MES系統(tǒng)配套功能拓展

康周 王洪剛 翟勇杰

[摘 要] 本文首先介紹了MES生產(chǎn)運行系統(tǒng)實施的背景及目前應用的情況，然后分析了克拉瑪依石化公司目前公用工程系統(tǒng)的管理現(xiàn)狀及業(yè)務需求，為了更深入地應用MES系統(tǒng)的子模塊功能，同時解決目前管理難題，減輕員工負擔，本文詳細闡述了關(guān)鍵參數(shù)實時報警、系統(tǒng)優(yōu)化切換及查詢、自動生成統(tǒng)計平衡報表這3個系統(tǒng)軟件的設計思想及解決過程，實現(xiàn)了對MES系統(tǒng)功能進行拓展延伸的目的，更好地滿足了企業(yè)具體需求。

[關(guān)鍵詞] 公用工程；MES系統(tǒng)；拓展

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 03. 027

[中圖分類號] F270.7 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）03- 0055- 04

1 引 言

2008年5月中石油總部在克拉瑪依石化公司統(tǒng)一組織實施了生產(chǎn)運行系統(tǒng)（MES系統(tǒng)），經(jīng)過大半年的實施，系統(tǒng)于2008年底成功上線運行。其中PHD實時數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)完成了全公司30多套生產(chǎn)裝置的DCS和PLC系統(tǒng)的接口改造工作，使得自動數(shù)據(jù)采集覆蓋率達到90%以上，成功搭建起生產(chǎn)運行監(jiān)控管理平臺。

鑒于實施MES系統(tǒng)之前，公司的很多生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)使用已經(jīng)比較深入，在新的實施數(shù)據(jù)庫環(huán)境下，如何延續(xù)和發(fā)展PHD實時數(shù)據(jù)庫的高級拓展應用是運維組研究的重要課題。經(jīng)過一段時間的摸索探究，通過技術(shù)攻關(guān)和試驗，我們探索出較為合理、便捷、高效、實用的實時數(shù)據(jù)庫應用新模式。

2 公用工程系統(tǒng)的業(yè)務流程及需求分析

公用工程計量統(tǒng)計在克拉瑪依石化公司涉及的主要部門為生產(chǎn)運行處節(jié)能科、一聯(lián)合車間、二聯(lián)合車間、三聯(lián)合車間、四聯(lián)合車間、聚丙烯車間及熱電廠。公用工程業(yè)務可分為數(shù)據(jù)錄入及審核、統(tǒng)計平衡、統(tǒng)計報表3部分。首先由生產(chǎn)裝置或生產(chǎn)運行處節(jié)能科的操作人員進行數(shù)據(jù)錄入和確認，并由生產(chǎn)處節(jié)能科進行數(shù)據(jù)的審核；然后進行全廠統(tǒng)計管理；最后形成能源生產(chǎn)、消耗的各個周期的統(tǒng)計報表和平衡報表。

目前的這種管理模式并沒有減輕公用工程系統(tǒng)管理人員的工作負擔，對信息管理系統(tǒng)的個性化功能要求也沒有得到滿足。鑒于這種情況，生產(chǎn)運行處節(jié)能科提出了開發(fā)一系列符合本公司實情的MES系統(tǒng)配套軟件，從而能更好地管理公用工程系統(tǒng)的要求。

3 MES中公用工程計量與統(tǒng)計模塊的不足

MES公用工程計量與統(tǒng)計子系統(tǒng)實施后，可以通過人工錄入方式實現(xiàn)水、電、汽、風、燃料油、燃料氣等公用工程能源儀表數(shù)據(jù)的收集。公司有幾十個裝置，上千個能源位號，由于MES公用工程計量與統(tǒng)計子系統(tǒng)的自動采集功能并沒有實現(xiàn)，因此人工錄入數(shù)據(jù)的方式給操作人員帶來了巨大的工作量，沒有實現(xiàn)通過信息化減少人員大量低級重復勞動的目的。同時，該系統(tǒng)提供的報表功能架構(gòu)模式呆板，維護方式復雜，而公司能源位號變動頻繁，因此也給信息維護人員增加了很大工作量。

經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，公用工程系統(tǒng)管理的工作量主要集中在人工錄入數(shù)據(jù)這一部分，而目前公司自動數(shù)據(jù)采集覆蓋率達到90%以上，能源位號基本都實現(xiàn)了自動采集，如何結(jié)合PHD實時數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)，將自動數(shù)據(jù)采集全面引入到數(shù)據(jù)錄入是本次開發(fā)需要解決的主要問題之一。此外，管理部門還提出了一系列個性化要求，如：增加關(guān)鍵參數(shù)實時報警功能，系統(tǒng)優(yōu)化切換及查詢功能，自動生成統(tǒng)計平衡報表功能。因此，設計出一款功能實用，維護方便，可由操作人員自行個性化定制修改的系統(tǒng)顯得十分必要。

4 公用工程拓展功能的技術(shù)架構(gòu)

公用工程拓展功能主要分為3個部分：關(guān)鍵參數(shù)實時報警系統(tǒng)，系統(tǒng)優(yōu)化切換及查詢系統(tǒng)，能源計量報表統(tǒng)計平衡系統(tǒng)。它的自動數(shù)據(jù)采集是基于MES實時數(shù)據(jù)庫模塊。

實時數(shù)據(jù)庫及應用子系統(tǒng)是MES的11個子系統(tǒng)中的一個基礎子系統(tǒng)，主要實現(xiàn)了從各裝置的DCS中獲取實時數(shù)據(jù)，并將各個生產(chǎn)單元的生產(chǎn)實時信息集成到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集成平臺中，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)操作的監(jiān)控、分析生產(chǎn)條件、對事件進行預警和處理，使出現(xiàn)問題的地方能夠立即被發(fā)現(xiàn)，因此可以減少系統(tǒng)癱瘓的可能性并且優(yōu)化工廠的生產(chǎn)操作。同時其他應用系統(tǒng)能夠直接基于這個數(shù)據(jù)平臺進行相應的業(yè)務處理和信息查詢。這3個系統(tǒng)的Excel后臺程序通過PHD平臺將所需數(shù)據(jù)自動采集到界面，根據(jù)各自功能需求采用VBA語言進行進一步功能設計，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)存入SQL Server數(shù)據(jù)庫。技術(shù)架構(gòu)圖如圖1所示。

5 公用工程實時報警及專家指南系統(tǒng)的具體實現(xiàn)

5.1 關(guān)鍵參數(shù)報警的需求分析

公用工程關(guān)鍵參數(shù)實時報警系統(tǒng)面向生產(chǎn)運行處調(diào)度部門，其負責公司內(nèi)原油來料、潤滑油產(chǎn)品以及蒸汽、燃料氣、工業(yè)水、電力等能耗系統(tǒng)的運行管理和實時監(jiān)控，協(xié)調(diào)解決各系統(tǒng)生產(chǎn)運行中出現(xiàn)的各類問題，下達安排各個裝置操作人員生產(chǎn)運行計劃、生產(chǎn)方案調(diào)整和裝置加工量。依賴于基層裝置數(shù)據(jù)分析，從整體監(jiān)控裝置生產(chǎn)狀態(tài)。設計此報警系統(tǒng)關(guān)注分布于各個生產(chǎn)裝置的公用工程關(guān)鍵參數(shù)，隨著裝置的新建和停用，能通過增刪關(guān)鍵參數(shù)實現(xiàn)對裝置或各生產(chǎn)系統(tǒng)的監(jiān)控（參見圖2）。

5.2 設計思路

設計兩重報警狀態(tài)，高低報警狀態(tài)提醒調(diào)度人員關(guān)注，出現(xiàn)高高報或低低報的警報，調(diào)度人員就必須處理此關(guān)鍵參數(shù)所反映的生產(chǎn)物料，通知相關(guān)車間操作人員調(diào)整操作或排查儀表故障。對于出現(xiàn)諸如生產(chǎn)裝置臨時停工或計劃性更換設備等狀況時，關(guān)鍵參數(shù)的實時數(shù)據(jù)必然不在正常數(shù)值范圍，持續(xù)的報警反而會干擾調(diào)度人員的注意力，故設置每個關(guān)鍵參數(shù)的報警開關(guān)，在此參數(shù)關(guān)注程度降低時，關(guān)閉報警，只查看其實時數(shù)值，不讓此參數(shù)出現(xiàn)報警。針對同一個關(guān)鍵參數(shù)的歷史報警記錄和歷史數(shù)據(jù)趨勢，可查看此參數(shù)的報警狀態(tài)是偶發(fā)性還是持續(xù)性，以便判斷是否需要檢查現(xiàn)場儀表或設備是否出現(xiàn)故障苗頭，及時通知裝置操作人員查看現(xiàn)場，避免可能發(fā)生的設備事故，保證裝置的正常生產(chǎn)運行。

此系統(tǒng)設計有手動/自動開關(guān)，可以讓調(diào)度人員手動更新實時數(shù)據(jù)，并在此狀態(tài)時，查看報警參數(shù)、處理報警信息、做其他一些相關(guān)工作。正常運行時，切換到自動狀態(tài)，此系統(tǒng)即處于實時監(jiān)控報警狀態(tài)，操作人員可離開此監(jiān)控電腦進行別的工作，只需在系統(tǒng)發(fā)出報警聲后進行關(guān)注。報警分為聲光兩種方式，同時進行。當系統(tǒng)出現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)的實時數(shù)值超出規(guī)定的高低報警限值時，畫面中出現(xiàn)紅色提示，根據(jù)預先設定的4種限值分為低低報、低報、高報、高高報，調(diào)度人員根據(jù)不同級別的報警做相應的處理。同時，出現(xiàn)聲音報警提醒調(diào)度人員。此報警聲音為第三方音頻文件，存于監(jiān)控電腦的物理分區(qū)，方便使用者更換，以免聽習慣后形成惰性心理降低注意力。

系統(tǒng)報警后，調(diào)度人員該怎樣處理或者說第一時間做些什么很重要，因為對于出現(xiàn)的緊急狀況，人的大腦有可能出現(xiàn)應激的“短路”現(xiàn)象，雖然不像司機開車般出現(xiàn)生命危險，但在煉化裝置的連續(xù)生產(chǎn)中，早一分鐘的處理就可以減少以萬元計量的經(jīng)濟損失。故設計出小型的專家系統(tǒng)，由各裝置技術(shù)人員和生產(chǎn)調(diào)度技術(shù)人員編寫出相關(guān)參數(shù)出現(xiàn)報警后的處理建議，匯集成專家知識庫。此專家知識庫在系統(tǒng)處于手動狀態(tài)時可自由隨時添加修改，幫助使用的調(diào)度人員在出現(xiàn)報警后能通過點擊頁面的操作指南，獲得處理此報警的專家建議操作，避免調(diào)度人員出現(xiàn)誤操作釀成事故或造成損失。

5.3 功能實現(xiàn)

公用工程關(guān)鍵參數(shù)實時報警系統(tǒng)實行從MES采集實時數(shù)據(jù)，用Excel界面操作，通過VBA編程和ODBC數(shù)據(jù)接口連接SQL Server數(shù)據(jù)庫，存儲報警數(shù)據(jù)。實現(xiàn)用戶任意添加監(jiān)控參數(shù)，自由開關(guān)監(jiān)控報警狀態(tài)，查詢關(guān)鍵參數(shù)的實時、歷史數(shù)據(jù)和歷史曲線，查看其歷史報警記錄，實現(xiàn)手動、自動監(jiān)控，可匯總報警參數(shù)、集中處理。此系統(tǒng)比對不同級別報警參數(shù)，通過顏色的變換和聲音的調(diào)用實現(xiàn)差異報警，通知監(jiān)控人員，并提示其查看對應的專家指南，供操作參考。專家指南功能由用戶根據(jù)需要自由錄入。

6 公用工程系統(tǒng)優(yōu)化切換及查詢系統(tǒng)的具體實現(xiàn)

6.1 調(diào)度切換工作簡介

在公用工程能源計量中，燃料氣和循環(huán)水存在不定時生產(chǎn)方案切換的需求，即天然氣和干氣的切換，天然氣進脫硫和天然氣出脫硫的切換，三循和一、二、四循的切換。本系統(tǒng)需要實現(xiàn)生產(chǎn)方案自動切換，并實現(xiàn)不同生產(chǎn)方案下的數(shù)據(jù)變化統(tǒng)計，自動保證統(tǒng)計隨生產(chǎn)方案的變化而變化。

6.2 設計實現(xiàn)過程

以Excel為數(shù)據(jù)展示區(qū)，以VBA為開發(fā)語言，通過對字體顏色的變化實現(xiàn)生產(chǎn)方案的切換。在工作簿的不同工作表之間切換時，通過功能按鈕實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集、自動更新、自動統(tǒng)計。生產(chǎn)方案切換采用雙擊指定顏色單元格實現(xiàn)，每次雙擊單元格會彈出相應的對話框供用戶選擇，為防止用戶錯選，特意將方案按鈕根據(jù)實際情況量身設計，只能選擇正確的方案功能按鈕才會有效，實現(xiàn)了一鍵式操作、傻瓜式操作。Excel工作簿每次初始化時（包括重新打開Excel、切換工作表、單擊單元格），相關(guān)單元格顏色都會同步更新。為方便用戶自行定義設置新單元格，將特定的顏色作為模板放在工作表中，只需用格式刷即可設置。

功能按鈕的設計盡量簡潔實用，包括自動更新統(tǒng)計數(shù)據(jù)（每隔3分鐘自動運行一次）、手動更新、調(diào)度切換記錄及歷史趨勢圖等（參見圖3）。

6.3 功能描述

該系統(tǒng)包含4個具體功能：

（1）調(diào)度方案動態(tài)配置。實現(xiàn)調(diào)度方案的隨時創(chuàng)建和生成，用戶具有動態(tài)配置調(diào)度方案的功能界面。

（2）調(diào)度方案自由切換。實現(xiàn)調(diào)度方案方便靈活的切換功能，并提供圖形化的突出分類顯示，便于用戶隨時查閱當前某公用工程的調(diào)度方案。

（3）相關(guān)統(tǒng)計隨方案切換而實現(xiàn)自動統(tǒng)計。隨著調(diào)度方案的變更，相應的計量統(tǒng)計也應發(fā)生變更，實現(xiàn)計量統(tǒng)計的自動化，這將大大降低統(tǒng)計人員的勞動強度，提高管理效率。

（4）調(diào)度方案動態(tài)歷史查詢。由于調(diào)度方案會隨時發(fā)生變化，不同方案下的生產(chǎn)狀況也不同，作為歷史追溯，調(diào)度方案的歷史查詢必不可少，實現(xiàn)電子化調(diào)度方案的查詢。

7 公用工程能源計量報表統(tǒng)計平衡系統(tǒng)的具體實現(xiàn)

7.1 能源消耗平衡報表簡介

能源消耗平衡報表的工作是由生產(chǎn)裝置或生產(chǎn)運行處節(jié)能科的操作人員對自動或手動位號的數(shù)據(jù)進行錄入和確認，然后由生產(chǎn)處節(jié)能科進行數(shù)據(jù)的審核，每日的審核后數(shù)據(jù)將通過統(tǒng)計報表功能生成能耗日報。另外節(jié)能科在每月月末，遵循“供需平衡”的原則，以表正常計量的數(shù)據(jù)為準，并附加相應損耗量。之后對數(shù)據(jù)分析，根據(jù)生產(chǎn)量、公用系統(tǒng)調(diào)整、計量表運行實際情況，逐一對計量數(shù)據(jù)進行月度平衡?；谄胶夂蟮墓霉こ虜?shù)據(jù)，生成能耗統(tǒng)計月報；生產(chǎn)運行部門、規(guī)劃計劃處和管理層可以通過統(tǒng)計報表掌握能耗數(shù)據(jù)，進而指導生產(chǎn)。可以看出，工作量主要集中在數(shù)據(jù)的收集和報表的平衡計算，耗費人力、物力和時間。所以依托于信息系統(tǒng)便捷快速高效的特性，將以上工作流程實現(xiàn)電子化，能極大節(jié)省人力、物力、提高效率。

7.2 報表架構(gòu)及實現(xiàn)方法

能耗報表系統(tǒng)設計立足于原能耗報表模板界面，根據(jù)客戶需要制作成日報、周報、月報和臨時報表等類型，但報表結(jié)構(gòu)相同，后臺數(shù)據(jù)庫相同，所以可實現(xiàn)一個數(shù)據(jù)源多個報表使用。在SQL Server中設計并建立數(shù)據(jù)表，在Excel中利用VBA編寫存儲過程，并把功能按鈕集成到Excel菜單，方便操作（參見圖4）。

實現(xiàn)在Excel文件中采集MES底層數(shù)據(jù)，查看、修改、保存實時數(shù)據(jù)。通過手動輸入所需的平衡數(shù)據(jù)，利用此電子化平臺，可即時查看平衡結(jié)果，并最終生成自動平衡報表。在月報平衡表中，通過后臺的自建數(shù)據(jù)庫，用戶選取歷史時間，即可調(diào)取出歷史月報平衡表。制作新的平衡表時，選擇“PHD取數(shù)”即可調(diào)取MES中歷史DCS數(shù)據(jù)，再人工錄入平衡數(shù)值，得到平衡結(jié)果，保存后即時寫入數(shù)據(jù)庫。通過“圖表頁面”，可羅列出選擇的幾個參數(shù)單位時間內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)，并生成歷史曲線，以便于查看和對比查詢。

8 結(jié)束語

公司通過實施公用工程配套功能拓展，可以有效地提高數(shù)據(jù)處理的準確性，及時掌握公司公用工程生產(chǎn)和消耗情況，并快速生成報表，從而實現(xiàn)公司能耗的精細化管理。

主要參考文獻

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[2]任長權(quán).靜態(tài)網(wǎng)頁制作技術(shù)[M].北京：中國鐵道出版社，2009.