宋 揚，阿福東

（中國石油大慶煉化分公司，黑龍江 大慶 163414）

1 總體實施背景

1.1 MES 系統(tǒng)應用情況

大慶煉化公司MES（Manufacturing Execution System）面向制造企業(yè)執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)于2006 年實施投用至今，共計覆蓋生產(chǎn)裝置48 套，采集實時數(shù)據(jù)21 000 余點，可運算平穩(wěn)率指標1 700 余個。MES 系統(tǒng)采用BUF－SHADOW（客戶機－服務器）結構，在生產(chǎn)裝置DCS（Distributed Control System，分布式控制系統(tǒng)）控制站安裝BUF、OPC（Object Linking and Embedding for Process Control）與DCS 系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信。BUF 服務器機采集DCS 數(shù)據(jù)上傳至信息中心SHADOW 端服務器，數(shù)據(jù)進行處理后，發(fā)布網(wǎng)頁供生產(chǎn)及技術部門查看使用。

1.2 MES 系統(tǒng)設備現(xiàn)狀及實施目的

MES 實施初期購置的BUF／OPC 服務器、客戶機已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需要，設備老化，故障頻發(fā)。系統(tǒng)軟件與行政辦公系統(tǒng)兼容性差，數(shù)據(jù)采集故障率高，部分模塊用戶體驗不佳。通過對MES 1.0 的實施經(jīng)驗進行總結，在對系統(tǒng)各模塊需求調(diào)研的基礎上，分析MES 1.0 的功能差距解決MES2.0 存在的問題。將MES 1.0 原有的14 個功能整合為9 個功能模塊，并進行功能提升；新增化工生產(chǎn)批次管理、生產(chǎn)績效管理、生產(chǎn)運行信息平臺、計量管理4 個功能模塊。

2 項目的設計目標

2016 年底，通過內(nèi)部項目先期會議，建立了項目的基本網(wǎng)絡架構方案，對新方案的技術創(chuàng)新性、網(wǎng)絡安全性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、用戶體驗性等進行了充分的論證并征詢了外部專家的意見，確定了MES 2.0 系統(tǒng)在煉化企業(yè)信息化架構地位。

2.1 技術創(chuàng)新性設計

通過公司原有HP 服務器及VMware 系統(tǒng)在MES 1.0 虛擬化服務器的實施經(jīng)驗，采用虛擬化設計，在MES 原有技術架構下實現(xiàn)了BUF 的虛擬化集成。此項技術為中石油MES 2.0 整體實施中的創(chuàng)新設計，在大幅提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時降低了項目整體投資。

2.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性設計

服務器均采用Windows Server 2012 R2 系統(tǒng)后性能整體提升20%。可在虛擬化技術的支持下采用VMware 虛擬服務器方式運行，備份機制更加完善，可通過虛擬快照實現(xiàn)系統(tǒng)迅捷恢復。同時平臺配置機房UPS 電源支撐電力供應，降低因BUF 機分散于各裝置時因廠區(qū)電力波動導致的宕機概率。

2.3 網(wǎng)絡安全性設計

該設計在MES 虛擬化平臺上配置北京力控工業(yè)安全網(wǎng)關及華為多業(yè)務以太網(wǎng)防火墻設備，提高了網(wǎng)絡安全防范性能。同時增加微軟補丁分發(fā)服務器為整個系統(tǒng)定時發(fā)布安全漏洞補丁，統(tǒng)一對虛擬BUF 進行360 天擎系列企業(yè)級防病毒軟件安裝。

2.4 用戶體驗性設計

MES 系統(tǒng)采用霍尼韋爾新一代PHD 實時數(shù)據(jù)庫軟件實現(xiàn)裝置DCS 數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)采集頻率由過去的120 秒更新至30 秒甚至是5 秒，提高了MES 數(shù)據(jù)的實時性。同時對運行管理模塊進行程序優(yōu)化提高了平穩(wěn)率數(shù)據(jù)的準確性，經(jīng)過對MES 系統(tǒng)用戶調(diào)研，發(fā)現(xiàn)用戶對新系統(tǒng)操作性和數(shù)據(jù)的準確率非常滿意。

3 大慶煉化MES 實施中采用的新技術

3.1 采用虛擬服務器硬件升級技術方案

為了降低采購費用及未來的維護成本，MES 硬件升級項目中采用虛擬化技術，改變原有網(wǎng)絡結構。采用虛擬服務器代替BUF 機，通過新增硬件防火墻、安全網(wǎng)關設備保障各裝置MES 接口完全隔離，防止病毒通過MES 網(wǎng)絡進行傳播，同時在虛擬化服務器集中部署殺毒軟件，通過同步更新系統(tǒng)補丁等方式提高MES 系統(tǒng)整體安全性，在信息中心機房進行統(tǒng)一管理。該方案的核心技術在于VMware 技術進行虛擬交換機的鏈路創(chuàng)建，以及通過具備三層交換功能的華為防火墻實現(xiàn)BUF 端口的網(wǎng)絡隔離，向下配置工業(yè)安全網(wǎng)關保證BUF／DCS 數(shù)據(jù)交換的安全性，實現(xiàn)MES 系統(tǒng)與DCS 系統(tǒng)接口安全。

3.2 新技術的應用效果

此前BUF 機器及OPC 機器均放置于同一操作臺，現(xiàn)場操作環(huán)境差。此次實施的虛擬化方案可以明顯改善現(xiàn)場操作環(huán)境，降低BUF 機、OPC 服務器、DCS 操作站的故障率，保證實時數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。

經(jīng)過此次改造，所有BUF 機均以虛擬化形式放置于信息中心機房服務器，便于系統(tǒng)調(diào)整、備份恢復及時處理故障，并且由機房提供穩(wěn)定電源可保障MES 系統(tǒng)穩(wěn)定運行。同時每年可減少BUF 機維修費用，在新建MES 項目時，可減少購置BUF服務器費用。

3.3 實現(xiàn)PHD 與DCS 畫面1∶1

在項目實施過程中，按照DCS 流程圖繪制MES 流程圖并保證完全一致，各裝置提供DCS 流程圖電子版，MES 項目組建立DCS 原圖數(shù)據(jù)庫。在原有MES 流程圖基礎上增加燃氣動力、氫氣、瓦斯、蒸汽等匯總流程圖。繪制裝置總貌圖和公司總貌圖，罐區(qū)系統(tǒng)流程圖。

在MES 項目建設中，共完成公司、分廠、裝置、罐區(qū)實時數(shù)據(jù)庫流程圖繪制900 余幅，建立位號23 000 余個。

4 MES 部分應用模塊實施情況

通過MES 項目的實施，目前大慶煉化MES 系統(tǒng)已經(jīng)達到了項目的預期效果，具體實現(xiàn)的主要功能模塊如下。

4.1 實時數(shù)據(jù)庫

用于存儲和管理實時生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)以及長期的歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)操作進行監(jiān)控，為公司生產(chǎn)管理者分析生產(chǎn)條件對事件進行快速反應和處理提供依據(jù)。實時數(shù)據(jù)庫的使用，可以使管理者及時的監(jiān)測到生產(chǎn)過程中的異常變化，及時調(diào)整生產(chǎn)方案或相關工藝指標。使企業(yè)經(jīng)營管理者能夠隨時掌握生產(chǎn)運行狀況，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

4.2 平穩(wěn)率計算和運行管理

對生產(chǎn)運行整個過程進行協(xié)調(diào)和管理，包括裝置平穩(wěn)率和工藝臺賬、操作監(jiān)控、操作指令、班組日志。

4.2.1 平穩(wěn)率計算

能夠針對裝置在自定義的時間段內(nèi)進行位號超出限定值的數(shù)據(jù)概率統(tǒng)計，以百分率形式、圖形化方式顯示裝置在生產(chǎn)過程中的運行狀況，便于裝置操作人員與管理層的實時管控，用戶可以通過Web 頁面，進行相應的操作，對裝置的運行平穩(wěn)程度進行評估與監(jiān)控。

4.2.2 工藝臺賬

工藝臺賬模塊可以通過簡單的配置，使用戶在應用中方便快捷地生成自己需要的電子操作記錄報表，以實現(xiàn)管理層面對不同對象管理的個人定制，取代過去需要手動填寫的紙質工藝臺賬，從而減少查詢歷史報表時的時間。MES 工藝臺賬模塊采用新的提取實時數(shù)據(jù)的接口和函數(shù)，提取實時數(shù)據(jù)速度大幅提高，用戶可以根據(jù)需要調(diào)整提取實時數(shù)據(jù)的頻率和需要保留工藝參數(shù)的小數(shù)位數(shù)。

5 MES 實施效果

增強系統(tǒng)對IT 新技術的支持，提高系統(tǒng)運行的速度及穩(wěn)定性，在新系統(tǒng)架構及高性能虛擬化服務器的支撐下，預計數(shù)據(jù)采集頻率可提高一倍，大容量服務器可保障生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)存儲由過去的1 年增加到5 年。

增加對高版本瀏覽器的支持，新系統(tǒng)瀏覽實時數(shù)據(jù)流程圖不再需要加入域，通過優(yōu)化系統(tǒng)插件的方式增強了與OA、合同管理等系統(tǒng)的兼容性。工業(yè)控制實時流程圖界面除溫度流量液位壓力等數(shù)據(jù)外，還可對控制點手動、自動模式狀態(tài)，閥門開度，操作人員手動對控制點的修改、位號異常波動的超標報警信息直接在流程圖進行顯示，可靈活組態(tài)的系統(tǒng)界面使之更接近DCS 現(xiàn)場畫面。

6 結論

此次MES 項目達到了總體目標要求，大慶煉化MES 項目組完成900 張1∶1 流程圖的繪制工作，23 000 余個工業(yè)控制位號的梳理工作。MES 系統(tǒng)在涉及煉油及化工的35 套生產(chǎn)裝置及動力儲運等13 套輔助裝置得到全面應用。

在現(xiàn)場具備DCS 工業(yè)控制系統(tǒng)的基礎上通過MES 項目建設實現(xiàn)提升工業(yè)自動化控制及生產(chǎn)優(yōu)化管理系統(tǒng)功能和架構，深化模塊間集成應用，優(yōu)化煉化生產(chǎn)及管理業(yè)務流程，實現(xiàn)生產(chǎn)業(yè)務對計劃、調(diào)度、工藝、執(zhí)行、統(tǒng)計、分析全過程的閉環(huán)管理，實現(xiàn)系統(tǒng)功能對生產(chǎn)、能耗、計量、質量、安環(huán)、設備等領域的基本覆蓋，基本實現(xiàn)煉化生產(chǎn)統(tǒng)計業(yè)務“班跟蹤、日平衡”，充分發(fā)揮信息化系統(tǒng)在煉油化工企業(yè)生產(chǎn)運行管理中的核心作用。增強管理層對生產(chǎn)現(xiàn)場的動態(tài)監(jiān)控與生產(chǎn)指揮能力，提高生產(chǎn)運行效率和協(xié)同管理水平。