【技术讲堂】HMI 与历史数据库的集成（一）
尽管人机界面 (HMI)和历史数据库具有不同的目的，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。
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。
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，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，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。