華福工程有限公司天津分公司　袁漢福

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淺談過程數(shù)據(jù)系統(tǒng)在石油化工行業(yè)的應(yīng)用

華福工程有限公司天津分公司袁漢福

1　前言

在石化行業(yè)，隨著信息化的進(jìn)程加快，生產(chǎn)過程不斷產(chǎn)生龐大的數(shù)據(jù)信息量，迫切需要對石化工業(yè)中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速存取和有效管理。現(xiàn)有的生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理方法存在著一定的局限性，無法很好地滿足生產(chǎn)過程中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理高效、穩(wěn)定、可靠的要求。因此，對生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理方法及其系統(tǒng)進(jìn)行研究，提高數(shù)據(jù)管理的可靠性、實(shí)用性，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

一般情況下，在石油化工企業(yè)中，控制系統(tǒng)都設(shè)置OPC服務(wù)器，作為過程數(shù)據(jù)的采集接口，但只是對OPC服務(wù)器硬件做出了要求，對軟件沒有具體要求，例如OPC數(shù)據(jù)庫軟件的具體要求等。在工程建設(shè)期，建設(shè)方的管理體系和管理模式?jīng)]有完全確定的情況下，建設(shè)方對ODS（過程數(shù)據(jù)系統(tǒng)，Operation Data System）的規(guī)劃和應(yīng)用需求不能提出完整要求，基礎(chǔ)沒有打好。有的項(xiàng)目只是采集過程數(shù)據(jù)，沒有實(shí)施具體應(yīng)用。上述問題是導(dǎo)致ODS不能很好應(yīng)用的部分原因。本文在ODS的硬軟件配置、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、基本應(yīng)用上闡述了一些觀點(diǎn)。

2　ODS特點(diǎn)

過程數(shù)據(jù)系統(tǒng)是石油化工生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各類過程數(shù)據(jù)的存儲、歸檔、分類、檢索、傳送、應(yīng)用等，可與工廠管理系統(tǒng)連接。其特點(diǎn)如下：

?提供實(shí)時(shí)過程數(shù)據(jù)，有效及安全地存取過程數(shù)據(jù)。

?實(shí)時(shí)性要求高，數(shù)據(jù)更新頻繁，訪問頻率高。

?ODS數(shù)據(jù)庫可創(chuàng)建多個(gè)裝置模型。

?為其它系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口，例如：化驗(yàn)室系統(tǒng)、其他設(shè)備管理接口等。

?為實(shí)現(xiàn)裝置操作管理功能提供實(shí)施平臺，為生產(chǎn)管理系統(tǒng)MES提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

3　ODS網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

ODS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。ODS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在控制層和數(shù)據(jù)服務(wù)層分別設(shè)置網(wǎng)絡(luò)，連接ODS服務(wù)器（Server）、ODS客戶端（Client）。在控制層網(wǎng)絡(luò)為C/S結(jié)構(gòu)，在數(shù)據(jù)服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)為C/S和B/S結(jié)構(gòu)。

ODS接口服務(wù)器即OPC服務(wù)器，通過OPC服務(wù)器采集過程控制系統(tǒng)的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)。以現(xiàn)場機(jī)柜間或DCS為一個(gè)分區(qū)，OPC服務(wù)器按分區(qū)進(jìn)行配置，OPC服務(wù)器連接到ODS LAN網(wǎng)，向設(shè)置在數(shù)據(jù)服務(wù)層的中心服務(wù)器傳送數(shù)據(jù)。

在中心控制室設(shè)置數(shù)據(jù)服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)。設(shè)置數(shù)據(jù)服務(wù)層主要是為保證控制系統(tǒng)的安全而增設(shè)的保護(hù)層，用于連接中心ODS服務(wù)器和若干臺ODS客戶端、WEB服務(wù)器以及其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。在每套裝置的DCS操作臺上從數(shù)據(jù)服務(wù)層連接配置一臺ODS客戶端，用來顯示其它裝置與本裝置的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)、化驗(yàn)室的分析數(shù)據(jù)、操作管理數(shù)據(jù)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)MES數(shù)據(jù)、調(diào)度命令或工廠辦公信息等。

數(shù)據(jù)服務(wù)層獨(dú)立設(shè)置OPC服務(wù)器，負(fù)責(zé)向工廠管理網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)。OPC訪問的授權(quán)數(shù)據(jù)量應(yīng)能滿足MES和ERP等系統(tǒng)的要求。具有安全接口和VPN功能（支持NAT的防火墻配置、支持PPTP協(xié)議、支持GRE數(shù)據(jù)加密）。OPC同時(shí)可以支持批量數(shù)據(jù)服務(wù)器Batch功能。

OPC服務(wù)器應(yīng)與DCS時(shí)鐘系統(tǒng)自動同步。

為保證控制系統(tǒng)的安全，在控制層向數(shù)據(jù)服務(wù)層之間設(shè)置硬防火墻，在數(shù)據(jù)服務(wù)層與工廠管理網(wǎng)之間設(shè)置硬防火墻，在數(shù)據(jù)服務(wù)層設(shè)置防病毒服務(wù)器進(jìn)行防病毒。

中心服務(wù)器可以存儲過程數(shù)據(jù)、操作和生產(chǎn)管理軟件和數(shù)據(jù)、應(yīng)用軟件等，使用中心服務(wù)器也可以用于ODS網(wǎng)絡(luò)的管理。

可以將機(jī)柜間控制層的OPC服務(wù)器連接到操作層的網(wǎng)絡(luò)上。

上述網(wǎng)絡(luò)及子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由獨(dú)享的物理設(shè)備和物理鏈路組成。

可以將機(jī)柜間控制層的OPC服務(wù)器連接到數(shù)據(jù)服務(wù)層上，通過數(shù)據(jù)服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)采集過程數(shù)據(jù)，這樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單。如果采集數(shù)據(jù)量比較大，會影響DCS的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。在物理分區(qū)多的情況下，交換機(jī)需要具有VLAN功能，實(shí)現(xiàn)使用虛擬局域網(wǎng)技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)分區(qū)。 物理子網(wǎng)比虛擬局域網(wǎng)要安全可靠，但是在相同網(wǎng)絡(luò)規(guī)模下，投資也相對較高。

在數(shù)據(jù)服務(wù)層ODS網(wǎng)絡(luò)可以獨(dú)立設(shè)置，如果控制系統(tǒng)DCS也設(shè)置有數(shù)據(jù)服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)，ODS也可以與DCS的數(shù)據(jù)服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)合用。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模比較大時(shí)，數(shù)據(jù)服務(wù)層的網(wǎng)絡(luò)可以冗余配置。數(shù)據(jù)服務(wù)層OPC服務(wù)器可以與ODS主服務(wù)器合用。設(shè)置WEB服務(wù)器，可以提供網(wǎng)絡(luò)查看瀏覽數(shù)據(jù)功能。

在數(shù)據(jù)服務(wù)層的ODS客戶端，依照需要安裝在工廠的管理部門，例如生產(chǎn)調(diào)度、計(jì)劃、技術(shù)等部門。

本結(jié)構(gòu)圖是多套生產(chǎn)裝置的工廠結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以依據(jù)具體要求及工廠管理要求，在保證安全可靠的前提下進(jìn)行調(diào)整設(shè)置。

圖1　ODS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

4　軟件要求

ODS提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和通信接口，從DCS LAN網(wǎng)采集數(shù)據(jù)，并存貯長周期數(shù)據(jù)到歷史數(shù)據(jù)庫。

OPC協(xié)議應(yīng)滿足：連接方式支持本地連接和遠(yuǎn)程連接；信息讀取方式支持主動讀取和訂閱讀?。惶峁?shù)據(jù)通過防火墻的方案。OPC需要支持DA（實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問，Data Access Custom Interface），A&E（報(bào)警和事件，Alarms and Events），HDA（歷史數(shù)據(jù)訪問，Historical Data Access Custom Interface）功能。信息規(guī)模一般不小于20,000點(diǎn)。

ODS應(yīng)具備繪圖功能和DCS畫面流程圖轉(zhuǎn)換功能，DCS上進(jìn)行的組態(tài)信息修改通過OPC接口自動刷新到ODS數(shù)據(jù)庫，保證ODS的數(shù)據(jù)始終與DCS采集的數(shù)據(jù)內(nèi)容一致性，減少了對數(shù)據(jù)庫的維護(hù)工作。采集過程數(shù)據(jù)具有時(shí)間標(biāo)簽和數(shù)據(jù)品質(zhì)判別。

ODS能夠生成操作管理報(bào)表。

5　硬件要求

數(shù)據(jù)服務(wù)層交換機(jī)應(yīng)設(shè)置VLAN的功能，需要時(shí)可以對不同控制層劃分子網(wǎng)。ODS控制層、數(shù)據(jù)服務(wù)層的網(wǎng)絡(luò)帶寬不小于1Gbps，使用工業(yè)級交換機(jī)。交換機(jī)的背板帶寬不低于所有端口最大通訊速率總和的2倍。

ODS服務(wù)器的配置不低于DCS網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器或工程師站的配置，數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)可為磁盤陣列，其容量也要根據(jù)存儲的數(shù)據(jù)量和儲存時(shí)間來確定。

控制層和數(shù)據(jù)服務(wù)層在不同建筑物之間的連接采用光纖連接。

防火墻采用硬件型并獨(dú)立配置，最大并發(fā)連接數(shù)不小于100000，數(shù)據(jù)吞吐量不小于100Mbps。防火墻技術(shù)分類采用數(shù)據(jù)包過濾型。

6　ODS數(shù)據(jù)庫的基本要求

ODS數(shù)據(jù)庫的基本要求如下：

系統(tǒng)支持C/S、B/S結(jié)構(gòu)，采用分布式系統(tǒng)架構(gòu)，系統(tǒng)是模塊化的軟件系統(tǒng)。

具有自診斷功能。能提供鏈路的網(wǎng)絡(luò)判斷和DCS狀態(tài)判斷。

數(shù)據(jù)存儲的方法：周期性存儲和突發(fā)性存儲。具有高效的實(shí)時(shí)壓縮算法，并保持?jǐn)?shù)據(jù)的高精度，保證較小的存儲空間存儲大量的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)自動備份，手動隨時(shí)備份或恢復(fù)歷史數(shù)據(jù)文件。

管理和配置工具要具有易管理性，具有在線修改和遠(yuǎn)程維護(hù)功能，可遠(yuǎn)程進(jìn)行系統(tǒng)的管理和配置，可在線修改數(shù)據(jù)庫組態(tài)內(nèi)容，隨DCS的數(shù)據(jù)改變自動刷新數(shù)據(jù)。

可以實(shí)現(xiàn)多臺服務(wù)器、操作系統(tǒng)和管理都可統(tǒng)一到一個(gè)控制臺的全系統(tǒng)管理 ，支持時(shí)鐘同步。

實(shí)現(xiàn)與其他關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的無縫連接。具有高擴(kuò)展性，在不停止數(shù)據(jù)庫的情況下，增加數(shù)據(jù)源而不影響數(shù)據(jù)庫的正常操作。

支持多種標(biāo)準(zhǔn)的開放接口，如：TCP/IP、API接口、COM控件、OPC服務(wù)器、DDE服務(wù)器、ODBC等。

系統(tǒng)應(yīng)有完善的數(shù)據(jù)維護(hù)功能，可以在線導(dǎo)入導(dǎo)出數(shù)據(jù)，可以使用常規(guī)的軟件觀察數(shù)據(jù)，例如WORD、EXCEL等，應(yīng)有良好的數(shù)據(jù)壓縮功能。

7　ODS的生產(chǎn)操作管理

ODS的生產(chǎn)操作管理包括：

?數(shù)據(jù)獲取及處理

ODS自動從DCS中收集所有的數(shù)據(jù)，ODS系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集模式，在線進(jìn)行過程數(shù)據(jù)整合，計(jì)算各類統(tǒng)計(jì)值（標(biāo)準(zhǔn)差、最大、最小、平均等），累計(jì)計(jì)算（如班組日月年產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)）。采集頻率可組態(tài)設(shè)定，數(shù)據(jù)采集應(yīng)具有歷史數(shù)據(jù)恢復(fù)功能，保證數(shù)據(jù)不會丟失。

?計(jì)算功能

ODS能夠提供工廠質(zhì)量平衡和產(chǎn)品數(shù)據(jù)控制的工具，用于平衡數(shù)據(jù)以便實(shí)現(xiàn)計(jì)劃的模式。

?圖形顯示

ODS可以顯示全部工藝流程圖畫面，并顯示ODS信息，圖形可以顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)。

ODS提供用于分析的工藝數(shù)據(jù)趨勢畫面，提供用戶自組態(tài)趨勢工具，一個(gè)窗口可以顯示多個(gè)趨勢畫面。ODS趨勢應(yīng)包括各種設(shè)定功能、實(shí)時(shí)/歷史性、更新速率，數(shù)據(jù)品質(zhì)可以在趨勢圖中顯示。

在ODS客戶端（C/S，B/S）進(jìn)行DCS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，利用流程圖、趨勢圖以及其他多種分析手段監(jiān)視管理生產(chǎn)裝置運(yùn)行情況。

?報(bào)表生成

ODS便于設(shè)計(jì)和生成報(bào)表，提供預(yù)格式化報(bào)表和用戶定義報(bào)表（如日操作總結(jié)，質(zhì)量和能量平衡，工廠產(chǎn)量和性能）。

?操作管理

ODS應(yīng)用于班組操作平穩(wěn)率的考核及交接班日志，可以為每個(gè)班組的操作平穩(wěn)率進(jìn)行考核和生成報(bào)表，生成班組交接班日志的表格。

操作平穩(wěn)率的考核應(yīng)該包括超標(biāo)時(shí)間統(tǒng)計(jì)、次數(shù)統(tǒng)計(jì)、恢復(fù)時(shí)間統(tǒng)計(jì)、綜合考核操作員水平。

ODS的一些功能也可以在MES完成，同時(shí)為MES提供數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)管控一體化、提高控制和管理品質(zhì)提供平臺。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉毅斌.生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)MES中的數(shù)據(jù)管理[C].工業(yè)儀表與自動化學(xué)術(shù)會議論文集,2006.

袁漢福（1953-），男，浙江人，高級工程師，本科，現(xiàn)就職于華福工程有限公司天津分公司，主要從事煉油化工自動化控制工程設(shè)計(jì)工作。

摘要：本文介紹了過程數(shù)據(jù)系統(tǒng)（ODS）在石油化工行業(yè)中的應(yīng)用，ODS網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成和網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，ODS硬軟件的基本要求等。

關(guān)鍵詞：過程數(shù)據(jù)系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)；數(shù)據(jù)庫；存儲

Discussion on the Application of ODS System in Petrochemical Industry

Abstract:This paper introduces the application of ODS system in petrochemical industry,the structure of ODS network and the characteristics of the network,the basic requirements of ODS system hardware and software,etc..

Key words:ODS; Network; Database; Storage

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