聚合釜遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)

張 焱 郝文生

（中航黎明錦西化工機(jī)械（集團(tuán)）有限責(zé)任公司)

聚合釜遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)

張 焱*郝文生

（中航黎明錦西化工機(jī)械（集團(tuán)）有限責(zé)任公司)

對聚合釜設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)背景、技術(shù)基礎(chǔ)、遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)以及應(yīng)用過程進(jìn)行了闡述，同時分析了聚合釜遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用效果和作用。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 聚合釜 實(shí)時監(jiān)控 故障診斷

0 前言

聚合釜是PVC生產(chǎn)裝置中的關(guān)鍵設(shè)備。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，PVC的需求也在不斷增加。為了保證大型及核心裝備穩(wěn)定、企業(yè)生產(chǎn)安全、降本增效，應(yīng)當(dāng)采用聚合釜遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，以便對在役聚合釜裝備運(yùn)行數(shù)據(jù)及故障進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控，實(shí)時了解設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，及早預(yù)測和排除設(shè)備故障。建立完善的聚合釜裝備遠(yuǎn)程監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)，可極大地提高企業(yè)管理效率，為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。本文對聚合釜設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)背景、技術(shù)基礎(chǔ)、遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)以及應(yīng)用過程進(jìn)行了闡述，同時分析了聚合釜遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用效果和作用。

1 技術(shù)基礎(chǔ)

聚合釜遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)以計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，將生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)與信息管理系統(tǒng)相融合。

聚合釜裝備遠(yuǎn)程監(jiān)測與故障診斷是設(shè)備診斷技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的有機(jī)融合，是設(shè)備故障診斷技術(shù)發(fā)展的嶄新階段，是實(shí)時的在線監(jiān)測與診斷方式。該系統(tǒng)主要是借助于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)，對現(xiàn)場生產(chǎn)和聚合釜裝備運(yùn)行的實(shí)時連續(xù)狀態(tài)信號運(yùn)行數(shù)據(jù)及故障進(jìn)行遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)控，實(shí)時了解設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，及早預(yù)測和排除設(shè)備故障。利用Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對聚合釜裝備生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行智能化數(shù)據(jù)采集 (包括溫度、壓力、流量等信息)，通過對在役聚合釜裝備的運(yùn)行狀況、各種參數(shù)和工業(yè)過程數(shù)據(jù)的采集、預(yù)處理 (濾波、校正等)和分析 (特征提取、模式分類等)，監(jiān)督整個生產(chǎn)過程，檢測系統(tǒng)的故障信息，診斷故障原因，分析和預(yù)測生產(chǎn)過程的動態(tài)趨勢，并結(jié)合生產(chǎn)的實(shí)時調(diào)度，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能化協(xié)同 “會診”式設(shè)備故障診斷等工作。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

適合流程企業(yè)的管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是三層結(jié)構(gòu)的CIMS系統(tǒng)，包括企業(yè)資源計劃 (ERP)、制造執(zhí)行系統(tǒng) (MES)和過程控制系統(tǒng) (PCS)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1ERP/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)的CIMS系統(tǒng)

2.2 實(shí)現(xiàn)功能

2.2.1 實(shí)時監(jiān)控

基于web的聚合釜裝備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程主要包括兩個部分，第一部分是實(shí)時數(shù)據(jù)的采集，第二部分是遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)。第一部分是指聚合釜裝備實(shí)時數(shù)據(jù)由PLC或DCS傳遞到實(shí)時數(shù)據(jù)庫中，然后再傳遞到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。第二部分則是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，主要包括數(shù)據(jù)的處理、發(fā)布及遠(yuǎn)程監(jiān)控。

（1）數(shù)據(jù)實(shí)時采集

數(shù)據(jù)實(shí)時采集過程如圖2所示。數(shù)據(jù)實(shí)時采集過程是指設(shè)備運(yùn)行指標(biāo)數(shù)據(jù)從DCS上產(chǎn)生到數(shù)據(jù)通過網(wǎng)頁被遠(yuǎn)程監(jiān)控的過程，它通過DCS（PLC）-實(shí)時數(shù)據(jù)庫、實(shí)時數(shù)據(jù)庫-關(guān)系數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)處理軟件將數(shù)據(jù)展示在網(wǎng)頁上，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。

圖2 生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時采集過程

①DCS、PLC-實(shí)時數(shù)據(jù)庫：通過數(shù)據(jù)采集軟件將PLC、DCS中的生產(chǎn)、監(jiān)控等數(shù)據(jù)導(dǎo)入到實(shí)時數(shù)據(jù)庫中。這些數(shù)據(jù)具有原始性和權(quán)威性，它是來自生產(chǎn)第一線的數(shù)據(jù)。有了這些數(shù)據(jù)，生產(chǎn)情況和設(shè)備的運(yùn)行情況就可一目了然。

②實(shí)時數(shù)據(jù)庫-關(guān)系數(shù)據(jù)庫：通過數(shù)據(jù)采集軟件或數(shù)據(jù)庫語句對實(shí)時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析或統(tǒng)計，然后再將其導(dǎo)入到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。

③ 數(shù)據(jù)軟件的開發(fā)：為了便于生產(chǎn)和設(shè)備的管理者掌握設(shè)備生產(chǎn)和監(jiān)控數(shù)據(jù)，及時了解生產(chǎn)和設(shè)備的運(yùn)行情況，需要開發(fā)一套軟件。通過這一軟件將數(shù)據(jù)從關(guān)系數(shù)據(jù)庫中取出，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，然后加以顯示。

④ 網(wǎng)站的建立：將開發(fā)的數(shù)據(jù)軟件布置到web服務(wù)器上，就可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)監(jiān)控，客戶只需打開互聯(lián)網(wǎng)上的網(wǎng)頁，輸入網(wǎng)址，數(shù)據(jù)監(jiān)控頁面就會顯示出來，并且可以在一段時間內(nèi)實(shí)時進(jìn)行頁面刷新。

（2）遠(yuǎn)程監(jiān)控

遠(yuǎn)程監(jiān)控信息系統(tǒng)軟件采用三層B/S體系結(jié)構(gòu)，由JSP+spring+hibernate三層模式組成。其中，JSP用于與用戶交互。spring負(fù)責(zé)通過各種組件接收從JSP傳遞過來的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，同時調(diào)動hibernate，與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互。此外，它還可以將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)或處理過的數(shù)據(jù)傳遞給JSP頁面。hibernate主要負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互，對數(shù)據(jù)進(jìn)行增、刪、改及業(yè)務(wù)處理。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

2.2.2 故障診斷

設(shè)備故障診斷是一門綜合性很強(qiáng)的學(xué)科。本文的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要是借助計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)，對現(xiàn)場生產(chǎn)和設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時連續(xù)的狀態(tài)信號、運(yùn)行數(shù)據(jù)以及發(fā)生的故障等實(shí)行遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)控，實(shí)時了解聚合釜裝備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，及早預(yù)測和排除設(shè)備故障。聚合釜裝備遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)框架如圖4所示。

圖4 聚合釜裝備遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)框架

通過對聚合釜裝備過程數(shù)據(jù)的采集、預(yù)處理（濾波、校正等）和分析（特征提取、模式分類等），監(jiān)督生產(chǎn)過程的運(yùn)行狀態(tài)，檢測系統(tǒng)的故障信息并診斷故障原因，分析和預(yù)測生產(chǎn)過程的動態(tài)趨勢，從而達(dá)到減小產(chǎn)品質(zhì)量波動、保障系統(tǒng)可靠運(yùn)行的目的，使生產(chǎn)系統(tǒng)始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。聚合釜裝備遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)功能模塊如圖5所示。

圖5 聚合釜裝備遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)功能模塊

2.3 關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵工藝

（1）故障預(yù)測系統(tǒng)的建模。對于一個復(fù)雜的工業(yè)過程，需要在非線性、多子系統(tǒng)的條件下建立模型?；跀?shù)據(jù)驅(qū)動的方法不需要過程的精確解析模型，因此建模所獲得的理論成果和方法可以直接應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中。

（2）特征信息的獲取。復(fù)雜系統(tǒng)所包含的信息量非常大，若在大容量信息條件下能夠取得有用的信息，就能夠提高故障預(yù)測的準(zhǔn)確性?；跀?shù)據(jù)驅(qū)動的方法能夠?qū)⒏呔S的數(shù)據(jù)變換成低維的數(shù)據(jù)，并從大量的數(shù)據(jù)中獲取有用的信息。

（3）故障預(yù)測系統(tǒng)的安全性分析。由于故障預(yù)測系統(tǒng)具有不確定性，因此需要對系統(tǒng)自身的不確定性進(jìn)行分析，以提高對故障預(yù)測的準(zhǔn)確性。

從上述對遠(yuǎn)程智能診斷總體技術(shù)的分析可以看出，遠(yuǎn)程智能診斷系統(tǒng)是一個大型的、復(fù)雜的系統(tǒng)。根據(jù)不同的診斷對象和具體要求，該診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以作相應(yīng)改變，功能模塊也可以作適當(dāng)增減，但不論怎樣改變，都必須包括這樣幾個核心功能，即遠(yuǎn)程監(jiān)控、診斷和維護(hù)管理。

3 應(yīng)用過程

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用過程包括：數(shù)字監(jiān)控器改造→數(shù)據(jù)采集→專家及知識庫的建立→遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的建立。

數(shù)字監(jiān)控器改造：由于現(xiàn)場的許多監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)控器是由老式的模擬監(jiān)控設(shè)備組成的，只能進(jìn)行人工數(shù)據(jù)的采集，所以通過使用先進(jìn)的DCS系統(tǒng)對監(jiān)控器進(jìn)行數(shù)字化改造，就可將監(jiān)控數(shù)據(jù)自動傳入到實(shí)時數(shù)據(jù)庫中。

數(shù)據(jù)采集：一是將各監(jiān)控器的數(shù)據(jù)自動采集到實(shí)時數(shù)據(jù)庫中；二是按照實(shí)際需要將數(shù)據(jù)傳入到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。

專家及知識庫的建立：主要功能是設(shè)定各種技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)及算法，對傳入數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的建立：通過建立遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，廠家就可以對現(xiàn)場的各種指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)各種故障的遠(yuǎn)程診斷并提供有關(guān)的操作指導(dǎo)服務(wù)。

4 結(jié)束語

采用聚合釜裝備智能監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)后，實(shí)現(xiàn)了聚合釜生產(chǎn)裝備的在線遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障檢測、故障診斷和維護(hù)，有效地避免了系統(tǒng)故障的發(fā)生。利用基于Internet的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以有效地實(shí)現(xiàn)資源共享、專家異地會診、最優(yōu)分析，同時還可以方便地實(shí)現(xiàn)對企業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，有效地提高企業(yè)的技術(shù)管理水平。

Development of Remote Monitoring System for Polymerization Reactor

Zhang Yan Hao Wensheng

Described development background,technical basis,realization and application process of remote monitoring system for polymerization reactor,and analyzed the application effect of the remote monitoring system.

Remote monitoring system;Polymerization reactor;Real-time monitoring;Failure diagnosis

TP 27

2013-02-19）

*張焱，女，1978年生，工程師。葫蘆島市，125001。