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紫金桥实时数据库在大庆石化公司生产管理信息系统应用

    一、概述
   中国石油大庆石化公司,是中国石油天然气股份有限公司直属的地区分公司,从事炼油、化工、化肥、化纤生产的特大型石油化工联合企业。现有6个生产厂,2 个辅助生产厂。公司拥有生产装置131套,年原油加工能力600万吨,年产乙烯48万吨,聚乙烯36万吨,腈纶纤维6万吨,合成氨33万吨,尿素56万 吨,可生产60种151个牌号的石油化工产品。大庆石化公司的前身大庆石油化工总厂,是我国较早的石油化工企业之一,也是我国重要的石油化工基地。大庆 石化公司在紧抓生产建设的同时,也非常注重信息化建设。
   全球信息技术飞速发展,尤其是因特网的出现和应用的普及,使得信息技术得以迅速渗透到 经济社会的各个领域,标志着人类进入了信息化时代。信息资源已成为与材料和能源同等重要的战略资源;信息技术正以其广泛的渗透性和无与伦比的先进性与传统 产业结合;信息产业已发展为世界范围内的朝阳产业和新的经济增长点;信息化水平已经成为现代化企业水平和综合实力的重要标志。大庆石化公司经过多年的努 力,在信息化建设中已取得了很大进步,如办公自动化,电子商务。尤其是生产过程自动化,经过多年努力,大庆石化公司全面实现了DCS自动化改造。但是在实 现全厂信息化建设之前,还存在如下问题:
   1)生产数据没有有效共享,因而对影响生产过程的主要因素缺乏有效的监控手段。虽然公司的主要生产装 置都安装了DCS,但绝大部分装置的数据只能显示在装置的操作站上,而没有采集到公司或分厂的办公系统中。这样我们只有到各生产装置的控制室,才能观察到 生产数据,在分厂的调度室,办公室,或公司领导,都无法直接看到现场的生产数据。如果出差在外,想了解一下生产情况就更是无能为力了。在当今互联网把大千 世界联在一起的今天,不能不说是一种遗憾!
   2)分散的“信息孤岛”无法进行集中化管理。由于各装置信息封闭,即使在同一分厂,由于采用的是不 同厂家,或同一厂家不同型号的DCS,彼此间没有数据通讯手段。这致使生产管理的各个环节脱节,生产管理部门不能及时、有效地了解生产状况,指导组织生 产,造成了一定的浪费。
   3)没有长期的历史数据存储。随着存储介质价格不断下降,保存海量历史数据不但是必要的,而且是现实的。而DCS本身的历史数据存储能力一般都比较有限,而长期的历史数据有助于事故诊断。
   4)质量信息反馈滞后,导致加工成本增加。化验数据直接反映生产的质量情况,对指导生产具有非常重要的意义。先前这些数据主要通过手工报表形式报送生产 管理部门,造成信息迟滞,并且不利于对比分析。因此及时准确地将质量数据反馈给装置操作人员和生产调度人员,可以保证有效地控制生产质量、降低生产成本。
   5)无法实现全厂信息浏览。如何让公司领导用统一平台直观的看到各分厂的生产报表,统计数据,对于领导决策非常重要。
   通过上面的分析,我们不难看出,如何将分散的“信息孤岛”有效地连接起来,实行网络化、集中化,将生产过程数据与生产管理系统有机连接起来;把生产过程 信息、原料消耗、过程产品产量、产品产量、能源消耗、设备状态等科学地分类,提供给管理层数据库,从而减少人工操作,提高管理层数据库的准确性,提高公司 的控制力和控制质量。同时也能够使企业的先进控制、优化计算,流程模拟等更加方便。
  
   二、实施方案
   公司信息化内容很多,如装置达标,LIMS,质量统计,价格管理,成本核算,生产信息化。其中生产信息化是整个系统的基础,由于篇幅的限制,这里着重对其进行介绍。
   实时数据库是整个信息系统的核心,实时数据库软件采用大庆紫金桥公司自己开发的?“紫金桥实时数据库”。该实时数据库在公司多个分厂有过成功应用。关系库采用的是SQL&nbspServer。整体结构如下图所示:
  
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   整体结构图

  
   由上图可见,整个结构分为四层,第一层为公司级实时数据库;第二层为分厂级实时数据库,每个分厂一台;第三层为分厂的前端数采机;底层为过程控制计算机。下面对各层计算机功能予以说明。
  
   过程控制计算机:完成控制监视功能。大庆石化公司控制计算机种类较多,可分为DCS、ESD、PLC、智能表等,但主要是DCS。
  
   前端数采机:进行数据采集,与过程控制计算机通信,将数据缓存并传送给分厂级实时数据库。前端数采机将各种类型的过程控制计算机的实时数据汇总,通过以 太网统一送往分厂级实时数据库,也可以在上游网络故障时,暂存一段时间的历史数据,当网络恢复时,将数据转存到分厂级实时数据库。
  
   分厂级实时数据库:用于分厂生产数据缓存、历史存储、数据计算等。具体包括:
   1、在这里可以对实时数据进行校正、补偿、累计、统计等计算。
   2、可以对各车间数据进行横向比较分析。
   3、也可以在此完成设备运行情况统计,装置物料平衡计算,生成质量分析报告,或其他统计报表等。
   4、分厂内的其他计算机可以通过该服务器对装置的实时数据、历史数据、统计数据进行查看。
   5、通过该服务器上的Web服务器,可以直接通过IE浏览器浏览各种生产数据。
   6、与公司级实时数据库通信。将公司关心的重要生产数据上传到公司级实时数据库中。
   7、该服务器还要作为用户登录服务器。只有有相关权限的用户才能访问该服务器中受保护的数据。用户登录要在该服务器上验证。
  
   公司级实时数据库:分厂重要生产参数缓存、历史存储等。另外还包括如下功能:
   1)分厂数据横向比较、统计、分析。
   2)作为Web服务器,该机器有固定IP,可以在互联网上通过IE浏览器访问该服务器的实时数据、历史数据等。
   3)该服务器可以作为分厂服务器的代理Web服务器,通过该服务器可以在互联网上间接访问分厂数据。
   作为登录服务器。访问该服务器数据的用户要经过该登录服务器的验证。访问分厂数据还要经过分厂级数据库用户验证。
   三、数采方案
   1、概述
   数据采集是实时数据库的重要组成部分,它负责将现场数据实时传送给数据库,将操作数据下送到现场,是数据库服务器与生产控制系统连接的桥梁。如果没有稳定、高效、丰富的数采接口,实时数据库只能是空中楼阁。
   紫金桥软件具有丰富的I/O接口,能够与各种DCS,PLC,智能仪表通过多种连接方式,如以太网、串口、拨号等。并支持DDE、OPC、设备专有通信协议等。同一数据库可以同时与任意多种驱动程序进行通讯。下图为数采结构图。
  
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  数采结构图

  
   图中的I/O驱动就是各种数采接口。
   本项目的关键是实现各分厂生产装置的数据采集。由于大庆石化公司分厂很多,自控装置种类繁多,有大量的DCS、PLC、智能表等。通信方式多种多样。如有的通过OPC,有的通过DDE,有的是厂家专有协议;网络连接方式也很多,如以太网、串口、现场总线等。
   2、关键问题
   办公网与控制网隔离
   保证自控装置的安全是致关重要的。为了保证控制网的独立性,办公网与控制网间是完全隔离的。实时数据库运行在办公网一侧,为了安全的与控制设备通信,我们采取了多种措施。
   1)在控制网与办公网分别设置数采机,数采机间通过串口相连,这样能够有效的防止网络病毒侵入。
  
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   串口通讯防病毒
  
   为了提高串口的通信速度可以将两台前置数采机器放的很近,这样可以将串口通信速度设的很高如112K。对于较远的可以采用485方式通信。
   2)机器配置两块网卡,一块网卡与控制网相连,一块与办公网相连,而且两块网卡处于不同网段。除了数据通信用到的端口号,其余通信端口都禁止掉。并且装好防火墙,保持防病毒软件及时自动更新。
  
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   双网卡通讯防病毒

  
   3)数据集中到VAX/ALPHA机,以VAX/ALPHA为桥梁实现办公网与控制网相连。VAX/ALPHA运行的是VMS操作系统,安全性较高。并且很多装置的上位机是VAX/ALPHA,所以通过VAX/ALPHA为中转,是比较方便的。
   断线数据自动恢复
   由于大庆石化公司装置很多,距离较远,再加上现场干扰多,所以网络通信并不是十分可靠,网络故障时而发生。紫金桥实时数据库具有断线后数据自动恢复功 能,即当网络出现故障时,前端数采机能够自动将数据保存起来,当网络恢复时将历史数据插入到远程实时数据库。利用该功能,就不必担心历史数据缺失了。
   手工数据录入
   为化验人员提供化验数据计算处理和录入界面,以便将生产化验数据收集到实时数据库。紫金桥实时数据库有专门的人工录入记录点和操作界面,能够保证用户在合理的时间范围内录入数据,并将数据按照填写的时间插入到历史数据库中。对于超期没有录入的数据给出报警。
   四、生产管理信息系统带来的好处
   1)及时了解生产动态。分厂级管理人员随时了解生产装置、公用工程运行状况,包括监控点的温度、压力、流量等实时数据;物料和能源动力消耗数据、产品产量和质量数据。各级人员及时准确掌握生产动态,对生产过程中出现的问题及时做出处理,以保证生产安稳运行。
   2)实时数据库作为控制系统和上层管理系统的中间层,起到承上启下的作用。其将各控制系统的数据集中起来,以统一的形式存放,实现了有效的数据共享。由 于实时数据库支持各种开放接口,如OPC、DDE、OLE等,因此保存在实时数据库中的数据可直接为先进控制、优化控制、流程模拟的数据源。另外、也可以 将与上层管理系统相关的数据,转储到关系数据库中,以实现高层次的生产记录管理。
   3)实现长期历史存储。一般DCS中历史数据保存时间较短, 尤其是早期投用的DCS,外存较小,无法长期保存大量的,快速变化的历史数据。而通用的实时数据库具有高效的存储策略,再加上廉价的大容量的存储介质,可 以将重要的生产参数长期保存,现在各装置历史数据可以保存10年。
   4)提供多种数据查询、分析手段。通过查询工具可以快速查询生产实时数据、历史数据;分析工具可以对产品的生产质量进行评定,给管理者决策提供帮助;统计工具,可以对数据进行横向比较,也可以对数据的历史情况进行分析。
   5)与桌面工具集成。可以将生产数据引入办公软件,如Excel,Word等,可利用办公软件的图表、分析工具对生产数据进行统计、分析、报表等。
   6)实现了Web浏览。无论何时何地,只要有互联网,就可以随时查看各装置的实时生产数据,历史趋势,统计报表等。而且在机器中不必预先安装实时数据库软件。
   7)通过数据库浏览器,可以对分厂的数据、报表、流程图、趋势进行查看。只要分厂的数据库是开放的,有权限的用户都可以访问,并且无需将组态内容复制到本地,紫金桥数据库具有自动搜索功能,能够自动找到网内的所有实时数据库。
   8)只要权限允许,可以在客户端浏览数据的同时,在线修改点组态、画面、报表、趋势,并能上传到实时数据库。
   五.结论
   通过信息系统的集成,实现整个公司作为一个整体意义上的信息系统,使得各个分公司实现信息共享,减少重复工作,打破信息孤岛现象,提高了工作效率。
   紫金桥实时数据库自投用以来,运行稳定,采集速度快,历史保存时间长,是信息化建设中的好帮手。