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基于紫金桥实时数据库构建石化生产调度管理系统

 

【关键词】:生产调度管理系统 实时数据库 石油石化

 

一、项目背景

 

  根据公司业务和生产管理特点,拟建设一套生产数据实时采集及应用系统,为公司调度管理系统提供很好的支撑,通过科学合理的信息化建设,提升企业的生产管理和决策水平,实现信息处理的准确性、及时性、完整性和高效性。

 

二、企业现状

 

  某化工生产企业具备20万吨/年离子膜烧碱和20万吨/年聚氯乙烯产能,属于石油化工生产企业。建有五套装置,分别是锅炉DCS系统,设置在锅炉房;烧碱DCS系统、VCM DCS系统、聚合DCS系统,都设置在全厂中央控制室中;一套微机综合保护系统,设置在301总降压变电所,此系统独立于DCS系统之外,各系统也都已投入使用。待信息化网络环境搭建完毕后,各装置到办公楼的光纤网络畅通以后,就可以建设信息化应用系统。

 

三、系统结构

 

  系统应采用多级分布式架构,如下图所示:

 

 

实时数据库模块系统架构图

 

四、模块总体设计达到的要求

 

  实时数据库系统具备:

 

  ● 对来自生产过程中的各类实时数据进行及时、高质量采集和集中、稳定存储;

 

  ● 对各种信息进行适当的整合,挖掘和提炼,为信息系统的各种应用程序提供统一的数据来源;

 

  ● 为开放型数据库系统,使基于此平台所有应用软件协同工作;

 

  ● 支持各种桌面应用程序,并能够进行自动数据分析,为用户提供趋势分析报告等实用信息;

 

  实时数据库系统为公司级的数据库系统,是过程信息实时管理的基础架构,将为MES系统及ERP系统的建设提供实时数据支撑。

 

  模块功能

 

  实时数据库作为树脂厂统一的生产数据平台,用于采集、存储和处理大量的过程数据,同时为各种类型的用户、业务系统和生产应用程序提供访问和利用这些数据的便利,使用户可以应用这些数据提高生产力、增加利润、增强业务灵活性。因此,实时数据库具有如下的基本功能要求。

 

  1 数据采集功能

 

  数据采集功能包括:实时数据的采集、实验室分析化验数据的采集以及其它数据源的采集等,包括但不限于:

 

  (1)实时数据的采集

 

  实时数据库应能够与所有主流的集散控制系统(DCS)、可编程控制器(PLC)、电气设备(SCADA)、安全仪表系统(SIS)等过程控制层的设备和数据平台进行无缝连接,实时采集生产过程中的各装置、各罐区等过程数据,建立全厂信息网络数据库。

 

  (2)实验室分析化验数据的采集

 

  实时数据库能够与LIMS系统进行集成,采集非实时的分析化验数据。

 

  (3)其它数据的采集

 

  实时数据库能够提供与其它数据源(如Oracle存储的数据、SQLServer存储的数据、Excel存储的数据或人工录入的数据等)标准通讯模块,采集其它非实时的数据信息,支持其它信息系统应用程序计算结果的输入。

 

  2 数据库存储功能

 

  实时数据库采集上来的数据来源广泛,种类众多,既有来自过程控制层(DCS、PLC)的实时过程数据,也有取自LIMS系统的分析化验数据,以及应用程序产生的结果,数据类型包括模拟量、开关量和字符类型等,因此实时数据库能够将不同来源、不同类型的数据分类进行存储,以便系统能够快速、准确的查询。

 

  (1)实时数据库不仅能够保存实时采集的过程数据,或手工输入的分析化验数据等,而且能够允许用户根据需要对连续变量定义不同的存储周期,保存历史数据;

 

  (2)实时数据库采用先进的数据压缩技术等减少数据存储的臃肿,实现大量数据的长期存储。

 

  3 应用功能

 

  通过本项目的实施,最终可使生产经营管理者能够及时、准确地获取生产相关数据,提高决策科学性,从而避免或减少因决策失误而造成的经济损失。

  基于实时数据,包括但不限于以下展示方式:

 

  ● 实现对生产装置的实时数据采集,同时与上位管理网络进行隔离,阻断管理网络非法用户对控制系统的直接访问;

 

  ● 建立生产实时数据库;

 

  ● 提供流程图组态工具,实现用户对C/S客户端的组态和管理以及在WEB客户端进行WEB流程画面的在线编辑组态和管理;

 

  ● 实现全厂及分装置分单元的工艺流程图监视,实时数据流程画面显示,可仿实际DCS画面,也可定制画面内容;

 

  ● 实现全厂主要温度、流量、压力、液位、质量、计算能耗绩效指标、产量指标、负荷等集中在一张报表和流程图上显示;

 

  ● 动态过程历史曲线:可以方便的展示实时数据的历史变化情况;

 

  ● 生产装置总貌监视;

 

  ● 自动计算罐存量;

 

  ● 装置的物料流量趋势组图应能在C/S客户端及B/S客户端中查询;

 

  ● 主要装置/设备开停车监视并能生成操作记录报表;

 

  ● 自动生成班报、日报、月报、年报等报表,支持手工录入及自定义报表模板;

 

  ● 物料平衡报表(包括全装置、各单元的产品收率计算) ;

 

  ● 装置操作平稳率报表;

 

  ● 历史数据的备份和恢复功能;

 

  ● 对各种生产工艺指标考核的功能;

 

  ● 具有实时计算功能:将需要进行计算的实时数据点,定时计算后存储到实时数据库中;

 

  ● 具有数据断点续传功能,保证数据的稳定传输。

 

五、数采设计

 

  生产数据实时采集及应用系统为四层体系结构:DCS操作站层、数据库层、应用层和表现层。DCS操作站层,是系统的最底层,对于本系统来说,即横河等DCS控制系统;数据库层,是数据采集及存储层,负责采集DCS等装置的实时生产数据及历史数据存储;应用层,是系统的功能层,所有功能都在这一层中,包括系统中的DCS流程图显示、历史趋势、实进报警、各种应用报表等功能;表现层,即实时数据库应用系统的客户端,系统的最终用户,包括厂内办公室的技术管理人员、调度室技术管理人员、总部的领导等办公网内用户。

 

 

  实时数据库接口连接说明

 

  数据采集是实时数据库的重要组成部分,它负责将现场数据实时传送给数据库,将操作数据下送到现场,是数据库服务器与生产控制系统连接的桥梁。如果没有稳定、高效、丰富的数据采集接口,实时数据库只能是空中楼阁。

 

  1.与烧碱DCS、聚合 DCS、 CVM DCS控制系统通讯接口

 

  实时数据库系统与烧碱DCS、聚合 DCS、 CVM DCS控制系统之间通过OPC Server的方式进行通讯。

 

  三套横河控制系统提供OPC Server软件,从该OPC Server中采集数据。

 

  配置一台带有双网卡的PC机作为接口机,其中一块网卡与横河控制系统交换机相连,另一块网卡与紫金桥系统网络相连,在该接口机上安装紫金桥数据采集软件,利用OPC Client接口软件即可将横河控制系统数据采集到紫金桥系统服务器中,具体连接如下图所示:

 

 

  2.与锅炉DCS控制系统通讯接口

 

  实时数据库系统与锅炉DCS控制系统之间通过OPC Server的方式进行通讯。

 

  浙大中控提供OPC Server软件,从该OPC Server中采集数据。

 

  配置一台带有双网卡的PC机作为接口机,其中一块网卡与浙大中控控制系统交换机相连,另一块网卡与紫金桥系统网络相连,在该接口机上安装紫金桥数据采集软件,利用OPC Client接口软件即可将浙大中控控制系统数据采集到紫金桥系统服务器中,具体连接如下图所示:

 

 

  3.与微机综合保护系统通讯接口

 

  实时数据库系统与微机综合保护系统之间通过MODBUS Server的方式进行通讯。

 

  微机综合保护系统提供CDT、MODBUS Server、IEC 104通讯接口,数据量不到300点,采用MODBUS通讯,从该系统MODBUS Server中采集数据。

 

  配置一台带有双网卡的PC机作为接口机,其中一块网卡与微机综合保护系统交换机相连,另一块网卡与紫金桥系统网络相连,在该接口机上安装紫金桥数据采集软件,利用MODBUS Client接口软件即可将微机综合保护系统数据采集到紫金桥系统服务器中,具体连接如下图所示:

 

 

  网络系统安全

 

  本系统使用铺设的光纤网络,单独配置网络地址,形成独立的局域网。本系统与DCS工程师站之间只进行简单的数据上行通讯,用各数采机形成网关,只保留数据采集所需端口,其它端口全部禁用。

 

六、实施效果

 

  通过调度管理系统的运用,完全摆脱了以前各个分厂独自生产、出现问题后才逐步分析原因的现象。总厂和各个分厂调度室可以及时了解生产工艺的各个参数的变化情况,及时对相关工段作出生产调度,使事后弥补变成了事前的预防,大大提高了生产效率,减少了不必要的损失,并且为各个工段的考核提供了数据依据。公司管理者通过IE的浏览,也可以实时了解生产的情况,更快的掌握第一手资料。该系统的运行,还为企业信息化的进一步建设打下了扎实的基础,从管理的角度大大地提高了企业的竞争力。

 

七、部用户功能展示