基于GE Proficy Historian實時歷史數據庫的計控指標管理系統(tǒng) 摘要: 本文針對化工企業(yè)的計控指標管理，提出基于GE Fanuc的Historian實時數據庫的解決方案框架，建立了計控指標管理系統(tǒng)。運行表明，該系統(tǒng)能夠很好地管理化工生產過程參數，為提高企業(yè)的控制水平、質量指標提供有力的幫助。
關鍵字：實時歷史數據庫、MES、計控指標
引言 MES系統(tǒng)（生產管理系統(tǒng)）是為企業(yè)實時生產過程綜合優(yōu)化服務的生產過程實時管理和監(jiān)控的信息系統(tǒng)。MES系統(tǒng)的定義強調:第一，MES系統(tǒng)是針對全廠生產管理系統(tǒng);第二，生產管理的實時性，它要求MES系統(tǒng)能夠利用
DCS提供的原始數據，完成進行生產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據。 在現代大型化工生產企業(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，把單元生產信息與企業(yè)經營管理信息有機的結合起來，以進一步降低企業(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，揚農化工集團根據“性能分析”模塊的定義以及自身的實際要求，基于GE Fanuc的實時數據庫(Historian)，開發(fā)了計控指標管理系統(tǒng)，提高了企業(yè)的生產管理和降低運行風險、提高產品質量。
1.揚農現有的DCS狀況 揚農化工集團的DCS建設從1997年開始，九年來，經過不斷地發(fā)展，現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CS3000三個系列產品。八套DCS現場數據采集約共有5000點，主要監(jiān)控生產裝置的溫度、液位、壓力、電流、汽液流量、PH值等指標。長期以來，八套DCS系統(tǒng)均在生產現場獨立運行，相互之間數據缺乏共享，無法進行系統(tǒng)間的對比、關聯(lián)分析，工藝設計人員也無法對數據進行實時、有效的處理，不利于工藝調整和技控點的不斷優(yōu)化。 為此，實施揚農化工集團決定在公司范圍內進行DCS系統(tǒng)聯(lián)網，開始分步實施MES系統(tǒng)，實現系統(tǒng)之間的數據共享和實時分析、優(yōu)化。
2.實時歷史數據庫平臺的搭建 2.1實時數據庫 MES系統(tǒng)核心是一套強大的實時數據庫，可實時采集DCS等控制系統(tǒng)得數據，其采用的非傳統(tǒng)數據庫模式可長時間保存數據，輕松達到超過3年的存儲設計并利用靈活的簡單的查詢方式實現快速查詢。 揚農化工集團現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)進行監(jiān)控分析，而DCS系統(tǒng)上的歷史數據存儲能力有限，同時也不能滿足將多套DCS系統(tǒng)的數據共享的目的。為此，基于采集速度、存儲能力、操作安全等多方面的考慮，采用實時歷史數據庫作為數據采集平臺，并選購了GE Fanuc的實時歷史數據庫Proficy Historian 3.0。 Historian實時數據庫是由美國GE Fanuc 公司開發(fā)，具有分布式的數據采集，C/S結構，可在多種環(huán)境下運行，高效的數據存儲方式，具有豐富的客戶端數據處理和分析工具，可擴展的數據協(xié)同應用，并且提供ODBC/JDBC/OLE DB接口以及工業(yè)標準規(guī)范OPC和DDE，提供圖形化的應用開發(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)底層控制網絡和上層管理信息系統(tǒng)網絡連接的最佳選擇。IH實時數據庫是一個模塊化軟件系統(tǒng)，主要分為客戶端模塊和服務器端模塊，客戶端模塊負責實時數據的采集，服務器端模塊負責數據采集設置、壓縮、存儲等工作。
3.基于實時歷史數據庫的計控指標管理系統(tǒng) 3.1揚農化工集團計控指標管理系統(tǒng)網絡配置 揚農化工集團計控指標管理系統(tǒng)網絡采用1000 Mbps以太網作為MES通訊網絡主干技術，實時數據庫服務器和其它應用服務器(如過程管理容錯服務器)通過1000Mbps端口與核心
交換機連接,與現場OPC服務器相連則通過另外的1000M網卡和現場生產交換機實現。各類應用站(如調度站、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，網絡結構為冗余星型拓撲結構，從而保證數據通訊的可靠性。
圖1為計控指標管理系統(tǒng)網絡配置圖 3.2 Historian數據庫的實施 (1) Historian數據庫系統(tǒng)模塊的選購 根據揚農化工集團的實際要求，選購了基于Microsoft Windows的5000點的Historian數據庫系統(tǒng)，同時選用了IH API作為應用程序的開發(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)采集數據，后者用于生產流程畫面的繪制和組態(tài)。此外，采用Historian-API函數組完成了計控數據轉換。 (2)實時數據的采集接口站的配置 在DCS現場一或多臺工控機組網作為DCS工作站作為接口站，從中選取一臺安裝雙網卡和OPC接口，成為OPC服務器，并通過第二塊網卡與實時數據庫服務器聯(lián)接，向其實時傳送現場參數。 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據庫的OPC 連接器(Client)進行數據采集。 對于橫河系統(tǒng)，由于不方便直接在現場安裝客戶端，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，對于實時歷史數據庫，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中采集數據。這樣做有兩個好處，一是減輕Historian服務器的負荷以及保證DCS的安全，二是當DCS與Historian服務器的通訊中斷時，接口機將保存數據，并在通訊正常時再將數據送至Historian服務器。
3.3 計控指標管理系統(tǒng)的搭建 (4) 計控指標管理首先要將現場的各裝置進行監(jiān)控，然后再對計控點進行管理，現場裝置畫面監(jiān)控采用GE Fanuc 的Proficy Portal軟件，將現場的DCS畫面進行重新組態(tài)，優(yōu)化，以便生產管理人員進行監(jiān)控。
圖2 江蘇揚農化工集團生產管理系統(tǒng)主畫面 (2)計控數據的監(jiān)控轉換 由于實時數據庫的存儲格式是專有格式，要有效利用實時數據，必須對計控點進行轉換，并存放在關系型數據庫中，以便進行分析和查詢，為此，我們采用VC++和Historian API開發(fā)了后臺計控指標監(jiān)控程序，當相關的計控指標超過設定值，自動記錄超標的時間，最大值、最小值等信息到關系型數據庫。 (3)計控指標管理 生產現場的計控指標動態(tài)數據通過后臺監(jiān)控程序發(fā)送到業(yè)務數據庫后，就可以對其進行統(tǒng)計分析，我們對每設備、每班組計控指標的超標信息、超標原因、合格率等 進行統(tǒng)計分析，并將其作為生產考核的依據。對于超標原因的分析采用人工和自動方式，當指標超標時，IH數據庫軟件能知道是在什么時候超標的，但它不知道為何超標。為了完整地記錄指標的運行信息，自動方式是指系統(tǒng)能根據超標的原因自動判斷相關原因并進行記錄，不能自動判斷的采用人工錄入，操作人員從下拉式超標原因表中，選取超標的原因，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的數據。 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)對其進行匯總分析，自動產生相應的計控指標報表，系統(tǒng)采用Powerbuilder 進行開發(fā)。
圖3 計控指標管理系統(tǒng)畫面 4.應用效果 揚農化工集團自06年3月起，生產調度部門部署了該系統(tǒng),用于監(jiān)控生產現場各裝置的生產運行情況,改變了以往調度員要到現場了解生產的傳統(tǒng)生產管理方式,提高了對生產系統(tǒng)的響應速度，加快了上下游生產線的協(xié)調速度。 各分廠也已聯(lián)入該系統(tǒng)中，實時監(jiān)控生產現場情況，對生產中存在的問題進行及時的了解和分析。當計控指標超標時，現場人員及時錄入超標原因。管理層根據對計控點超標原因的分析，對現場設備運行狀況及時了解和并進行針對性的預防性維護。 同時，各分廠基于此系統(tǒng)，根據計控指標運行的實時記錄對操作工進行考核。由于數據全部自動采集和計算，保證了考核數據的準確性和真實性，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，明顯提高了產品質量，降低了設備的異常停機時間，使企業(yè)獲得了較好的經濟效益。
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