自控率監(jiān)控在煉化企業(yè)的實現(xiàn)與應(yīng)用

華強

摘要：本文介紹了利用過程控制系統(tǒng)DCS、生產(chǎn)運行系統(tǒng)MES相關(guān)功能，實現(xiàn)了實時計算各裝置及全廠的自控率，并利用MES系統(tǒng)的平穩(wěn)率監(jiān)控功能對自控率進行平穩(wěn)率的監(jiān)控及統(tǒng)計，為煉化企業(yè)裝置自控率的在線監(jiān)控與考核提供了實現(xiàn)方法，促使裝置提高自動控制應(yīng)用水平，從而提升裝置效益。

關(guān)鍵詞：DCS;MES;實時監(jiān)控;自控率;平穩(wěn)率

1引言

隨著先進控制系統(tǒng)（APC）的深入建設(shè)與應(yīng)用，要求企業(yè)盡可能地提高裝置自控率，裝置自控率高，先進控制系統(tǒng)的作用才能顯著地體現(xiàn)出來，裝置自控率已成為衡量裝置操作管理水平高低的指標(biāo)之一，也是先進控制系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。因此對裝置自控率的在線監(jiān)控及考核成為企業(yè)較為迫切的需求。

煉化企業(yè)裝置過程控制系統(tǒng)以DCS系統(tǒng)為主，各控制回路在DCS系統(tǒng)中均有實時的回路狀態(tài)參數(shù)，用以標(biāo)記回路實時狀態(tài)，但傳統(tǒng)煉化企業(yè)各裝置DCS系統(tǒng)型號、品牌多樣，各裝置DCS系統(tǒng)大多是相互獨立的系統(tǒng)，僅依靠DCS系統(tǒng)大多煉化企業(yè)無法完成全廠自控率的計算與監(jiān)控。

生產(chǎn)運行系統(tǒng)（MES系統(tǒng)）是煉化企業(yè)生產(chǎn)運行管理層面的核心系統(tǒng)，其功能涵蓋了實時數(shù)據(jù)庫、平穩(wěn)率監(jiān)控等許多功能，其生產(chǎn)運行管理方面發(fā)揮了巨大作用。MES系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)可以將各裝置過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)實時進行采集，將全廠各裝置生產(chǎn)數(shù)據(jù)集中到一個統(tǒng)一的平臺中。

利用過程控制系統(tǒng)DCS，配合MES系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫功能，可以在MES系統(tǒng)實現(xiàn)各裝置及全廠自控率的在線計算與監(jiān)控。利用MES系統(tǒng)平穩(wěn)率監(jiān)控功能，對各裝置自控率設(shè)定監(jiān)控目標(biāo)，自動監(jiān)測自控率達標(biāo)情況，統(tǒng)計裝置自控率的平穩(wěn)率，為考核提供數(shù)據(jù)支持，促使基層裝置不斷提升自動控制水平，從而提升裝置運行效益。

2 自控率數(shù)據(jù)在線采集與計算

2.1 DCS系統(tǒng)控制回路狀態(tài)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化

煉化企業(yè)裝置控制回路分為簡單PID控制回路以及復(fù)雜控制回路，如串級控制回路、比值控制回路、選擇控制回路等等。在控制系統(tǒng)中，控制回路投自動控制時狀態(tài)為自動，復(fù)雜回路投自動控制時其參數(shù)也有對應(yīng)的狀態(tài)，如串級控制狀態(tài)等等，而當(dāng)控制回路處于手動控制時，回路狀態(tài)均為手動。在不同品牌的DCS系統(tǒng)中，自動控制狀態(tài)、復(fù)雜控制狀態(tài)、手動控制狀態(tài)對應(yīng)的值可能不一樣，如自動控制狀態(tài)，有的DCS系統(tǒng)標(biāo)記值為A，有的標(biāo)記值為AT等等，為便于MES系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集與自控率的計算，在DCS系統(tǒng)中對每個控制回路的狀態(tài)參數(shù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

1） 為每個控制回路建立回路狀態(tài)計算位號（參數(shù)），位號結(jié)果值為0或1，0代表控制回路處于手動控制狀態(tài)，1代表控制回路處于自動控制狀態(tài)。

2） 控制回路狀態(tài)計算位號的值，根據(jù)控制回路所處狀態(tài)實時計算，在DCS系統(tǒng)中可通過邏輯判斷計算來實現(xiàn)。

3） 將新位號參數(shù)下裝到DCS系統(tǒng)的OPC服務(wù)器中，MES系統(tǒng)將通過OPC服務(wù)在線采集控制回路狀態(tài)數(shù)據(jù)。

2.2 控制回路實時狀態(tài)數(shù)據(jù)采集

MES系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫由實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器集群、數(shù)據(jù)采集緩存機（BUFFER機）及安全防護設(shè)備如防火墻、隔離網(wǎng)閘等組成，某煉化企業(yè)MES系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)采集架構(gòu)示意圖如圖1所示。

DCS系統(tǒng)通過OPC接口的方式對外提供實時數(shù)據(jù)，OPC接口在DCS系統(tǒng)中以O(shè)PC服務(wù)器的形式存在。MES系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫采用BUFFER-SHADOW結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)采集。BUFFER機作為OPC客戶端從OPC服務(wù)器獲取控制系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，然后通過生產(chǎn)網(wǎng)將采集到的實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)綄崟r數(shù)據(jù)庫服務(wù)器（SHADOW）中。通常，BUFFER機部署在OPC服務(wù)器所在地，SHADOW部署在企業(yè)管理網(wǎng)段。當(dāng)BUFFER機和SHADOW服務(wù)器之間網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，前端BUFFER機實時數(shù)據(jù)采集無影響，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后數(shù)據(jù)可以從buffer機續(xù)傳到SHADOW服務(wù)器中，保證數(shù)據(jù)的完整。在OPC服務(wù)器和BUFFER之間通過隔離網(wǎng)閘實現(xiàn)數(shù)據(jù)單向傳輸，保障控制系統(tǒng)安全。同時，在生產(chǎn)網(wǎng)和管理網(wǎng)之間通過防火墻進行加固隔離，加固生產(chǎn)網(wǎng)安全。

數(shù)據(jù)采集時在MES系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫中建立與DCS系統(tǒng)控制回路狀態(tài)位號一一對應(yīng)的位號來采集控制回路實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，由于在DCS中進行了標(biāo)準(zhǔn)化處理，MES系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫配置的位號采集到的控制回路狀態(tài)值為0（手動控制）和1（自動控制），極大方便了MES系統(tǒng)中自控率的計算。

2.3自控率的計算

1） 單裝置自控率計算

單裝置自控率計算公式如下：

[單裝置自控率=裝置投自動的控制回路總數(shù)裝置總回路數(shù)*100%]

對于煉化裝置，裝置總回路數(shù)一般是固定數(shù)據(jù)，根據(jù)公式，計算出該裝置投自動的控制回路總數(shù)即可計算裝置自控率。裝置投自動的控制回路總數(shù)可以通過該裝置所有控制回路狀態(tài)位號值進行加和計算得出。實施過程中，對每個裝置在MES系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫中建立2個虛擬計算位號，分別用于計算裝置投自動的控制回路數(shù)和裝置自控率，并在虛擬位號中配置相應(yīng)的計算公式，即可利用實時數(shù)據(jù)庫實時計算每個裝置投自動的回路總數(shù)及裝置自控率。

2） 全廠總自控率計算

全廠總自控率計算公式如下：

其中， 全廠裝置投自動的控制回路總數(shù)可通過各個裝置投自動的控制回路總數(shù)位號加和計算得出，全廠裝置總回路數(shù)一般為固定值。在MES系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫中建立相應(yīng)的計算位號，配置計算公式便可自動計算全廠總自控率。

對于全廠總自控率，有時需要將某些停工的裝置排除在外，需要在裝置停工時手動去更改計算參數(shù)，將計算公式中某個裝置的投自控的回路數(shù)和總回路數(shù)給去掉，這就引起維護不及時，計算結(jié)果不能正確反映實際自控率的情況。在實際實施過程中，可通過增加相應(yīng)的邏輯判斷來確定裝置的開停工狀態(tài)，然后在計算時將該裝置數(shù)據(jù)剔除掉。