一、概述
中國(guó)石油大慶石化公司，是中國(guó)石油天然氣股份有限公司直屬的地區(qū)分公司，從事煉油、化工、化肥、化纖生產(chǎn)的特大型石油化工聯(lián)合企業(yè)。現(xiàn)有6個(gè)生產(chǎn)廠，2個(gè)輔助生產(chǎn)廠。公司擁有生產(chǎn)裝置131套，年原油加工能力600萬(wàn)噸，年產(chǎn)乙烯48萬(wàn)噸，聚乙烯36萬(wàn)噸，腈綸纖維6萬(wàn)噸，合成氨33萬(wàn)噸，尿素56萬(wàn)噸，可生產(chǎn)60種151個(gè)牌號(hào)的石油化工產(chǎn)品。 大慶石化公司的前身大慶石油化工總廠，是我國(guó)較早的石油化工企業(yè)之一，也是我國(guó)重要的石油化工基地。大慶石化公司在緊抓生產(chǎn)建設(shè)的同時(shí)，也非常注重信息化建設(shè)。
全球信息技術(shù)飛速發(fā)展,尤其是因特網(wǎng)的出現(xiàn)和應(yīng)用的普及,使得信息技術(shù)得以迅速滲透到經(jīng)濟(jì)社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域,標(biāo)志著人類(lèi)進(jìn)入了信息化時(shí)代。信息資源已成為與材料和能源同等重要的戰(zhàn)略資源；信息技術(shù)正以其廣泛的滲透性和無(wú)與倫比的先進(jìn)性與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)合；信息產(chǎn)業(yè)已發(fā)展為世界范圍內(nèi)的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)和新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)；信息化水平已經(jīng)成為現(xiàn)代化企業(yè)水平和綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。大慶石化公司經(jīng)過(guò)多年的努力，在信息化建設(shè)中已取得了很大進(jìn)步，如辦公自動(dòng)化，電子商務(wù)。尤其是生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，經(jīng)過(guò)多年努力，大慶石化公司全面實(shí)現(xiàn)了DCS自動(dòng)化改造。但是在實(shí)現(xiàn)全廠信息化建設(shè)之前，還存在如下問(wèn)題：
1）生產(chǎn)數(shù)據(jù)沒(méi)有有效共享，因而對(duì)影響生產(chǎn)過(guò)程的主要因素缺乏有效的監(jiān)控手段。雖然公司的主要生產(chǎn)裝置都安裝了DCS，但絕大部分裝置的數(shù)據(jù)只能顯示在裝置的操作站上，而沒(méi)有采集到公司或分廠的辦公系統(tǒng)中。這樣我們只有到各生產(chǎn)裝置的控制室，才能觀察到生產(chǎn)數(shù)據(jù)，在分廠的調(diào)度室，辦公室，或公司領(lǐng)導(dǎo)，都無(wú)法直接看到現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。如果出差在外，想了解一下生產(chǎn)情況就更是無(wú)能為力了。在當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)把大千世界聯(lián)在一起的今天，不能不說(shuō)是一種遺憾！
2）分散的“信息孤島”無(wú)法進(jìn)行集中化管理。由于各裝置信息封閉，即使在同一分廠，由于采用的是不同廠家，或同一廠家不同型號(hào)的DCS，彼此間沒(méi)有數(shù)據(jù)通訊手段。這致使生產(chǎn)管理的各個(gè)環(huán)節(jié)脫節(jié)，生產(chǎn)管理部門(mén)不能及時(shí)、有效地了解生產(chǎn)狀況，指導(dǎo)組織生產(chǎn)，造成了一定的浪費(fèi)。
3）沒(méi)有長(zhǎng)期的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。隨著存儲(chǔ)介質(zhì)價(jià)格不斷下降，保存海量歷史數(shù)據(jù)不但是必要的，而且是現(xiàn)實(shí)的。而DCS本身的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力一般都比較有限，而長(zhǎng)期的歷史數(shù)據(jù)有助于事故診斷。
4）質(zhì)量信息反饋滯后，導(dǎo)致加工成本增加?；?yàn)數(shù)據(jù)直接反映生產(chǎn)的質(zhì)量情況，對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)具有非常重要的意義。先前這些數(shù)據(jù)主要通過(guò)手工報(bào)表形式報(bào)送生產(chǎn)管理部門(mén)，造成信息遲滯，并且不利于對(duì)比分析。因此及時(shí)準(zhǔn)確地將質(zhì)量數(shù)據(jù)反饋給裝置操作人員和生產(chǎn)調(diào)度人員，可以保證有效地控制生產(chǎn)質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本。
5）無(wú)法實(shí)現(xiàn)全廠信息瀏覽。如何讓公司領(lǐng)導(dǎo)用統(tǒng)一平臺(tái)直觀的看到各分廠的生產(chǎn)報(bào)表，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)于領(lǐng)導(dǎo)決策非常重要。
通過(guò)上面的分析，我們不難看出，如何將分散的“信息孤島”有效地連接起來(lái)，實(shí)行網(wǎng)絡(luò)化、集中化，將生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)有機(jī)連接起來(lái)；把生產(chǎn)過(guò)程信息、原料消耗、過(guò)程產(chǎn)品產(chǎn)量、產(chǎn)品產(chǎn)量、能源消耗、設(shè)備狀態(tài)等科學(xué)地分類(lèi)，提供給管理層數(shù)據(jù)庫(kù)，從而減少人工操作，提高管理層數(shù)據(jù)庫(kù)的準(zhǔn)確性，提高公司的控制力和控制質(zhì)量。同時(shí)也能夠使企業(yè)的先進(jìn)控制、優(yōu)化計(jì)算，流程模擬等更加方便。
二、實(shí)施方案
公司信息化內(nèi)容很多，如裝置達(dá)標(biāo)，LIMS，質(zhì)量統(tǒng)計(jì)，價(jià)格管理，成本核算，生產(chǎn)信息化。其中生產(chǎn)信息化是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，由于篇幅的限制，這里著重對(duì)其進(jìn)行介紹。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是整個(gè)信息系統(tǒng)的核心，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件采用大慶紫金橋公司自己開(kāi)發(fā)的 “紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)”。該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)在公司多個(gè)分廠有過(guò)成功應(yīng)用。關(guān)系庫(kù)采用的是SQL Server。整體結(jié)構(gòu)如下圖所示：
整體結(jié)構(gòu)圖
由上圖可見(jiàn)，整個(gè)結(jié)構(gòu)分為四層，第一層為公司級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；第二層為分廠級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，每個(gè)分廠一臺(tái)；第三層為分廠的前端數(shù)采機(jī)；底層為過(guò)程控制計(jì)算機(jī)。下面對(duì)各層計(jì)算機(jī)功能予以說(shuō)明。
過(guò)程控制計(jì)算機(jī)：完成控制監(jiān)視功能。大慶石化公司控制計(jì)算機(jī)種類(lèi)較多，可分為DCS、ESD、PLC、智能表等，但主要是DCS。
前端數(shù)采機(jī)：進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，與過(guò)程控制計(jì)算機(jī)通信，將數(shù)據(jù)緩存并傳送給分廠級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。前端數(shù)采機(jī)將各種類(lèi)型的過(guò)程控制計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)匯總，通過(guò)以太網(wǎng)統(tǒng)一送往分廠級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，也可以在上游網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，暫存一段時(shí)間的歷史數(shù)據(jù)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到分廠級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。
分廠級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)：用于分廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)緩存、歷史存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)計(jì)算等。具體包括：
1、在這里可以對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正、補(bǔ)償、累計(jì)、統(tǒng)計(jì)等計(jì)算。
2、可以對(duì)各車(chē)間數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向比較分析。
3、也可以在此完成設(shè)備運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)，裝置物料平衡計(jì)算，生成質(zhì)量分析報(bào)告，或其他統(tǒng)計(jì)報(bào)表等。
4、分廠內(nèi)的其他計(jì)算機(jī)可以通過(guò)該服務(wù)器對(duì)裝置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查看。
5、通過(guò)該服務(wù)器上的Web服務(wù)器，可以直接通過(guò)IE瀏覽器瀏覽各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)。
6、與公司級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)通信。將公司關(guān)心的重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳到公司級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。
7、該服務(wù)器還要作為用戶(hù)登錄服務(wù)器。只有有相關(guān)權(quán)限的用戶(hù)才能訪(fǎng)問(wèn)該服務(wù)器中受保護(hù)的數(shù)據(jù)。用戶(hù)登錄要在該服務(wù)器上驗(yàn)證。
公司級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)：分廠重要生產(chǎn)參數(shù)緩存、歷史存儲(chǔ)等。另外還包括如下功能：
1）分廠數(shù)據(jù)橫向比較、統(tǒng)計(jì)、分析。
2）作為Web服務(wù)器，該機(jī)器有固定IP，可以在互聯(lián)網(wǎng)上通過(guò)IE瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)該服務(wù)器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等。
3）該服務(wù)器可以作為分廠服務(wù)器的代理Web服務(wù)器，通過(guò)該服務(wù)器可以在互聯(lián)網(wǎng)上間接訪(fǎng)問(wèn)分廠數(shù)據(jù)。
作為登錄服務(wù)器。訪(fǎng)問(wèn)該服務(wù)器數(shù)據(jù)的用戶(hù)要經(jīng)過(guò)該登錄服務(wù)器的驗(yàn)證。訪(fǎng)問(wèn)分廠數(shù)據(jù)還要經(jīng)過(guò)分廠級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)用戶(hù)驗(yàn)證。
三、數(shù)采方案
1、概述
數(shù)據(jù)采集是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的重要組成部分，它負(fù)責(zé)將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給數(shù)據(jù)庫(kù)，將操作數(shù)據(jù)下送到現(xiàn)場(chǎng)，是數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器與生產(chǎn)控制系統(tǒng)連接的橋梁。如果沒(méi)有穩(wěn)定、高效、豐富的數(shù)采接口，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)只能是空中樓閣。
紫金橋軟件具有豐富的I/O接口，能夠與各種DCS，PLC，智能儀表通過(guò)多種連接方式，如以太網(wǎng)、串口、撥號(hào)等。并支持DDE、OPC、設(shè)備專(zhuān)有通信協(xié)議等。同一數(shù)據(jù)庫(kù)可以同時(shí)與任意多種驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行通訊。下圖為數(shù)采結(jié)構(gòu)圖。
數(shù)采結(jié)構(gòu)圖
圖中的I/O驅(qū)動(dòng)就是各種數(shù)采接口。
本項(xiàng)目的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)各分廠生產(chǎn)裝置的數(shù)據(jù)采集。由于大慶石化公司分廠很多，自控裝置種類(lèi)繁多，有大量的DCS、PLC、智能表等。通信方式多種多樣。如有的通過(guò)OPC，有的通過(guò)DDE，有的是廠家專(zhuān)有協(xié)議；網(wǎng)絡(luò)連接方式也很多，如以太網(wǎng)、串口、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)等。
2、關(guān)鍵問(wèn)題
辦公網(wǎng)與控制網(wǎng)隔離
保證自控裝置的安全是致關(guān)重要的。為了保證控制網(wǎng)的獨(dú)立性，辦公網(wǎng)與控制網(wǎng)間是完全隔離的。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行在辦公網(wǎng)一側(cè)，為了安全的與控制設(shè)備通信，我們采取了多種措施。
1）在控制網(wǎng)與辦公網(wǎng)分別設(shè)置數(shù)采機(jī)，數(shù)采機(jī)間通過(guò)串口相連，這樣能夠有效的防止網(wǎng)絡(luò)病毒侵入。
為了提高串口的通信速度可以將兩臺(tái)前置數(shù)采機(jī)器放的很近，這樣可以將串口通信速度設(shè)的很高如112K。對(duì)于較遠(yuǎn)的可以采用485方式通信。
2）機(jī)器配置兩塊網(wǎng)卡，一塊網(wǎng)卡與控制網(wǎng)相連，一塊與辦公網(wǎng)相連，而且兩塊網(wǎng)卡處于不同網(wǎng)段。除了數(shù)據(jù)通信用到的端口號(hào)，其余通信端口都禁止掉。并且裝好防火墻，保持防病毒軟件及時(shí)自動(dòng)更新。
雙網(wǎng)卡通訊防病毒
3）數(shù)據(jù)集中到VAX/ALPHA機(jī)，以VAX/ALPHA為橋梁實(shí)現(xiàn)辦公網(wǎng)與控制網(wǎng)相連。VAX/ALPHA運(yùn)行的是VMS操作系統(tǒng)，安全性較高。并且很多裝置的上位機(jī)是VAX/ALPHA，所以通過(guò)VAX/ALPHA為中轉(zhuǎn)，是比較方便的。
斷線(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)恢復(fù)
由于大慶石化公司裝置很多，距離較遠(yuǎn)，再加上現(xiàn)場(chǎng)干擾多，所以網(wǎng)絡(luò)通信并不是十分可靠，網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)而發(fā)生。紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)具有斷線(xiàn)后數(shù)據(jù)自動(dòng)恢復(fù)功能，即當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，前端數(shù)采機(jī)能夠自動(dòng)將數(shù)據(jù)保存起來(lái)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)將歷史數(shù)據(jù)插入到遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。利用該功能，就不必?fù)?dān)心歷史數(shù)據(jù)缺失了。
手工數(shù)據(jù)錄入
為化驗(yàn)人員提供化驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算處理和錄入界面，以便將生產(chǎn)化驗(yàn)數(shù)據(jù)收集到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)有專(zhuān)門(mén)的人工錄入記錄點(diǎn)和操作界面，能夠保證用戶(hù)在合理的時(shí)間范圍內(nèi)錄入數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)按照填寫(xiě)的時(shí)間插入到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中。對(duì)于超期沒(méi)有錄入的數(shù)據(jù)給出報(bào)警。
四、生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)帶來(lái)的好處
1)及時(shí)了解生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。分廠級(jí)管理人員隨時(shí)了解生產(chǎn)裝置、公用工程運(yùn)行狀況，包括監(jiān)控點(diǎn)的溫度、壓力、流量等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；物料和能源動(dòng)力消耗數(shù)據(jù)、產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量數(shù)據(jù)。各級(jí)人員及時(shí)準(zhǔn)確掌握生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)做出處理，以保證生產(chǎn)安穩(wěn)運(yùn)行。
2)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)作為控制系統(tǒng)和上層管理系統(tǒng)的中間層，起到承上啟下的作用。其將各控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集中起來(lái)，以統(tǒng)<
