伍友武，王碧鋼，徐煥

(巴陵石化分公司 己內(nèi)酰胺事業(yè)部，湖南 岳陽 414003)

1 概 述

巴陵石化公司是老式的流程型企業(yè)，生產(chǎn)設(shè)備多、工藝復(fù)雜、生產(chǎn)條件嚴(yán)格，有大量的自動(dòng)控制設(shè)備、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和化驗(yàn)系統(tǒng)。由于各裝置建設(shè)于不同時(shí)期，造成自動(dòng)控制水平差異大、設(shè)備型號(hào)多、甚至有些數(shù)據(jù)還采用人工輸入的情況。

生產(chǎn)過程中各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ)，是石化企業(yè)現(xiàn)代化管理和科學(xué)決策的重要組成部分，其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是連接DCS與企業(yè)上層應(yīng)用系統(tǒng)的橋梁。為了給企業(yè)建立高效、準(zhǔn)確、實(shí)用的一體化生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)，該公司定于2013年建設(shè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

2 用戶需求

1) 全面提升對(duì)生產(chǎn)運(yùn)營實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)及企業(yè)MES等的支撐力度，為提高總體操作水平、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低裝置消耗、提高生產(chǎn)效益提供支持，為建設(shè)數(shù)字化裝置打好基礎(chǔ)。

2) 通過深化應(yīng)用，結(jié)合煉化企業(yè)工藝、設(shè)備等常規(guī)專業(yè)管理應(yīng)用需求，充分挖掘數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在公司調(diào)度指揮的作用，為最終用戶提供快捷、高效的信息。

3) 通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)給產(chǎn)品計(jì)劃、維護(hù)管理、專家系統(tǒng)、化驗(yàn)室信息系統(tǒng)、模擬與優(yōu)化等應(yīng)用程序提供實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，在業(yè)務(wù)管理和實(shí)時(shí)生產(chǎn)之間起到橋梁作用。

3 數(shù)據(jù)采集的開發(fā)與實(shí)施

對(duì)具備OPC標(biāo)準(zhǔn)接口的裝置下發(fā)數(shù)據(jù)采集站(安全數(shù)據(jù)采集設(shè)備)，通過接口配置采集裝置生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)校對(duì)；對(duì)不具備OPC標(biāo)準(zhǔn)接口的裝置，設(shè)計(jì)開發(fā)專用數(shù)據(jù)接口，然后通過安裝配置數(shù)據(jù)采集站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖1所示，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng))處于DCS與MES和其他使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)之間，建立一個(gè)全廠統(tǒng)一的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)，可以將現(xiàn)有的煉油、化工、橡膠、樹脂等裝置和電力系統(tǒng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地采集到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中進(jìn)行分析和查詢，從而及時(shí)了解生產(chǎn)、能耗數(shù)據(jù)，指導(dǎo)生產(chǎn)和銷售管理。MES和其他應(yīng)用系統(tǒng)可以通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫提供的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口(如OPC， API， ODBC)查詢實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，降低這些系統(tǒng)直接訪問DCS和PLC的難度、成本和風(fēng)險(xiǎn)。統(tǒng)一的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問接口還為企業(yè)未來開發(fā)其他系統(tǒng)提供了方便，增加新的DCS或PLC系統(tǒng)可以不用更改上層系統(tǒng)的代碼，降低新系統(tǒng)開發(fā)的成本。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)鏈接生產(chǎn)裝置監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集站、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全快速地傳輸；數(shù)據(jù)采集站根據(jù)系統(tǒng)配置從生產(chǎn)裝置監(jiān)控系統(tǒng)獲取生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并具有數(shù)據(jù)緩存功能；關(guān)系數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和管理信息；Web服務(wù)器用來部署信息監(jiān)視系統(tǒng)，信息監(jiān)視系統(tǒng)是公司生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)視和管理中心，將從煉油裝置、化工裝置等主要監(jiān)控系統(tǒng)中采集上來的數(shù)據(jù)以一定的方式展示出來，形成實(shí)時(shí)過程數(shù)據(jù)和監(jiān)視信息。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)示意

為確保裝置DCS及PLC系統(tǒng)安全以及網(wǎng)絡(luò)安全，在充分考慮應(yīng)用要求的基礎(chǔ)上，為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)建設(shè)一套獨(dú)立的光纖網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，設(shè)計(jì)采用生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集專網(wǎng)及安全數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行物理隔離、采用硬件防火墻進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4 典型裝置數(shù)據(jù)采集方案設(shè)計(jì)

4.1 總體方案

以己內(nèi)酰胺事業(yè)部制氫裝置為例： 控制系統(tǒng)為橫河CS3000系統(tǒng)；接口狀況具備OPC Server。采用技術(shù)路線： 新配置1臺(tái)數(shù)據(jù)采集站，數(shù)據(jù)采集站通過OPC采集OPC Server上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，再將采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳至IP21實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示。數(shù)據(jù)采集工作站具有本地緩存功能，在與IP21服務(wù)器之間網(wǎng)絡(luò)通信中斷時(shí)緩存數(shù)據(jù)到本地，待網(wǎng)絡(luò)通信恢復(fù)正常后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

4.2 關(guān)鍵步驟

1) 確定CS3000系統(tǒng)的配置情況(包括數(shù)據(jù)點(diǎn)、操作站、工作站節(jié)點(diǎn)等)、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

2) 在OPC服務(wù)器上配置CS3000 OPC Server DCOM權(quán)限，指定通信賬戶。

3) 安裝數(shù)據(jù)采集站，并接入網(wǎng)絡(luò)： 1個(gè)網(wǎng)卡與OPC站對(duì)接，1個(gè)網(wǎng)卡接數(shù)據(jù)采集專網(wǎng)。

4) 在數(shù)采站上創(chuàng)建與OPC服務(wù)器的通信賬戶、配置數(shù)據(jù)采集接口，建立與CS3000 OPC Server的訪問通道，并配置本地緩存。

5) 配置數(shù)采站與IP21服務(wù)器的訪問通道，并配置采集點(diǎn)。

6) 配置IP21服務(wù)器上的采集參數(shù)(如： 采集時(shí)間、采集點(diǎn)、歷史存檔等)。

4.3 Aspen軟件加載用于數(shù)據(jù)采集

現(xiàn)階段該公司主要利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來解決企業(yè)數(shù)據(jù)采集及班組成本自動(dòng)采集系統(tǒng)等系列工作。其核心是通過數(shù)據(jù)采集中心Aspen 軟件在Microsoft Excel中的加載應(yīng)用來讀取IP21中的實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)，因Excel 2003和2007中均支持Aspen宏，再添加AtWebData.xla，AtWebData.xlam后可完成所有版本的統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)。在生產(chǎn)過程中，利用Aspen軟件來獲取車間所需數(shù)據(jù)的采集需完成以下流程，如圖4所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意

圖3 制氫裝置數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)架示意

圖4 利用Aspen軟件獲取數(shù)據(jù)的后臺(tái)工作流程

5 結(jié)束語

在化工生產(chǎn)過程中應(yīng)用Aspen軟件來準(zhǔn)確獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為信息化管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源，以便對(duì)生產(chǎn)裝置進(jìn)行生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、技術(shù)分析和成本管理等，為科學(xué)地經(jīng)營決策提供有力的支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1] 羅建平.生產(chǎn)過程信息集成優(yōu)化的研究[J].石油化工自動(dòng)化，2013，49(06)： 43-48.

[2] 高志國，高新鵬.OPC在控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化，2009，45(05)： 57-59.

[3] 袁智.離散網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的建模與控制研究[D].哈爾濱： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010.

[4] 胡益炯.MES與煉化企業(yè)信息集成和生產(chǎn)優(yōu)化[C]//2009中國過程系統(tǒng)工程年會(huì)暨中國MES年會(huì)論文集.北京： 中國系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)，2009.

[5] 何力健，何千里.煉化企業(yè)MES與ERP集成應(yīng)用的研究[J].數(shù)字石油和化工，2007(09)： 6-10.

[6] 李實(shí).大型煉油廠生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)建設(shè)模式[J].石油化工自動(dòng)化，1999，35(05)： 51-55.

[7] 王翔，丁偉.Modbus通信協(xié)議在CS3000中的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化，2011，47(01)： 44-46.

[8] 韓小良，韓舒婷.ExcelVBA從入門到精通[M].北京： 中國鐵道出版社，2006.

[9] 李曉玫，楊小平.Excel中的VBA程序設(shè)計(jì)[J].四川師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004(04)： 23-25

[10] 趙偉，金亞萍，張勝.基于OPC技術(shù)的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)[J].機(jī)電開發(fā)與創(chuàng)新，2009，22(04)： 100-101.

[11] OPC國際基金會(huì)中國辦事處.OPC技術(shù)綜述[J].世界儀表與自動(dòng)化，2001，5(04)： 34-38.

[12] 張強(qiáng)，劉飚.Excel2007與VBA編程入門到精通[M].北京： 電子工業(yè)出版社，2008.