實(shí)時數(shù)據(jù)庫技術(shù)在石油化工企業(yè)的應(yīng)用

摘 要：本文介紹了生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在石油化工企業(yè)的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集；自動控制；實(shí)時數(shù)據(jù)

中圖分類號：TP311.13

目前，國內(nèi)石化裝置都裝備了控制系統(tǒng)（DCS、PLC等），MES系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)也逐漸建立起來，然而各套裝置的運(yùn)行監(jiān)控方式仍停留在生產(chǎn)單元自動化階段，缺乏整廠生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。而且如果單純地依靠DCS和MES/ERP兩大系統(tǒng)，控制系統(tǒng)提供的信息資源并不能直接作為管理信息系統(tǒng)的決策支持，造成管理與控制環(huán)節(jié)不能最大程度地結(jié)合起來，使整個企業(yè)效益的進(jìn)一步提高受到限制。DCS和MES/ERP的有效整合是石化企業(yè)信息化實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)銷一體化”和“管控一體化”目標(biāo)的一個關(guān)鍵因素

實(shí)時數(shù)據(jù)庫平臺是生產(chǎn)管理信息和控制信息集成的關(guān)鍵平臺，Infoplus.21是AspenTech公司用于實(shí)時制造過程的實(shí)時數(shù)據(jù)庫，可以采集和存儲大量的過程數(shù)據(jù)，支持各種類型的用戶、事務(wù)處理及生產(chǎn)方面的應(yīng)用，系統(tǒng)提供CIM-IO接口與現(xiàn)場交換實(shí)時數(shù)據(jù)，提供定期采樣和“越死區(qū)”請求采樣兩種形式，其歷史數(shù)據(jù)庫提供SQL Plus查詢引擎和從歷史數(shù)據(jù)庫向關(guān)系數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換的接口。

實(shí)施基于AspenTech InfoPlus.21實(shí)時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集的范圍可包括煉油、化工、烯烴、熱電、動力等生產(chǎn)裝置、罐區(qū)，以及各作業(yè)部間物料互供計(jì)量點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集的信息包括工藝參數(shù)、計(jì)量數(shù)據(jù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)以及機(jī)泵狀態(tài)等?？梢酝耆珴M足MIS系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)建設(shè)要求以及提高生產(chǎn)管理水平的需要，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)建成以后，向上可以為MES、ERP等系統(tǒng)提供實(shí)時數(shù)據(jù)支撐，向下又能連接生產(chǎn)裝置的DCS控制系統(tǒng)，使企業(yè)的生產(chǎn)管理和與生產(chǎn)相關(guān)的信息有機(jī)地集成在一起，從而全面提高企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營管理水平，進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)的核心競爭力。

1 系統(tǒng)總體框架

1.1 系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接生產(chǎn)裝置監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集工作站、實(shí)時數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全快速地傳輸；數(shù)據(jù)采集工作站根據(jù)系統(tǒng)配置從生產(chǎn)裝置監(jiān)控系統(tǒng)獲取生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)，并具有數(shù)據(jù)緩存功能；關(guān)系數(shù)據(jù)庫用于存貯基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和管理信息；監(jiān)視信息系統(tǒng)是生產(chǎn)實(shí)時監(jiān)視和管理中心，將從各生產(chǎn)裝置監(jiān)控系統(tǒng)采集上來的數(shù)據(jù)以一定的方式展示出來，形成實(shí)時過程數(shù)據(jù)和監(jiān)視信息。

1.2 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2 生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

實(shí)時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是以生產(chǎn)裝置控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，采集各裝置控制系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)，并上傳到廠級數(shù)據(jù)存貯與管理系統(tǒng)中，以獲取煉油、芳烴、烯烴、熱電、互供等裝置的生產(chǎn)過程實(shí)時信息，并根據(jù)MES應(yīng)用系統(tǒng)和其他企業(yè)管理應(yīng)用系統(tǒng)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的具體需求，開發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口，為各應(yīng)用系統(tǒng)提供及時準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.1 數(shù)據(jù)接口

由于控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信接口類型多種多樣，數(shù)據(jù)采集工作站上運(yùn)行的數(shù)據(jù)采集接口模塊向上采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，屏蔽了不同的監(jiān)控系統(tǒng)接口類型，便于系統(tǒng)維護(hù)與管理。

2.1.1 標(biāo)準(zhǔn)接口模塊

生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)一般提供組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)通信接口。運(yùn)行在Windows平臺上的監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)機(jī)/上位機(jī)通常提供DDE、OPC兩種常用的軟件接口。對于這些標(biāo)準(zhǔn)接口，直接采用AspenTech公司提供的CIM-IO for DDE和CIM-IO for OPC組件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。

2.1.2 專用接口模塊

當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信協(xié)議不是上述標(biāo)準(zhǔn)（OPC/DDE）時，數(shù)據(jù)采集工作站需要專門開發(fā)針對該協(xié)議的采集模塊，并遵循標(biāo)準(zhǔn)的CIMIO數(shù)據(jù)通信協(xié)議。

2.2 與其他系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)

實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)處于DCS與MES、ERP系統(tǒng)之間，通過建立一個全廠統(tǒng)一的實(shí)時數(shù)據(jù)平臺，將現(xiàn)有的裝置、罐區(qū)等裝置生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時地采集到實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，MES、ERP等其他應(yīng)用系統(tǒng)通過實(shí)時數(shù)據(jù)庫提供的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口（API、OPC、ODBC）查詢、提取實(shí)時數(shù)據(jù)，降低了這些系統(tǒng)直接訪問DCS和PLC的難度、成本和風(fēng)險。統(tǒng)一的實(shí)時數(shù)據(jù)訪問接口還為企業(yè)未來開發(fā)其他系統(tǒng)提供了方便，增加新的DCS或PLC系統(tǒng)不用更改上層系統(tǒng)的代碼，降低了新系統(tǒng)開發(fā)的成本。

3 系統(tǒng)功能簡介

生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)的基本應(yīng)用是廠級信息監(jiān)視系統(tǒng)，它是全廠生產(chǎn)實(shí)時監(jiān)視和管理中心，將從煉油、芳烴、烯烴、熱電等裝置的監(jiān)控系統(tǒng)采集上來的數(shù)據(jù)以一定的方式展示出來，形成實(shí)時過程數(shù)據(jù)和監(jiān)視信息。其典型的應(yīng)用主要包括：

3.1 工藝流程的實(shí)時信息瀏覽

廠級信息監(jiān)視系統(tǒng)采用Web方式生成并發(fā)布實(shí)時工藝流程的生產(chǎn)信息，形象的反映出生產(chǎn)現(xiàn)狀。各級管理部門通過客戶端的Web瀏覽器能夠方便地了解和分析各生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)以及設(shè)備運(yùn)行情況。

通過流程圖畫面形象的反映出工藝原理、流程以及當(dāng)前的生產(chǎn)狀況，使生產(chǎn)管理人員能夠方便地了解和分析當(dāng)前的生產(chǎn)情況。

畫面的表現(xiàn)方式有數(shù)據(jù)點(diǎn)、棒圖、曲線圖等等，極大的方便了運(yùn)行管理人員查看這些數(shù)據(jù)。工藝流程監(jiān)視是生產(chǎn)實(shí)時監(jiān)視的主要形式，生產(chǎn)管理人員通過工藝流程圖動態(tài)數(shù)據(jù)的變化，監(jiān)視生產(chǎn)物料情況和生產(chǎn)設(shè)施實(shí)時運(yùn)行狀況。

3.2 歷史趨勢記錄

歷史趨勢圖可以同時觀察多項(xiàng)指標(biāo)曲線的對比顯示，并可自定義曲線組，可以將相關(guān)的曲線進(jìn)行同屏顯示。曲線上下限可以自適應(yīng)并支持用戶自定義，曲線可以隱藏，可顯示指示條的當(dāng)前值，可以計(jì)算平均、最大、最小值。曲線組可以打?。豢山y(tǒng)計(jì)每項(xiàng)指標(biāo)在給定時間段內(nèi)的最大值、最小值及其各自的取值時間。

3.3 實(shí)時報警功能

系統(tǒng)提供了報警與事件功能。當(dāng)某個生產(chǎn)參數(shù)達(dá)到報警條件時，就會立即記錄報警信息，用戶可以方便地查詢報警起止時間及報警時的歷史趨勢，使管理部門方便地分析報警原因。

3.4 管理統(tǒng)計(jì)報表自動生成

能夠利用實(shí)時數(shù)據(jù)自動生成調(diào)度日報、產(chǎn)品質(zhì)量報表等生產(chǎn)數(shù)據(jù)報表，反映的數(shù)據(jù)真實(shí)準(zhǔn)確，減少人為誤差，提高生產(chǎn)管理水平。

經(jīng)過系統(tǒng)管理員授權(quán)的用戶，無需經(jīng)過特殊培訓(xùn)，只要掌握EXCEL表格的基本操作，就可根據(jù)自定義報表文檔的提示，填寫相應(yīng)的模板，并將其上傳至服務(wù)器，通過查詢得到所需要的各式報表。

3.5 裝置物料信息

裝置物料信息將展示主要物料在生產(chǎn)裝置之間的流動狀態(tài)信息（包括顯示全廠計(jì)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)和主要物流量及累計(jì)量）、原料和成品的儲備信息，幫助用戶全面掌握裝置物料實(shí)時流動狀態(tài)和生產(chǎn)儲備狀態(tài)。方便公司領(lǐng)導(dǎo)、生產(chǎn)調(diào)度、供銷等用戶從全局掌握生產(chǎn)實(shí)時信息，便于執(zhí)行公司產(chǎn)供銷計(jì)劃和全公司資源優(yōu)化配置與調(diào)度。

3.6 裝置平穩(wěn)率

平穩(wěn)功能模塊根據(jù)工藝人員提供的裝置運(yùn)行參數(shù)，將采集到的裝置關(guān)鍵數(shù)據(jù)與工藝設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行比較，從而計(jì)算統(tǒng)計(jì)公司、各生產(chǎn)廠、各裝置的裝置運(yùn)行平穩(wěn)情況。

3.7 儀表自控率

儀表自控率模塊根據(jù)設(shè)備部提供的儀表控制回路相關(guān)信息，將儀表控制回路的狀態(tài)采集并統(tǒng)一存儲在中心機(jī)房的實(shí)時數(shù)據(jù)庫中，進(jìn)行相關(guān)的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，以作為裝置自控率達(dá)標(biāo)的考核依據(jù)。

4 結(jié)束語

生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建立可以實(shí)現(xiàn)對石油化工企業(yè)主要生產(chǎn)裝置實(shí)時數(shù)據(jù)的采集和存儲，對裝置生產(chǎn)情況的實(shí)時管理和生產(chǎn)主要指標(biāo)的監(jiān)控以及對生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)的分析，不僅將縮短生產(chǎn)調(diào)度管理的決策時間，減少生產(chǎn)管理環(huán)節(jié)，提高企業(yè)的管理水平和經(jīng)濟(jì)效益，而且對外提供了標(biāo)準(zhǔn)的ODBC數(shù)據(jù)通信接口，以便在需要時可以快速方便地與多種其他系統(tǒng)進(jìn)行集成，為后續(xù)應(yīng)用系統(tǒng)的監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)、分析等工作打下堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

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作者簡介：廖曉潔（1964.01-），女，本科，高級工程師，研究方向：DCS、實(shí)時數(shù)據(jù)庫。

作者單位：天津石化公司信息檔案中心，天津 300270