胡 晶

（上海石化股份有限公司 塑料部，上海 200540）

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在上海石化企業(yè)中的應(yīng)用

胡 晶

（上海石化股份有限公司 塑料部，上海 200540）

本文首先闡述了Honeywell公司的PHD實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的原理、功能和特征。并以上海石化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實(shí)施為應(yīng)用案例，以及基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行前瞻性研究，對實(shí)施過程進(jìn)行了技術(shù)總結(jié)，介紹了相關(guān)的技術(shù)要點(diǎn)、實(shí)施技術(shù)難點(diǎn)、注意事項(xiàng)及應(yīng)用效果，并對下一階段的深化應(yīng)用工作進(jìn)行了探討。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫；PHD；RDI；MES；OPC；APC；LIMS；DCS；PLC

0 前言

隨著國家推進(jìn)企業(yè)信息化力度的不斷加大，近幾年來作為國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的石油化工行業(yè)的信息化建設(shè)步伐明顯加快。用現(xiàn)代信息技術(shù)對傳統(tǒng)企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造，使之成為企業(yè)新的效益增長點(diǎn)，充分發(fā)揮投入產(chǎn)出效益的功能，已逐漸成為石化企業(yè)決策層的共識。企業(yè)信息化建設(shè)首先要抓好信息源頭的建設(shè)工作，只有把源頭信息工作做好了，把底層信息建設(shè)平臺構(gòu)筑堅(jiān)實(shí)了，才能在這個(gè)基礎(chǔ)上做好其他深層次應(yīng)用的推進(jìn)。

上海石油化工股份有限公司（以下簡稱上海石化）共有100多套主要生產(chǎn)裝置、單元和輔助裝置，有著龐大而又重要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，建立一個(gè)有效、穩(wěn)定、實(shí)用的數(shù)據(jù)管理平臺對企業(yè)尤為重要［1］。目前被廣泛應(yīng)用的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫有美國AspenTech公司的InfoPlus.21產(chǎn)品和OSI Software公司的PI產(chǎn)品，以及Honeywell公司的Uniformance PHD產(chǎn)品。經(jīng)反復(fù)比較篩選和結(jié)合上海石化的實(shí)際情況，公司實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) （以下簡稱PHD）采用的是Honeywell PHD R215，它作為連接生產(chǎn)過程和上層管理的中間層級，是綜合信息集成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在信息化建設(shè)中起著關(guān)鍵作用［2］。同時(shí)PHD系統(tǒng)作為MES的數(shù)據(jù)平臺，發(fā)揮了承上啟下的重要作用，不僅為MES提供數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)對全廠的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的存儲與管理，還能為其他許多上層應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。

目前PHD共設(shè)計(jì)采集了近百套控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)已近6萬點(diǎn)，隨著其他應(yīng)用的不斷深入開發(fā)，采集的點(diǎn)會越來越多，涉及到各方面的過程信息，為此需要對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，加工，進(jìn)行合理的組織和處理，才能為上層的系統(tǒng)提供更有效的數(shù)據(jù)支撐［3］。所以研究實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)應(yīng)用具有非常深遠(yuǎn)的意義。

1 PHD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)

1.1 PHD系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

PHD系統(tǒng)是一個(gè)生產(chǎn)信息集成平臺，為流程工業(yè)提供了一個(gè)用于生產(chǎn)管理的統(tǒng)一的信息化數(shù)據(jù)庫。它將生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、物料移動數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)等各種數(shù)據(jù)采集、存儲并加工成新的信息資源，提供給管理、生產(chǎn)、技術(shù)、設(shè)備、操作等各層次人員，從而解決了企業(yè)各個(gè)部門信息不一致的問題，幫助他們及時(shí)做出決策。上海石化PHD系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

1.2.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫運(yùn)行的基礎(chǔ)，PHD可提供毫秒級采集頻率。PHD具有一套可以與絕大部分型號、多種平臺的生產(chǎn)集散控制系統(tǒng) （以下簡稱DCS）、可編程邏輯控制器 （以下簡稱PLC）和標(biāo)準(zhǔn)OPC進(jìn)行連接的產(chǎn)品化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口 （以下簡稱RDI），實(shí)現(xiàn)與DCS和PLC的通訊連接［4］。上海石化控制系統(tǒng)種類繁多，主要有 Honeywell、YoKogawa、Foxboro、艾默生、ABB、西門子、Omron、MODICON等多家國外DCS和PLC產(chǎn)品，以及國內(nèi)浙大中控的DCS產(chǎn)品。RDI是PHD系統(tǒng)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的通道，也是PHD與PHD之間交換數(shù)據(jù)的通道。

在實(shí)施過程中，大部分DCS和PLC等控制系統(tǒng)配備有各廠家的OPC Sever，或者第三方的OPC，如MATRICON公司的OPC通信軟件，所以PHD數(shù)據(jù)采集的主要方式就是通過RDI與OPC通信，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的平穩(wěn)采集［5］。

1.2.2 數(shù)據(jù)的存儲和處理

PHD用來存放來自DCS、PLC及其他自動化設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，還可以保存修正后的數(shù)據(jù)。每個(gè)采集點(diǎn)在PHD中以標(biāo)簽的方式存放每個(gè)數(shù)據(jù)，在PHD中存放了標(biāo)簽名、DCS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)類型、PHD中的數(shù)據(jù)類型、采集周期、報(bào)警值、量程、單位、采集時(shí)間、數(shù)據(jù)值和可信度等信息。PHD對每個(gè)從DCS中采集的值進(jìn)行相應(yīng)的處理，比如對每個(gè)采集值都計(jì)算對應(yīng)的可靠性因子、過失誤差檢查、數(shù)據(jù)的平滑處理、丟失數(shù)據(jù)的補(bǔ)償。

PHD對各種來源、各種類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理組織，以標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲于PHD中。PHD具有非常強(qiáng)的數(shù)據(jù)壓縮能力，可以實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的長期存儲。理論上只要硬盤空間允許，PHD的數(shù)據(jù)存儲容量無上限，目前配置可保存8年的歷史數(shù)據(jù)。

1.2.3 PHD 數(shù)據(jù)的訪問

目前PHD Server主要提供有 API、OPC、ODBC和 ActiveX控件4種方式的數(shù)據(jù)訪問，用戶可以有多種開發(fā)語言選擇，可以開發(fā)基于 C／S、B／S 的程序。

在MES和其他的應(yīng)用系統(tǒng)中，就是通過API函數(shù)的方式從PHD中采集數(shù)據(jù)。PHD API函數(shù)庫是用于開發(fā)用戶應(yīng)用程序的接口，是所有客戶化開發(fā)的基礎(chǔ)。API函數(shù)有豐富的功能，它支持C，VB等多種高級語言編程讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，使用者需熟悉編程語言和PHD的API函數(shù)庫，所以日后用戶的維護(hù)有一定的難度［6］。

在PHD系統(tǒng)的信息發(fā)布中是通過API函數(shù)和ActiveX控件兩種方式從PHD中采集數(shù)據(jù)的，發(fā)布平臺使用的是Honeywell公司成熟和先進(jìn)的WPKS模塊和微軟IIS來實(shí)現(xiàn)的，數(shù)據(jù)查詢頁面利用C＃和ASP.NET來開發(fā)。對于生產(chǎn)報(bào)表則借助于微軟的Excel和OWC控件，在Excel中利用VBA讀取PHD中的數(shù)據(jù)，結(jié)果返回到Excel表中形成用戶需要的各類報(bào)表。

可以說這4種數(shù)據(jù)訪問方式都可以為其他系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持，提升企業(yè)數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用的靈活性、穩(wěn)定性和安全性。

1.2.4 PHD 網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)

上海石化的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)采用星型結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)交換設(shè)備以Cisco產(chǎn)品為主。在實(shí)施數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)充分利用已有的網(wǎng)絡(luò)資源，在充分考慮數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用需求和安全后，對現(xiàn)場與DCS通訊的所有數(shù)據(jù)采集緩沖服務(wù)器 （以下簡稱BUFFER機(jī)）采用了VLAN技術(shù)設(shè)置了獨(dú)立的專用網(wǎng)段，利用核心路由器的安全引擎對該網(wǎng)段內(nèi)的數(shù)據(jù)通信制定了安全策略，使其只能與固定的幾臺服務(wù)器保持?jǐn)?shù)據(jù)交換。在BUFFER機(jī)上配置了雙網(wǎng)卡，一塊網(wǎng)卡與控制網(wǎng)相連，一塊與管理網(wǎng)相連，而且兩塊網(wǎng)卡處于不同網(wǎng)段，并對BUFFER機(jī)與DCS的通訊也進(jìn)行了安全策略的配置，除了數(shù)據(jù)采集通訊用到的端口號，其余無用端口全部禁用。網(wǎng)絡(luò)通訊與BUFFER機(jī)的多重安全防護(hù)，保障了PHD主服務(wù)器與BUFFER機(jī)之間的數(shù)據(jù)安全傳輸，也確保了控制網(wǎng)的安全。

2 PHD系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的一個(gè)基本應(yīng)用是信息監(jiān)視。它是全廠生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)視和管理的中心，將從控制系統(tǒng)采集上來的數(shù)據(jù)以靈活多樣的方式展示出來，廠級管理人員通過信息監(jiān)視系統(tǒng)可以隨時(shí)了解生產(chǎn)裝置的運(yùn)行狀況。由于上海石化的生產(chǎn)裝置多、工藝流程長、各職能部門的需求不一致，在展示生產(chǎn)信息時(shí)，遵循由粗到細(xì)、由全局到局部的原則，而不是照搬DCS的組態(tài)畫面。

2.1 裝置生產(chǎn)過程監(jiān)控

基于平臺展示發(fā)布各煉油裝置、化工裝置、油品儲運(yùn)系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝圖和生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)，生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)的展示形式具有靈活多樣性，如數(shù)值、棒圖、曲線等，系統(tǒng)按生產(chǎn)裝置展示生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)。為便于用戶全面迅速了解各套生產(chǎn)裝置的運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)分為裝置總貌圖和工段流程圖，以簡潔、清晰的方式進(jìn)行展示。

裝置總貌圖是以簡潔、清晰的畫面反映全套生產(chǎn)裝置的工藝流程和生產(chǎn)狀況，使用戶對該套裝置的生產(chǎn)過程和生產(chǎn)狀況有一個(gè)總體的、全面的、實(shí)時(shí)的把握。裝置工段流程圖是對總圖簡化處理的補(bǔ)充，比較詳盡地展示各工段的物料流動狀態(tài)和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。工藝流程簡潔、清晰，便于用戶了解實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀況。

2.2 物料和產(chǎn)品庫存監(jiān)控

此功能以比較形象化的方式實(shí)時(shí)展示當(dāng)前全廠罐區(qū)資源存儲狀況，如原油罐的液位、溫度、庫存量，產(chǎn)品罐的液位、溫度、庫存量等。也能展示全公司的資源分布總貌，包括原料資源分布、成品資源分布。

2.3 投入產(chǎn)出展示

投入產(chǎn)出展示功能是實(shí)時(shí)顯示煉油裝置、化工裝置等系統(tǒng)的物料流程，使公司領(lǐng)導(dǎo)、生產(chǎn)管理人員、生產(chǎn)計(jì)劃人員和生產(chǎn)調(diào)度人員對全公司生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面、實(shí)時(shí)地了解與把握，便于執(zhí)行生產(chǎn)決策、生產(chǎn)計(jì)劃及全公司的生產(chǎn)調(diào)度。

2.4 企業(yè)公用工程展示

企業(yè)公用工程展示功能以比較形象化的方式實(shí)時(shí)展示當(dāng)前全廠水、蒸汽等運(yùn)行狀況，使公司領(lǐng)導(dǎo)、生產(chǎn)管理部門對全公司公用工程運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面、實(shí)時(shí)地了解與把握，便于執(zhí)行生產(chǎn)決策、生產(chǎn)計(jì)劃及全公司的生產(chǎn)調(diào)度。

2.5 歷史數(shù)據(jù)查詢

數(shù)據(jù)查詢功能給用戶提供了一個(gè)靈活的實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)查詢接口，用戶通過該模塊可以查詢到關(guān)鍵工藝參數(shù)的當(dāng)前值、歷史值、最大值、最小值、平均值，并且可以將查詢結(jié)果導(dǎo)出到Excel中，便于用戶借助Excel功能對數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的分析和應(yīng)用。

2.6 趨勢查詢

系統(tǒng)向用戶以曲線的形式展示標(biāo)簽的實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)，用戶通過該功能可以方便地查看關(guān)鍵生產(chǎn)參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)變化趨勢和指定時(shí)刻的歷史數(shù)據(jù)?？蓪τ谮厔葸M(jìn)行長期分析、分組對比，是對過程生產(chǎn)狀況回溯、查找問題，挖掘生產(chǎn)潛力的有效手段。系統(tǒng)還提供了多參數(shù)在同一個(gè)圖中顯示曲線的功能，用于參數(shù)分組對比。

2.7 生產(chǎn)報(bào)表

通過定制開發(fā)，將煉油、化工等裝置的重要數(shù)據(jù)自動生成各類報(bào)表，以表格的形式匯總指定時(shí)刻生產(chǎn)裝置重要的運(yùn)行參數(shù)，供生產(chǎn)管理人員查詢，如裝置工藝臺賬、工藝抽查和平穩(wěn)率考核、裝置投料、氫氣管網(wǎng)、火炬氣系統(tǒng)考核、能源消耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表等。

生產(chǎn)報(bào)表模塊實(shí)現(xiàn)了與微軟Excel的關(guān)聯(lián)，借助Excel在報(bào)表定制方面的強(qiáng)大功能，來訂制報(bào)表模版，然后用戶通過報(bào)表維護(hù)功能將定制好的模版上傳到Web服務(wù)器，其他用戶通過報(bào)表查詢功能，選擇報(bào)表日期及報(bào)表類型，就可以查看到具體的報(bào)表，并可以下載打印。

2.8 關(guān)鍵工藝參數(shù)報(bào)警

把用戶需重點(diǎn)監(jiān)控或考核的生產(chǎn)裝置、儲運(yùn)系統(tǒng)、公用工程、輔助系統(tǒng)的關(guān)鍵工藝參數(shù)組態(tài)進(jìn)PHD，當(dāng)DCS有報(bào)警信號時(shí)，PHD會自動采集到DCS中這類參數(shù)的報(bào)警狀態(tài)及相關(guān)信息。當(dāng)用戶登錄系統(tǒng)后會在系統(tǒng)右下角自動彈出報(bào)警參數(shù)的信息，若用戶已經(jīng)登錄到系統(tǒng)，會在系統(tǒng)的右上角以閃爍提示有工藝參數(shù)報(bào)警，并給出具體報(bào)警狀態(tài)，如高報(bào)、低報(bào)。

用戶還可以隨時(shí)查詢裝置指定時(shí)間段發(fā)生的報(bào)警、報(bào)警點(diǎn)的歷史趨勢等信息，以便給公司各級管理人員分析問題和班組考核提供參考。

3 PHD系統(tǒng)的應(yīng)用效果

PHD系統(tǒng)自投用以來，運(yùn)行穩(wěn)定，采集速度快，使用方便，在提高企業(yè)生產(chǎn)管理、優(yōu)化操作等方面的作用越來越明顯。具體的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用效果如下：

（1）通過信息集成，生產(chǎn)部門能及時(shí)得到生產(chǎn)過程的狀態(tài)信息，當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，技術(shù)人員可以利用實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)對事故進(jìn)行分析，找出生產(chǎn)瓶頸，查明事故發(fā)生的時(shí)間和原因，提出解決方案，優(yōu)化生產(chǎn)。

（2）基于PHD開發(fā)的一些應(yīng)用，如工藝流程監(jiān)控、生產(chǎn)報(bào)表、自動報(bào)警、趨勢分析等，能使各部門管理人員隨時(shí)了解生產(chǎn)裝置、公用工程運(yùn)行狀況和生產(chǎn)動態(tài)，包括監(jiān)控點(diǎn)的溫度、壓力、流量等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；物料和能源動力消耗數(shù)據(jù)、產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量數(shù)據(jù)。各級人員能及時(shí)準(zhǔn)確掌握生產(chǎn)動態(tài)，對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題及時(shí)做出處理，以保證生產(chǎn)安穩(wěn)運(yùn)行。

（3）PHD作為控制系統(tǒng)和上層管理系統(tǒng)的中間層，起到了承上啟下的作用。其將各控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集中起來，以統(tǒng)一的形式存放，實(shí)現(xiàn)了有效的數(shù)據(jù)共享，規(guī)范和健全了信息系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，保證了系統(tǒng)集成的標(biāo)準(zhǔn)化，為在全廠推廣MES等系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。

（4）實(shí)現(xiàn)了長期歷史存儲。一般DCS中歷史數(shù)據(jù)保存時(shí)間較短，尤其是早期投用的DCS，外存較小，無法長期保存大量的，快速變化的歷史數(shù)據(jù)。而通用的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫具有高效的存儲策略，再加上廉價(jià)的大容量的存儲介質(zhì)，可以將重要的生產(chǎn)參數(shù)長期保存。

4 結(jié)論

全公司范圍內(nèi)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用，并在此平臺基礎(chǔ)上進(jìn)行了其他功能模塊的開發(fā)和深入應(yīng)用，提高了上海石化的自動化管理水平，給公司有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及管理部門提供了一個(gè)實(shí)時(shí)窗口，使之及時(shí)準(zhǔn)確地掌握了裝置生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)況及物料進(jìn)出口數(shù)據(jù)，加強(qiáng)了對生產(chǎn)裝置的全面管理，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、數(shù)據(jù)共享實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)部門和管理部門同時(shí)監(jiān)督生產(chǎn)裝置，便于管理人員對生產(chǎn)進(jìn)行指導(dǎo)、評估及事故預(yù)報(bào)。這對于確保裝置的安全、穩(wěn)定運(yùn)行及優(yōu)化生產(chǎn)過程非常重要。

實(shí)踐證明，公司通過PHD實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了底層生產(chǎn)信息的集成，彌補(bǔ)了工廠的信息斷層，將分散的信息資源集成起來，尤其是將管理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的信息有機(jī)地結(jié)合起來，形成了真正意義上的全廠實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息系統(tǒng)，讓生產(chǎn)信息觸手可及，為今后更深層的應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。

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10.3969/j.issn.1673-0194.2015.15.044

F270.7；TP392

A

1673-0194（2015）15-0080-04

2015-06-01