了利用历史数据库和HMI/ SCADA软件的9种最优实践。
　　1. 集成云存储
　　高级的历史数据库整合了最新的云技术。高速、可靠的工业工厂历史数据，在集成了诸如微软Azure等云应用平台后，更具有可扩充性，而且可以从计算机桌面、网络浏览器或移动设备上获取这些数据。由于安装简单、维护需求低，因此IT成本也就随着降低，这样在业务发生变化时，组织就可以根据需求调整应用。

■ 通过历史数据回放，演示屏幕显示了人机界面控制一个机械手的情况。

　　2.改善数据同步
　　数据记录仪记录通讯数据，可以收集、汇总从任何工厂历史数据服务器上传递过来的数据。这个特性使得历史数据服务器可以与其它相似类型或同一品牌的服务器、甚至是第三方服务器来分层交换数据。不管该服务器是安装在就地还是在云端，数据交换都可以定时或手动触发。这样就可以远程获取最关键的信息，从而具有最大的灵活性和控制能力。
　　3.高速
　　“旋转门”压缩算法，可以实现每秒钟10万个数据事件高速数据采集。自动归档技术，则可以实现例行或调度触发数据归档，从而释放硬盘空间，为长期存取和检索而备份文件。

■ 人机界面屏幕截图显示了冷却装置控制的历史数据回放。

　　4. 最大的兼容性
　　历史数据库应充分利用基于最新的64位Microsoft.NET计算技术和众多特性，包括充分应用多核硬件。应当获得最新操作系统认证，比如Windows 8, Windows Server 2012以及最新推出的Windows 10等。OPC UA通讯标准以及众多的其它通信协议，为和现有基础设施的连接提供支持。遵循第三方的OPC HDA，确保成百上千种应用的互操作性，这样就可以最大程度的降低对现有工厂基础设施的影响。
　　5. 充分冗余
　　领先的历史数据库支持任何层面次的冗余，包括使用远程分布式数据采集器、多个分布式记录器、多个OPC和OPC UA接口。通过集成失效时自动切换到可用记录器上，企业可以保证运营具有最高的可靠性和性能水平。
　　6. 智能资产技术
　　历史数据库有一个逐步增长的需求：就是与资产管理工具的集成。有些历史数据库可以与支持ISA-95的资产模型工具集成（与互联的HMI/SCADA部件很像）。一旦连接后，由历史数据库而来的任何分析都可以包含在资产特性中，进而作为HMI实时数据的一部分。
　　7.高性能计算
　　获取高性能的计算能力，使得用户可以配置复杂的计算，这些计算可以周期性触发或者由任何数据变化事件触发，还可以使用灵活的日期/时间、算术、字符串或历史数据检索功能进行高级分析。
　　8. 数据导入
　　工具能自动或手动将数据插入到历史数据库中，还能从数据库、其它历史数据库、现场设备、PLC和其它设备上导入数据。
　　9.可视化及数据回放
　　使用期望的方式，比如与表、趋势、网格、图表或者动画对象等方式，历史数据可以像HMI内的实时数据一样容易获得。全面可定制的2D或3D趋势和图表能够带来现场数据。丰富的2D或3D图表库（如X、Y图表，对数、柱状图、带状图表记录器等）可以提供清晰和准确的数据表述。
　　直观的带状图和图表数据库，被用于定制趋势图。在运行期间，用户应当可以拖、放数据源以便同时观察多个趋势。数据还可以以表格的形式呈现，同时操作员还可以加注释、管理试验数据、追踪数据轨迹，该特性对企业来说非常有用，并且遵循了21 CFR第11部分的政策。
　　历史数据回放是一个创新特性，使得用户可以与屏幕上的回放控制互动：停止、倒放、快进，重现工厂资产和设备的运行数据，这些数据与历史数据库的日志数据相对应。
　　这些应用要点帮助企业确定历史数据库和HMI/SCADA软件的最佳组合，从而让大数据为企业带来更多的收益。
　　利用历史数据库来存储设备数据
　　对于存储和获取大量的设备数据来说，历史数据库提供了一种非常好的途径，但是这个基于时间的信息从“大数据”的采集而来，必须转变成可供设备运行人员、工厂工程师、工厂管理人员使用的数据。将大数据处理成更易于获得以便查看和分析的形式，可以实现大数据的更多价值。数据的获得，一般通过HMI连接至历史数据库，而历史数据库经常和其它软件平台连接。这就可以在HMI、历史数据库和软件平台上查看和分析数据。

■ HMI上的趋势，可以用于查看和比较实时数据和历史数据，用于故障诊断和分析。如果HMI/SCADA网关基于PC，那么在某些时候，历史数据站就可以安装在同一台PC上。

　　历史数据库可以采取很多的形式www.cechina.cn，从简单的电子表格或个人数据库文件，到可以从很多生产制造商处购买、并且运行在多个平台上的全要素数据库产品，再到每秒可以实现采集和存储上千万数据的专用历史数据库产品。很多方式都使得存储在历史数据库的信息（比如趋势、报告）易于使用，方便将数据推送到外部数据分析平台。
表 1: 设备历史数据带来的8个好处

表 2:  查看和分析设备数据的7种方式

　　对大多数设备来讲，一个或多个控制器连接至网关，用于实现HMI/ SCADA软件功能；网关充当数据集中器。HMI/SCADA网关基于PC机，历史数据库可以安装在同一台PC上。如果HMI/SCADA网关运行在嵌入式平台上，那么历史数据库也许会安装在通过以太网连接至嵌入式平台的、基于PC的外部系统。如果设备连接是临时的，那么也许使用嵌入式数据库来临时存储历史数据是必要的。在随后连接至更大的数据库或历史数据库时，可以将数据复制并存入其中，这在油罐区比较常见。

■ 商业智能仪表盘和OEE显示可以从历史站获取数据，也可以通过组态来提供关键运行数据概览。InduSoft和Wonderware的HMI/SCADA软件能够管理和控制成千上万的数据点，并集成到相应的历史站数据库；如果需要的话，历史数据库还可以每秒钟多次保存数据。

　　HMI/SCADA网关将设备运行数据发送给历史数据库进行长期存储。其它数据，则需要手动录入，比如故障原因、详细数据分析、质保或者统计过程控制测试结果。
　　网关获取存储在历史数据库中的数据，呈现给操作员和工程师。为了安全目的，历史站还可将所存储的数据推送到外部数据存储中心，甚至将数据推送到各种各样的软件分析平台CONTROL ENGINEERING China版权所有，或者业务信息及整体设备效率（OEE）仪表盘。HMI提供多个途径来查看当前设备的运行数据。查看设备的历史运行数据能够展示随着时间所发生的变化以及影响设备输出的参数。（作者：Mark T. Hoske）