Honeywell生產(chǎn)管理系統(tǒng)在化工企業(yè)的應(yīng)用

胡稷帆

[摘 要] 本文介紹化工企業(yè)如何基于霍尼韋爾的Uniformance平臺(tái)構(gòu)建生產(chǎn)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)監(jiān)控、報(bào)表等方面的有效管理，將裝置工藝實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)管理相結(jié)合，進(jìn)一步降低了化工企業(yè)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)與生產(chǎn)成本，提升了企業(yè)生產(chǎn)管理水平及產(chǎn)品質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞] 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；分布式；控制系統(tǒng)；報(bào)警；生產(chǎn)管理系統(tǒng)；化工企業(yè)

[中圖分類(lèi)號(hào)] F270.7；TP315 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2014）19- 0038- 04

石化行業(yè)作為典型的流程制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占主導(dǎo)地位，其特點(diǎn)是以處理連續(xù)物料流、能量流為主，產(chǎn)品多以大批量的形式生產(chǎn)出來(lái)，與離散制造工業(yè)有顯著不同。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展，化工企業(yè)面臨著日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)，而提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的要素都體現(xiàn)在石化產(chǎn)品上，生產(chǎn)制造是形成產(chǎn)品的主要過(guò)程，生產(chǎn)制造能力是構(gòu)成石化企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵內(nèi)容，而生產(chǎn)管理系統(tǒng)則是提高企業(yè)生產(chǎn)制造管理能力的重要手段。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)相結(jié)合，解決了過(guò)程控制系統(tǒng)DCS數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力有限，無(wú)法進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)共享，而關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)處理速度低，無(wú)法對(duì)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行高效存儲(chǔ)的問(wèn)題。因此，為企業(yè)提供統(tǒng)一而完整的企業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)平臺(tái)，使企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理決策層能夠?qū)ιa(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控與分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行處理，保證裝置“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿(mǎn)、優(yōu)”運(yùn)行，降低生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，全面提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力勢(shì)在必行。

中國(guó)海洋石油總公司旗下全資子公司中?；瘜W(xué)是國(guó)內(nèi)化肥生產(chǎn)領(lǐng)軍企業(yè)，在2005年實(shí)施了基于霍尼韋爾公司Uniformance平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集、WPKS組態(tài)工藝流程圖和生產(chǎn)管理報(bào)表的管理系統(tǒng)，并進(jìn)行了多年的深化應(yīng)用。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了企業(yè)重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集以及所有單元流程圖的網(wǎng)上發(fā)布，基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的生產(chǎn)報(bào)表的自動(dòng)生成、關(guān)鍵裝置報(bào)警事件的采集、分析化驗(yàn)結(jié)果網(wǎng)上發(fā)布等功能。本文就Honeywell生產(chǎn)管理系統(tǒng)在中海化學(xué)的部署內(nèi)容和應(yīng)用情況進(jìn)行介紹。

1 Uniformance平臺(tái)

霍尼韋爾公司的Uniformance是一套成熟的石化行業(yè)生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，同時(shí)也可作為生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的平臺(tái)，它采集、集成、保存歷史數(shù)據(jù)，包括連續(xù)的和離散的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、過(guò)程性能以及過(guò)程相關(guān)數(shù)據(jù)，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集成在一起，以滿(mǎn)足高級(jí)控制、優(yōu)化和精細(xì)化生產(chǎn)管理的需求，從而將企業(yè)資產(chǎn)管理和生產(chǎn)管理相關(guān)聯(lián)，真正提高企業(yè)的運(yùn)作效率，從而提高企業(yè)價(jià)值。與PI系統(tǒng)和InfoPlus等市場(chǎng)主流的應(yīng)用產(chǎn)品相比，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)的分布式多級(jí)結(jié)構(gòu)增加了數(shù)據(jù)安全性，降低了系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。

（2）具備很強(qiáng)的信息處理功能，能將采集的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)業(yè)務(wù)處理變成適合最終用戶(hù)管理需要的信息。

（3）提供多個(gè)客戶(hù)端工具軟件，方便管理人員訪問(wèn)更多、更高精度的歷史信息，以完成過(guò)程分析、故障查找、過(guò)程改善、事故分析及跟蹤和生成各種報(bào)表等多項(xiàng)任務(wù)。

（4）實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)PHD與Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的一體化管理，用戶(hù)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中直接通過(guò)位號(hào)即可調(diào)用生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

（5）霍尼韋爾公司以其在DCS控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面豐富的經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和連接多種系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的產(chǎn)品化接口RDI（Real-time Data Interface），使其像DCS一樣長(zhǎng)期可靠地運(yùn)行提供多種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口RDI，可靠性高。

（6）對(duì)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)沒(méi)有數(shù)量限制，用戶(hù)數(shù)不限，能與多種型號(hào)的DCS系統(tǒng)互聯(lián)，擴(kuò)展性好，具備較高的性?xún)r(jià)比。

（7）豐富的上層應(yīng)用模件和開(kāi)放的數(shù)據(jù)庫(kù)接口，為ERP（企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)）、MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、PCS（過(guò)程控制系統(tǒng)）三層結(jié)構(gòu)的“數(shù)字工廠”等應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

總之，Uniformance為全廠范圍數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和管理建立了一套單一、開(kāi)放、集成的體系結(jié)構(gòu)開(kāi)放的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，它集成所有工廠數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并支持相關(guān)應(yīng)用，保障工廠的管理部門(mén)使用一致的數(shù)據(jù)，從實(shí)時(shí)過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)或關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)化成有價(jià)值的決策支持?jǐn)?shù)據(jù)信息。

2 系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)

實(shí)時(shí)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的整體應(yīng)用架構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層、數(shù)據(jù)展示層。整個(gè)架構(gòu)是基于Uniformance PHD實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和客戶(hù)端兩大部分組成。服務(wù)器部分由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、RDI（Real-time Data Interface）、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)以及Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)等組成；客戶(hù)端可根據(jù)用戶(hù)的需求，利用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)適用于SQL Server關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)輸入的接口應(yīng)用程序。

在數(shù)據(jù)采集層，中DCS位于實(shí)時(shí)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的底層，是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)源，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)集成從DCS系統(tǒng)抽取的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并為位于應(yīng)用層的功能模塊提供數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)應(yīng)用層建構(gòu)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)層之上，包括物料平衡、能耗平衡等模塊，能夠幫助企業(yè)生產(chǎn)管理人員及時(shí)解企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行狀況。數(shù)據(jù)展示層直接與最終用戶(hù)交互，向企業(yè)管理人員快捷、直觀展示關(guān)注信息，方便調(diào)度人員了解生產(chǎn)運(yùn)行狀況，更快地做出合理決策。

2.1 數(shù)據(jù)采集層

實(shí)施實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)鍵是如何采集過(guò)程控制系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，即接口標(biāo)準(zhǔn)。但由于控制系統(tǒng)DCS來(lái)自不同的廠商，而且多使用自己的API方式存取數(shù)據(jù)，無(wú)法做到算法的通用，使系統(tǒng)之間的相互通訊非常復(fù)雜。因此廠商協(xié)會(huì)提出了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的存取接口（OLE for Process Control，OPC），OPC作為硬件和軟件之間的一個(gè)中間件，方便不同系統(tǒng)之間的工業(yè)數(shù)據(jù)通訊。Honeywell（PHD）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)使用RDI通過(guò)OPC與其他控制系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集工作。

2.2 數(shù)據(jù)應(yīng)用層

系統(tǒng)提供多種工具方便系統(tǒng)應(yīng)用。過(guò)程趨勢(shì)和統(tǒng)計(jì)分析工具Process Trend提供基于Windows界面分析歷史數(shù)據(jù)的圖形化界面，具有趨勢(shì)分析、同位號(hào)數(shù)據(jù)對(duì)比、輸出Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)分析等功能；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提供了多種手工錄入工位數(shù)據(jù)的方法，使用API允許用戶(hù)開(kāi)發(fā)各種形式的手工錄入界面，方便用戶(hù)操作使用。

2.3 數(shù)據(jù)展示層

系統(tǒng)采用基于IE的瀏覽器展示技術(shù)。通過(guò)OPC將DCS的數(shù)據(jù)取出，放入歷史數(shù)據(jù)PHD服務(wù)器中，將繪圖工具（WPKS）自動(dòng)繪制的棒狀圖，閥位、機(jī)泵等的動(dòng)態(tài)流程圖和趨勢(shì)圖發(fā)布到網(wǎng)頁(yè)（Web）服務(wù)器，所有企業(yè)管理部門(mén)通過(guò)網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器以瀏覽網(wǎng)頁(yè)的形式了解生產(chǎn)的實(shí)際情況。這種方式方便快捷，省掉了中間環(huán)節(jié)的報(bào)送，各個(gè)管理層可以在不同地點(diǎn)、同一時(shí)間看到生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際狀態(tài)，實(shí)時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)、控制與管理。

3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣M成

由于過(guò)程控制系統(tǒng)DCS部署于工控網(wǎng)內(nèi)，生產(chǎn)管理系統(tǒng)部署于辦公網(wǎng)由，兩網(wǎng)是相互獨(dú)立的網(wǎng)段。為保證生產(chǎn)控制系統(tǒng)的安全，防止受到病毒和黑客的攻擊，在辦公網(wǎng)和工控網(wǎng)之間設(shè)置了防火墻，防止管理網(wǎng)終端直接進(jìn)入工控網(wǎng)。

4 系統(tǒng)應(yīng)用效果

中?；瘜W(xué)基于Uniformance的WPKS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)化肥（一、二期）和甲醇（一、二期）裝置過(guò)程控制數(shù)據(jù)全部采集，涉及的過(guò)程控制系統(tǒng)包括橫河CS 3000、霍尼韋爾TPS 3000等過(guò)程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工藝流程圖及趨勢(shì)、生產(chǎn)分析報(bào)表、生產(chǎn)分析評(píng)估、分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)智能診斷等生產(chǎn)管理功能，為后期物料消耗統(tǒng)計(jì)分析、工藝分析與控制、設(shè)備停機(jī)時(shí)間分析等業(yè)務(wù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)調(diào)度決策提供輔助信息，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理的透明化和科學(xué)化。

4.1 工藝流程及趨勢(shì)

生產(chǎn)管理人員可以隨時(shí)獲得生產(chǎn)裝置的工藝狀況，用戶(hù)通過(guò)簡(jiǎn)單的操作就可以查看趨勢(shì)圖。在系統(tǒng)流程圖上，對(duì)各關(guān)鍵設(shè)備設(shè)定正常閥值區(qū)間，且系統(tǒng)中各設(shè)備的閥值區(qū)間可根據(jù)安全生產(chǎn)管理需求及各設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)的不同，自行設(shè)置合理閥值區(qū)間。多位號(hào)趨勢(shì)圖可以提供將多個(gè)工藝位號(hào)放在一個(gè)趨勢(shì)圖內(nèi)的功能，便于工藝人員進(jìn)行分析。

4.2 生產(chǎn)分析報(bào)表

生產(chǎn)報(bào)表提供各裝置的相應(yīng)報(bào)表查詢(xún)功能，主要包括廠控工藝指標(biāo)執(zhí)行情況、部控工藝指標(biāo)執(zhí)行情況、操作平穩(wěn)考核報(bào)表、產(chǎn)量及消耗報(bào)表、質(zhì)量考核報(bào)表、尿素考核報(bào)表、班組直接生產(chǎn)成本報(bào)表、自定義報(bào)表等，尤其是自定義報(bào)表，工藝人員根據(jù)管理需求自行定義報(bào)表的內(nèi)容，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行審核修改，準(zhǔn)確快速出具生產(chǎn)月報(bào)，大大提高了用戶(hù)的工作效率。

4.3 生產(chǎn)分析評(píng)估

生產(chǎn)分析評(píng)估提供各裝置的相應(yīng)分析評(píng)估功能，這也是中?；瘜W(xué)深化應(yīng)用的重點(diǎn)。系統(tǒng)上線(xiàn)時(shí)功能主要包括工藝點(diǎn)評(píng)估報(bào)表、報(bào)表審核評(píng)估、裝置報(bào)警事件等。后期持續(xù)進(jìn)行了深化應(yīng)用，開(kāi)發(fā)了開(kāi)停車(chē)過(guò)程曲線(xiàn)、開(kāi)停車(chē)進(jìn)度跟蹤、天然氣組分波動(dòng)分析、工藝指標(biāo)偏差統(tǒng)計(jì)等功能。如為了開(kāi)展工藝偏差統(tǒng)計(jì)，加強(qiáng)生產(chǎn)工藝指標(biāo)監(jiān)控能力，通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)工藝參數(shù)運(yùn)行趨勢(shì)向上或向下偏離，解決手工統(tǒng)計(jì)工藝參數(shù)多，工作量大，容易出現(xiàn)偏差和遺漏等問(wèn)題。

4.4 分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)

集成實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)LIMS，提供各裝置的相應(yīng)分析功能，主要包括化驗(yàn)單查詢(xún)、化驗(yàn)數(shù)據(jù)列表、天然氣臺(tái)賬、化驗(yàn)單統(tǒng)計(jì)、分析化驗(yàn)統(tǒng)計(jì)等。生產(chǎn)工藝技術(shù)人員可以通過(guò)化驗(yàn)單查詢(xún)，不用登錄LIMS就能獲得最新的化驗(yàn)單數(shù)據(jù)，方便快捷的同時(shí)也減少了化驗(yàn)室工作人員送單的工作。

此外，考慮中?；瘜W(xué)已實(shí)施了ERP系統(tǒng)，但是和DCS系統(tǒng)之間沒(méi)有直接信息交互，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)和管理決策缺少實(shí)時(shí)指導(dǎo)，為此從2008年中海化學(xué)開(kāi)始“數(shù)字工廠”建設(shè)。“數(shù)字工廠”是立足于已有ERP系統(tǒng)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)DCS，深化信息樞紐“生產(chǎn)管理系統(tǒng)WPKS”的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)將ERP中的生產(chǎn)計(jì)劃下傳到WPKS系統(tǒng)中，由WPKS做物料平衡轉(zhuǎn)為生產(chǎn)指令指導(dǎo)操作人員現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)，最后裝置實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)又通過(guò)WPKS系統(tǒng)上傳至ERP系統(tǒng)，為管理人員提供決策信息。例如實(shí)現(xiàn)了ERP PM模塊從WPKS系統(tǒng)讀取設(shè)備實(shí)時(shí)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了基于運(yùn)行時(shí)間的預(yù)防性維修管理，降低了基于日歷時(shí)間預(yù)防性維修的不確定性，大大提高了設(shè)備保養(yǎng)的效率，保障設(shè)備可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

5 生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)用趨勢(shì)

信息技術(shù)在化工裝置上的廣泛應(yīng)用，對(duì)提升生產(chǎn)管理精細(xì)化水平，降低生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本，提高效率起到了積極作用。為了進(jìn)一步提升管理決策水平，世界大型跨國(guó)能源巨頭的生產(chǎn)管理系統(tǒng)正朝著集成化、協(xié)同化、可視化等方向發(fā)展。

（1）集成化。通過(guò)與企業(yè)裝備管理系統(tǒng)、安全管理系統(tǒng)、企業(yè)資源計(jì)劃ERP、實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)等系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)信息的全方位集成。

（2）協(xié)同化。以生產(chǎn)管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，建設(shè)生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)控制中心，通過(guò)與企業(yè)核心生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)信息系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)了上中下游產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)業(yè)務(wù)的信息協(xié)同共享，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度管理、決策分析等功能，支撐公司的集中營(yíng)運(yùn)管控模式。

（3）可視化。生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)的可視化實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程、裝置運(yùn)行、產(chǎn)品質(zhì)量、物流配送、庫(kù)存，以及生產(chǎn)運(yùn)行績(jī)效等動(dòng)態(tài)跟蹤，使決策者和管理者實(shí)時(shí)跟蹤生產(chǎn)計(jì)劃完成情況，第一時(shí)間掌握突發(fā)事件的細(xì)節(jié)，及時(shí)制訂解決方案進(jìn)行決策和管理，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的實(shí)時(shí)調(diào)度管理。

6 結(jié)束語(yǔ)

中?；瘜W(xué)基于霍尼韋爾Uniformance平臺(tái)已經(jīng)完成了化肥（一、二期）、甲醇等6套裝置生產(chǎn)管理系統(tǒng)實(shí)施工作，經(jīng)過(guò)多年的持續(xù)深化應(yīng)用，整個(gè)系統(tǒng)極大地方便了管理人員，在這個(gè)數(shù)據(jù)平臺(tái)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵數(shù)據(jù)的趨勢(shì)分析、對(duì)比，提高了企業(yè)的生產(chǎn)精細(xì)化管理水平。

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