霍尼韦尔PHD在石化行业的应用

第一章 引言 1.1现状 化工企业信息化工作正如火如荼地展开，各化工大中型企业均在OA、MIS、ERP、MES等诸多领域开展建设、应用工作。但绝大部分信息化应用项目均采用单点开发方式，存在着边缘化、局部化的问题，普遍缺乏信息化在企业应用中的整体观念，企业中各应用系统通常只关注某一个业务环节或管理功能，整体集成和沟通程度不高，缺少整体规划、统一协调的系统化工程，形成了一个又一个“信息孤岛”。“信息孤岛”的出现，造成这些企业经常出现信息和数据重复处理，甚至导致更新不同步、不一致。经过多年石油和化工企业信息化的发展，我国化工企业信息化建设进程在经历了前期的探索和起伏之后，正逐渐向注重应用和整合的方向发展，越来越多的信息化用户开始认识到，面对激烈的市场竞争，一个企业的信息系统必须能够支持企业在瞬息万变的市场环境中迅速反应，而只注重企业各个部分之间的系统的建设，忽视各系统之间的协同和整合，不但不会促进企业反应能力的提高，反而会对企业反应能力提高形成阻碍。因此，以集成、整合为目标的全域信息化工程正在成为国内企业在近一个时期广泛关注的问题。 1.2存在的问题 1、数据保存的容量小、数据精度低。 集散控制系统自带的历史数据库过小，并且历史数据大都不能按照原始数据精度保存。在实际生产中由于数据量非常大，刷新速度快，长期保存全部实时数据非常困难。比如在自动控制界有名的美国公司FOXBORO公司的I/A’s系统自带的数据库只有60M，存放500个采样点，最多存放1个月的数据，之后将覆盖以前的数据。而化工行业的特殊性决定了对历史数据的要求非常高，往往需要比对上月或更久以前的生产数据，可目前的数据库满足不了该要求，这样对生产过程及工艺指标的分析带来了不利。 2、生产和管理数据不能互利互用。 企业信息化程度还是停留在满足各生产控制系统的孤立应用层面上，管理层的数据来源单一且缺乏足够的数据信息，很难解决企业中许多复杂的问题。信息化的客观要求，必须将生产控制系统与企业信息管理系统集成起来，采集所有的生产数据，并且要求数据要有较强的实时性，实现信息集成与决策，以便解决企业中的许多复杂问题。 生产自动化系统与管理信息系统处于相互分离状态，彼此不能有效结合，不能实现管控一体化，数据信息不能集成共享，不利于实现企业的综合管理。主要表现如下：数据来源复杂而又分散；管理系统难以获得生产实时数据；生产实时数据很难长期存储，控制系统的生产实时数据更新速度快，数据采集点多。 3、 不少企业在管理和过程控制方面都实施了相应的系统，但大部分是“信息孤岛”难以进行有效的集成。 由于石化行业的生产特点，大部分石化企业都非常重视过程控制方面的系统建设，在重要的设备、装置上都实施了过程控制系统PCS（Process Control System），并且注重实时数据的采集、存储及整理。 随着ERP（Enterprise Resources Planning）登陆中国市场和日渐普及，石化行业中有许多企业也都实施了相应的ERP系统，在管理方面得到了优化和提高。目前，可以说以MRP II、ERP为代表的管理信息系统，以及以集散控制系统（DCS）、现场总线为代表的自动化技术，在流程制造行业已经大规模应用。尽管这两类系统的推广取得了一定效果，但却忽略了两者之间的有效集成，导致企业上层计划缺乏有效的实时信息支持、下层控制环节缺乏优化的调度与协调。计划层与车间执行层之间无法进行良好的双向信息流交互，企业难以实时反应，阻碍了各系统功能的正常发挥，也无法体现出信息系统的整体效益。 4、集成型数据库的缺乏。 在数据中心的基础上，将数据应用向深度和广度计算拓展，即开展数据仓库技术的研究。数据仓库是面向主题的、集成的、稳定的、不同时间的数据集合应用，它把分布在企业网络中不同信息岛上的数据集成到一起，存储在一个单一的集成关系型数据库中。利用这种集成信息，应用数据仓库、数据挖掘、在线分析技术，可实现企业各个系统的互联、共享，方便用户对信息的访问，更可使决策人员对一段时间内的历史数据进行分析，研究事物发展走势。 1.3论文的主要内容 企业信息系统的集成不是简单地将软硬件平台、网络设备、应用软件等联通，而是在此基础上应将系统组成一个性能优良的企业信息系统。企业信息系统集成的实质是信息集成，信息集成关系到企业信息系统的成败，为了解决化工企业信息化中存在的问题需要建设统一的信息平台，在数据中心的基础上，将数据应用向深度和广度计算拓展，将面向主题的、集成的、稳定的、不同时间的数据集合应用，把分布在企业网络中不同信息孤岛上的数据集成到一起，整合多种数据源接入模式，搭建一个企业级工厂信息系统，通过PHD实时数据库和Oracle关系数据库搭建企业级的数据平台，确保数据交流通畅，实现真正的资源共享，将过程实时数据纳入管理系统中实现数据深层次挖掘和分析，从而实现企业级管理控制一体化。 通过信息集成，在工厂控制层和管理决策层之间建立实时的数据连接，使底层的仪表控制系统和上层的经营管理得以双向交互、紧密配合，并为APC、流程模拟、在线优化等提供了基础平台。如图1.1所示。 全国化工大企业中有超过95％的企业均建有不同形式的信息化领导机构；超过7 0％的企业已经或正在建设企业信息网络系统。计算机信息系统基础建设主要集中在生产控制、财务系统；有部分企业已经建有或正在建立管理信息系统(60％)和企业资源计划(30％) ，目前很多大型化工生产装置采用的DCS(集散型控制系统)，但DCS采用专用的通信网络，数据局限于DCS系统内，信息处理和传输手段落后，企业决策层管理层缺乏有效的实时信息支持、下层控制环节缺乏优化的调度与协调，从而形成大量信息孤岛，造成大量有价值信息资源未得到有效挖掘。因此，信息化已经成为当前制约化工企业进一步发展的瓶颈问题。 本文介绍了过程数据的采集方式、实时数据库在集散系统中的应用、PHD实时数据库在高桥石化中的应用，PHD实时数据库原理、功能和特征，以及基于实时数据库和关系数据库采用MVC模式对系统进行开发。着重研究了PHD数据库工作方式、架构、系统组件、软件架构、过程数据在实时数据库中的表现方式、PHD实时数据库压缩技术、接口方式、针对高桥石化的PHD系统的网络设计、接口实施，并且探讨了采用ASP.NET技术MVC模式对PHD实时数据库和Oracle关系数据库具体应用的开发，对企业的流程监控、关键性能指标变化趋势分析、工艺指标监控、控制指标监控、能耗单耗效益分析、生产数据报表生成等方面做了相应的阐述。最后对PHD数据库的不足和发展做了展望。 1.4论文的结构 本文共分为四个章节，详细地探讨了石化企业信息化的问题现状、集散系统中过程数据的应用、PHD实时数据库在高桥石化聚氨酯事业部的应用及网上生产实时系统的开发、分析了PHD实时数据库的不足和展望。 本章从剖析化工企业现有的信息化现状入手，分析了目前化工企业信息化的问题和不足，引出了一个企业级的数据平台PHD实时数据库，并简单介绍PHD实时数据库的现实意义。 第二章讨论了过程数据的通讯方式、实时数据库在化工企业信息化中的重要作用、实时数据库在集散控制系统中的应用、不同实时数据库进行比较选择、以及对PHD实时数据库的构成、应用、软件结构、数据流和数据处理方式进行了简要的介绍。 第三章具体介绍了企业级数据平台的搭建以及网上生产实时系统的开发。从分析高桥石化聚氨酯事业部行业背景入手，详细介绍企业级数据平台——PHD实时数据库实施中的关键技术，及在PHD在高桥石化聚氨酯事业部的应用。主要包括过程数据表达和TAG Source 配置、标签点组态和数据压缩技术使用、实时数据接口设计、PHD数据归档组态、PHDMAN中监控、网络设计，并且对接口设计中的Buffer PHD和实时控制系统之间RDI接口实施方案、PHD-PHD接口及连接结构形式、Shadow PHD和Buffer PHD之间RDI接口实施方案进行了详尽的分析。然后，以PHD实时数据库为基础采用MVC模式使用ASP.NET开发网上生产实时系统，对用户管理、流程监控、趋势分析、操作监控、能耗单耗效益分析、报表生成等各个模块进行了介绍。最后，对系统的应用效益进行分析。 第四章对开发的系统存在的不足分析并对发展进行了展望。 第二章 集散控制系统中的过程数据采集 2.1 过程数据的通讯方式 随着化工企业自动化整体水平的提高，企业中的控制系统及控制设备的种类也越来越多，同时，随着市场经济的发展，各个企业也对集散控制系统的要求也越来越高，除了要满足常规的控制以外，还要求集散控制系统能将控制系统的各个过程数据传送到上位的MIS系统或SIS系统中去，进行数据后处理加工、共享、性能优化。所有的这些，都对集散控制系统提出了通讯问题。以Foxboro公司I/A’s系统为例，在集散控制系统中实现通讯的三种方法：利用Foxboro公司提供的专用软件实现通讯；利用标准的OPC接口实现通讯；以及使用实时数据库系统实现。 1、使用Foxboro公司提供的专用软件实现通讯 用Foxboro公司开发的针对I/A’s的通讯软件实现通讯是一种便捷的办法，可以大大缩短项目周期。Foxboro公司的专业通讯软件从早期的Data for Window、PIMS中的Data Link到现在使用的AIM*AT软件秉承始终如一的思想，利用AISAPI（FOXAPI的早期版本），FOXAPI的内部函数调用实现数据的实时读写；利用TCP/IP实现数据在I/A’s与PC机之间的双向传送；利用DDE技术将I/A’s的数据在支持DDE技术的程序（如：Excel、Lotus 1-2-3等）中显示。这些软件能够将过程数据采集出来，但是缺少实时数据库的支持，同时也缺少对数据后处理加工的支持，一般只适应小型的实时性不太强的系统。 2、利用标准的OPC接口实现通讯 OPC是OLE for Process Contro