基于GE Proficy Historian實時歷史數(shù)據(jù)庫的計控指標(biāo)管理系統(tǒng) 摘要: 本文針對化工企業(yè)的計控指標(biāo)管理，提出基于GE Fanuc的Historian實時數(shù)據(jù)庫的解決方案框架，建立了計控指標(biāo)管理系統(tǒng)。運行表明，該系統(tǒng)能夠很好地管理化工生產(chǎn)過程參數(shù)，為提高企業(yè)的控制水平、質(zhì)量指標(biāo)提供有力的幫助。
關(guān)鍵字：實時歷史數(shù)據(jù)庫、MES、計控指標(biāo)
引言 MES系統(tǒng)（生產(chǎn)管理系統(tǒng)）是為企業(yè)實時生產(chǎn)過程綜合優(yōu)化服務(wù)的生產(chǎn)過程實時管理和監(jiān)控的信息系統(tǒng)。MES系統(tǒng)的定義強調(diào):第一，MES系統(tǒng)是針對全廠生產(chǎn)管理系統(tǒng);第二，生產(chǎn)管理的實時性，它要求MES系統(tǒng)能夠利用
DCS提供的原始數(shù)據(jù)，完成進(jìn)行生產(chǎn)管理所需的實時運算，并向
ERP等MIS系統(tǒng)提供必要的實時管理數(shù)據(jù)。 在現(xiàn)代大型化工生產(chǎn)企業(yè)的信息化過程中，MES是DCS系統(tǒng)與MIS系統(tǒng)之間的一座信息橋梁，把單元生產(chǎn)信息與企業(yè)經(jīng)營管理信息有機的結(jié)合起來，以進(jìn)一步降低企業(yè)的運行成本，提高企業(yè)的整體效益。 按照國際MES協(xié)會(MESA)的定義，MES系統(tǒng)的功能模塊有11個功能模塊，揚農(nóng)化工集團(tuán)根據(jù)“性能分析”模塊的定義以及自身的實際要求，基于GE Fanuc的實時數(shù)據(jù)庫(Historian)，開發(fā)了計控指標(biāo)管理系統(tǒng)，提高了企業(yè)的生產(chǎn)管理和降低運行風(fēng)險、提高產(chǎn)品質(zhì)量。
1.揚農(nóng)現(xiàn)有的DCS狀況 揚農(nóng)化工集團(tuán)的DCS建設(shè)從1997年開始，九年來，經(jīng)過不斷地發(fā)展，現(xiàn)已擁有八套相對獨立的DCS系統(tǒng)，包括浙大中控的JX-300B、JX-300X和橫河的CS3000三個系列產(chǎn)品。八套DCS現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集約共有5000點，主要監(jiān)控生產(chǎn)裝置的溫度、液位、壓力、電流、汽液流量、PH值等指標(biāo)。長期以來，八套DCS系統(tǒng)均在生產(chǎn)現(xiàn)場獨立運行，相互之間數(shù)據(jù)缺乏共享，無法進(jìn)行系統(tǒng)間的對比、關(guān)聯(lián)分析，工藝設(shè)計人員也無法對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時、有效的處理，不利于工藝調(diào)整和技控點的不斷優(yōu)化。 為此，實施揚農(nóng)化工集團(tuán)決定在公司范圍內(nèi)進(jìn)行DCS系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，開始分步實施MES系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享和實時分析、優(yōu)化。
2.實時歷史數(shù)據(jù)庫平臺的搭建 2.1實時數(shù)據(jù)庫 MES系統(tǒng)核心是一套強大的實時數(shù)據(jù)庫，可實時采集DCS等控制系統(tǒng)得數(shù)據(jù)，其采用的非傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫模式可長時間保存數(shù)據(jù)，輕松達(dá)到超過3年的存儲設(shè)計并利用靈活的簡單的查詢方式實現(xiàn)快速查詢。 揚農(nóng)化工集團(tuán)現(xiàn)場很多計控點需要對秒級和甚至毫秒級的采集和監(jiān)控，并對其運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控分析，而DCS系統(tǒng)上的歷史數(shù)據(jù)存儲能力有限，同時也不能滿足將多套DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享的目的。為此，基于采集速度、存儲能力、操作安全等多方面的考慮，采用實時歷史數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)采集平臺，并選購了GE Fanuc的實時歷史數(shù)據(jù)庫Proficy Historian 3.0。 Historian實時數(shù)據(jù)庫是由美國GE Fanuc 公司開發(fā)，具有分布式的數(shù)據(jù)采集，C/S結(jié)構(gòu)，可在多種環(huán)境下運行，高效的數(shù)據(jù)存儲方式，具有豐富的客戶端數(shù)據(jù)處理和分析工具，可擴展的數(shù)據(jù)協(xié)同應(yīng)用，并且提供ODBC/JDBC/OLE DB接口以及工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范OPC和DDE，提供圖形化的應(yīng)用開發(fā)界面，支持WEB訪問方案，提供報表開發(fā)工具等優(yōu)異特性，所以成為企業(yè)底層控制網(wǎng)絡(luò)和上層管理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接的最佳選擇。IH實時數(shù)據(jù)庫是一個模塊化軟件系統(tǒng)，主要分為客戶端模塊和服務(wù)器端模塊，客戶端模塊負(fù)責(zé)實時數(shù)據(jù)的采集，服務(wù)器端模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集設(shè)置、壓縮、存儲等工作。
3.基于實時歷史數(shù)據(jù)庫的計控指標(biāo)管理系統(tǒng) 3.1揚農(nóng)化工集團(tuán)計控指標(biāo)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置 揚農(nóng)化工集團(tuán)計控指標(biāo)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用1000 Mbps以太網(wǎng)作為MES通訊網(wǎng)絡(luò)主干技術(shù)，實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和其它應(yīng)用服務(wù)器(如過程管理容錯服務(wù)器)通過1000Mbps端口與核心
交換機連接,與現(xiàn)場OPC服務(wù)器相連則通過另外的1000M網(wǎng)卡和現(xiàn)場生產(chǎn)交換機實現(xiàn)。各類應(yīng)用站(如調(diào)度站、各功能站等)則分別通過100M以太雙絞線，連接到該核心交換機中，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為冗余星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而保證數(shù)據(jù)通訊的可靠性。
圖1為計控指標(biāo)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置圖 3.2 Historian數(shù)據(jù)庫的實施 (1) Historian數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模塊的選購 根據(jù)揚農(nóng)化工集團(tuán)的實際要求，選購了基于Microsoft Windows的5000點的Historian數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，同時選用了IH API作為應(yīng)用程序的開發(fā)接口。同時購買了其OPC Tools作為接口軟件以及客戶端Proficy Portal 。前者用于不能客戶端安裝采集器的系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，后者用于生產(chǎn)流程畫面的繪制和組態(tài)。此外，采用Historian-API函數(shù)組完成了計控數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。 (2)實時數(shù)據(jù)的采集接口站的配置 在DCS現(xiàn)場一或多臺工控機組網(wǎng)作為DCS工作站作為接口站，從中選取一臺安裝雙網(wǎng)卡和OPC接口，成為OPC服務(wù)器，并通過第二塊網(wǎng)卡與實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器聯(lián)接，向其實時傳送現(xiàn)場參數(shù)。 對于浙大中控的七套DCS系統(tǒng)，直接在DCS工程師站安裝實時歷史數(shù)據(jù)庫的OPC 連接器(Client)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。 對于橫河系統(tǒng)，由于不方便直接在現(xiàn)場安裝客戶端，因此，在另外一臺機器上安裝GE Fanuc的OPC中間件 OPC tools，對橫河OPC Server 來講，它是OPC Client，對于實時歷史數(shù)據(jù)庫，它又并是OPC Server，只要在該機上運行橫河的OPC配置文件，就能夠自動到橫河DCS中采集數(shù)據(jù)。這樣做有兩個好處，一是減輕Historian服務(wù)器的負(fù)荷以及保證DCS的安全，二是當(dāng)DCS與Historian服務(wù)器的通訊中斷時，接口機將保存數(shù)據(jù)，并在通訊正常時再將數(shù)據(jù)送至Historian服務(wù)器。
3.3 計控指標(biāo)管理系統(tǒng)的搭建 (4) 計控指標(biāo)管理首先要將現(xiàn)場的各裝置進(jìn)行監(jiān)控，然后再對計控點進(jìn)行管理，現(xiàn)場裝置畫面監(jiān)控采用GE Fanuc 的Proficy Portal軟件，將現(xiàn)場的DCS畫面進(jìn)行重新組態(tài)，優(yōu)化，以便生產(chǎn)管理人員進(jìn)行監(jiān)控。
圖2 江蘇揚農(nóng)化工集團(tuán)生產(chǎn)管理系統(tǒng)主畫面 (2)計控數(shù)據(jù)的監(jiān)控轉(zhuǎn)換 由于實時數(shù)據(jù)庫的存儲格式是專有格式，要有效利用實時數(shù)據(jù)，必須對計控點進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并存放在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，以便進(jìn)行分析和查詢，為此，我們采用VC++和Historian API開發(fā)了后臺計控指標(biāo)監(jiān)控程序，當(dāng)相關(guān)的計控指標(biāo)超過設(shè)定值，自動記錄超標(biāo)的時間，最大值、最小值等信息到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。 (3)計控指標(biāo)管理 生產(chǎn)現(xiàn)場的計控指標(biāo)動態(tài)數(shù)據(jù)通過后臺監(jiān)控程序發(fā)送到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫后，就可以對其進(jìn)行統(tǒng)計分析，我們對每設(shè)備、每班組計控指標(biāo)的超標(biāo)信息、超標(biāo)原因、合格率等 進(jìn)行統(tǒng)計分析，并將其作為生產(chǎn)考核的依據(jù)。對于超標(biāo)原因的分析采用人工和自動方式，當(dāng)指標(biāo)超標(biāo)時，IH數(shù)據(jù)庫軟件能知道是在什么時候超標(biāo)的，但它不知道為何超標(biāo)。為了完整地記錄指標(biāo)的運行信息，自動方式是指系統(tǒng)能根據(jù)超標(biāo)的原因自動判斷相關(guān)原因并進(jìn)行記錄，不能自動判斷的采用人工錄入，操作人員從下拉式超標(biāo)原因表中，選取超標(biāo)的原因，將一致性的文本信息加到計控點的記錄上，為工程師和維護(hù)人員提供一種簡便和快速的診斷方法，并為更加精確的事故分析而匯成相應(yīng)的數(shù)據(jù)。 這樣，動態(tài)監(jiān)控程序每天動態(tài)記錄計控點的運行狀態(tài)后，系統(tǒng)對其進(jìn)行匯總分析，自動產(chǎn)生相應(yīng)的計控指標(biāo)報表，系統(tǒng)采用Powerbuilder 進(jìn)行開發(fā)。
圖3 計控指標(biāo)管理系統(tǒng)畫面 4.應(yīng)用效果 揚農(nóng)化工集團(tuán)自06年3月起，生產(chǎn)調(diào)度部門部署了該系統(tǒng),用于監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場各裝置的生產(chǎn)運行情況,改變了以往調(diào)度員要到現(xiàn)場了解生產(chǎn)的傳統(tǒng)生產(chǎn)管理方式,提高了對生產(chǎn)系統(tǒng)的響應(yīng)速度，加快了上下游生產(chǎn)線的協(xié)調(diào)速度。 各分廠也已聯(lián)入該系統(tǒng)中，實時監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場情況，對生產(chǎn)中存在的問題進(jìn)行及時的了解和分析。當(dāng)計控指標(biāo)超標(biāo)時，現(xiàn)場人員及時錄入超標(biāo)原因。管理層根據(jù)對計控點超標(biāo)原因的分析，對現(xiàn)場設(shè)備運行狀況及時了解和并進(jìn)行針對性的預(yù)防性維護(hù)。 同時，各分廠基于此系統(tǒng)，根據(jù)計控指標(biāo)運行的實時記錄對操作工進(jìn)行考核。由于數(shù)據(jù)全部自動采集和計算，保證了考核數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實性，也提高了員工的積極性。通過考核管理，逐步提高了操作工的操作水平。 總之，通過該系統(tǒng)的實施，明顯提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了設(shè)備的異常停機時間，使企業(yè)獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。
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