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MES系统配套功能拓展

2014/4/30    来源:万方数据    作者:康周  王洪刚  翟勇杰      
关键字:公用工程  MES系统  拓展  
本文首先介绍了MES 生产运行系统实施的背景及目前应用的情况,然后分析了克拉玛依石化公司目前公用工程系统的管理现状及业务需求,为了更深入地应用MES 系统的子模块功能,同时解决目前管理难题,减轻员工负担,本文详细阐述了关键参数实时报警、系统优化切换及查询、自动生成统计平衡报表这3 个系统软件的设计思想及解决过程,实现了对MES 系统功能进行拓展延伸的目的,更好地满足了企业具体需求。

1 引言

    2008年5月中石油总部在克拉玛依石化公司统一组织实施了生产运行系统(MES 系统),经过大半年的实施,系统于2008 年底成功上线运行。其中PHD 实时数据库子系统完成了全公司30多套生产装置的DCS 和PLC 系统的接口改造工作, 使得自动数据采集覆盖率达到90%以上,成功搭建起生产运行监控管理平台。

    鉴于实施MES 系统之前,公司的很多生产过程管理系统使用已经比较深入,在新的实施数据库环境下,如何延续和发展PHD 实时数据库的高级拓展应用是运维组研究的重要课题。经过一段时间的摸索探究,通过技术攻关和试验, 我们探索出较为合理、便捷、高效、实用的实时数据库应用新模式。

2 公用工程系统的业务流程及需求分析

    公用工程计量统计在克拉玛依石化公司涉及的主要部门为生产运行处节能科、一联合车间、二联合车间、三联合车间、四联合车间、聚丙烯车间及热电厂。公用工程业务可分为数据录入及审核、统计平衡、统计报表3 部分。首先由生产装置或生产运行处节能科的操作人员进行数据录入和确认,并由生产处节能科进行数据的审核;然后进行全厂统计管理;最后形成能源生产、消耗的各个周期的统计报表和平衡报表。

    目前的这种管理模式并没有减轻公用工程系统管理人员的工作负担,对信息管理系统的个性化功能要求也没有得到满足。鉴于这种情况, 生产运行处节能科提出了开发一系列符合本公司实情的MES 系统配套软件, 从而能更好地管理公用工程系统的要求。

3 MES 中公用工程计量与统计模块的不足

    MES公用工程计量与统计子系统实施后, 可以通过人工录入方式实现水、电、汽、风、燃料油、燃料气等公用工程能源仪表数据的收集。公司有几十个装置,上千个能源位号,由于MES 公用工程计量与统计子系统的自动采集功能并没有实现, 因此人工录入数据的方式给操作人员带来了巨大的工作量, 没有实现通过信息化减少人员大量低级重复劳动的目的。同时,该系统提供的报表功能架构模式呆板,维护方式复杂,而公司能源位号变动频繁,因此也给信息维护人员增加了很大工作量。

    经过分析发现, 公用工程系统管理的工作量主要集中在人工录入数据这一部分, 而目前公司自动数据采集覆盖率达到90%以上,能源位号基本都实现了自动采集,如何结合PHD 实时数据库子系统, 将自动数据采集全面引入到数据录入是本次开发需要解决的主要问题之一。此外,管理部门还提出了一系列个性化要求,如:增加关键参数实时报警功能,系统优化切换及查询功能,自动生成统计平衡报表功能。因此,设计出一款功能实用,维护方便,可由操作人员自行个性化定制修改的系统显得十分必要。

4 公用工程拓展功能的技术架构

    公用工程拓展功能主要分为3 个部分: 关键参数实时报警系统,系统优化切换及查询系统,能源计量报表统计平衡系统。它的自动数据采集是基于MES 实时数据库模块。

    实时数据库及应用子系统是MES 的11 个子系统中的一个基础子系统,主要实现了从各装置的DCS 中获取实时数据,并将各个生产单元的生产实时信息集成到统一的数据集成平台中,从而实现对生产操作的监控、分析生产条件、对事件进行预警和处理,使出现问题的地方能够立即被发现,因此可以减少系统瘫痪的可能性并且优化工厂的生产操作。同时其他应用系统能够直接基于这个数据平台进行相应的业务处理和信息查询。这3 个系统的Excel 后台程序通过PHD 平台将所需数据自动采集到界面,根据各自功能需求采用VBA 语言进行进一步功能设计,所产生的数据存入SQL Server 数据库。技术架构图如图1 所示。

 图1 MES功能拓展架构图

图1 MES功能拓展架构图

5 公用工程实时报警及专家指南系统的具体实现

5.1 关键参数报警的需求分析

    公用工程关键参数实时报警系统面向生产运行处调度部门,其负责公司内原油来料、润滑油产品以及蒸汽、燃料气、工业水、电力等能耗系统的运行管理和实时监控,协调解决各系统生产运行中出现的各类问题, 下达安排各个装置操作人员生产运行计划、生产方案调整和装置加工量。依赖于基层装置数据分析,从整体监控装置生产状态。设计此报警系统关注分布于各个生产装置的公用工程关键参数,随着装置的新建和停用,能通过增删关键参数实现对装置或各生产系统的监控(参见图2)。

 图2 公用工程实时报警及专家指南系统界面

图2 公用工程实时报警及专家指南系统界面

5.2 设计思路

    设计两重报警状态,高低报警状态提醒调度人员关注,出现高高报或低低报的警报,调度人员就必须处理此关键参数所反映的生产物料, 通知相关车间操作人员调整操作或排查仪表故障。对于出现诸如生产装置临时停工或计划性更换设备等状况时,关键参数的实时数据必然不在正常数值范围,持续的报警反而会干扰调度人员的注意力,故设置每个关键参数的报警开关,在此参数关注程度降低时,关闭报警,只查看其实时数值,不让此参数出现报警。针对同一个关键参数的历史报警记录和历史数据趋势,可查看此参数的报警状态是偶发性还是持续性,以便判断是否需要检查现场仪表或设备是否出现故障苗头,及时通知装置操作人员查看现场,避免可能发生的设备事故,保证装置的正常生产运行。

    此系统设计有手动/自动开关, 可以让调度人员手动更新实时数据,并在此状态时,查看报警参数、处理报警信息、做其他一些相关工作。正常运行时,切换到自动状态,此系统即处于实时监控报警状态,操作人员可离开此监控电脑进行别的工作,只需在系统发出报警声后进行关注。报警分为声光两种方式, 同时进行。当系统出现关键参数的实时数值超出规定的高低报警限值时, 画面中出现红色提示, 根据预先设定的4 种限值分为低低报、低报、高报、高高报,调度人员根据不同级别的报警做相应的处理。同时,出现声音报警提醒调度人员。此报警声音为第三方音频文件,存于监控电脑的物理分区,方便使用者更换,以免听习惯后形成惰性心理降低注意力。

    系统报警后,调度人员该怎样处理或者说第一时间做些什么很重要,因为对于出现的紧急状况,人的大脑有可能出现应激的“短路”现象,虽然不像司机开车般出现生命危险,但在炼化装置的连续生产中, 早一分钟的处理就可以减少以万元计量的经济损失。故设计出小型的专家系统,由各装置技术人员和生产调度技术人员编写出相关参数出现报警后的处理建议, 汇集成专家知识库。此专家知识库在系统处于手动状态时可自由随时添加修改, 帮助使用的调度人员在出现报警后能通过点击页面的操作指南,获得处理此报警的专家建议操作,避免调度人员出现误操作酿成事故或造成损失。

5.3 功能实现

    公用工程关键参数实时报警系统实行从MES 采集实时数据, 用Excel 界面操作, 通过VBA 编程和ODBC 数据接口连接SQL Server 数据库,存储报警数据。实现用户任意添加监控参数,自由开关监控报警状态,查询关键参数的实时、历史数据和历史曲线,查看其历史报警记录,实现手动、自动监控,可汇总报警参数、集中处理。此系统比对不同级别报警参数,通过颜色的变换和声音的调用实现差异报警,通知监控人员,并提示其查看对应的专家指南,供操作参考。专家指南功能由用户根据需要自由录入。

6 公用工程系统优化切换及查询系统的具体实现

6.1 调度切换工作简介

    在公用工程能源计量中, 燃料气和循环水存在不定时生产方案切换的需求,即天然气和干气的切换,天然气进脱硫和天然气出脱硫的切换,三循和一、二、四循的切换。本系统需要实现生产方案自动切换,并实现不同生产方案下的数据变化统计,自动保证统计随生产方案的变化而变化。

6.2 设计实现过程

    以Excel 为数据展示区,以VBA 为开发语言,通过对字体颜色的变化实现生产方案的切换。在工作簿的不同工作表之间切换时,通过功能按钮实现数据自动采集、自动更新、自动统计。生产方案切换采用双击指定颜色单元格实现, 每次双击单元格会弹出相应的对话框供用户选择,为防止用户错选,特意将方案按钮根据实际情况量身设计, 只能选择正确的方案功能按钮才会有效,实现了一键式操作、傻瓜式操作。Excel 工作簿每次初始化时(包括重新打开Excel、切换工作表、单击单元格),相关单元格颜色都会同步更新。为方便用户自行定义设置新单元格,将特定的颜色作为模板放在工作表中,只需用格式刷即可设置。

    功能按钮的设计尽量简洁实用,包括自动更新统计数据(每3分钟自动运行一次)、手动更新、调度切换记录及历史趋势图等。

6.3 功能描述

    该系统包含4 个具体功能:

    (1)调度方案动态配置。实现调度方案的随时创建和生成,用户具有动态配置调度方案的功能界面。

    (2) 调度方案自由切换。实现调度方案方便灵活的切换功能,并提供图形化的突出分类显示,便于用户随时查阅当前某公用工程的调度方案。

    (3)相关统计随方案切换而实现自动统计。随着调度方案的变更,相应的计量统计也应发生变更,实现计量统计的自动化,这将大大降低统计人员的劳动强度,提高管理效率。

    (4) 调度方案动态历史查询。由于调度方案会随时发生变化,不同方案下的生产状况也不同,作为历史追溯,调度方案的历史查询必不可少,实现电子化调度方案的查询。

7 公用工程能源计量报表统计平衡系统的具体实现

7.1 能源消耗平衡报表简介

    能源消耗平衡报表的工作是由生产装置或生产运行处节能科的操作人员对自动或手动位号的数据进行录入和确认, 然后由生产处节能科进行数据的审核, 每日的审核后数据将通过统计报表功能生成能耗日报。另外节能科在每月月末,遵循“供需平衡”的原则,以表正常计量的数据为准,并附加相应损耗量。之后对数据分析,根据生产量、公用系统调整、计量表运行实际情况, 逐一对计量数据进行月度平衡。基于平衡后的公用工程数据,生成能耗统计月报;生产运行部门、规划计划处和管理层可以通过统计报表掌握能耗数据,进而指导生产。可以看出,工作量主要集中在数据的收集和报表的平衡计算,耗费人力、物力和时间。所以依托于信息系统便捷快速高效的特性, 将以上工作流程实现电子化,能极大节省人力、物力、提高效率。

7.2 报表架构及实现方法

    能耗报表系统设计立足于原能耗报表模板界面, 根据客户需要制作成日报、周报、月报和临时报表等类型,但报表结构相同,后台数据库相同,所以可实现一个数据源多个报表使用。在SQL Server 中设计并建立数据表, 在Excel 中利用VBA 编写存储过程,并把功能按钮集成到Excel 菜单,方便操作。

    实现在Excel 文件中采集MES 底层数据,查看、修改、保存实时数据。通过手动输入所需的平衡数据,利用此电子化平台,可即时查看平衡结果,并最终生成自动平衡报表。在月报平衡表中,通过后台的自建数据库,用户选取历史时间,即可调取出历史月报平衡表。制作新的平衡表时,选择“PHD 取数”即可调取MES 中历史DCS 数据,再人工录入平衡数值,得到平衡结果,保存后即时写入数据库。通过“图表页面”,可罗列出选择的几个参数单位时间内的历史数据,并生成历史曲线,以便于查看和对比查询。

8 结束语

    公司通过实施公用工程配套功能拓展, 可以有效地提高数据处理的准确性,及时掌握公司公用工程生产和消耗情况,并快速生成报表,从而实现公司能耗的精细化管理。

责任编辑:梁曦
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