胡稷帆

[摘 要] 本文介紹化工企業(yè)如何基于霍尼韋爾的Uniformance平臺構建生產(chǎn)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)監(jiān)控、報表等方面的有效管理，將裝置工藝實時數(shù)據(jù)與業(yè)務管理相結合，進一步降低了化工企業(yè)的運行風險與生產(chǎn)成本，提升了企業(yè)生產(chǎn)管理水平及產(chǎn)品質量。

[關鍵詞] 實時數(shù)據(jù)；分布式；控制系統(tǒng)；報警；生產(chǎn)管理系統(tǒng)；化工企業(yè)

[中圖分類號] F270.7；TP315 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）19- 0038- 04

石化行業(yè)作為典型的流程制造業(yè)在國民經(jīng)濟中占主導地位，其特點是以處理連續(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，與離散制造工業(yè)有顯著不同。隨著全球經(jīng)濟一體化的發(fā)展，化工企業(yè)面臨著日益激烈的競爭，而提升企業(yè)核心競爭力的要素都體現(xiàn)在石化產(chǎn)品上，生產(chǎn)制造是形成產(chǎn)品的主要過程，生產(chǎn)制造能力是構成石化企業(yè)核心競爭力的關鍵內容，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。

實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)將實時數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)庫技術相結合，解決了過程控制系統(tǒng)DCS數(shù)據(jù)存儲能力有限，無法進行有效的數(shù)據(jù)共享，而關系數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)處理速度低，無法對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進行高效存儲的問題。因此，為企業(yè)提供統(tǒng)一而完整的企業(yè)級實時數(shù)據(jù)庫服務平臺，使企業(yè)經(jīng)營管理決策層能夠對生產(chǎn)過程進行實時動態(tài)監(jiān)控與分析，及時發(fā)現(xiàn)問題并進行處理，保證裝置“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運行，降低生產(chǎn)運營成本，提高產(chǎn)品質量和生產(chǎn)效率，全面提高企業(yè)經(jīng)濟效益和市場競爭能力勢在必行。

中國海洋石油總公司旗下全資子公司中?；瘜W是國內化肥生產(chǎn)領軍企業(yè)，在2005年實施了基于霍尼韋爾公司Uniformance平臺的數(shù)據(jù)采集、WPKS組態(tài)工藝流程圖和生產(chǎn)管理報表的管理系統(tǒng)，并進行了多年的深化應用。該系統(tǒng)實現(xiàn)了企業(yè)重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)的自動采集以及所有單元流程圖的網(wǎng)上發(fā)布，基于實時數(shù)據(jù)的生產(chǎn)報表的自動生成、關鍵裝置報警事件的采集、分析化驗結果網(wǎng)上發(fā)布等功能。本文就Honeywell生產(chǎn)管理系統(tǒng)在中?；瘜W的部署內容和應用情況進行介紹。

1 Uniformance平臺

霍尼韋爾公司的Uniformance是一套成熟的石化行業(yè)生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，同時也可作為生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)和應用的平臺，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)、過程性能以及過程相關數(shù)據(jù)，將實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)集成在一起，以滿足高級控制、優(yōu)化和精細化生產(chǎn)管理的需求，從而將企業(yè)資產(chǎn)管理和生產(chǎn)管理相關聯(lián)，真正提高企業(yè)的運作效率，從而提高企業(yè)價值。與PI系統(tǒng)和InfoPlus等市場主流的應用產(chǎn)品相比，它具有以下優(yōu)點：

（1）系統(tǒng)的分布式多級結構增加了數(shù)據(jù)安全性，降低了系統(tǒng)和網(wǎng)絡負荷。

（2）具備很強的信息處理功能，能將采集的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過業(yè)務處理變成適合最終用戶管理需要的信息。

（3）提供多個客戶端工具軟件，方便管理人員訪問更多、更高精度的歷史信息，以完成過程分析、故障查找、過程改善、事故分析及跟蹤和生成各種報表等多項任務。

（4）實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)庫PHD與Oracle關系數(shù)據(jù)庫的一體化管理，用戶在關系數(shù)據(jù)庫中直接通過位號即可調用生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)。

（5）霍尼韋爾公司以其在DCS控制系統(tǒng)開發(fā)方面豐富的經(jīng)驗，開發(fā)了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集基礎結構和連接多種系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)品化接口RDI（Real-time Data Interface），使其像DCS一樣長期可靠地運行提供多種實時數(shù)據(jù)接口RDI，可靠性高。

（6）對采集的實時數(shù)據(jù)點數(shù)沒有數(shù)量限制，用戶數(shù)不限，能與多種型號的DCS系統(tǒng)互聯(lián)，擴展性好，具備較高的性價比。

（7）豐富的上層應用模件和開放的數(shù)據(jù)庫接口，為ERP（企業(yè)資源計劃系統(tǒng)）、MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、PCS（過程控制系統(tǒng)）三層結構的“數(shù)字工廠”等應用打下基礎。

總之，Uniformance為全廠范圍數(shù)據(jù)采集、存儲和管理建立了一套單一、開放、集成的體系結構開放的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它集成所有工廠數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)并支持相關應用，保障工廠的管理部門使用一致的數(shù)據(jù)，從實時過程數(shù)據(jù)庫或關系型數(shù)據(jù)庫中檢索數(shù)據(jù)，并將其轉化成有價值的決策支持數(shù)據(jù)信息。

2 系統(tǒng)應用架構

實時生產(chǎn)管理系統(tǒng)的整體應用架構如圖1所示，系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)應用層、數(shù)據(jù)展示層。整個架構是基于Uniformance PHD實時數(shù)據(jù)庫，由實時數(shù)據(jù)庫服務器和客戶端兩大部分組成。服務器部分由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、RDI（Real-time Data Interface）、歷史數(shù)據(jù)庫以及Oracle數(shù)據(jù)庫等組成；客戶端可根據(jù)用戶的需求，利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)開發(fā)適用于SQL Server關系型數(shù)據(jù)庫輸入的接口應用程序。

在數(shù)據(jù)采集層，中DCS位于實時生產(chǎn)管理系統(tǒng)的底層，是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源，實時數(shù)據(jù)庫負責集成從DCS系統(tǒng)抽取的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并為位于應用層的功能模塊提供數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)應用層建構于實時數(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)管理人員及時解企業(yè)生產(chǎn)運行狀況。數(shù)據(jù)展示層直接與最終用戶交互，向企業(yè)管理人員快捷、直觀展示關注信息，方便調度人員了解生產(chǎn)運行狀況，更快地做出合理決策。

2.1 數(shù)據(jù)采集層

實施實時數(shù)據(jù)庫關鍵是如何采集過程控制系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，即接口標準。但由于控制系統(tǒng)DCS來自不同的廠商，而且多使用自己的API方式存取數(shù)據(jù)，無法做到算法的通用，使系統(tǒng)之間的相互通訊非常復雜。因此廠商協(xié)會提出了一個標準的存取接口（OLE for Process Control，OPC），OPC作為硬件和軟件之間的一個中間件，方便不同系統(tǒng)之間的工業(yè)數(shù)據(jù)通訊。Honeywell（PHD）實時數(shù)據(jù)庫使用RDI通過OPC與其他控制系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對所有監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集工作。

2.2 數(shù)據(jù)應用層

系統(tǒng)提供多種工具方便系統(tǒng)應用。過程趨勢和統(tǒng)計分析工具Process Trend提供基于Windows界面分析歷史數(shù)據(jù)的圖形化界面，具有趨勢分析、同位號數(shù)據(jù)對比、輸出Excel進行數(shù)據(jù)分析等功能；實時數(shù)據(jù)庫提供了多種手工錄入工位數(shù)據(jù)的方法，使用API允許用戶開發(fā)各種形式的手工錄入界面，方便用戶操作使用。

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。通過OPC將DCS的數(shù)據(jù)取出，放入歷史數(shù)據(jù)PHD服務器中，將繪圖工具（WPKS）自動繪制的棒狀圖，閥位、機泵等的動態(tài)流程圖和趨勢圖發(fā)布到網(wǎng)頁（Web）服務器，所有企業(yè)管理部門通過網(wǎng)頁服務器以瀏覽網(wǎng)頁的形式了解生產(chǎn)的實際情況。這種方式方便快捷，省掉了中間環(huán)節(jié)的報送，各個管理層可以在不同地點、同一時間看到生產(chǎn)過程的實際狀態(tài)，實時進行生產(chǎn)、控制與管理。

3 網(wǎng)絡拓撲組成

由于過程控制系統(tǒng)DCS部署于工控網(wǎng)內，生產(chǎn)管理系統(tǒng)部署于辦公網(wǎng)由，兩網(wǎng)是相互獨立的網(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)之間設置了防火墻，防止管理網(wǎng)終端直接進入工控網(wǎng)。

4 系統(tǒng)應用效果

中?；瘜W基于Uniformance的WPKS系統(tǒng)實現(xiàn)對化肥（一、二期）和甲醇（一、二期）裝置過程控制數(shù)據(jù)全部采集，涉及的過程控制系統(tǒng)包括橫河CS 3000、霍尼韋爾TPS 3000等過程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工藝流程圖及趨勢、生產(chǎn)分析報表、生產(chǎn)分析評估、分析化驗數(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)計分析、工藝分析與控制、設備停機時間分析等業(yè)務提供基礎數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)調度決策提供輔助信息，從而實現(xiàn)生產(chǎn)管理的透明化和科學化。

4.1 工藝流程及趨勢

生產(chǎn)管理人員可以隨時獲得生產(chǎn)裝置的工藝狀況，用戶通過簡單的操作就可以查看趨勢圖。在系統(tǒng)流程圖上，對各關鍵設備設定正常閥值區(qū)間，且系統(tǒng)中各設備的閥值區(qū)間可根據(jù)安全生產(chǎn)管理需求及各設備生產(chǎn)運行狀態(tài)的不同，自行設置合理閥值區(qū)間。多位號趨勢圖可以提供將多個工藝位號放在一個趨勢圖內的功能，便于工藝人員進行分析。

4.2 生產(chǎn)分析報表

生產(chǎn)報表提供各裝置的相應報表查詢功能，主要包括廠控工藝指標執(zhí)行情況、部控工藝指標執(zhí)行情況、操作平穩(wěn)考核報表、產(chǎn)量及消耗報表、質量考核報表、尿素考核報表、班組直接生產(chǎn)成本報表、自定義報表等，尤其是自定義報表，工藝人員根據(jù)管理需求自行定義報表的內容，然后在此基礎上進行審核修改，準確快速出具生產(chǎn)月報，大大提高了用戶的工作效率。

4.3 生產(chǎn)分析評估

生產(chǎn)分析評估提供各裝置的相應分析評估功能，這也是中?；瘜W深化應用的重點。系統(tǒng)上線時功能主要包括工藝點評估報表、報表審核評估、裝置報警事件等。后期持續(xù)進行了深化應用，開發(fā)了開停車過程曲線、開停車進度跟蹤、天然氣組分波動分析、工藝指標偏差統(tǒng)計等功能。如為了開展工藝偏差統(tǒng)計，加強生產(chǎn)工藝指標監(jiān)控能力，通過系統(tǒng)自動工藝參數(shù)運行趨勢向上或向下偏離，解決手工統(tǒng)計工藝參數(shù)多，工作量大，容易出現(xiàn)偏差和遺漏等問題。

4.4 分析化驗數(shù)據(jù)

集成實驗室信息管理系統(tǒng)LIMS，提供各裝置的相應分析功能，主要包括化驗單查詢、化驗數(shù)據(jù)列表、天然氣臺賬、化驗單統(tǒng)計、分析化驗統(tǒng)計等。生產(chǎn)工藝技術人員可以通過化驗單查詢，不用登錄LIMS就能獲得最新的化驗單數(shù)據(jù)，方便快捷的同時也減少了化驗室工作人員送單的工作。

此外，考慮中?；瘜W已實施了ERP系統(tǒng)，但是和DCS系統(tǒng)之間沒有直接信息交互，對現(xiàn)場生產(chǎn)和管理決策缺少實時指導，為此從2008年中?；瘜W開始“數(shù)字工廠”建設?！皵?shù)字工廠”是立足于已有ERP系統(tǒng)和自動化控制系統(tǒng)DCS，深化信息樞紐“生產(chǎn)管理系統(tǒng)WPKS”的建設，實現(xiàn)將ERP中的生產(chǎn)計劃下傳到WPKS系統(tǒng)中，由WPKS做物料平衡轉為生產(chǎn)指令指導操作人員現(xiàn)場控制系統(tǒng)進行生產(chǎn)，最后裝置實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)又通過WPKS系統(tǒng)上傳至ERP系統(tǒng)，為管理人員提供決策信息。例如實現(xiàn)了ERP PM模塊從WPKS系統(tǒng)讀取設備實時設備運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了基于運行時間的預防性維修管理，降低了基于日歷時間預防性維修的不確定性，大大提高了設備保養(yǎng)的效率，保障設備可靠穩(wěn)定運行。

5 生產(chǎn)系統(tǒng)應用趨勢

信息技術在化工裝置上的廣泛應用，對提升生產(chǎn)管理精細化水平，降低生產(chǎn)運營成本，提高效率起到了積極作用。為了進一步提升管理決策水平，世界大型跨國能源巨頭的生產(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。通過與企業(yè)裝備管理系統(tǒng)、安全管理系統(tǒng)、企業(yè)資源計劃ERP、實驗室信息管理系統(tǒng)等系統(tǒng)集成，實現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)營信息的全方位集成。

（2）協(xié)同化。以生產(chǎn)管理系統(tǒng)為基礎，建設生產(chǎn)營運控制中心，通過與企業(yè)核心生產(chǎn)、經(jīng)營信息系統(tǒng)集成，實現(xiàn)了上中下游產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)業(yè)務的信息協(xié)同共享，實現(xiàn)生產(chǎn)調度管理、決策分析等功能，支撐公司的集中營運管控模式。

（3）可視化。生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)的可視化實現(xiàn)對生產(chǎn)過程、裝置運行、產(chǎn)品質量、物流配送、庫存，以及生產(chǎn)運行績效等動態(tài)跟蹤，使決策者和管理者實時跟蹤生產(chǎn)計劃完成情況，第一時間掌握突發(fā)事件的細節(jié)，及時制訂解決方案進行決策和管理，實現(xiàn)了生產(chǎn)的實時調度管理。

6 結束語

中?；瘜W基于霍尼韋爾Uniformance平臺已經(jīng)完成了化肥（一、二期）、甲醇等6套裝置生產(chǎn)管理系統(tǒng)實施工作，經(jīng)過多年的持續(xù)深化應用，整個系統(tǒng)極大地方便了管理人員，在這個數(shù)據(jù)平臺的基礎上實現(xiàn)了關鍵數(shù)據(jù)的趨勢分析、對比，提高了企業(yè)的生產(chǎn)精細化管理水平。

主要參考文獻

[1]王金平，周勇，趙升祥.展望“十二五”信息化戰(zhàn)略[J].中國投資，2009 （8）.

[2]金以慧.過程控制[M].北京：清華大學出版社，2000.

[3]司馬冰.石油化工信息化現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].信息化工，2004（12）.

[4]陳京民.數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘技術[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.