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工厂实时数据平台的升级与深化应用

2015/8/21    来源:万方数据    作者:孙玉磊  梁静敏  刘雷  张玉      
关键字:DCS  MES  实时数据平台  升级改造  安全  
作为中国石油炼油与化工运行系统(MES 系统)二期工程项目推广单位,华北石化分公司MES 系统2008 年启动并于同年12月正式上线运行,至今已运行3年多。

一、实时数据平台实施背景

    石油化工行业作为典型的流程行业,其生产过程具有自动化和连续化的特点,主要生产装置都已在基础自动化系统(如DCS、PLC、智能仪表、现场总线等)的控制下运行。但这些系统都是面向装置或者设备的,每个系统只能采集或显示相应装置的生产实时数据,形成了所谓的信息“孤岛”。同时,这些系统与上层的管理信息系统往往是脱节的,大量生产一线的实时数据无法及时地反映到管理层作为决策依据,致使在生产控制层和企业管理层之间存在了很大的信息“狭缝”。

    MES 系统的应用为华北石化公司搭建了统一的生产综合管理平台,填补了原来生产管理部门应用系统的空白,为企业精细化管理提供了有效的手段,帮助实现了生产过程控制的规范化管理,MES系统实时数采模块(PHD)的建设有效的弥补了信息“狭缝”。但随着MES 系统的深化应用,业务部门对系统的功能要求愈来愈高,对系统的应用不仅仅局限于数据的查询了,将逐步拓展到数据对生产经营指标的分析,因此对数据的准确性、及时性、安全性的要求也愈来愈高了,所以建设安全稳定可靠的实时数据平台成为了关键中的关键。

二、实时数据平台简介

( 一) 数据平台介绍

    华北石化公司实时数据平台是基于中科软Agilor 实时数据库系统专门针对石化公司数据采集的现状而定制的, 实时数据平台可用于生产过程数据的自动采集、存储和监视。作为大型实时数据库,可在线存储每个工艺过程点的多年数据。它提供了清晰、精确的操作情况画面,用户即可浏览当前的生产数据,也可回顾过去的生产情况,可以说实时数据平台对企业来说就如同飞机上的“黑匣子”。

(二)实时数据平台功能

    1、数据采集

    数采程序具有设置自动重连、采集频率、本地缓存、发送信息显示等功能,以保证所采集数据的正确性与稳定性。实时数据库服务器将所有实时数据采集上来,形成工厂范围内的实时数据库供全厂范围内的用户使用。

    2、数据存储管理

    实时数据平台通过数采程序接口接收现场全部生产和计量数据,构成全厂范围内数据统一采集,并存储于实时数据库历史文件中,通过设置数据存储数量与位置来管理历史数据。Agilor 实时数据库系统工具信息浏览器、历史管理器、订阅工具等用来对实时数据、历史数据进行查询、订阅、检索等操作。为后续的分析、事故追忆等工作打下坚实的数据基础。

    3、数据上传

    实时数据平台将底层数据统一采集到数据库同时,通过Agilor OPC Server 服务将所有的实时数据实时发送到上层数据库,交由画面监控、绩效考核等。Agilor 做为提供数据的基础,现场并未从此处直接调用数据,而是将数据转发到上层应用数据库再进行调用,形成数据冗余备份。

    4、数据整合

    实时数据平台的DI 整合工具从实时数据库中调用数据,并对数据进行运算、处理,将数据整合后更符合现场使用,并可将整合数据保存至实时数据库或关系数据库。

(三) 数采平台特点

    1 、长时间稳定运行

    实时数据平台对于MES 系统稳定运行的极端重要性,MES 的实时数据库平台能够提供2 4 × 7 稳定服务,保证长时间稳定的运行。

    2、实时数据处理速度与精度

    实时数据平台首先要提供高速的数据采集和数据处理,在整个系统所集成的数据采集点数会达到近万点,数据采集间隔要求达到秒级甚至毫秒级,数据量很大。在当前主流的P C 服务器与商业操作系统上,系统应能保证每秒钟一万点以上的数据采集、存储和查询速度。

    3、历史数据存储和压缩

    实时数据平台数据的变化频率高,在系统运行中会产生大量的历史数据,实时数据库存储这些历史数据,能够弥补控制系统与管理系统之间的数据真空,为控制优化、工艺改进和经营决策提供数据基础。实时数据平台借助数据压缩技术能够存储三到十年的在线数据,因此系统不仅有较高的数据压缩率,同时也有很高的解压速度和快速的数据检索能力。

    4、开放的二次开发接口

    实时数据平台数据库向下支持多种通讯接口和协议,例如OPC、DDE 系列协议,并且,实时数据库具有开放性和可扩展性,即可提供数据采集开发接口,支持完备的远程数据采集能力。实时数据库向上层应用可提供实时数据与历时数据服务,支持OPC 等标准接口服务。

三、华北石化实时数据平台深化应用

(一)升级实时数采接口服务

    华北石化公司自控系统由一套DCS 系统,2 套AB 系列的PLC,2套GE 系列的PLC 以及5 套Triconex 机组控制系统组成,通过这些系统控制全厂的装置和生产过程,在每套PLC 系统上层有一套HMI 人机界面软件,该人机界面软件通过配套的底层协议获取各PLC、DCS系统中的生产实时数据,操作人员通过HMI 人机界面软件查看生产实时动态、操作现场设备、控制现场工艺过程,并通过MES 系统对公司经营指标和管理目标进行数据管理和统计,动态形成各种经营管理报表,供公司管理者进行决策分析。在此种模式下,MES系统采集实时生产数据完全依赖HMI 人机界面软件,而HMI 软件同时又是操作员查看和浏览现生产装置运行状态、对生产过程进行控制操作的主要界面,在操作员的操作过程中,有时难免会造成对MES 数据采集系统的影响,进而影响到整个M ES 系统的可靠性。

    针对上述问题通过与OPC 方面的专家多次沟通调研,最终确定将数采架构进行改造,使采数途径绕过HMI 操作站,以避免其对MES 系统的影响,具体做法如下:

    针对从机组PLC 控制器采集数据的数采,在每台数据采集Buffer机中配置一套KepServer 协议接口软件,该软件通过PLC 中在用的通信协议直接获取控制器中的数据,同时通过OPC Server 向PHD RDI提供数据。只需修改PHD RDI 中的系统配置,使PHD RDI 从新部署的KepServer 中以OPC 方式获取数据。部署实施时在KepServer 中保持采集数据的Tag Name 与原来的系统一致,以便于在PHD RDI 中修改配置。

    针对从生产装置ABB 800F 系列的DCS 上采集数据的数采,在每台数据采集Buffer 机中配置一套ABB opc 协议接口服务,使Buffer 机上的数采程序能够直接订阅DCS 系统上的数据。通过升级改造,RDI 不再从INTUCH 或RSVIEW 工作站采集数据,而是直接从各PLC 、DCS 系统中采集生产过程数据,这样,即使INTUCH 或RSVIEW 工作站由于各种原因出现故障,也不会影响到MES 系统的数据采集。

(二)实时数采网络安全建设

    华北石化公司建设已经实现了双核心双链路,主要办公区域千兆到桌面的办公环境。同时,对全厂从一线操作室到三线办公楼实现了网络覆盖,彻底结束所有网络盲区的存在,通过改造性建设,所有连接材料均为光缆和超五类双绞线,网络效率大幅提升,达到了为几千台终端提供高速度、高稳定性的网络环境。

    良好的网络环境可靠的保障了实时数采的实时性与稳定性,在这个基础上,为了保证公司网络的安全运转,华北石化公司先后启用了防火墙、网闸、入侵检测、端点准入等系统。在公司局域网与互联网之间设置了联想Power V 网御防火墙,在公司内部办公网与专业网之间设置了网闸系统,实现了办公网与专业网之间数据的单向传输,保证了专业网络的安全;在所有的办公网内计算机上安装了桌面安全SEP11 系统和VRV 客户端有效的监控并阻止了网络病毒的传播。

(三)开发自动考核系统

    基于实时数据平台拥有大量生产实时数据的优点,运维人员自主开发重要参数自动考核系统、非计划开停工自动考核系统,配合人事处独立开发的员工业绩系统,对于生产波动及非计划开停工实现自动考核、实时监控功能,为生产实现精细化管理打下了良好的基础。

四、总结

    自2011 年初,内外部网络环境正在发生显著变化,互联网环境正在应用如云计算、物联网等新兴技术,内部网络系统环境更加复杂而且信息需求量更加庞大。目前数据采集平台还存在诸多不足需要在今后一一修正,主要围绕着“便捷”、“安全”、“稳定”来开展。今后将通过进一步的平台升级,有效的降低运维量、使系统的安全性更加的牢固、更加稳定地为企业的上层应用提供可靠、及时的数据。

责任编辑:梁曦
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