長慶石化：PHD系統(tǒng)保證數(shù)據(jù)的及時(shí)與準(zhǔn)確

管寧靜

中國石油長慶石化公司（下稱“長慶石化”）十分重視工業(yè)信息化系統(tǒng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理分析，早在2005年就通過與北京中海迅通科技發(fā)展有限公司合作，搭建了一套在.NET環(huán)境下基于J2EE架構(gòu)開發(fā)的生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)（簡稱MIS），它由生產(chǎn)管理、裝置操作、油品運(yùn)行、化驗(yàn)查詢、系統(tǒng)管理五個(gè)部分組成。通過各生產(chǎn)崗位人員手工將生產(chǎn)重要數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理分析，生成報(bào)表，為管理層和技術(shù)人員分析生產(chǎn)情況提供支持。然而該系統(tǒng)并未建立與DCS、PLC系統(tǒng)的接口，因此存在無法自動(dòng)采集實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)生產(chǎn)情況的分析無法做到及時(shí)、全面和準(zhǔn)確。

2009年5月，中國石油煉油與化工運(yùn)行系統(tǒng)（簡稱MES）將長慶石化作為第二批推廣單位開始實(shí)施。該系統(tǒng)采用了霍尼韋爾公司的MES（Manufacture Execute System）作為工廠信息化的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，將生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)等各種數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)并處理加工成新的信息資源，通過網(wǎng)上生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)提供給管理、銷售、技術(shù)等各層次人員，解決了各個(gè)部門信息不一致的問題，幫助他們做出及時(shí)有效的決策。建立MES系統(tǒng)，首先就是要建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

霍尼韋爾過程歷史數(shù)據(jù)庫PHD（Plant History Database）作為MES系統(tǒng)的一個(gè)子模塊，也可稱作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，是生產(chǎn)信息化工作的基礎(chǔ)，確保了其他信息系統(tǒng)模塊能夠發(fā)揮作用。PHD將工廠裝置的溫度、壓力、液位、流量等實(shí)時(shí)信號(hào)值傳輸并保存到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，通過內(nèi)置的與其他模塊的接口，完全保證了數(shù)據(jù)采集的及時(shí)和準(zhǔn)確性，技術(shù)人員和管理層可以及時(shí)地掌握生產(chǎn)現(xiàn)狀及以前的生產(chǎn)過程，更好地組織、指揮生產(chǎn)，提高績效，這對(duì)長慶石化公司的生產(chǎn)運(yùn)行產(chǎn)生了積極的作用和重要的影響。

建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫

如果要建立PHD數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，首先應(yīng)該搭建好一個(gè)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，經(jīng)過前期的調(diào)研，長慶石化公司生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)共有催化原料預(yù)處理、常減壓、催化裂化、加氫裂化、制氫、重整PSA、二聯(lián)合裝置、硫磺回收、連續(xù)重整等9套DCS系統(tǒng)，輕質(zhì)崗、原油崗、液化氣站等3套外圍小型PLC系統(tǒng)及15萬方罐區(qū)1套總線系統(tǒng)需要接入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

長慶石化根據(jù)數(shù)采實(shí)際需求搭建生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)，DCS、PLC系統(tǒng)交換機(jī)、Buffer數(shù)采機(jī)、生產(chǎn)網(wǎng)匯聚層交換機(jī)、核心交換機(jī)、專網(wǎng)防火墻等硬件設(shè)備通過生產(chǎn)網(wǎng)將采集數(shù)據(jù)上傳至位于辦公網(wǎng)絡(luò)的PHD服務(wù)器，PHD服務(wù)器又作為MES的服務(wù)器群中的一臺(tái)將生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳送給其他應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，最后通過WPKS服務(wù)器提供給終端用戶，根據(jù)裝置實(shí)際分布情況長慶石化設(shè)計(jì)鋪設(shè)了4條冗余生產(chǎn)鏈路到相關(guān)裝置的機(jī)柜間，建立了三級(jí)交換的MES生產(chǎn)網(wǎng)。

由于生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)安全性極高，數(shù)據(jù)采集后要傳送至辦公網(wǎng)絡(luò)的PHD服務(wù)器存儲(chǔ)處理，因此，考慮到系統(tǒng)可能感染病毒等不安全因素，長慶石化在Buffer機(jī)上做了數(shù)據(jù)采集設(shè)定，只允許從DCS、PLC系統(tǒng)中單向取數(shù)，不允許往DCS、PLC系統(tǒng)中寫數(shù)。

數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)方式如下：

1、PHD服務(wù)器和Buffer機(jī)搭建

PHD數(shù)據(jù)庫最重要的功能就是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)采集主要的設(shè)備是PHD服務(wù)器和Buffer機(jī)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)要求長慶石化在辦公網(wǎng)MES服務(wù)器群中搭建了一臺(tái)PHD服務(wù)器，在13套裝置的現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間搭建了Buffer數(shù)采機(jī)。其中Buffer機(jī)作為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，承擔(dān)了從DCS、PLC系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳送給PHD服務(wù)器的任務(wù)，是數(shù)據(jù)采集重要的中間環(huán)節(jié)，Buffer機(jī)采用了雙網(wǎng)卡設(shè)計(jì)。

2、Buffer機(jī)與DCS通訊配置

長慶石化公司過程控制主要采用ABB AC800F DCS系統(tǒng)、ABB AC460 DCS系統(tǒng)、西門子S7-300 PLC系統(tǒng)、Modicon PLC系統(tǒng)、Bristol Babock PLC系統(tǒng)及SAAB總線系統(tǒng)。各套系統(tǒng)基本支持標(biāo)準(zhǔn)的OPC 2.0接口對(duì)外通訊，因此我們采用OPC底層通訊方式。將Buffer機(jī)作為DCS、PLC的一個(gè)終端操作站，并在上面安裝相應(yīng)系統(tǒng)廠家的OPC Server軟件或者使用第三方廠家的OPC Server軟件如Matrikon公司的OPC通信軟件MatrikonOPCSimulation。但長慶石化公司的ABB Freelance 2000 DCS系統(tǒng)比較特殊，需在DCS的工程師站上進(jìn)行組態(tài)配置，作為專門的OPC Server站，然后安裝F2K OPC Server軟件。

此外，雖然長慶石化公司Buffer機(jī)軟件和OPC Server軟件都安裝在一臺(tái)終端電腦上，但是為了實(shí)現(xiàn)Buffer機(jī)與OPC Server的本機(jī)通訊還得進(jìn)行DCOM配置（分布式組件對(duì)象模型）。配置完成后進(jìn)行連接測(cè)試，在連接的時(shí)候需要在Server Node一欄填入DCS操作站的IP，刷新清單（Refresh List）查找DCS提供的OPC服務(wù)，成功搜到服務(wù)，連接可得到動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)（與在DCS操作相同），說明測(cè)試成功，Tag列表所顯示的Value應(yīng)該和DCS畫面上一致。

3、數(shù)據(jù)采集傳輸方式

根據(jù)PHD技術(shù)架構(gòu)圖，Buffer機(jī)作為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，將DCS、PLC采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在自己的數(shù)據(jù)庫中，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)脚c它連接的PHD服務(wù)器。

霍尼韋爾的Uniformance PHD作為一體化應(yīng)用平臺(tái)提供了連接多種系統(tǒng)的產(chǎn)品化接口RDI（Realtime Date Interface），RDI是PHD系統(tǒng)采集傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的通道，也是Buffer機(jī)與PHD服務(wù)器之間交換數(shù)據(jù)的通道。

長慶石化公司實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫采用了PHD-PHD的數(shù)據(jù)采集傳輸模式：首先將PHD服務(wù)器配置成Shadow PHD服務(wù)器，即主PHD服務(wù)器；然后在各裝置現(xiàn)場(chǎng)的Buffer機(jī)上配置Buffer PHD，作為遠(yuǎn)程PHD，兩臺(tái)PHD采用相同的安裝配置，它們使用相同的關(guān)系數(shù)據(jù)庫；然后通過RDI接口配置文件分別給遠(yuǎn)程PHD和主PHD服務(wù)器配置相關(guān)聯(lián)的IP地址和RDI端口，這樣Shadow RDI與Buffer RDI建立傳輸通道，RDI接口需要用到固定的偶數(shù)端口來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，該偶數(shù)端口不能重復(fù)且不能與系統(tǒng)常用端口沖突，必須根據(jù)RDI接口數(shù)量合理的規(guī)劃，長慶石化公司的RDI端口從54200開始依次往上增至54224。

應(yīng)用PHD系統(tǒng)效果顯著

首先，作為DCS的輔助查看工具，PHD數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)方便了技術(shù)人員和管理層在辦公室實(shí)時(shí)了解生產(chǎn)操作狀態(tài)，PHD將DCS數(shù)據(jù)按照2分鐘一次的頻率采集到服務(wù)器，技術(shù)人員在辦公室查就能看到工藝流程圖上每個(gè)位號(hào)的最新生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

其次，由于通過PHD數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并進(jìn)行校正、補(bǔ)償，剔除跳變值、死值，確保數(shù)據(jù)的高可靠性，可作為生產(chǎn)分析的依據(jù)。因此，技術(shù)人員可使用電子工藝臺(tái)賬根據(jù)設(shè)定時(shí)間導(dǎo)出工藝參數(shù)報(bào)表，制作周報(bào)月報(bào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和上報(bào)。另外可使用平穩(wěn)率設(shè)定功能作為考核操作工對(duì)裝置生產(chǎn)工藝操作的依據(jù)，提高了生產(chǎn)調(diào)控的管理。

最后，PHD系統(tǒng)完善了數(shù)據(jù)的歷史記錄，在DCS中由于數(shù)據(jù)量很大，單單通過DCS控制器的緩存和上位機(jī)的硬盤存儲(chǔ)，很快就會(huì)空間不足，因此長慶石化公司的DCS系統(tǒng)只能記錄最近15天的歷史數(shù)據(jù)。這對(duì)于技術(shù)人員和管理層往往需要查看某個(gè)位號(hào)的1個(gè)月甚至更長的歷史數(shù)據(jù)和趨勢(shì)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，而霍尼韋爾的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫軟件可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，并且PHD服務(wù)器將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在大容量的服務(wù)器磁盤陣列上，然后按照調(diào)度計(jì)劃設(shè)定存儲(chǔ)在了HPMSL6000磁帶機(jī)內(nèi)，保證了數(shù)據(jù)查詢最長可以達(dá)到3個(gè)月，有利于技術(shù)人員和管理層對(duì)一段時(shí)間數(shù)據(jù)的分析和制定生產(chǎn)決策。

總的來說，PHD系統(tǒng)作為MES的一個(gè)子模塊，發(fā)揮了承上啟下的作用。在13套裝置投用后，數(shù)據(jù)通訊可靠，未出現(xiàn)影響相關(guān)軟件取數(shù)的情況，整套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)有的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)及桌面應(yīng)用等功能，同時(shí)可以很好地和LIMS系統(tǒng)、物料平衡、運(yùn)行管理、物料移動(dòng)等模塊兼容和數(shù)據(jù)交換，達(dá)到了預(yù)期效果，很好地為生產(chǎn)操作服務(wù)。