一、項目背景
當今的企業面臨著日益激烈的競爭，客戶的需求則變得更加苛刻。面對更嚴格的質量、更短的交貨期、更多的品種、更為頻繁的訂單調整，企業實施了ERP(企業資源計劃)，并加強了PCS(過程控制系統)。但是ERP無法獲取現場的生產情況，同樣PCS無法直接從ERP得到生產計劃從而也無法進行生產，所以在ERP和PCS之間形成了信息斷層。為了應對這種情況，生產執行系統(Manufacturing Execution System，MES)產生了。MES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。
石化行業作為一個基礎行業，包括石油煉制、石油化工、倉儲轉運等生產領域。在石油化工行業DCS、PLC系統已成為石化企業的主要控制手段；同時大多數石化企業已經在信息化方面特別是ERP上進行了大量的投入，所以大多數企業有完備的ERP和PCS。這樣的狀況非常有利于MES的實施，而流程調度執行系統作為MES的子系統，如果能在石化行業中得到應用，將會帶來巨大的經濟效益。
二、MES概述
隨著企業在不斷采用集散控制系統(DCS)、可編程邏輯控制器(PLC)以及先進控制等手段，努力提高程控系統(PCS)自動化水平，企業的管理決策層在實施ERP系統的同時，出現了(1)孤島效應：各個PCS之間生產數據無法共享，之間的工作無法協作；(2)斷層效應：ERP與PCS之間無法進行數據交換，生產單元間的資源調配、計劃執行以及生產監督等，車間的管理很大程度上是依賴于實際經驗來進行。這些問題嚴重制約了企業綜合自動化的發展。針對這一問題，美國先進制造研究所(Advanced Manufacturing Research，AMR)于1990年提出了生產執行系統(Manufacturing Execution System， MES)的概念，并于1992年提出了三層的企業集成模型(如圖1)。MES強調：(1)MES的優化目標是整個生產過程；(2)MES需要收集生產過程中的實時數據并對實時事件進行及時處理；(3)MES同時與MRPⅡERP系統級計劃層和車間中制造設備控制層保持雙向通信能力，從上下兩層接收相應數據并反饋處理結果和生產指令。
圖1 三層的企業結構圖
三、業務狀況分析
作為國家大型庫區，其中：庫存容量超過500萬立方；多條長輸管線。罐區內具有了較高的自動化控制水平，以及較為先進的信息化管理模式。
四、系統實現
MES由SCADA系統、統計模塊、計量模塊、實時數據采集模塊等主要模塊組成(如圖2)。這些模塊涵蓋罐區計算機控制系統的主要應用，滿足了罐區倉儲的流程應用。
圖2 系統結構圖
1．SCADA系統
SCADA是監控及數據采集的簡稱，作為一種人機接口被廣泛運用于各種自動控制系統。SCADA系統是以計算機為基礎的生產過程控制的自動化系統。它可以對現場的運行設備進行監視和控制，以實現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等各項功能。
作為唯一通過控制系統的對現場設備進行操控的手段，SCADA系統的作用是非常重要的。在罐區控制系統中它不僅提供了對現場設備的監控、報警、參數調節等功能，還具有歷史紀錄、參數趨勢、數據統計的能力，同時還可以通過ODBC對數據庫進行操作。
SCADA系統作為操作流程的重要組成部分，操作人員80％以上的工作都是圍繞著SCADA系統來完成的。
2．統計模塊
統計模塊是流程調度執行的終點，模塊根據調度信息和生產執行信息，進行自動的生產記錄、跟蹤和分析。統計人員則通過對這些值的判斷、比較和選擇，運用油罐計量模塊對生產情況進行總結，并生成相關的報表。對于流程調度執行系統來說主要有兩個功能：
(1)提供一個油罐計量的工具；
(2)給統計人員提供收付報表和庫存報表。
3．計量模塊
油罐計量是罐區操作和管理流程中重要的一環，油罐計量涉及到與貨主的交接計量，統計生產核算等方面。但是，在原有系統內還在使用手工計量或者單機計量的原始方式，這些方式不僅容易出現計算誤差，還非常難于維護。另一方面，在庫區內，油品的吞吐量非常大，對于油罐的計量來說可以獲得的生產數據又非常的有限，這就造成了在計量環節上出現微小的失誤，對于結果誤差將會被極度放大，為此在系統內開發了一套計量模塊。
對于系統油罐計量關系到流程執行的準確性。其中有一個很重要的參數是收付量，這個參數在正常流程中決定了作業的唯一結束條件，而收付量這個參數有兩個手段產生：(1)油罐計量，(2)流量計計量。流量計計量數據可以從實時數據交換模塊中直接獲取，但是根據實際生產流程要求，每一次生產流程都必須使用兩種計量手段實施計量。油罐計量有一個很突出的特點：可預測性，油罐在收付產品之前就可以預測這次作業完成后的狀態。因為有這個特性，流程調度執行系統就可以在流程作業開始之前就確定好流程的結束條件，而流量計計量必須實時根據流量計的數據來判斷是否結束流程，所以油罐計量的準確、方便與否和流程調度執行系統的關系密切。油罐計量的計算方法符合國家標準，誤差小于0.1％ 。
4、實時數據采集模塊
在庫區控制系統種類繁多，系統與系統之間幾乎沒有任何聯系，而且這些控制系統使用不同的傳輸協議在操作站和控制器之間進行數據傳輸。在這種情況下，控制層和執行層的數據無縫交換是不可能實現的。因此要實現數據集中，并向執行層和管理層發送相關數據，那么只有分別對每一個控制系統編程進行一對一的數據交換。
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。
在流程調度執行系統中，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備執行指令下發給PLC系統�？偠灾琌PC實時數據平臺是一個透明雙行的數據信道，是執行層與控制層的實時數據交換的唯一手段。
在流程調度執行系統中使用了B&R PLC系統，他提供了名為PVI OPC的OPC服務器軟件，這個軟件提供了一套完整的獲取PLC數據的方法，在與PLC通訊的過程中需要進行系統端口、IP地址、通訊模式、所需數據等等方面的設置，便可獲得PLC中現場設備的運行參數和狀態。
系統中為了保證算法可以得到準確的路徑結果，ORACLE數據庫同PLC系統之間的數據同步非常重要。在它們之間的數據交換都是低實時性的(秒級)，所以在整個過程中可以使用第三方的OPC控件編寫的程序進行ORACLE數據庫同PLC系統之間的數據交換。
(1)指令數據流：Oracle直接調用DLL庫同步PLC數據。
(2)狀態數據流：在系統中運行一個讀取PLC數據的應用程序，進行實時的讀取現場數據，直接向數據庫中同步。
五、結束語
隨著石化行業管控水平的日益提高，MES系統必將在日常工作中得到更加深入的應用。
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本文標題：MES系統在罐區倉儲中的應用
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