DOC4000創(chuàng)新組態(tài)管理解決方案及其應(yīng)用

羅宙峰，肖洪濱

(霍尼韋爾(中國(guó))有限公司過(guò)程控制部，上海 201203)

0 引言

隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，石油化工、冶金等行業(yè)的生產(chǎn)制造工藝流程不斷完善，控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平不斷提高，各系統(tǒng)間的信息聯(lián)系越來(lái)越頻繁。由于工廠內(nèi)諸多控制系統(tǒng)選用的是多廠家、多型號(hào)的產(chǎn)品，所以自動(dòng)化資產(chǎn)管理面臨新的挑戰(zhàn)。例如，工程資料的全生命周期管理、數(shù)據(jù)庫(kù)完整性問(wèn)題導(dǎo)致的事故、企業(yè)人員流失導(dǎo)致的管理水平下降、變更管理不規(guī)范等。因此，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的資產(chǎn)進(jìn)行有效管理具有迫切性。

Honeywell過(guò)程集散控制系統(tǒng)全廠一體化解決方案(total plant solution，TPS) ，其組態(tài)[1-3]是表格形式，界面不是非常直觀和友好，不利于理解和查詢。Honeywell開發(fā)的DOC3000組態(tài)文件管理系統(tǒng)，克服了TPS系統(tǒng)的不足。DOC3000可將其組態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Access數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)專用工具打開數(shù)據(jù)庫(kù)后，可以像查看流程圖和邏輯圖一樣便捷地瀏覽其內(nèi)容。

由于制造企業(yè)使用的自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)自不同廠商、不同型號(hào)，貫穿于產(chǎn)品制造整個(gè)生命周期的各系統(tǒng)組態(tài)需要一個(gè)統(tǒng)一的管理平臺(tái)。DOC4000組態(tài)文件管理系統(tǒng)是DOC3000的升級(jí)版，功能更強(qiáng)、兼容性更廣，開發(fā)的系統(tǒng)接口可以便捷地與大多數(shù)自動(dòng)化廠商的集散控制系統(tǒng)(distributed control system，DCS)[4-6]、安全儀表系統(tǒng)(safety instrumented system,SIS)、可編程式邏輯控制器(programmable logic controller，PLC)[7]系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)建立友好連接。用戶可通過(guò)普通網(wǎng)頁(yè)瀏覽器查看組態(tài)內(nèi)容，有效解決了各系統(tǒng)組態(tài)和數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一管理的問(wèn)題。

1 組態(tài)文件管理系統(tǒng)

DOC4000組態(tài)文件管理系統(tǒng)針對(duì)日常管理，可提供精確的、自動(dòng)更新的系統(tǒng)文檔；可提高系統(tǒng)安全性，保證項(xiàng)目質(zhì)量，減少返工和文件配置時(shí)間，減少事故的發(fā)生；可加快事故后的恢復(fù)；可改善維護(hù)計(jì)劃，提供維護(hù)能力；可滿足變更管理規(guī)范。

在項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中，采用DOC4000，可使升級(jí)和系統(tǒng)集成的工程量減少10%。它被稱作是復(fù)雜自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)簡(jiǎn)單且強(qiáng)大的Web接口。借助DOC4000組態(tài)文件管理系統(tǒng)，可增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可讀性，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)組態(tài)集中備份、跨平臺(tái)參考、搜索查詢、自動(dòng)跟蹤變化和資源管理等功能。

DOC4000支持的系統(tǒng)如表1所示。

表1 DOC4000支持的系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

DOC4000的體系架構(gòu)主要包括數(shù)據(jù)接口(OPC適配器和文件適配器等)、文件管理系統(tǒng)(數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和查找應(yīng)用等)、Web 應(yīng)用等，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

根據(jù)各工廠自身安全策略的不同，DOC4000系統(tǒng)可以有不同的結(jié)構(gòu)，IIS服務(wù)器甚至可以和SQL服務(wù)器分開安裝?；綝OC4000結(jié)構(gòu)如圖2所示。

由圖2可見，服務(wù)器可以通過(guò)防火墻或者直接訪問(wèn)過(guò)程網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)獲取這些DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。而SIS系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)由于其組態(tài)數(shù)據(jù)不經(jīng)常變化，或者工廠會(huì)限制外部程序?qū)ο到y(tǒng)的訪問(wèn)，需要手動(dòng)將組態(tài)數(shù)據(jù)導(dǎo)入DOC4000服務(wù)器。而這一過(guò)程會(huì)比DCS數(shù)據(jù)的獲取簡(jiǎn)單很多，一般只需要將組態(tài)數(shù)據(jù)Export或者產(chǎn)生Report即可。

上層的網(wǎng)絡(luò)則相對(duì)簡(jiǎn)單，通過(guò)防火墻連接DOC4000服務(wù)器。DOC 4000服務(wù)器安裝了Internet信息服務(wù)器(Internet information service，IIS)?？蛻舳丝梢允侨魏我慌_(tái)安裝了IE瀏覽器的計(jì)算機(jī)，無(wú)需任何設(shè)置就能正常地訪問(wèn)組態(tài)信息。管理員可以通過(guò)設(shè)置登錄用戶的權(quán)限，限制每個(gè)用戶可以訪問(wèn)和修改的內(nèi)容。

圖2 基本DOC4000結(jié)構(gòu)圖

1.2 系統(tǒng)功能

DOC4000組態(tài)文件管理系統(tǒng)具有以下功能。

①增強(qiáng)組態(tài)數(shù)據(jù)的可讀性。不同自動(dòng)化廠家的DCS、SIS和PLC系統(tǒng)，均統(tǒng)一使用電子表格和Visio圖形的格式顯示組態(tài)內(nèi)容。對(duì)于這些系統(tǒng)的組態(tài)內(nèi)容，工程師和管理人員即使不精通所有的系統(tǒng)也能看懂。系統(tǒng)組態(tài)圖形可以保存為vsd格式或者PDF格式，以供存檔和打印。

②集中備份系統(tǒng)組態(tài)內(nèi)容。DOC4000組態(tài)管理系統(tǒng)導(dǎo)出各自動(dòng)化系統(tǒng)的組態(tài)信息，并存放于一個(gè)固定的服務(wù)器上。這些組態(tài)信息實(shí)際上也是對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的備份。一旦出現(xiàn)災(zāi)難性后果，這些備份數(shù)據(jù)可以用來(lái)恢復(fù)絕大部分的系統(tǒng)數(shù)據(jù)。對(duì)于DCS系統(tǒng)，DOC4000組態(tài)管理系統(tǒng)還支持定時(shí)自動(dòng)備份的功能，省去了手動(dòng)備份的麻煩。

③實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)數(shù)據(jù)共享。常規(guī)情況下，在制造企業(yè)運(yùn)行過(guò)程中，DCS系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)間存在信息聯(lián)系，DCS通過(guò)某種通信方式采集PLC數(shù)據(jù)并控制閥門等設(shè)備的輸出，通過(guò)復(fù)雜的文檔來(lái)查詢其中的聯(lián)系。而采用DOC4000的Reference功能，則可以把需要的控制點(diǎn)實(shí)時(shí)信息放在一個(gè)頁(yè)面上，便于用戶使用。這些引用和被引用的信息是通過(guò)DCS和PLC通信組態(tài)的地址聯(lián)系的。只要在導(dǎo)入組態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)，把這個(gè)PLC的Data-Owner指定為這套DCS即可。

④實(shí)現(xiàn)搜索和查詢。采用DOC4000組態(tài)管理系統(tǒng)，使得在多套系統(tǒng)中查詢一個(gè)點(diǎn)變得更加容易。用戶可以設(shè)置幾乎任何搜索條件，并獲得相應(yīng)的查詢結(jié)果。這些結(jié)果可以轉(zhuǎn)換成EXCEL或者PDF文檔。例如，通過(guò)搜索可以方便地查找出一套DCS系統(tǒng)的所有帶高優(yōu)先級(jí)報(bào)警的點(diǎn)、所有串級(jí)回路等。DOC4000系統(tǒng)還支持SQL的Fulltext Search的功能。

⑤自動(dòng)跟蹤變化。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行多次數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)入時(shí)，DOC4000會(huì)自動(dòng)地在兩次導(dǎo)入的數(shù)據(jù)庫(kù)之間作比較，且在Change Track里可以看到比較的結(jié)果，如在兩次導(dǎo)入中有哪些點(diǎn)的哪些參數(shù)發(fā)生了變化；也可以在單獨(dú)點(diǎn)看到這個(gè)點(diǎn)所有的更改歷史，如報(bào)警值、PID參數(shù)等。

⑥其他管理功能。

DOC4000還提供了諸如組態(tài)完整性確認(rèn)、備件資源管理、設(shè)備屬性、控制/回路圖形化等功能。此外，由于系統(tǒng)所有的組態(tài)信息都存放在標(biāo)準(zhǔn)的SQL數(shù)據(jù)庫(kù)中，因此用戶可以根據(jù)自身需要，自行開發(fā)一些應(yīng)用，以便使用和管理。

2 系統(tǒng)組態(tài)數(shù)據(jù)獲取

對(duì)于不同廠商的DCS和PLC系統(tǒng)，在使用DOC4000組態(tài)管理系統(tǒng)獲取組態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)，其方式不盡相同。以目前大型生產(chǎn)企業(yè)中較常用的幾類DCS系統(tǒng)為例，進(jìn)行說(shuō)明。

①Honeywell EPKS系統(tǒng)。

Honeywell EPKS系統(tǒng)使用的主數(shù)據(jù)庫(kù)為SQL數(shù)據(jù)庫(kù)，與DOC4000相同。因此，EPKS組態(tài)數(shù)據(jù)的備份就是利用EPKS本身的FULLBKUP命令產(chǎn)生EMDB和ERDB數(shù)據(jù)庫(kù)的.bak備份文件。而對(duì)于其用于通信數(shù)據(jù)的QuilkBuilder數(shù)據(jù)，只需要直接拷貝.QDB文件即可。對(duì)于流程圖數(shù)據(jù)，DOC4000會(huì)產(chǎn)生一個(gè)VB腳本，用于獲得流程圖的參考數(shù)據(jù)、腳本以及流程圖的截圖。

②Emerson DeltV系統(tǒng)。

對(duì)于Emerson DeltV系統(tǒng)，首先要獲取其.FHX程序備份文件。此文件在DeltV EXPLORER中可通過(guò)exprot功能導(dǎo)出。其次是獲取Library備份文件，這可以通過(guò)DeltV EXPLORER的打印功能輸出為TXT文本文件。最后是流程圖的獲取，DeltV流程圖信息的獲取需要安裝PAS的一個(gè)小插件。這個(gè)小插件在DeltaV Operate Configure application里產(chǎn)生一個(gè)小工具欄。點(diǎn)擊這個(gè)工具欄，就可以自動(dòng)解析出DeltV系統(tǒng)的所有流程圖的數(shù)據(jù)腳本，并自動(dòng)完成每幅流程圖的截圖。

③YOKOGAWA CS3000系統(tǒng)。

YOKOGAWA CS3000系統(tǒng)的組態(tài)數(shù)據(jù)全部保存在工程師站的工程目錄下(默認(rèn)為C:CS3000engBKProjects)。因此，使用DOC4000組態(tài)管理系統(tǒng)獲取這些組態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)，如果DOC4000服務(wù)器可以直接訪問(wèn)這個(gè)目錄，就不需要任何設(shè)置；如果這個(gè)目錄不允許訪問(wèn)，則把它拷貝到DOC4000服務(wù)器上即可。

④Honeywell TPS系統(tǒng)。

使用DOC4000組態(tài)管理系統(tǒng)獲取Honeywell TPS系統(tǒng)的組態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)，需要安裝一個(gè)自動(dòng)數(shù)據(jù)獲取程序，這樣即可手動(dòng)導(dǎo)出TPS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)文件(network configuration file,NCF)、文件目錄列表(LSVNET)以及版本信息(LVRLOG)文件。運(yùn)行ADU程序時(shí)，使用這3個(gè)文件生成6個(gè)TPS系統(tǒng)的批處理文件(.EC)。將這6個(gè)批處理文件拷貝到歷史模塊中，并設(shè)置其定時(shí)自動(dòng)運(yùn)行，這些.EC就可以自動(dòng)將TPS系統(tǒng)的組態(tài)信息導(dǎo)出生成.EB文件。ADU程序會(huì)通過(guò)TPS系統(tǒng)的FileTransfer程序?qū)⑦@些.EB文件連同流程圖文件一起拷貝到DOC4000服務(wù)器上。

3 DOC4000應(yīng)用實(shí)例

DOC4000自開發(fā)以來(lái)，已廣泛應(yīng)用于各制造行業(yè)，對(duì)包括數(shù)據(jù)庫(kù)管理、生產(chǎn)管理等企業(yè)自動(dòng)化資產(chǎn)的管理，發(fā)揮了很好的作用。

①?gòu)V東大鵬液化天然氣有限公司。

廣東大鵬液化天然氣公司是廣東液化天然氣接收站和輸氣干線項(xiàng)目的建設(shè)和經(jīng)營(yíng)實(shí)體。其業(yè)務(wù)管線里程長(zhǎng)、系統(tǒng)分散，并且自動(dòng)化系統(tǒng)供應(yīng)商繁多、控制系統(tǒng)選型多樣。用于監(jiān)控的DCS系統(tǒng)有Honeywell EPKS和Emerson DeltV系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的PLC有AB RSLogix5000以及Siemens S7，用于實(shí)現(xiàn)重要設(shè)備和火氣、消防的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的是Honeywell FSC 系統(tǒng)。這些系統(tǒng)互相通信。

這些自動(dòng)化系統(tǒng)的管理和維護(hù)，需要投入相當(dāng)大的人力、物力。系統(tǒng)一旦出現(xiàn)運(yùn)行故障，問(wèn)題的查找和分析非常困難。若現(xiàn)場(chǎng)需要檢修一個(gè)聯(lián)鎖系統(tǒng)的儀表，這個(gè)儀表會(huì)引起現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備動(dòng)作。檢修這類儀表時(shí)，通常工程師都知道在安全聯(lián)鎖系統(tǒng)中將這個(gè)聯(lián)鎖旁路掉，但是這個(gè)儀表的信號(hào)在一次改造中從FSC系統(tǒng)通信到了EPKS，且在EPKS中這個(gè)信號(hào)會(huì)引起DCS相關(guān)回路的動(dòng)作，而相關(guān)資料并沒(méi)有記錄這一改變。當(dāng)對(duì)該儀表進(jìn)行拆線時(shí)，DCS檢測(cè)到聯(lián)鎖條件發(fā)生，將相關(guān)回路置手動(dòng)，回路輸出被置于故障安全位置，險(xiǎn)些造成停車。

采用DOC4000系統(tǒng)后，類似的問(wèn)題就變得非常簡(jiǎn)單。DOC4000將所有信息從現(xiàn)有系統(tǒng)上導(dǎo)出，保證了信息的完整性與準(zhǔn)確性；不同系統(tǒng)的信息顯示在統(tǒng)一的客戶端上，所有工程師都能看懂；其參考點(diǎn)和圖形化(Map)功能，又使這些數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的連接一覽無(wú)遺，大大減少了分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的時(shí)間。此外，DOC4000還解決了這些系統(tǒng)的備份問(wèn)題，減少了維護(hù)的工作量。

②云南天然氣化工集團(tuán)有限公司。

云南天然氣化工集團(tuán)有限公司是國(guó)內(nèi)把多套裝置的信息集中于一個(gè)DOC4000服務(wù)器上的用戶。該公司共有超過(guò)10套自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)被采集到服務(wù)器上。這些系統(tǒng)包括：7套Honeywell EPKS系統(tǒng)、6套Honeywell TPS系統(tǒng)、2套Honeywell PHD(歷史數(shù)據(jù)采集)系統(tǒng)、2套Honeywell SM(安全聯(lián)鎖)系統(tǒng)、2套Triconex TS1131(緊急停車)系統(tǒng)、1套Honeywell RMPCT(先進(jìn)控制)系統(tǒng)。

面對(duì)如此眾多的系統(tǒng)，其管理的復(fù)雜程度可想而知。而使用DOC4000后，用戶在辦公室就可以隨時(shí)查看這些裝置的組態(tài)內(nèi)容，快速查找各點(diǎn)的信息和點(diǎn)-點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)，大大降低了管理成本。

③鎮(zhèn)海煉油化工廠。

鎮(zhèn)海煉油化工廠是中國(guó)最大的煉油廠之一，其使用的系統(tǒng)主要是Honeywell的EPKS系統(tǒng)和西門子的S7-400 PLC。為了能夠更便捷地了解其龐大系統(tǒng)的各種復(fù)雜組態(tài)內(nèi)容，并理清各系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)，鎮(zhèn)海煉化采用了DOC4000系統(tǒng)。鎮(zhèn)海煉化使用的DOC4000系統(tǒng)主要由2個(gè)獨(dú)立的服務(wù)器組成。2個(gè)中央控制室，一個(gè)用于煉油和電廠，另一個(gè)用于聚乙烯(polyethylene，PE)和電壓互感器(potential transformer,PT)裝置。

綜合上述分析，在日常管理方面，DOC4000系統(tǒng)為用戶提供了非常有效的管理手段，使企業(yè)效益得到顯著提高。系統(tǒng)文檔可以精確地自動(dòng)更新；系統(tǒng)安全性提高，減少了安全生產(chǎn)事故的發(fā)生；信息共享暢通，提高了事故后恢復(fù)的效率。實(shí)踐證明，對(duì)于升級(jí)、改造等系統(tǒng)項(xiàng)目，應(yīng)用DOC4000系統(tǒng)之后，系統(tǒng)集成工程量至少可以降低10%，工程返工及文件配置時(shí)間大大降低，項(xiàng)目質(zhì)量顯著提高。

4 結(jié)束語(yǔ)

DOC4000組態(tài)文件管理系統(tǒng)是一套組態(tài)和文檔管理系統(tǒng)。它使用標(biāo)準(zhǔn)的SQL數(shù)據(jù)庫(kù)和友善的Web界面，讓用戶可以隨時(shí)訪問(wèn)組態(tài)數(shù)據(jù)，快速查找需要的信息，便于閱讀和分析組態(tài)信息；為工程技術(shù)人員和企業(yè)管理人員提供了便利，節(jié)省了分析、解決問(wèn)題的時(shí)間，節(jié)約了管理成本，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效益。