1 概述
現有的化工油品罐區一般都有SCADA系統(數據采集與監視控制系統)，該系統基本上可以滿足罐區生產過程自動化的日常需求。但是，綜合自動化水平的提高單純依靠對生產過程控制系統進行更新改造并不能取得實質性的效果，它僅僅是整個生產系統的末端單元，不具備高層次的管理、分析、決策能力。因此為滿足有效提升罐區儲運生產管理自動化水平的要求，有必要在所需的控制系統架構之上，引入并構架以罐區生產執行系統(Manufacturing Execution System，簡稱MES)為核心的罐區綜合自動化體系。
從目前大多數的管理應用系統來看，大多數儲運罐區的上層管理應用系統與生產工藝脫節，這些系統僅注重罐區業務的產生過程與最終結果。而對于業務作業的具體過程信息不關注或者滯后，從而造成企業整個儲運過程中很難進行精細控制和成本控制；很難針對儲運過程的信息變化改變業務處理的具體策略；當企業規模逐漸增大、業務功能逐漸擴展時，具體儲運工藝管理的難度也將呈幾何級數增長。MES系統的引入可以使罐區儲運的管理提升一個臺階。
2 MES系統介紹
以罐區生產執行系統(MES)為核心的罐區綜合自動化整體解決方案，通過規范生產指令和物料移動操作流程，采用控制系統的精確數據，對生產活動進行及時引導和控制，對隨時可能發生變化的生產狀態和條件做出快速反應，監控、管理罐區的生產活動，重點消減不會產生附加值的活動，從而推動有效的工藝運行和過程。本系統能夠有效地改善油品移動、調度指揮、設備運行、統計查詢、及時交貨、庫存周轉、毛利和現金流通等性能。整個罐區的生產活動以及供應鏈中以人物作為關鍵因素的信息，以上層企業資源計劃系統(ERP)和物流系統所制定的訂單或者計劃為驅動，通過雙向交互，對生產提出要求，通過底層實時控制系統信息及時響應罐區生產活動，又可以完成罐區各種業務活動的管理，使企業的信息技術向過程集成和企業集成發展。其主要特點如下：
(1)全面實現罐區業務處理和管理活動信息化、標準化和規范性的管理；
(2)通過合理的授權機制訪問控制系統實時數據、狀態監視，從而實現歷史數據的統計、查詢、分析、處理等功能；
(3)根據生產需要，優化選擇作業路徑，模擬作業流程，有效地避免誤操作；
(4)結合敏捷物流理論，保證各種業務數據、業務作業同步監控數據的高可靠性、時效性和全面性，從而實現罐區精細管理和提高罐區生產力；
(5)采用工藝流程管理與業務數據管理相結合、計劃控制與流程控制相結合的管理模式，確保罐區管理在事務層和生產層均得到有效管控；
(6)通過實時狀態監測，依靠先進可靠的設備和監測技術，對罐區設各運行狀況、設備檢驗、設備維修進行管理，提供罐區資產管理解決方案；
(7)提供罐區油品計量方面的相關內容，可以利用標準的API方法進行儲罐計量和油品質量計算；
(8)提供可操作性強、人性化的系統界面，可以方便簡單的完成各種業務操作，從而提高罐區管理整體工作效率，降低工作強度；
(9)系統具有良好的開放性，軟件重構、重用能力強，為今后業務擴容、改進打好基礎，減少系統今后再次開發的成本，根據用戶的功能要求，可以非常便捷、迅速進行定制開發和業務流程變更。
3 MES系統架構
如下圖，整個罐區MES系統處于ERP系統及物流信息系統與罐區控制系統之間。MES系統根據整體需求按照服務模塊劃分功能，各大模塊之間通過整體的應用平臺進行數據交換，協同完成整個系統的所有功能。
圖1 系統功能架構圖
MES系統是一個開放的管理應用平臺，可以根據業主的實際需求，開發出相應的功能模塊。圖中僅列出與罐區密切相關的4個核心功能模塊：罐存信息系統、訂單生產管理、設備管理和統計查詢。
MES系統在計劃管理層與底層控制之間架起了一座橋梁，填補了兩者之間的空隙。一方面，MES可以對來自ERP軟件的生產管理信息進行細化、分解，將計劃層操作指令傳遞給底層控制系統，使得生產計劃更加快速準確的被生產部門所執行：另一方面，MES系統可以采集設備、儀表的狀態數據，以實時監控底層設備的運行狀態，再經過分析、計算與處理，從而方便、可靠地將控制系統與信息系統整合在一起，并將生產狀況及時反饋給計劃層，讓計劃和管理人員全面地了解生產情況。
4 實施方案論述
4.1 系統現狀
以某罐區的現狀為例，來說明如何在現有的SCADA系統基礎上引入MES系統。下圖為某罐區的系統現狀圖。
圖2 系統現狀圖
該罐區生產區域主要由輕油罐區、原油罐區、中轉罐區、航煤罐區、十萬罐區、空壓站和泊位區域組成。每個分區都有一套B&R PCC(PLC)控制站對本分區生產及設備進行監控。每個分區都設置一套本地操作站點，用于監控本分區的生產及設各。專門設置控制中心站點一處，用于監控生產區域內的所有分區的生產活動及設備。調度室設置在控制中心站點旁，方便調度指揮人員隨時通過控制中心的電腦獲取所有生產區域內的工藝狀況，以便發出合理的調度指令(調度指令的發出完全由調度指揮人員的經驗判斷來做出響應)。設置生產數據庫系統一套。用于存儲生產的數據，以及為其他需要生產數據的系統提供接口。設置生產及設備監控數據接口機一臺，用于為需要生產及設各原始實時數據的系統提供接口。在控制中心除了用于監控生產及設備的SCADA操作站外，還有算量操作站、報表操作站、交接班操作站、設備運行記錄操作站、調度指令執行操作站、公司web網信息站、消防監控操作站和視頻監控操作站等。
4.2 MES系統實施步驟
4.2.1 引入OPC實時數據平臺
在罐區內，下位控制器品牌眾多，并且各個控制器之間聯系非常少，基本上是各自獨立控制一個區域。各個控制器往往使用不同的傳輸協議在操作站之間進行數據傳輸。在這種情況下，要在MES層和底層控制層之間進行數據傳輸會有諸多不便。因此在這MES層和下位控制層之間引入OPC實時數據平臺，這樣就使得MES層對下有一個統一的數據源平臺，簡化了MES層和底層控制層的數據傳輸。架構如下圖所示。
圖3 OPC實時數據平臺引入
OPC是基于OLE/COM/DCOM技術的，它采用客戶/服務器模式，把開發訪問接口的任務放在現場設備的生產廠家，以OPC服務器的形式提供給用戶即OPC客戶端。OPC服務器收集現場設備的數據信息，通過標準的OPC界面提供給OPC客戶端使用。
在整個系統中，OPC實時數據平臺作為實時數據交互模塊的主要組成部分，他不僅向實時數據庫提供實時數據，還將流程調度模塊所發出的設各執行指令下發給下位控制系統。總而言之，OPC實時數據平臺是一個透明雙行的數據信道，是MES與控制層的實時數據交換的唯一手段。
4.2.2 引入數據庫
數據庫系統的引入對MES系統的實施至關重要，要實現管理、分析和執行，需要歷史數據來參考。由定制的系統功能模塊收集歷史數據，存儲到數據庫系統中，數據庫的引入有如下優點：
(1)存檔海量信息，歷史數據隨時可查。
(2)提高記錄和檢索信息的效率。
(3)減少重復工作。數據庫里所需要錄入的資料通常只需要錄入一次即可，所有數據信息都可以根據需要歸納、整理、調用。
(4)管理方便，數據庫中可以加入流程管理，將審批流程納入進去。
(5)有效地集合企業資源，并合理分配使用。
(6)高效跟蹤業務。
(7)數據庫加密管理，可減少人員流動帶來的資料或者技術損失。
(8)流程規范化，可減少對某些崗位人員的依賴，減少人員流動導致的崗位資料缺失帶來的損失。
(9)可實現業務與財務同步，即時發生的成本可以快速反應到財務報表上。
4.2.3 其他功能塊的引入
(1)罐存信息系統
功能包括根據標準API及各種算法進行儲罐各種油品質量的計算、儲罐信息檢索與維護、儲罐實時信息的檢索以及罐容靜壓信息的檢索與維護等功能。
(2)訂單生產管理
生產部門根據作業訂單，將生產作業指令通過手動或者電子方式進入MES系統，處于MES系統下層的控制系統根據MES下發的指令確定油品移動的具體路線，然后由控制系統進行自動控制油品移動的作業。作業過程相關信息傳輸給MES系統，這樣就形成從生產工藝到具體作業一整套標準可以控制的流程。
(3)設備管理
對罐區作業涉及的各類閥門、泵、儀表、管線、儲罐、裝車鶴位等設備的相關性能、狀況，以及監測、檢修信息等內容進行管理；
(4)統計查詢
系統需要的各類作業數據統計分析、報表生成及查詢都可通過該模塊實現。
以上僅列舉了四個功能模塊，在實際的系統中。可以根據需求定制功能塊，來完善系統及用戶的需求。
5 可預見的益處
罐區MES系統是高起點、高要求的集數據采集傳輸、監控、企業管理于一體的具有完整業務管理與數據監控功能的綜合性系統。是多個硬件和軟件產品通過集成建立的開放、多層次的、模塊化的、分布式的、透明的綜合自動化應用管理信息系統，且具有擴充能力及容錯性的。通過罐區MES系統的應用，罐區能夠：
(1)最大限度地提高生產效率從而增加收益；
(2)通過延長設備的無故障運行時間提高資產利用率；
(3)模擬作業過程，提高作業質量并保持作業質量的一致性；
(4)減少作業損耗并達到業務考核指標；
(5)整個企業及生產執行系統(MES)輕松獲取生產控制層的實時數據；
(6)改善及時交貨、庫存周轉、毛利和現金流通性能。
(7)全面實現罐區業務處理和管理活動的信息化、標準化和規范化。
6 綜述
通過以上的探討，罐區在現有的SCADA系統上引入MES系統，則需要引入0PC實時數據平臺，數據庫系統，在此基礎上，再根據實際需求定制一些功能模塊，即可完成MES系統的實施。通過MES系統的加入。整個罐區生產經營管理水平會有一個較大的提高。
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本文標題：引入MES的油品罐區綜合自動化系統
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