生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與展示系統(tǒng)構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)

江軍

【摘要】石油化工企業(yè)的日常生產(chǎn)管理中，無論是對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視，還是對生產(chǎn)過程管理、計(jì)劃管理和統(tǒng)計(jì)分析等，都需要大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息。本文介紹了生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與展示系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、數(shù)據(jù)整合方式及應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)的建設(shè)提升了企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理水平，為進(jìn)一步進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的最大化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】生產(chǎn)數(shù)據(jù)；采集；架構(gòu)；整合；應(yīng)用

信息資源已成為全球化形勢下國際企業(yè)競爭的焦點(diǎn)。提高信息資源開發(fā)利用水平是增強(qiáng)企業(yè)綜合實(shí)力和競爭力的必然選擇。近年來，企業(yè)開展生產(chǎn)業(yè)務(wù)同時(shí)，分別建立了不同類型的生產(chǎn)及監(jiān)控系統(tǒng)，如管網(wǎng)企業(yè)多建有數(shù)字化管道與SCADA系統(tǒng)，工廠型企業(yè)多建有DCS、SIS系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)自成系統(tǒng)，互不通聯(lián)，形成了一些“數(shù)字孤島”。通過建設(shè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與展示系統(tǒng)采集各生產(chǎn)企業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施及生產(chǎn)等數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析、統(tǒng)計(jì)，生成相關(guān)的各類報(bào)表、報(bào)告，讓數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)起來，可以提高數(shù)據(jù)利用效率，提升信息服務(wù)的價(jià)值，為經(jīng)營決策提供輔助手段，最終實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的管理目標(biāo)。

1.系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與展示系統(tǒng)采用GIS、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)，接口等技術(shù)，將各生產(chǎn)企業(yè)的地理信息、三維場景、數(shù)字化管道、生產(chǎn)運(yùn)營情況等信息有機(jī)的關(guān)聯(lián)與融合。系統(tǒng)總體架構(gòu)如下圖所示：

圖 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

通過將GIS數(shù)據(jù)、管道本體及附屬設(shè)施數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)、站場設(shè)備設(shè)施基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的采集、整合與植入，存儲至服務(wù)器，并對各站場、分輸站、閥室進(jìn)行三維建模，完成全息化生產(chǎn)管理平臺，平臺建設(shè)和各類數(shù)據(jù)整合后，根據(jù)具體管理需求，建設(shè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與展示平臺上的各應(yīng)用模塊。

該層次結(jié)構(gòu)考慮到系統(tǒng)的靈活性和未來的擴(kuò)展性，由于有了開放平臺環(huán)境的支持，無論是擴(kuò)展更多的地理場景、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、專業(yè)模型，還是開發(fā)更多的應(yīng)用系統(tǒng)，都能借助平臺提供的各類服務(wù)來方便快速的完成。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)按安全層次劃分為三個(gè)安全網(wǎng)絡(luò)區(qū)域：生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)（安全I(xiàn)區(qū)）、數(shù)據(jù)采集網(wǎng)（安全I(xiàn)I區(qū)）和企業(yè)信息網(wǎng)（安全I(xiàn)II區(qū)）。在生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)采集網(wǎng)之間需部署網(wǎng)閘產(chǎn)品。網(wǎng)閘是切斷網(wǎng)絡(luò)間的通用協(xié)議連接，將數(shù)據(jù)包分解重組為靜態(tài)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行安全審查，包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)議檢查和代碼掃描，確認(rèn)后的數(shù)據(jù)安全流入內(nèi)部單元，內(nèi)部用戶通過嚴(yán)格的身份認(rèn)證機(jī)制獲取數(shù)據(jù)[1]，網(wǎng)閘產(chǎn)品保障了生產(chǎn)數(shù)據(jù)單向流轉(zhuǎn)，從而保證了生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行。

防火墻部署在數(shù)據(jù)采集網(wǎng)與企業(yè)信息網(wǎng)之間，通過訪問授權(quán)控制，允許特定的人員通過防火墻訪問數(shù)據(jù)采集網(wǎng)，未經(jīng)授權(quán)和安全認(rèn)證，不允許其他設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)接入數(shù)據(jù)采集網(wǎng)，保護(hù)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)免受非法用戶的侵入。

2.數(shù)據(jù)采集與整合

生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與展示系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與整合主要工作有：管道成果數(shù)據(jù)整合及實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)整合。

管道成果數(shù)據(jù)整合有兩種方式，一種是集成已建數(shù)字化管道系統(tǒng)：生產(chǎn)企業(yè)提供數(shù)字化管道系統(tǒng)建設(shè)過程的相關(guān)資料，生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與展示系統(tǒng)根據(jù)建設(shè)需要與數(shù)字化管道系統(tǒng)有針對性的進(jìn)行接口建設(shè)。如：通過直接訪問數(shù)字化管道系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，獲取管道成果數(shù)據(jù)。另一種是導(dǎo)入成果數(shù)據(jù)，生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)平臺建設(shè)需要，按要求提供所需成果數(shù)據(jù)，并且在站場改建、新增等大范圍數(shù)據(jù)變動(dòng)等情況下再次提供成果數(shù)據(jù)。

實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成有OPC、FTP、數(shù)據(jù)庫讀取及其他協(xié)議等方式：OPC技術(shù)為工業(yè)自動(dòng)化軟件面向?qū)ο蟮拈_發(fā)提供了統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，服務(wù)器與客戶端之間通過標(biāo)準(zhǔn)COM和DCOM進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。OPC項(xiàng)包括值（Value）、品質(zhì)（Quality）、時(shí)間戳（TimeStamp）3個(gè)基本屬性[2]。數(shù)據(jù)采集時(shí)需確保實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)具有獨(dú)立的OPCServer服務(wù)器，提供OPCServer服務(wù)器的IP、計(jì)算機(jī)名、帳號信息、IO點(diǎn)位表信息，且需確保采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)的服務(wù)器能夠與OPCServer服務(wù)器處于同一網(wǎng)段內(nèi)。搭建FTP服務(wù)，是將所需實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)打包成標(biāo)準(zhǔn)文件（如xml）傳送，數(shù)據(jù)采集時(shí)需要FTP的IP、帳號、密碼、端口等配置信息。讀取數(shù)據(jù)庫方式需要生產(chǎn)企業(yè)提供一個(gè)可訪問數(shù)據(jù)庫的帳號、數(shù)據(jù)庫的表結(jié)構(gòu)、端口等數(shù)據(jù)庫配置信息。通過其他TCP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如modbus，或其他私有協(xié)議，此類情況需針對性開發(fā)。以上幾種方式中，優(yōu)先考慮使用OPC方式。

3.應(yīng)用層功能實(shí)現(xiàn)

三維GIS及場景管理

三維GIS及場景化管理是整個(gè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與展示系統(tǒng)的基礎(chǔ)子系統(tǒng)，為其他子系統(tǒng)的建設(shè)或信息展示提供三維可視化場景。通過平臺可以查看企業(yè)業(yè)務(wù)分布情況、企業(yè)場景、企業(yè)周邊場景、省市縣等行政區(qū)劃信息等，并能夠可視化查看各企業(yè)的設(shè)備設(shè)施、工藝流程等。

數(shù)字化管道查詢

利用三維展示平臺友好的使用界面，將各生產(chǎn)企業(yè)原有的二維數(shù)字化管道成果整合，將已建、在建、規(guī)劃中的管線以及場站集成在該平臺上，實(shí)現(xiàn)數(shù)字管網(wǎng)的三維可視化管理，包括：管道走向信息三維展示、地下管網(wǎng)三維可視化查詢、管道業(yè)務(wù)屬性三維可視化查詢管理、管線設(shè)施綜合查詢管理。

生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控與展示

將生產(chǎn)企業(yè)的部分實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)如各場站的溫度、壓力以及流量等信息接入到總部，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的直觀展示，使非生產(chǎn)一線的用戶及時(shí)了解設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)，并將歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，展現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)整體變化情況；實(shí)現(xiàn)二三維工藝流程切換展示，同時(shí)可展示工藝過程重要設(shè)備的屬性參數(shù)信息。

生產(chǎn)報(bào)表統(tǒng)計(jì)分析

實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的報(bào)表填報(bào)管理功能，對于填報(bào)的報(bào)表，用戶可對報(bào)表中數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行日統(tǒng)計(jì)、月統(tǒng)計(jì)以及年統(tǒng)計(jì)等，將統(tǒng)計(jì)結(jié)果以不同形式展示出來，簡化了報(bào)表上報(bào)流程，實(shí)現(xiàn)了報(bào)表的無紙化辦公。

區(qū)域調(diào)度輔助分析

可以清楚直觀的展示各企業(yè)當(dāng)前的庫存量、用戶的用量情況及庫存支撐用戶使用時(shí)間等信息，通過整合和植入各企業(yè)運(yùn)營監(jiān)測數(shù)據(jù)，為區(qū)域調(diào)度提供輔助分析。

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的集成

工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)和無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對各廠區(qū)關(guān)鍵位置正在進(jìn)行的作業(yè)情況進(jìn)行監(jiān)控。通過對視頻系統(tǒng)的集成，系統(tǒng)可顯示各企業(yè)所有攝像頭分布，并實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控系統(tǒng)的高清監(jiān)控畫面。

4.結(jié)束語

構(gòu)建生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與展示平臺是提高信息資源開發(fā)利用水平、增強(qiáng)企業(yè)綜合實(shí)力和競爭力的有效手段，是企業(yè)信息化的發(fā)展趨勢。該系統(tǒng)搭建是生產(chǎn)類信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一要求、統(tǒng)一頂層設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，充分利用可以共用的資源，提供形象直觀的可視化場景及信息支持，實(shí)現(xiàn)上下級生產(chǎn)聯(lián)動(dòng)，及對數(shù)據(jù)的進(jìn)一步挖掘及最優(yōu)化應(yīng)用，從而輔助優(yōu)化生產(chǎn)決策。

參考文獻(xiàn)

[1]蒲天銀.安全隔離網(wǎng)閘技術(shù)發(fā)展探討[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代，2006.6

[2]路小俊，冬大龍，宋斌，唐成虹.基于OPC技術(shù)的風(fēng)電廠數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)方案，電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，第32卷第23期