一． 概述 中國石油大慶石化公司，是中國石油天然氣股份有限公司直屬的地區(qū)分公司，從事煉油、化工、化肥、化纖生產的特大型石油化工聯合企業(yè)?，F有6個生產廠，2個輔助生產廠。公司擁有生產裝置131套，年原油加工能力600萬噸，年產乙烯48萬噸，聚乙烯36萬噸，腈綸纖維6萬噸，合成氨33萬噸，尿素56萬噸，可生產60種151個牌號的石油化工產品。 大慶石化公司的前身大慶石油化工總廠，是我國較早的石油化工企業(yè)之一，也是我國重要的石油化工基地。大慶石化公司在緊抓生產建設的同時，也非常注重信息化建設。 全球信息技術飛速發(fā)展,尤其是因特網的出現和應用的普及,使得信息技術得以迅速滲透到經濟社會的各個領域,標志著人類進入了信息化時代。信息資源已成為與材料和能源同等重要的戰(zhàn)略資源；信息技術正以其廣泛的滲透性和無與倫比的先進性與傳統(tǒng)產業(yè)結合；信息產業(yè)已發(fā)展為世界范圍內的朝陽產業(yè)和新的經濟增長點；信息化水平已經成為現代化企業(yè)水平和綜合實力的重要標志。大慶石化公司經過多年的努力，在信息化建設中已取得了很大進步，如辦公自動化，電子商務。尤其是生產過程自動化，經過多年努力，大慶石化公司全面實現了DCS自動化改造。但是在實現全廠信息化建設之前，還存在如下問題： 1） 生產數據沒有有效共享，因而對影響生產過程的主要因素缺乏有效的監(jiān)控手段。雖然公司的主要生產裝置都安裝了DCS，但絕大部分裝置的數據只能顯示在裝置的操作站上，而沒有采集到公司或分廠的辦公系統(tǒng)中。這樣我們只有到各生產裝置的控制室，才能觀察到生產數據，在分廠的調度室，辦公室，或公司領導，都無法直接看到現場的生產數據。如果出差在外，想了解一下生產情況就更是無能為力了。在當今互聯網把大千世界聯在一起的今天，不能不說是一種遺憾！ 2） 分散的“信息孤島”無法進行集中化管理。由于各裝置信息封閉，即使在同一分廠，由于采用的是不同廠家，或同一廠家不同型號的DCS，彼此間沒有數據通訊手段。這致使生產管理的各個環(huán)節(jié)脫節(jié)，生產管理部門不能及時、有效地了解生產狀況，指導組織生產，造成了一定的浪費。 3） 沒有長期的歷史數據存儲。隨著存儲介質價格不斷下降，保存海量歷史數據不但是必要的，而且是現實的。而DCS本身的歷史數據存儲能力一般都比較有限，而長期的歷史數據有助于事故診斷。 4） 質量信息反饋滯后，導致加工成本增加?；灁祿苯臃从成a的質量情況，對指導生產具有非常重要的意義。先前這些數據主要通過手工報表形式報送生產管理部門，造成信息遲滯，并且不利于對比分析。因此及時準確地將質量數據反饋給裝置操作人員和生產調度人員，可以保證有效地控制生產質量、降低生產成本。 5） 無法實現全廠信息瀏覽。如何讓公司領導用統(tǒng)一平臺直觀的看到各分廠的生產報表，統(tǒng)計數據，對于領導決策非常重要。 通過上面的分析，我們不難看出，如何將分散的“信息孤島”有效地連接起來，實行網絡化、集中化，將生產過程數據與生產管理系統(tǒng)有機連接起來；把生產過程信息、原料消耗、過程產品產量、產品產量、能源消耗、設備狀態(tài)等科學地分類，提供給管理層數據庫，從而減少人工操作，提高管理層數據庫的準確性，提高公司的控制力和控制質量。同時也能夠使企業(yè)的先進控制、優(yōu)化計算，流程模擬等更加方便。 二． 實施方案 公司信息化內容很多，如裝置達標，LIMS，質量統(tǒng)計，價格管理，成本核算，生產信息化。其中生產信息化是整個系統(tǒng)的基礎，由于篇幅的限制，這里著重對其進行介紹。 實時數據庫是整個信息系統(tǒng)的核心，實時數據庫軟件采用大慶紫金橋公司自己開發(fā)的 “紫金橋實時數據庫”。該實時數據庫在公司多個分廠有過成功應用。關系庫采用的是SQL Server。 整體結構如下圖所示： 由上圖可見，整個結構分為四層，第一層為公司級實時數據庫；第二層為分廠級實時數據庫，每個分廠一臺；第三層為分廠的前端數采機；底層為過程控制計算機。下面對各層計算機功能予以說明。 過程控制計算機：完成控制監(jiān)視功能。大慶石化公司控制計算機種類較多，可分為DCS、ESD、PLC、智能表等，但主要是DCS。 前端數采機：進行數據采集，與過程控制計算機通信，將數據緩存并傳送給分廠級實時數據庫。前端數采機將各種類型的過程控制計算機的實時數據匯總，通過以太網統(tǒng)一送往分廠級實時數據庫，也可以在上游網絡故障時，暫存一段時間的歷史數據，當網絡恢復時，將數據轉存到分廠級實時數據庫。 分廠級實時數據庫：用于分廠生產數據緩存、歷史存儲、數據計算等。具體包括： 1 在這里可以對實時數據進行校正、補償、累計、統(tǒng)計等計算。 2 可以對各車間數據進行橫向比較分析。 3 也可以在此完成設備運行情況統(tǒng)計，裝置物料平衡計算，生成質量分析報告，或其他統(tǒng)計報表等。 4 分廠內的其他計算機可以通過該服務器對裝置的實時數據、歷史數據、統(tǒng)計數據進行查看。 5 通過該服務器上的Web服務器，可以直接通過IE瀏覽器瀏覽各種生產數據。 6 與公司級實時數據庫通信。將公司關心的重要生產數據上傳到公司級實時數據庫中。 7 該服務器還要作為用戶登錄服務器。只有有相關權限的用戶才能訪問該服務器中受保護的數據。用戶登錄要在該服務器上驗證。 公司級實時數據庫：分廠重要生產參數緩存、歷史存儲等。另外還包括如下功能： 1） 分廠數據橫向比較、統(tǒng)計、分析。 2） 作為Web服務器，該機器有固定IP，可以在互聯網上通過IE瀏覽器訪問該服務器的實時數據、歷史數據等。 3） 該服務器可以作為分廠服務器的代理Web服務器，通過該服務器可以在互聯網上間接訪問分廠數據。 作為登錄服務器。訪問該服務器數據的用戶要經過該登錄服務器的驗證。訪問分廠數據還要經過分廠級數據庫用戶驗證。 三． 數采方案 1． 概述 數據采集是實時數據庫的重要組成部分，它負責將現場數據實時傳送給數據庫，將操作數據下送到現場，是數據庫服務器與生產控制系統(tǒng)連接的橋梁。如果沒有穩(wěn)定、高效、豐富的數采接口，實時數據庫只能是空中樓閣。 紫金橋軟件具有豐富的I/O接口，能夠與各種DCS，PLC，智能儀表通過多種連接方式，如以太網、串口、撥號等。并支持DDE、OPC、設備專有通信協議等。同一數據庫可以同時與任意多種驅動程序進行通訊。下圖為數采結構圖。 圖中的I/O驅動就是各種數采接口。 本項目的關鍵是實現各分廠生產裝置的數據采集。由于大慶石化公司分廠很多，自控裝置種類繁多，有大量的DCS、PLC、智能表等。通信方式多種多樣。如有的通過OPC，有的通過DDE，有的是廠家專有協議；網絡連接方式也很多，如以太網、串口、現場總線等。 2． 關鍵問題 辦公網與控制網隔離 保證自控裝置的安全是致關重要的。為了保證控制網的獨立性，辦公網與控制網間是完全隔離的。實時數據庫運行在辦公網一側，為了安全的與控制設備通信，我們采取了多種措施。 1）在控制網與辦公網分別設置數采機，數采機間通過串口相連，這樣能夠有效的防止網絡病毒侵入。 為了提高串口的通信速度可以將兩臺前置數采機器放的很近，這樣可以將串口通信速度設的很高如112K。對于較遠的可以采用485方式通信。 2）機器配置兩塊網卡，一塊網卡與控制網相連，一塊與辦公網相連，而且兩塊網卡處于不同網段。除了數據通信用到的端口號，其余通信端口都禁止掉。并且裝好防火墻，保持防病毒軟件及時自動更新。 3） 數據集中到VAX/ALPHA機，以VAX/ALPHA為橋梁實現辦公網與控制網相連。VAX/ALPHA運行的是VMS操作系統(tǒng)，安全性較高。并且很多裝置的上位機是VAX/ALPHA，所以通過VAX/ALPHA為中轉，是比較方便的。 斷線數據自動恢復 由于大慶石化公司裝置很多，距離較遠，再加上現場干擾多，所以網絡通信并不是十分可靠，網絡故障時而發(fā)生。紫金橋實時數據庫具有斷線后數據自動恢復功能，即當網絡出現故障時，前端數采機能夠自動將數據保存起來，當網絡恢復時將歷史數據插入到遠程實時數據庫。利用該功能，就不必擔心歷史數據缺失了。 手工數據錄入 為化驗人員提供化驗數據計算處理和錄入界面，以便將生產化驗數據收集到實時數據庫。紫金橋實時數據庫有專門的人工錄入記錄點和操作界面，能夠保證用戶在合理的時間范圍內錄入數據，并將數據按照填寫的時間插入到歷史數據庫中。對于超期沒有錄入的數據給出報警。 四． 生產管理信息系統(tǒng)帶來的好處 1) 及時了解生產動態(tài)。分廠級管理人員隨時了解生產裝置、公用工程運行狀況，包括監(jiān)控點的溫度、壓力、流量等實時數據；物料和能源動力消耗數據、產品產量和質量數據。各級人員及時準確掌握生產動態(tài)，對生產過程中出現的問題及時做出處理，以保證生產安穩(wěn)運行。 2) 實時數據庫作為控制系統(tǒng)和上層管理系統(tǒng)的中間層，起到承上啟下的作用。其將各控制系統(tǒng)的數據集中起來，以統(tǒng)一的形式存放，實現了有效的數據共享。由于實時數據庫支持各種開放接口，如OPC、DDE、OLE等，因此保存在實時數據庫中的數據可直接為先進控制、優(yōu)化控制、流程模擬的數據源。另外、也可以將與上層管理系統(tǒng)相關的數據，轉儲到關系數據庫中，以實現高層次的生產記錄管理。 3) 實現長期歷史存儲。一般DCS中歷史數據保存時間較短，尤其是早期投用的DCS，外存較小，無法長期保存大量的，快速變化的歷史數據。而通用的實時數據庫具有高效的存儲策略，再加上廉價的大容量的存儲介質，可以將重要的生產參數長期保存，現在各裝置歷史數據可以保存10年。 4) 提供多種數據查詢、分析手段。通過查詢工具可以快速查詢生產實時數據、歷史數據；分析工具可以對產品的生產質量進行評定，給管理者決策提供幫助；統(tǒng)計工具，可以對數據進行橫向比較，也可以對數據的歷史情況進行分析。 5) 與桌面工具集成?？梢詫⑸a數據引入辦公軟件，如Excel，Word等，可利用辦公軟件的圖表、分析工具對生產數據進行統(tǒng)計、分析、報表等。 6) 實現了Web瀏覽。無論何時何地，只要有互聯網，就可以隨時查看各裝置的實時生產數據，歷史趨勢，統(tǒng)計報表等。而且在機器中不必預先安裝實時數據庫軟件。 7) 通過數據庫瀏覽器，可以對分廠的數據、報表、流程圖、趨勢進行查看。只要分廠的數據庫是開放的，有權限的用戶都可以訪問，并且無需將組態(tài)內容復制到本地，紫金橋數據庫具有自動搜索功能，能夠自動找到網內的所有實時數據庫。 8）只要權限允許，可以在客戶端瀏覽數據的同時，在線修改點組態(tài)、畫面、報表、趨勢，并能上傳到實時數據庫。 五． 結論 通過信息系統(tǒng)的集成，實現整個公司作為一個整體意義上的信息系統(tǒng)，使得各個分公司實現信息共享，減少重復工作，打破信息孤島現象，提高了工作效率。 紫金橋實時數據庫自投用以來，運行穩(wěn)定，采集速度快，歷史保存時間長，是信息化建設中的好幫手。