0 引言

    長慶石化公司十分重視工業信息化系統的生產數據處理分析，早在2005年就通過與北京中海迅通科技發展有限公司合作，搭建了一套在.NET環境下基于J2EE架構開發的一個生產管理信息系統（簡稱MIS），它由生產管理、裝置操作、油品運行、化驗查詢、系統管理五個部分組成。通過各生產崗位人員手工將生產重要數據錄入系統來實現數據處理分析，生成報表，為管理層和技術人員分析生產情況提供支持。然而該系統未建立與DCS、PLC系統的接口，因此存在無法自動采集實時生產數據，對生產情況的分析無法做到及時全面準確。

    2009年5月，中國石油煉油與化工運行系統（簡稱MES）將長慶石化做為第二批推廣單位開始實施。該系統采用了霍尼韋爾公司的MES（Manufacture Execute System）作為工廠信息化的基礎結構，將生產過程數據、物料數據等各種數據采集、存儲并處理加工成新的信息資源，通過網上生產實時系統提供給管理、銷售、技術等各層次人員，解決了各個部門信息不一致的問題，幫助他們做出及時有效的決策。建立MES系統，首先就是要建立實時數據。霍尼韋爾過程歷史數據庫PHD（Plant History Database）做為MES系統的一個子模塊，也稱作實時數據庫，是生產信息化工作的基礎，確保了其他信息系統模塊能夠發揮作用。PHD將工廠裝置的溫度、壓力、液位、流量等實時信號值傳輸并保存到實時數據庫，通過內置的與其他模塊的接口，完全保證了數據采集的及時和準確性，技術人員和管理層可以及時地掌握生產現狀及以前的生產過程，更好地組織、指揮生產，提高績效，這對長慶石化公司的生產運行產生了積極的作用和重要的影響。

1 系統功能實現

    PHD系統是MES系統的底層模塊，主要用于存儲和管理生產實時數據和歷史數據，為MES的上層模塊提供準確和完整的基礎數據，主要由數據采集、數據存儲與處理和桌面信息展示 3 部分構成。PHD技術架構圖如圖1所示。

圖1 PHD技術架構圖

1.1 網絡架構設計

    要建立PHD數據庫系統，首先應該搭建好一個基礎網絡平臺，經過前期的調研，長慶石化公司生產過程控制系統共有催化原料預處理、常減壓、催化裂化、加氫裂化、制氫、重整PSA、二聯合裝置、硫磺回收、連續重整等9套DCS系統，輕質崗、原油崗、液化氣站等3套外圍小型PLC系統及15萬方罐區1套總線系統需要接入實時數據庫進行數據采集。

    我們根據數采實際需求搭建生產網絡，DCS、PLC系統交換機、Buffer數采機、生產網匯聚層交換機、核心交換機、專網防火墻等硬件設備通過生產網將采集數據上傳至位于辦公網絡的PHD服務器，PHD服務器又作為MES的服務器群中的一臺將生產數據傳送給其他應用服務器進行數據分析，最后通過WPKS服務器提供給終端用戶，根據裝置實際分布情況我們設計鋪設了4條冗余生產鏈路到相關裝置的機柜間，建立了三級交換的MES生產網。

    由于生產網絡安全性極高，數據采集后要傳送至辦公網絡的PHD服務器存儲處理，因此，考慮到系統可能感染病毒等不安全因素，我們在Buffer機上做了數據采集設定，只允許從DCS、PLC系統中單向取數，不允許往DCS、PLC系統中寫數。另外在網絡設備方面，我們采用了一臺Juniper Netscreen 50網絡防火墻，設置單向數據傳送，開放PHD服務器與Buffer機之間的固定通訊端口，包括Oracle的1521端口和RDI的專用端口542**，開放Buffer機與OPC通過135端口等等安全策略，保證生產網絡的安全。

1.2 數據采集實現方式

    1.2.1 PHD服務器和Buffer機搭建

    PHD數據庫最重要的功能就是實現數據的采集，數據采集主要的設備是PHD服務器和Buffer機。根據網絡設計要求我們在辦公網MES服務器群中搭建了一臺PHD服務器，在13套裝置的現場機柜間搭建了Buffer數采機。其中Buffer機作為數據緩沖區，承擔了從DCS、PLC系統將數據傳送給PHD服務器的任務，是數據采集重要的中間環節，Buffer機采用了雙網卡設計。

    1.2.2 Buffer機與DCS通訊配置

    長慶石化公司過程控制主要采用ABB AC800F DCS系統、ABB AC460 DCS系統、西門子S7-300 PLC系統、Modicon PLC系統、Bristol Babock PLC系統及SAAB總線系統。各套系統基本支持標準的OPC 2.0接口對外通訊，因此我們采用OPC底層通訊方式。將Buffer機作為DCS、PLC的一個終端操作站，并在上面安裝相應系統廠家的OPC Server軟件或者使用第三方廠家的OPC Server軟件如Matrikon公司的OPC通信軟件MatrikonOPCSimulation。但長慶石化公司的ABB Freelance 2000 DCS系統比較特殊，需在DCS的工程師站上進行組態配置，作為專門的OPC Server站，然后安裝F2K OPC Server軟件。

    此外，雖然長慶石化公司Buffer機軟件和OPC Server軟件都安裝在一臺終端電腦上，但是為了實現Buffer機與OPC Server的本機通訊還得進行DCOM配置（分布式組件對象模型）。配置完成后進行連接測試，在連接的時候需要在Server Node一欄填入DCS操作站的IP,刷新清單（Refresh List）查找DCS提供的OPC服務，成功搜到服務，連接可得到動態數據（與在DCS操作相同），說明測試成功，Tag列表所顯示的Value應該和DCS畫面上一致。

    1.2.3 數據采集傳輸方式

    根據PHD技術架構圖，Buffer機作為數據緩沖區，將DCS、PLC采集的數據存儲在自己的數據庫中，然后將數據傳輸到與它連接的PHD服務器。

    霍尼韋爾的Uniformance PHD作為一體化應用平臺提供了連接多種系統的產品化接口RDI（Realtime Date Interface），RDI是PHD系統采集傳輸實時數據的通道，也是Buffer機與PHD服務器之間交換數據的通道。長慶石化公司實時數據庫采用了PHD-PHD的數據采集傳輸模式：首先將PHD服務器配置成Shadow PHD服務器，即主PHD服務器；然后在各裝置現場的Buffer機上配置Buffer PHD，作為遠程PHD，兩臺PHD采用相同的安裝配置，它們使用相同的關系數據庫；然后通過RDI接口配置文件分別給遠程PHD和主PHD服務器配置相關聯的IP地址和RDI端口，這樣Shadow RDI與Buffer RDI建立傳輸通道，RDI接口需要用到固定的偶數端口來實現數據通訊，該偶數端口不能重復且不能與系統常用端口沖突，必須根據RDI接口數量合理的規劃，長慶石化公司的RDI端口從54200開始依次往上增至54224。遠程 PHD通過本機的Buffer RDI實現與本機的OPCServer的通信，數據被采集并保存到 Buffer PHD中，Shadow PHD通過Shadow RDI取得 Buffer PHD中的數據，完成了數據PHD-PHD模式的傳送，也完成了PHD的實施流程。數據傳輸流程圖如圖2所示。

圖2 數據傳輸流程圖

1.3 數據模版及流程圖定制

    在完成了Buffer機和PHD服務器之間的數據通訊功能后，需要進行監控位號的數據庫錄入和流程圖的繪制、數據鏈接工作，以便于終端用戶查看實時數據。在此過程中，需要導入大量的監控位號配置信息，如果完全依靠手工方式添加，必定耗費大量的時間和精力。Honeywell提供了集成在 PHD Configuration Tool 中的批量導入位號配置信息的工具 Tag Loader。該工具可以批量導入CSV格式的位號配置文件。我們只需要將裝置監控位號的相關參數輸入設計好的PHD數據模板即CSV格式的位號配置文件，就可以一次性完整導入數據庫。PHD數據模板包含Tagname、SRC_TAGNAME 等 7 個 字 段，Tagname代表PHD系統的位號名，最重要的是SRC_TAGNAME 字段，表示數據源位號（一般為OPC），PHD根據該位號周期性讀取數據，需要特別注意的是只有符合格式要求的CSV文件才能順利導入PHD數據庫中。各個監控位號的參數如果日后發生變動，也可通過單獨更改CSV文件中該位號的參數信息覆蓋導入或者通過數據庫管理工具Uniformance單獨更改該位號的參數信息。

    為了將采集的實時數據顯示在流程圖上便于查看，我們還需要使用Honeywell的HMIWeb Display Builder軟件繪制流程圖，可以通過制作模版將不同裝置的同類設備都可以抽象成統一的模板從而繪制出流程圖。最后將監控位號鏈接到流程圖上的顯示位置即可。

2 PHD系統在桌面平臺的具體應用

    PHD系統中實時數據庫采集到的數據通過應用服務器的處理后，通過WPKS服務器在網頁中顯示出來，用戶可以通過 B/S方式看到各種應用結果，如各裝置流程圖的實時數據、歷史趨勢，各種工藝參數的考核指標等等，為工藝技術人員和管理層提供可靠的數據支撐。

2.1 工藝流程圖及趨勢查看

    流程圖是PHD模塊最直觀的應用，可以將DCS、PLC系統中的生產實時數據通過鏈接到MES平臺中進行點擊瀏覽，顯示在模擬流程圖中，讓各個裝置相關工藝技術員和負責人在辦公室就能詳細了解到裝置目前的運行狀況，為生產管理提供了參考。功能上，除了能查看實時變化的數據外，還能查看具體某個位號的簡單趨勢圖。如果想進一步觀察該位號或多個位號的趨勢走向，可以打開復雜趨勢功能圖。在該功能圖上可以查看某個位號在一段時間內的趨勢，該時間跨度可由用戶自由設定。還可以標記某個位號趨勢圖上數據點及相應數值，將多個位號同時顯示在趨勢圖中以作對比，利用游標功能，可以在趨勢線上滑動以觀測位號數值的變化，勾選“3D”功能按鈕還可以查看3D效果的趨勢圖。

2.2 電子工藝臺賬

    工藝臺帳由管理人員根據事先設定好的臺帳內容為模版，設定完成后，除非更改參與計算的工藝指標，否則以后無需進行重新設定。工藝臺帳可以根據時間生成，以滿足生產管理的需要，工藝臺帳生成后，可以導出Excel文件保存。

2.3 平穩率設定

    根據采集上來的實時數據我們可以設定某一個位號的數值上限和數值下限，監控某個位號是否超出規定的上先限值，從而達到考察裝置在某個班組的運行情況。該功能類似于石油化工行業中常用的“工藝卡片”功能，可以將“工藝卡片”電子化，提升生產管理效率。利用該功能可以很清楚的看出某一時刻，裝置哪些位號發生了偏差，哪些位號曾經發生了偏差。只要曾經發生過偏差，當發生偏差時，可以查看該位號簡單走勢圖，直觀地了解偏差發生時的具體情況。

3 應用的實際效果

    首先，作為DCS的輔助查看工具，PHD數據庫系統方便了技術人員和管理層在辦公室實時了解生產操作狀態，PHD將DCS數據按照2分鐘一次的頻率采集到服務器，技術人員在辦公室查就能看到工藝流程圖上每個位號的最新生產數據。

    其次，由于通過PHD數據庫，系統將采集的數據存儲，并進行校正、補償，剔除跳變值、死值，確保數據的高可靠性，可作為生產分析的依據。因此，技術人員可使用電子工藝臺賬根據設定時間導出工藝參數報表，制作周報月報，進行數據統計分析和上報。另外可使用平穩率設定功能作為考核操作工對裝置生產工藝操作的依據，極大的提高了生產調控的管理。

    最后，PHD系統完善了數據的歷史記錄，在DCS中由于數據量很大，單單通過DCS控制器的緩存和上位機的硬盤存儲，很快就會空間不足，因此長慶石化公司的DCS系統只能記錄最近15天的歷史數據。這對于技術人員和管理層往往需要查看某個位號的1個月甚至更長的歷史數據和趨勢是遠遠不夠的，而霍尼韋爾的實時數據庫軟件可以將數據進行壓縮，并且PHD服務器將數據存儲在大容量的服務器磁盤陣列上，然后按照調度計劃設定存儲在了HPMSL6000磁帶機內，保證了數據查詢最長可以達到3個月，有利于技術人員和管理層對一段時間數據的分析和制定生產決策。

4 結束語

    總的來說，PHD系統作為MES的一個子模塊，發揮了承上啟下的作用。在13套裝置投用后，數據通訊可靠，未出現影響相關軟件取數的情況，整套系統實現了應有的數據采集、存儲及桌面應用等功能，同時可以很好地和LIMS系統、物料平衡、運行管理、物料移動等模塊兼容和數據交換，達到了預期效果，很好地為生產操作服務。 

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本文標題：長慶石化PHD系統的功能實現及應用

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