李志鋒

（鶴壁煤電股份有限公司化工分公司 儀表公司，河南 鶴壁 458000）

近些年來，工廠信息管理系統(tǒng)的發(fā)展呈現(xiàn)出智能化的趨勢，逐漸成為企業(yè)先進(jìn)的管理模式，超越了生產(chǎn)控制系統(tǒng)，出現(xiàn)在國內(nèi)外大型化工行業(yè)、煉油行業(yè)、電力行業(yè)、冶金等行業(yè)中。其信息集成、生產(chǎn)調(diào)度、優(yōu)化管理的功能在大型企業(yè)的管理中至關(guān)重要。

1 系統(tǒng)介紹

本廠信息管理系統(tǒng)基于OPC（OLE for Process Control）和浙江中控PIMS 平臺進(jìn)行開發(fā)，采用浙江中控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，利用B/S 相結(jié)合的模式。B/S 應(yīng)用模式是生產(chǎn)信息管理應(yīng)用的主流模式：Web 瀏覽端支持獲取實(shí)時(shí)工藝生產(chǎn)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)工藝生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、過程及系統(tǒng)報(bào)警記錄等數(shù)據(jù)、長周期歷史趨勢數(shù)據(jù)、操作員操作日志數(shù)據(jù)、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)；畫面監(jiān)控、報(bào)表功能與本地監(jiān)控軟件一致?？蛻舳送ㄟ^設(shè)置瀏覽器參數(shù)，即可登錄系統(tǒng)瀏覽數(shù)據(jù)。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通過OPC 方式把DCS、ESD、PLC、ITCC 等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，再同步到鏡像數(shù)據(jù)庫中。PIMS 實(shí)時(shí)庫系統(tǒng)，支持發(fā)布數(shù)據(jù)至集團(tuán)信息系統(tǒng)平臺。實(shí)時(shí)集成生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)、設(shè)備管理數(shù)據(jù)、生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)和安全管理數(shù)據(jù)，通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、再處理，對流程圖、趨勢、報(bào)表等載體的發(fā)布、更新，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息與管理層的對接，為管理者提供一個(gè)對生產(chǎn)進(jìn)行全面掌控、實(shí)時(shí)分析、優(yōu)化決策的平臺。

鶴壁煤化工項(xiàng)目產(chǎn)品種類多、工藝流程長、設(shè)備種類多、控制系統(tǒng)復(fù)雜，給生產(chǎn)管理和信息調(diào)度造成巨大壓力。信息管理系統(tǒng)的開發(fā)正是為了幫助管理者及時(shí)、直觀地了解生產(chǎn)現(xiàn)場的運(yùn)行情況，解決多個(gè)控制系統(tǒng)各自獨(dú)立、無法進(jìn)行綜合分析，無法統(tǒng)一規(guī)劃全廠資源等一系列問題。

圖1 鶴壁煤化工PIMS系統(tǒng)改造項(xiàng)目拓?fù)鋱DFig.1 Topological map of the Hebi Coal Chemical PIMS System renovation project

2 主要功能

1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。

2）流程圖、趨勢圖的遠(yuǎn)程訪問（電腦端、手機(jī)APP）。

3）報(bào)警、事件記錄的管理與分析。

4）報(bào)表傳送。

5）生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)（班組效益考評、裝置生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、能耗統(tǒng)計(jì)分析、效益統(tǒng)計(jì)、產(chǎn)品成本統(tǒng)計(jì)分析）。

6）報(bào)警短信推送。

7）實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)防護(hù)層、數(shù)據(jù)發(fā)布層構(gòu)成。

PIMS 采集器中聚集了OPC Server，這些能夠?qū)?xiàng)目的組態(tài)、數(shù)據(jù)集成、趨勢、流程圖、報(bào)警、事件記錄和報(bào)表等進(jìn)行管理。

OPC Client 端包括：氣化裝置DCS、甲醇裝置DCS、空分裝置DCS、動力站DCS、脫硫DCS、ESD/ITCC 系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)的PLC、煤貯運(yùn)的PLC 以及其它PLC 系統(tǒng)，用于為各控制系統(tǒng)提供OPC 接口，以采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

PIMS Client 包 括10 個(gè)PC Client 和 多 個(gè)WEB Client，用于遠(yuǎn)程客戶進(jìn)行流程圖訪問、數(shù)據(jù)獲取等。

圖1 是本廠PIMS 系統(tǒng)的總體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

4 關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

項(xiàng)目從最初的總體設(shè)計(jì)規(guī)劃，到網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)、硬件安裝、數(shù)據(jù)建立、信息發(fā)布和系統(tǒng)配置等方面投入了大量人力物力，經(jīng)過一年多的發(fā)展，解決了許多技術(shù)難題?，F(xiàn)將項(xiàng)目實(shí)施主要技術(shù)難點(diǎn)和實(shí)施過程介紹如下：

4.1 OPC接口開發(fā)

OPC 接口用于信息管理系統(tǒng)與各裝置DCS、ESD、ITCC、PLC 控制系統(tǒng)的通訊連接，本廠使用的控制系統(tǒng)種類繁雜，并且每個(gè)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊標(biāo)準(zhǔn)是不一樣的，所以需要各個(gè)廠商的幫助，對OPC 的授權(quán)情況有一個(gè)了解；另外，依據(jù)系統(tǒng)相應(yīng)組態(tài)不同的系統(tǒng)協(xié)議和地址，根據(jù)通訊協(xié)議組態(tài)不同的數(shù)據(jù)采集格式，經(jīng)過多次摸索，逐一完成各OPC 接口Client 端的開發(fā)。

Server 端是以浙大中控提供的Vx 列軟件包為基礎(chǔ)，其中包括VxCollection、VxHistory 等，主要是對軟件進(jìn)行正確的安裝配置，然后根據(jù)不同的Client 端定義相應(yīng)的網(wǎng)關(guān)，以實(shí)現(xiàn)VxCollection 平臺與Honeywell PKS 系統(tǒng)、Foxboro IA系統(tǒng)、橫河CS3000 系統(tǒng)、西門子STEP7 系統(tǒng)、WinCC 系統(tǒng)等的數(shù)據(jù)交互。

4.2 計(jì)算機(jī)應(yīng)用管理

該系統(tǒng)需配置多臺服務(wù)器和數(shù)十臺計(jì)算機(jī)客戶端，并安裝多種應(yīng)用軟件，為保證系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全性、完整性，大大地提高了信息管理系統(tǒng)的兼容性，使之適用于Windows Server、Windows7，并且計(jì)算機(jī)的軟件和硬件也經(jīng)過了一系列的改造，主要包括：加裝專用網(wǎng)卡、重新DCOM配置、系統(tǒng)安全性配置、用戶組/賬戶對等、用戶權(quán)限配置、各計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃等。

4.3 PIMS Server組態(tài)

PIMS Server 組態(tài)的主要內(nèi)容是數(shù)據(jù)采集、歸檔和動態(tài)畫面。組態(tài)的前提是各OPC 接口開發(fā)完成，打通與控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集通道，然后根據(jù)將要采集數(shù)據(jù)的功能和類型建立多樣化的Block 功能塊。

OPC 就是OLE for Process Control，這是它的全稱。它能夠有效地控制Windows 的應(yīng)用程序和現(xiàn)場過程。在它沒有出現(xiàn)之前，應(yīng)用軟件的開發(fā)商都具有專門的接口函數(shù)對現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存取和儲存。但是現(xiàn)場設(shè)備的種類比較復(fù)雜，產(chǎn)品不斷得到升級和改造，大大加重了用戶和軟件開發(fā)商的工作負(fù)擔(dān)，并且工作中的現(xiàn)實(shí)需要也不能夠得到滿足，系統(tǒng)集成商和開發(fā)商需要一種高效性、開放性、可靠性為一體的設(shè)備驅(qū)動程序。在這樣的現(xiàn)實(shí)背景下，OPC 標(biāo)準(zhǔn)開始出現(xiàn)。它在微軟公司的OLE 技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過一系列的標(biāo)準(zhǔn)的OLE/COM 接口，利用OLE2 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多臺微機(jī)之間文檔和圖形的交換[1]。

鶴壁煤化工項(xiàng)目包括煤儲運(yùn)、水廠、動力站、空分、氣化、甲醇、BDO、丁二酸酐、聚四氫呋喃等裝置，各類控制點(diǎn)30000 個(gè)，控制系統(tǒng)流程的畫面大約有900 張。TAG 組態(tài)需要一個(gè)一個(gè)地導(dǎo)入選出來的30000 多個(gè)重要的控制點(diǎn)，并采集相關(guān)的網(wǎng)關(guān)和Block 塊的數(shù)據(jù)；采集完的數(shù)據(jù)要按照一定的單元規(guī)劃進(jìn)行歸檔，以便后面對它進(jìn)行管理和開發(fā)；運(yùn)用相關(guān)的數(shù)據(jù)管理軟件，例如SQL Server2008或者項(xiàng)目配置SQL 服務(wù)器，對數(shù)據(jù)進(jìn)行自動地備份。

同時(shí)，收集了管理層和各生產(chǎn)分廠的建議，充分考慮用戶端的需求和喜好，將控制系統(tǒng)畫面進(jìn)行整合，重新編制成信息管理系統(tǒng)，使得畫面簡潔、流程準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)明了。在此基礎(chǔ)上，又將控制系統(tǒng)事件報(bào)警匯總到信息管理系統(tǒng)中，并建立趨勢組和報(bào)表，記錄重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)歷史，用戶可以在遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場異常狀況，也可以結(jié)合趨勢進(jìn)行最快速的事故分析和決策。

4.4 信息系統(tǒng)發(fā)布

本廠客戶端有PC Client 和WEB Client 之分，PC Client運(yùn)用信息管理系統(tǒng)可以直接對系統(tǒng)的服務(wù)器進(jìn)行訪問，但是WEB Client 訪問WEB 的服務(wù)器則是利用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，以網(wǎng)頁的形式進(jìn)行的，這兩個(gè)客服端在信息的獲取和響應(yīng)的時(shí)間速度上大概是一致的。

WEB Client 是信息系統(tǒng)發(fā)布的主要對象，前期組態(tài)好的系統(tǒng)畫面要轉(zhuǎn)換成HTML 網(wǎng)頁的格式，然后同時(shí)發(fā)布在WEB 的服務(wù)器上。用戶還可以利用TS 服務(wù)器得到一個(gè)實(shí)時(shí)的信息。

4.5 三層網(wǎng)絡(luò)交換結(jié)構(gòu)

為了確保各個(gè)信息管理網(wǎng)之間的分工和權(quán)限的明確，保證通訊的穩(wěn)定和安全，項(xiàng)目通過組合思科三層交換機(jī)和二層交換機(jī)對系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)，然后運(yùn)用三層交換技術(shù)分離生產(chǎn)控制系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)客戶端。同時(shí)進(jìn)行配置交換機(jī)，把VxCollection 服務(wù)器和WEB 服務(wù)器連接到客戶網(wǎng)，使服務(wù)器能夠任意訪問、全局管理[2]。

4.6 網(wǎng)閘

與這個(gè)項(xiàng)目有關(guān)的計(jì)算機(jī)的范圍比較大，并且由于每個(gè)子系統(tǒng)都直接連接到底層控制系統(tǒng)，使其潛在著安全問題，木馬病毒的風(fēng)險(xiǎn)較高，所以引入了單向網(wǎng)閘隔離兩者。網(wǎng)閘利用了2+1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和雙主機(jī)系統(tǒng)+硬件隔離控制器。運(yùn)用了能夠?qū)ｉT處理數(shù)據(jù)的芯片，硬件隔離控制器和INTEL 指令集；能夠單向控制和有效分隔中間的硬件控制器，使兩者之間的隔離強(qiáng)度越來越靠近物理隔離，大大提高安全性。把安全、固化的操作系統(tǒng)，運(yùn)用wont 嵌入式LINUX 系統(tǒng)內(nèi)核，使內(nèi)、外網(wǎng)關(guān)的所有網(wǎng)絡(luò)功能都取消。剪掉內(nèi)外網(wǎng)關(guān)TCP/IP 的協(xié)議棧，內(nèi)外網(wǎng)關(guān)之間簽訂私有的通訊協(xié)議。應(yīng)用層數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)單向的傳輸，TCP 應(yīng)答包杜絕帶有應(yīng)用層數(shù)據(jù)[3]。

4.7 防火墻

項(xiàng)目運(yùn)用的是華為的防火墻，各個(gè)服務(wù)器之間的通訊都必須經(jīng)過這個(gè)防火墻的嚴(yán)格控制和篩選，獲取到防火墻端口的權(quán)限和行為，提高各個(gè)服務(wù)器之間傳輸信息的安全性，只允許這兩條數(shù)據(jù)通道之間網(wǎng)絡(luò)連接，使DoS，IP Spoofing 免受網(wǎng)絡(luò)攻擊，大大地提高了系統(tǒng)之間的安全性[4]。

當(dāng)前，本廠信息管理系統(tǒng)已投入使用過程中，具備遠(yuǎn)程畫面訪問、視頻監(jiān)控、報(bào)警監(jiān)控、報(bào)警短信推送、手機(jī)APP 等功能，完全實(shí)現(xiàn)了最初規(guī)劃的功能。

5 項(xiàng)目效益

智能工廠信息管理系統(tǒng)建立了一個(gè)能夠使企業(yè)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和管理的平臺，這個(gè)系統(tǒng)可以對全廠上下進(jìn)行生產(chǎn)信息的管理和查詢，使生產(chǎn)調(diào)度管理更加優(yōu)化，加強(qiáng)了與各個(gè)分廠之間生產(chǎn)的聯(lián)系。這樣一來，管理層就可以更好地管理各個(gè)配置的生產(chǎn)情況，合理調(diào)配生產(chǎn)過程中的供給和需求問題，更好地執(zhí)行企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃、資源調(diào)度和預(yù)測決策[5]。

這個(gè)系統(tǒng)使生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)二次開發(fā)功能得到實(shí)現(xiàn)，對生產(chǎn)過程中的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)地分析，并對各個(gè)生產(chǎn)指標(biāo)進(jìn)行分析和處理，為企業(yè)管理層有效提高優(yōu)化生產(chǎn)過程提供簡潔有效的路徑，同時(shí)在生產(chǎn)管理優(yōu)化的過程中加大了技術(shù)的投入，大大增加了經(jīng)濟(jì)效益。

本項(xiàng)目使得管理和控制逐漸一體化，使辦公網(wǎng)絡(luò)和生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)之間能夠傳遞信息，進(jìn)行交流，使生產(chǎn)管理效率有了較為明顯的提高，為此可以廣泛推廣應(yīng)用，創(chuàng)造更多的生產(chǎn)經(jīng)營效益。