關鍵字 風力發電 SCADA 虛擬現實 ICONICS GENESIS 3D GIS OPC
1. 項目背景
隨著風電行業的快速發展和軟件技術、監控技術的快速進步，風電SCADA系統的正在經歷著深刻的變革：在數據和信息的展現方面，三維虛擬展現技術、基于GIS的全局/局部綜合信息展現和查詢、WPF、SilverLight、Win7 UI軟件技術等正在逐步應用于風電行業的SCADA系統應用中。本項目運用了HMI/SCADA軟件領域最新的平臺和技術，實現了從風電集團綜合信息系統到單臺風機監控系統的一體化系統。
2. 設計原則
根據用戶的需求，本項目的設計遵循以下原則：分層結構化設計，整合底層風機、裝置等信息和風場、風電集團宏觀運維數據和信息；信息的垂直整合性好，可以方便地從單臺風機上溯到整個風場、片區、風電公司的SCADA系統或者反向操作；界面美觀，采用新一代Windows和SCADA界面技術，對界面進行專業化靜態和動態設計；集成GEO SCADA功能；基于標準、開放性平臺，可維護性好，經過適當培訓后，用戶可自行維護、升級和擴展。
3. 技術路線及平臺選型
本項目采用美國ICONICS公司的最新一代HMI/SCADA軟件GENESIS64和企業級歷史實時數據庫Hyper Historian作為核心平臺，以OPC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、查詢界面，以EarthWorX64作為實時GIS展現界面，實現了實時數據采集、高效實時和歷史數據管理（存儲、查詢、回放等）、2D/3D信息展現和查詢、GIS界面信息整合和查詢等功能。
3.1 關于ICONICS公司
創立于1986年的美國ICONICS 公司，是全球工業信息化及自動化軟件界屢獲殊榮的領導廠商，公司的解決方案為企業的生產運營和設備管理實現實時可視化和智能化，幫助用戶提高生產的靈活性和效率，進而增強企業盈利能力。ICONICS 的產品和服務為全球500 強中70%以上的企業所選擇，在超過250,000 臺的各種平臺上為用戶創造價值。
公司的總部位于美國馬薩諸塞州的Foxborough，毗鄰波士頓。公司機構遍及美國、英國、澳大利亞、中國、法國、德國、日本、印度、意大利以及荷蘭等，超過40% 的銷售額來自于國際業務。ICONICS 在歐洲也設有軟件開發機構。作為業界領先的面向Web的HMI/SCADA和制造智能解決方案供應商，ICONICS一直倡導以創新，卓越等為核心的企業文化，并將這一思想貫穿于它的產品開發，技術支持，銷售和服務之中。
ICONICS公司擁有豐富成熟的產品線，包括64位/32位HMI/SCADA軟件GENESIS, Historian, OPC/UA 開發工具和服務器，生產智能和MES軟件BizViz等等。
3.2 公司風電行業典型客戶
在風力發電領域，長期以來ICONICS擁有數量眾多的用戶，近兩年來活躍的客戶包括: EDF、Bachmann、Enercon、Vestas、Bonus Energy (Denmark)、Suzlon、Ecotecnia、NEG Micon、RWE Germany等等。
3.3 關于GENESIS軟件
GENESIS作為裝機量超過250,000套的HMI/SCADA軟件，以其超過25年的深厚技術積累、卓越的技術創新能力在業內獨樹一幟。GENESIS64 作為GENESIS產品線的最新一代產品套件，在業界首次利用真正的64 位硬件和軟件技術優勢實現自動化解決方案的快速開發和設計。GENESIS64 是全員就緒型產品，現場操作人員和IT 專家都可以將實時生產數據和業務信息整合到一體化、支持OPC UA 和BACnet、面向Web 應用的可視化儀表盤管理平臺。
GENESIS64 作為基于.NET 64位平臺全新設計的產品，為客戶提供一個360度三維操作視景。通過整合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用體驗。此外，還通過集成User Accounｔ Control (UAC)提高工廠車間安全性，集成Silverlight技術實現跨瀏覽器和跨平臺可視化。
GENESIS64的核心模塊包括：
Workbench - 集中組態與部署環境
GraphWorX 64 - 2D 和3D 可視化
AlarmWorX 64 - 企業級報警管理軟件
TrendWorX 64 - 組態和瀏覽3D 圖表
EarthWorX - GEO SCADA（地理信息SCADA）
該軟件主要的特點如下：
支持3D、GIS、基于WPF、Silverlight和Win7的信息展現技術
單一組態開發環境，面向多種運行平臺
組件化的HMI /SCADA 解決方案
支持OPC-To-The-Core ™ 技術、SNMP、BACnet 和數據庫連接
跨媒體、面向對象 OPC 報警和報警發布管理技術
支持冗余和服務器集群，提供穩定、可靠的冗余技術
防火墻和廣域網應用透明友好、易于無線設備集成
多語言切換和可重復使用的全局別名
強大的數據挖掘技術
支持基于日歷的排程調度技術
4. 項目的系統架構與軟件配置
本項目實現從集團風場信息匯總、查詢、分析到單臺風機所有實時和歷史數據的展現、查詢等功能；并實現對各個風場和風機的三維立體實時展現；與此同時，整個集團的資產也在GEO SCADA系統中通過Microsoft Bing Map 實現實時展現、查詢等。系統架構和主要功能模塊如下圖所示。
本項目軟件的架構與配置如下：
核心的應用服務器為250,000點GENESIS64三維HMI/SCADA軟件套件，該軟件包含開發和運行版授權，動態計算有效I/O點；Web服務器一臺，包含GENESIS64 Web 服務器授權；若干個WEBHMI64 客戶端開發/運行浮動授權, 應用于GraphWorX64, AlarmWorX64, TrendWorX64 和 GENESIS64 Workbench等GENESIS64組件的胖客戶端或瘦客戶端。此外系統還包括GENESIS64 FrameWorX，Unified Data Manager，OPC-UA 數據網橋、數據聚合、全局別名等功能模塊。GENESIS64服務器內置了冗余配置功能；最為未來可能的擴展，Web服務器亦可配置為冗余的方式。
實時歷史數據庫為100,000點的Hyper Historian企業版，支持高效的旋轉門和死區壓縮算法，支持內存數據庫、硬盤存貯兩種數據存貯方式；數據采集方面，支持基于TCP/IP OPC的遠程數據采集、斷網存儲轉發等功能，在本項目中主要通過OPC的方式進行數據采集。
5. 系統功能簡介
本項目實現了完整、典型的風電SCADA系統的功能，主要功能如下：
a) 系統登錄與用戶管理
實現用戶登錄及角色切換（通過用戶名和密碼組合）、在線多語言切換、系統退出等。
b) 集團風場GIS瀏覽(總覽及局部瀏覽、搜索查詢)
主畫面為EarthWorX64集成界面，可以實時監控整個風電集團所有風場的KPI信息，KPI信息的展現通過SmartPin技術以直觀的方式顯示；在GEO SCADA畫面上放大或點擊后可進入區域公司、單個風場的信息總覽，還可進一步深入到單臺設備，如風機，變電站及測風塔等。
c) 區域電力公司風場信息瀏覽
區域公司的多個風電場實時統計信息可以通過如下的列表顯示，這些信息包括：有功功率、無功功率、可利用率、風機總數、運行數、停機數、待機、故障運行、風場平均風速、上網電量等及測風數據、變電站數據、風電場故障狀態信息等。點擊單個風場進入風場信息主界面如下圖右所示。
d) 風場信息-風機及變電站(3D/2D)
單個風場的信息既可以以2D方式展示，也可以以3D的方式展現。本項目對風場場景、風機、附屬設施和裝置進行了三維設計，考慮到Web應用，根據需要建立了精度適當、B/S架構下性能出眾的風機及附屬設施的三維模型，并在GraphWorX64中進行了渲染。該模型將用于軟件界面中直觀的資產3D查看、設備和生產信息的靜動態展現、報警信息的瀏覽與確認、故障定位等。
亦可以傳統的2D方式顯示風機及變電站信息如下。2D和3D方式后臺對應統一的實時和歷史數據源。比如，本項目監視記錄所有風電場的變電站運行信息，如線路接線、開關狀態、母線電壓、關口表上下網電量、功率因數等。能夠對整個風電場上下網電量生產數據做出詳細的日、周、月、季、年報表。
