（机械电子工程专业论文）石化企业设备管控一体化系统的研究与应用.pdf

石化企业设备管控一体化系统的研究与应用 机械电子工程专业 研究生王鲲指导教师袁中凡教授 ( 进入二十一世纪，企业为了提升生产效率和管理水平，需要以信息技术 为手段大幅度改造传统的生产方式，进行信息化建设。其中包括了生产过程 的自动化和管理自动化两个核心环节，数字化和网络化是相关的核心技术。 特别在加入w t o 之后，国内传统产业面临着巨大的挑战，利用先进的计算机 技术和现代管理手段来改造企业原有生产管理方式，实践证明将有效地提高 企业竞争能力。在我国的石化企业中，一些企业还沿用原有生产管理方式， 为了提升企业管理水平、提高生产效率、减少消耗、减小污染、改善工作环 境，推进企业信息化建设是石化企业发展的必由之路。 在企业进行信息化建设中，首先要抓住企业的重点业务，用信息化手段 实现重点业务的信息数据的管理。作为石化企业这样的流程性生产企业，装 置设备管理决定着生产的正常高效运行，装置设备的技术信息和运行状态信 息具有相当的价值，因此装置设备的管理和监控是生产的重点业务，设备管 理是该类企业信息化建设的重点。在我国石化企业中，集散型控制系统( d c s ) 的普及率很高，由于大多数集散型控制系统( d c s ) 采用专用的通信网络，数 据限于d c s 系统内，形成了所谓的“信息孤岛”，不能充分利用i ) c s 系统内的 数据。同时，在石化企业里普遍应用了数套不同厂家生产的集散型控制系统 ( d c s ) ，在一个企业信息网络中把不同类型和型号的集散型控制系统集成起 来具有很大的实际意义和实现上的难度。 入 四川大学硕士学位论文 本文以重庆天然气净化总厂信息化建设项目为背景，研究石化企业设备 管理控制一体化系统的相关技术和应用，相关技术包括：设备管控一体化系 统的基本功能；实现企业信息网络和控制网络互联的o p c 技术；实时数据库； 监控组态软件；多层软件体系结构等软件技术和自控技术。运用这些技术， 我们设计出了重庆天然气净化总厂设备管控一体化系统的方案。本项目的设 计和实施实现了对该厂装置设备的综合管理，把各个分厂独立运行的装置设 备的信息集成到系统中，用合理高效的管理方式实现全厂范围设备的管理控 制一体化。打破了以前控制系统形成的“信息孤岛”，把设备运行实时数据上 传到管理系统中，实现数据的深层次挖掘和分析。管理者在办公室内就可以 通过计算机掌握生产现场设备运行状况。设备簧理系统实现设备信息全厂范 围内管理，提高了工作效率，缩短了总厂和分厂间的空间距离。段备管控一 体化系统在重庆天然气净化总厂的成功应用证明了该研究在原理上和技术上 的可行性，为该企业带来的经济效益指明了信息时代企业技改的方向。由于 本系统充分利用了企业的现有资源，因此投资少，见效快，可扩展性强企 业以设备管控一体化系统为基础平台，还可以向企业资源计划( e r p ) 系统提 供实时数据，供! 婴丕笪对各项指标进一步挖掘，从而优化生产以及为管理 者提供决策依据，企业的经济效益也因此有所提高。 关键词：集散型：，控制系统? d c s设备管控? o p c 数据采集设备管理 流程控制石化 2 一一一 婴! ! ! 盔兰堡主兰竺堡苎 r e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o n o fd e v i c e m a n a g e m e n t - c o n t r o l s y s t e m i np e t r o c h e m i c a l i n d u s t r y s p e c i a l t y ：m e c h a t r o n i c s e n g i n e e r i n g m s r e s e a r c h s t u d e n t ：w a n g k u n t u t o r ：p r o f y u a n z h o n g f a n a f t e rc h i n a sa c c e s st ow t o ，d o m e s t i ct r a d i t i o n a li n d u s t r i e sa r ei m p r o v i n g t r a d i t i o n a lm a n n e ro fp r o d u e t i o na n dm a n a g e m e n tb ym e a n so fa d v a n c e dp c t e c h n o l o g ya n dm o d e mm a n a g e m e n ts c i e n c ei no r d e rt os u c c e e di ni n t e r n a t i o n a l c o m p e t i t i o n i nt y p i c a lp r o c e s sp r o d u c t i o ne n t e r p r i s e s u c h 觞p e t r o c h e m i c a l i n d u s t r y , t h et e c h n i c a li n f o r m a t i o no fe q u i p m e n ta n dr u n n i n gs t a t u sd a t ao fd e v i c e i sv a l u a b l e d e v i c e m a n a g e m e n t c o n t r o ls y s t e m i s v e r yi m p o r t a n t i nt h e s e e n t e r p r i s e s i no u rc o u n t r y , d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ( d c s ) i sw i d e l yu s e di n p e t r o c h e m i c a le n t e r p r i s e t h ed c s p r o v i d e sv o l u m e s o f r e a lt i m e ，h i g h - r e s o l u t i o n d a t af o ru s ei nc o n t r o lo ft h ep r o c e s se q u i p m e n t s f o rt h es p e c i a lc o m m u n i c a t i o n n e t w o r ka d a p t e di nd c s ，t h ed a t ao rm e s s a g ei sl i m i t e di nc o n t r o ls y s t e m ，s oi t c r e a t e sa l l a u t o m a t i o ni s l a n d s ”i nm o s te a s e s t h e r ea r es e v e z a ld i s t r i b u t e d c o n t r 0 1 s y s t e m s m o s t l i k e l y f r o md i f f e r e n tv e n d o r si n o n ep e t r o c h e m i e a l e n t e r p r i s e i np r a c t i c e , t oc o n n e c tt h e s e i s l a n d s o f n f o r m a t i o nf o rc r e a t i n go n e c o m m o ni n f o r m a t i o ni n f r a s t r u c t u r ec a ne n h a n c et h ep r o d u c t i v ee f f i c i e n c ya n d d e v i c em a n a g e m e n t t h i s p a p e rd e s c r i b e st h er e l a t e dt e c h n o l o g i e sa n da p p l i c a t i o no fd e v i c e m a n a g e m e n t - c o n t r o ls y s t e mi nc h o n g q n gn a t u r a lg a sp i l r j 晦p l a n t , i n c l u d i n g b a s i cf u n c t i o no fd e v i c em a n a g e m e n t - c o n t r o l s y s t e m , o l ef o rp r o c e s s c o n l x o l ( o p c ) t e c h n o l o g y , r e a l - t i m e d a t a b a s e ，s u p e r v i s o r y c o n t r o la n d c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e , s o f t w a r ed e v e l o p m e n tt e c h n o l o g y a n ds oo i lb a s e do n t h e s et e c h n o l o g i e s ，w cd e s i g nt h ep r o j e c to fd e v i c em a n a g e m e n t - c o n t r o ls y s t e m i n 3 四j l i 大学硕士学位论文 c h o n g q i n g n a t u r a lg a s p u r i f y p l a n t t h i s s y s t e m f u l f i l l so v e r a l ld e v i c e m a n a g e m e n tt h r o u g h o u tt h ep l a n t ，a n di n t e g r a t e st h ei n f o r m a t i o no f d e v i c ew h i c h s e p a r a t e l yr u n s ，a n dr e a l i z e st h ed e v i c em a n a g e m e n ta n dc o n t m li na ne f f i c i e n t w a y t h er e a l - t i m ed a t ao f d e v i c e i sf e dt om a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n s y s t e m s ot h a t m a n a g e r si nt h e i ro f f i c ec a ns u p e r v i s et h eo p e r a t i o no f d e v i c ei nt h ef i e l dt h r o u g h t h ec o m p u t e rs c r e e n s u c c e s s f u la p p l i c a t i o no f d e v i c em a n a g e m e n t - c o n t r o ls y s t e m a n dt h eb e n e f i t si tb r i n g sh a v ep r o v e nt h a tt h er e s e a r c hi sf e a s i b l ei np r i n c i p l ea n d t e c h n i c a la s p e c t s k e yw o r d s ：d c s ，p r o c e s sc o n t r o l ，i n t e g r a t i o n ，p e t r o c h e m i c a l i n d u s t r y , d e v i c e m a n a g e m e n t - c o n t r o ls y s t e m ，o p c ，p r o c e s sc o n t r o l ， s u p e r v i s o r yc o n t r o la n d d a t aa c q u i s i t i o n ( s c a d a ) 4 型型查堂堡主兰堡堡苎 第1 章概述 1 1 项目研究的目的和意义 进入二十一世纪，信息技术的飞速发展给我们的生产生活方式带来了巨 大变化，以信息技术为手段大幅度改造传统产业的生产方式，提升企业生产效 率已经成为一个不争的事实。江泽民同志在十六大报告中提出“信息化是我 国加快实现工业化和现代化的必然选择，坚持以信息化带动工业化，以工业 化促进信息化，走出条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染 少、人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子，用高新技术和先进适用 技术改造传统产业。”这样的指导方针。四川i 省委、省政府也做出了以 高科技信息化手段实现全省跨越式发展的战略决策，并把信息化建设列为省 委、省政府的一号工程来实施。各行各业特别是大中型企事业单位纷纷开始 构建自己的企业或集团的信息化系统，以信息化建设为契机来进一步整合和 优化内部管理体制，在激烈的市场竞争中进一步提高企业的综合竞争能力。 目前一个企业的信息化建设水平已经成为决定企业运行效率的重要因素。 特别在我国加入w t o 之后，国内传统产业面临着巨大的挑战，利用先进 的计算机技术和现代管理手段来改造企业原有生产方式，实践证明是能够有 效提高企业竞争力的。在我国的石化企业中，一些企业还沿用上世纪九十年 代的生产管理方式，为了提升企业管理水平、提高生产效率、减少消耗、减 小污染、改善工作环境，推进企业信息化建设是石化企业发展之路。以信息 化带动工业化，以工业化促进信息化，用高新技术和先进适用技术改造传统 产业，这将是我国企业在现阶段的发展之路。 在企业进行信息化建设中，首先要抓住企业的重点业务，用信息化手段 实现重点业务的信息和数据管理，这是决定企业信息化建设成败的关键。作 为石化企业这样的流程性生产企业，装置设备管理决定着生产的正常和高效 率运行，装置设备的技术信息和运行状态信息具有相当的价值，因此装置设 备的管理和监控是生产的重点业务，设备管理是该类企业信息化建设的重点。 在我国石化企业中，集散型控制系统( d c s ) 的普及率很高，早在1 9 9 0 年， 中国石化总公司范围内用于过程控制的大小不同规模的o c s 共1 2 2 套，其中 婴型查兰堡圭兰垡堡墨 己投用的9 0 套，除4 套为国产外，其余均为国外引进产品“1 。上个世纪9 0 年代我国引进的集散型控制系统( d c s ) 现在还广泛应用在该行业中。由于大 多数引进的集散型控制系统( d c s ) 采用专用的通信网络，数据限于d c s 系统 内，形成了所谓的“信息孤岛”，不能充分利用d c s 系统内的数据，导致企业 决策时，缺乏准确、及时的原始数据和情况分析：企业管理中的信息冗余、 准确性差；企业计划能力差，生产不均衡，影响产品质量和能源的合理利用。 因此，企业已不能再满足d c s 的孤立应用，应将d c s 与企业信息管理系统集 成起来，实现信息集成与决策，以便解决企业中的许多复杂问题。同时，在 石化企业里普遍应用了数套不同厂家生产的集散型控制系统( d c s ) ，有上个 世纪9 0 年代引进的，也有新近安装的新型d c s 系统，在一个企业信息网络中 把不同类型和型号的集散型控制系统内的数据集成起来具有很大的实际意义 和实现上的难度。本文以重庆天然气净化总厂信息化建设项目为背景，研究 石化企业设备管理控制一体化系统的相关技术和应用，用计算机技术、通信 和网络技术、测量控制技术和现代管理理论实现对现有装置设备的综合管理， 把各个分厂独立运行的装置设备的信息集成到系统中，用合理高效的管理方 式实现全厂范围设备的管理控制一体化。 1 2 项目来源 本项目来源于重庆天然气净化总厂，该厂隶属于中国石油西南油气田分 公司。由于企业发展的需要，该厂决定建立一套生产经营信息管理系统。 重庆天然气净化总厂生产经营信息管理系统的立项和可行性分析历经 了半年时间。2 0 0 1 年9 月，我们开始第一次用户需求调研，在获得第一手材 料的基础上，进行需求分析，建立了用户需求模型。2 0 0 2 年4 月，进行了第 二次需求调研，补充核实了大量用户信息资料。2 0 0 2 年6 月，完成项目的概 要设计，编写了软件和网络的概要设计说明书。然后开始了系统的详细设计， 2 0 0 2 年底完成系统的详细设计，开始编码工作。在系统的分析设计开发过程 中，我们采用面向对象的分析设计思想，在r a t i o n a lr o s e 软件建模工具中， 用统一建模语言( u 地) 进行软件的模型设计，取得了很好的效果。在这个项目 中，我参加了第一次和第二次需求调研，负责完成设备管控一体化系统的需 求分析，概要设计，详细设计和部分编码工作。参与完成了d c s 集散型控制 2 四川大学硕士学位论文 系统与信息管理系统集成的开发，以及实时数据的组态工作。 限于篇幅，本论文主要叙述生产经营信息管理系统中的设备管理控制一 体化系统的功能和技术研究，而对于企业信息管理系统中管理软件的开发过 程只给予简要介绍。通过本项目的开发，提高了笔者对硕士研究生阶段所学 专业技术知识的理解和运用。 1 3 项目研究的内容 本课题研究的对象是石化企业设备管控一体化系统。研究的内容是设备 管控一体化系统的功能和实现该系统的相关技术。根据实地调研和用户提出 的需求，该系统实现的功能包括装置设备的日常维护、各类检修的管理：设 备技术信息管理，设备运行数据监控和统计；装置与设备的档案变动、更新、 报废管理：装置与设备的运行、停机、事故故障缺陷检查、机组特护管理： 容器管道检验：防腐监测管理；密封管理；润滑管理；备品备件管理；设备 经济技术管理与综合统计等。设备管理对象是全厂的装置、设备、管道、车 辆以及纳入设备管理范畴的有关器件。提供对设备的整个寿命周期进行全过 程的计算机管理，从提交设备的采购计划、到货验收、安装调试到日常运行、 交接班设备状况以及设备维修与润滑均有完善的管理。从而为设备管理建立 规范化、程序化、制度化的计算机体系，实现从粗放型向集约化标准化管理 的转变。建立全厂范围内的企业网，把各个分厂运行的集散型控制系统集成 到企业网内，实现全厂范围内对装置设备运行情况的监控。由于分厂的集散 型控制系统型号和生产厂家不同，要解决底层控制网与企业网之间数据交换 的问题。在不影响集散型控制系统稳定性的情况下，选取有价值的设备运行 实时和历史数据进行组态，为总厂的生产和设备管理提供设备运行信息。 实现该系统的相关技术包括：集散型控制系统( d c s ) 的结构和原理，实 现企业信息网和d c s 控制网集成的o p c 接口技术、o l e ，c o m d c o m 、实 时数据库、监控组态软件、多层分布式软件结构等技术。 四川大学硕士学位论文 第2 章 设备管控体化系统的功能研究 2 1 石化企业设备管理的特殊性分析n 8 m 9 1 石油化工工业是连续大生产，工艺过程复杂，工艺条件严格，特别强调 设备安全、稳定、长期、满负荷、优化、节能的运行。为了提高工厂装备的 技术水平、节约能源、降低消耗、促进生产的柔性化，提高产品质量、提高 劳动生产率，控制环境污染、改善劳动条件、保证生产安全可靠，加强设备 管理具有重要意义。在石油化工行业，设备管理有以下几个特点： 2 1 1适应流程性生产 在生产过程中，前后流程连续，相互关联，前一工序的产品作为下一工 序的原料，中间过程的物料不能直接作为产品。生产装置复杂多样，加工能 力强，物料量大，装置停车损失很大。绝大部分的物料只能用仪表进行测量 或通过分析仪表间接获得，不能人工计量。多数流程加工工厂除生产主产品 以外，还附带生产辅助产品，如炼油装置炼出汽油、煤油、柴油等外还生产 沥青。一般流程加工过程都有燃烧过程和三废排放，如果处理不够就会对环 境造成污染。 2 1 2 设备运行的安全性要求高 设备一般都工作在高温、低温、高压、高真空度、大流量、高转速条件 下，工作条件相当苛刻。生产处理的物料许多都有腐蚀性，特别是在高温高 压条件下，设备腐蚀更为突出，缩短了设备的使用寿命，会引起泄漏，导致 环境污染等灾难性事故。同时，生产中还普遍存在有毒物质，如氰化物、硫 化物等，或者易燃、易爆物质，如果设备由于制造有缺陷或者由于严重腐蚀， 或者没有得到检修和更换，或者操作失误，或超负荷运行，都可能引起压力 容器爆炸、管道泄漏或其它严重的设备事故。随着企业向着大型化、自动化、 连续性、高转速、大容量方向发展，设备运行的安全性成为一个突出的问题。 4 四川大学硕士学位论文 2 1 3 设备维护检修保养的重要性 装置设备在高温高压的苛刻条件下运行，处理的物料易燃易爆，或有腐 蚀性，安全性要求高。设备运行除了有正常的部件磨损和寿命缩短外，还有 腐蚀等问题。但在流程性生产中，装置设备连续运转，不能随便停车，一旦 装置停车，损失非常大。加之，生产工艺过程复杂，工艺条件严格，所以必 须做好设备日常的维护保养工作，合理安排装置的中修和装置的停车大修。 装置在检修前，要做好配件的采购供应工作，合理安排检修路线。为应急设 备的突发事故和故障，要做好备品备件的管理工作。 2 1 4设备运行状况的监控 石油化工工业中，工艺过程复杂，工艺条件严格，设备运行的状态直接 影响产品的产量和质量，温度、压力、介质量的多少等等因素都会影响正常 生产。绝大部分的设备运行数据只能用仪表进行测量或通过分析仪表间接获 得，特别在大型化、自动化的生产企业，设备运行都是处于实时控制系统的 监控下，通过监控系统反映的设备状态数据对生产人员和管理人员都具有重 要价值。 2 2 设备管控一体化系统 2 2 1设备管控一体化系统 企业在迅速发展过程中，需要不断提高管理水平，提高生产效率，加快 企业应变市场变化的速度。但在实际中，企业常常存在以下问题： 1 ) 企业上层管理者不能及时、直观了解生产现场设备运行情况； 2 ) 控制系统与管理系统分离，无法实现数据共享： 3 ) 多个独立的控制系统，无法进行综合分析以统一规划全厂资源； 4 ) 控制系统无法进行更深层次的数据挖掘，造成数据资源浪费。 因此，需要不断的采用先进的管理方法和先进的技术手段，加强企业内 部信息沟通，挖掘企业各类有用信息，为企业高效管理和及时准确决策提供 四川大学硕士学位论文 依据，这都有赖于自动化系统提供更多的生产设备运行数据和最佳生产策略， 形成企业设备控制系统和设备管理系统相结合的设备管理控制一体化系统。 这是当前工业自动化发展的必然趋势。现在的工业自动化系统中，生产过程 控制信息占8 5 ，生产管理信息仅占1 5 。今后的工业自动化系统，控制 信息将由8 5 下降到4 0 ，管理信息从1 5 上升到4 0 ，管理信息将成为 企业的重要资产。 在设备管理控制一体化系统中，可以通过远程的实时模拟图监测现场控 制系统反映的设备运行情况，通过报表、曲线等形式查看设备运行历史，使 管理者及时了解设备运行信息，并将实时信息中设备的仪表读数及与设备运 行相关的指标纳入设备管理体系，提高设备维护水平。在设备预防性维护中， 可将设备的实时信息中的仪表读数作为依据，一旦设备累计运行时间或动作 次数等工作指标达到设定数值，则系统自动调出该设备的预维护计划，提交 给相应的检修部门：在设备的日常维护中，设备的相关运行指标超过某一限 定值，则可以诊断此设备发生的故障，并自动生成检修工作单；同时，通过 实时信息的历史记录对设备的运行历史进行分析，找出影响设备使用寿命的 不合理的运行指标，调整设备运行方式，延长设备使用周期。 企业系统结构可以划分为如下表2 1 所示的6 个层次。第一、二层是由 d c s 完成，在此基础上d c s 为设备管控系统提供设备的运行数据，用于设 备管理。设备管控系统通过把有价值的设备运行数据提供给企业信息管理系 统( 比如e r p ) ，用于设备监控和生产管理决策用。从d c s 现场采集的大量实 时数据可用于绘制系统模拟图，实时监测生产现场设备运行情况，可以进行 历史数据分析，包括历史数据曲线、超限额运行时间统计等，以及生产报表 的查询和系统模拟图及报表的灵活组态。技术管理部门可以随时利用这些数 据进行解析、制表，进行设备管理和运行管理。例如帮助进行各种趋势图、二 元相关图的绘制和故障发生前后原因分析，设备运行数据分析及维修计划预 测等。 设备管控一体化系统适用于大型的连续化生产的行业。用户可以最大限 度地访问重要的过程数据，包括全部实时数据及历史数据。组态功能包括实 时模拟图、报表和分析曲线组态。 6 四川大学硕士学位论文 表21 设备管理控制系统的层次及功能 层区域 功能性质 次 6企业 经营管理 战略、供销、物流，资金流 企业资源计划( e r p ) 5工厂 工厂管理设备管理控制系统 设备运行状况、生产计划、生产管理 4分厂分厂管理 设各运行数据、生产计划、质量数据运行控制 3 单元单元控制 2现场站装置控制回路控制系统 l装置设备自动化机构、驱动部分 2 2 2 设备管控一体化系统的作用 采用设备管控一体化系统给企业带来诸多经济效益的提高，具体来说， 有以下几个方面： ( 1 ) 减少非计划停车时间 通过对影响过程运行状态的关键参数监控，使生产运行状态保持平稳， 当生产状态发生变化时，可以及时地作出反映，避免装置及设备停车，这方 面的效益是十分巨大的。 ( 2 ) 减少原材料以及公用工程的消耗 通过对影响原材料用量的过程以及公用工程中水、电、气、风的用量监 测，可以及时发现问题，特别是对生产调度人员来说，可以利用实时数据及 时地平衡公用工程及物料供应系统以减少单耗，提高经济效益。 ( 3 ) 优化生产过程，提高产品的产量及质量 利用实时数据优化生产过程。生产管理人员以及工艺管理人员可以利用当 前的和历史的数据对生产的工艺过程进行在线分析，进一步发现过程运行的 规律，及时地调整工艺参数，使过程处于优化状态。同时也可以通过对影响 四川大学硕士学位论文 产量及质量的过程参数的监控，达到提高产量及产品质量的目的。甚至可以 根据统计规律对产品的质量数据进行在线分析，预测产品的质量从而达到提 高质量的目的。 ( 4 ) 动态地监控生产成本 成本控制人员可以利用实时数据动态地监控生产成本，使成本控制发生 在生产过程中，而不是在生产完成后，以达到降低成本的目的。 ( 5 ) 分析事故原因 当发生事故时，可以利用当前和历史的数据，对事故进行及时的分析， 精确地定位事故发生的原因，以避免事故的再次发生。 2 2 3 石化企业设备管控一体化系统的特点 石化企业由于行业的特殊性，设备管控一体化系统也有其自身的特点。 ( 1 ) 分布性由于地理位置分散和企业部门划分造成的，因此要求采用分布式 ( 2 ) 实时性 ( 3 ) 可靠性 ( 4 ) 自治性 ( 5 ) 异构性 的计算机网络系统。 这是设备监控的必须要求。 要求系统具有较高的诊断和容错功能，避免传递错误信息，在出 现错误时要有较强的恢复能力。 各个控制系统和管理系统在集成运行的前提下，必须保证各自独 立运行能力。 要求选用具有异构功能的网络系统。 设备管控一体化是实现企业综合自动化的必然要求，能对生产过程中的 设备信息进行有效的控制和协调，提高决策和设备管理水平，从而提高产品 质量、增加产量、降低成本，增强企业的市场竞争力。 s 四| i 大学硕士学位论文 2 3 石化企业设备管控一体化系统的功能分析 设备是企业固定资产的重要组成部分，是企业组织生产的手段。根据全 民所有制工业交通企业设备管理条例及九五全国设备管理工作纲要，和 i s 0 9 0 0 0 1 国际质量管理体系中关于企业设备管理的要求，并结合实地调研企 业现有的设备管理业务流程和用户提出的新需求，制定了石化企业设备管理 十个方面的内容。 2 3 1 设备台帐管理 所有设备、仪器、仪表、衡器都要登记造册，固定资产设备必须建立台 帐、卡片，内容包括：生产厂家、型号、规格、生产能力等等；技术资料( 说 明书、设备图纸、装配图、易损件备品清单等) ；检修、维护、保养的内容、 周期和记录等等信息。 设备发生新增、封存、转移、闲置、调拨、租赁、报废、停用等变动时 修改设备的台帐，把数据录入系统。实现所有设备基本信息的计算机管理， 这是整个设备管理系统的基础数据。系统提供设备信息的新增、编辑、浏览、 检索功能。设备变动包括以下内容： ( 1 ) 设备新增：新购置设备时，设备信息应录入系统。 ( 2 ) 设备停用：已安装验收、投产使用而目前因故不用的设备，作停用处理。 ( 3 ) 设备封存：停用三个月以上的设备，由使用部门原地封存。封存设备按规定 停止计提折旧。 ( 4 ) 设备闲置：封存一年以上的设备及已确定不需要的设备，作闲置处理闲置 设备不计提折旧。 ( 5 ) 设备转移：设备在二级单位内的调动或安装位置的移动。 ( 6 ) 设备调拨：设备在各二级单位之间的转移，调拨后该设备资产已不属于原 单位。 ( 7 ) 设备报废：设备报废后，修改设备台帐。 2 3 2 设备检修管理 设备检修包括设备年度停车大修、设备月度检修、设备日常维护。根据 9 四川大学硕士学位论文 设备保养、检修规程( 包括：维修保养职责、检修内容、检修方法、检修周 期、检修记录等) ，制定出检修计划，检修路线、检修材料备件计划表，保养、 检修的记录应建立档案并保存。 设备检修管理包括以下功能： ( 1 ) 制定年度大修计划； ( 2 ) 制定月度检修计划： ( 3 ) 制定检修方案和路线； ( 4 ) 建立设备维修台帐； ( 5 ) 检修月度统计： ( 6 ) 检修年度统计； + ( 7 ) 制定备件材料计划： ( 8 ) 检修项目管理： 2 3 3设备技术管理 对设备技术信息进行计算机管理，提供录入、更新、查询、删除等功能。 设备技术信息包括以下： ( 1 1 基本参数( 功率、能耗、能力、役龄、原值、新度及折旧等技术参数) ： ( 2 1 设备技术档案( 设备检修记录、零部件更改图纸、设备事故记录等) ； ( 3 ) 技术资料( 设备说明书、设备图纸、装配图、易损件备品清单、设备安装 验收单、设备润滑图标、设备操作维护规程、检修维护保养的内容 和周期等) 。 2 3 4设备安全管理 对设备的事故和故障进行管理。需要记录的数据如下： ( 1 1 故障事故预防 设备的事故、故障预防措施描述。 f 2 1 故障登记 记录故障的发生时间、故障类型、故障描述、停机时间、处理办法、经办 人等。 ( 3 ) 故障统计 1 0 塑型查兰堡主兰垡堡兰 按时间段、按单位统计出企业设备故障情况。 ( 4 ) 事故记录、事故统计 记录事故发生时间、发生地点、事故名称、事故性质、事故类别、处理办 法等。按时间段、按单位统计出企业设备的事故发生情况。 2 3 5 设备润滑管理 根据“润滑五定”的原则来对设备润滑进行管理和记录 定点：确定每台设备的润滑部位和润滑点，实施定点给油。 定质：润滑油名称、润滑油牌号，确定润滑部位所需油脂的品种、牌号及质 量要求，所用油需化验合格。 定量：润滑定额，确定各润滑部位每次加、换油脂的数量，实行耗油定额和 定量换油。 定期：换油周期，确定各润滑部位加、换油脂的周期，按规定周期加油、添 油和清洗换油。对贮油量大的油箱，按规定周期抽样化验，确定下次 抽验或换油时间。 定人：由专人负责润滑工作。 需要记录的数据有以下： ( 1 ) 设备换油记录 记录换油的时间、换油名称、润滑油的牌号、润滑油数量、经办人、操 作类别( 换油、加油) ( 2 ) 设备润滑油监测记录 根据润滑五定、设备换油记录进行监测油油质监测分析记录登录检查，记 录检查结果。 ( 3 ) 统计分析： 输入统计日期，单位，统计生成确定时间段内润滑实施项目的润滑材料消 耗统计表。 2 3 6压力容器管理 四川大学硕士学位论文 按照国家有关规定对锅炉、压力容器、压缩气体钢瓶等压力容器进行管理 定期进行检测、验证、做好记录存档。 2 3 7 设备防腐管理 根据设备的技术资料中关于设备、管道防腐要求，制定设备的每个防腐 检测点，记录设备防腐检测的周期、每次检测结果，定期采取防腐措施。 2 3 8备品备件管理 为保证设备检修的顺利进行和预防突发故障，就需要加强备品备件的管 理。备品备件管理包括备件采购管理、备件技术管理、备件经济管理、备件 库存管理。 ( 1 ) 备件采购管理 根据备件储备定额和大、中、月度装置设备检修计划以及备件消耗记录 制定备品备件购置计划，记录采购合同并动态反映应付帐款情况。 ( 2 ) 备件库存管理 记录备件的进、出库单，并动态反映备件的进、出库情况。制作盘点表 并记录盘点情况，按月进行月度结算，生成各种进、出帐表。制定备件 的最高、最低储备量和额定储备量。制定备件订货点和订货量。实现备 件最低储备量的信息反馈，生成备件订货表。在制定设备维修计划时， 可直接查询所需要备件库存数量。 ( 3 ) 备件技术管理 备件管理员负责建立、健全备件的技术资料，收集备件供应厂商提供的 备件技术资料( 包括备件名称备件规格和尺寸、材质等) 。绘制关键设 备易换件的图纸，并且按规定给备件和备件图纸编号，生成唯一的备件 号和图纸号，便于查询和管理。按照备件标准化和系列化的要求来管理。 备件的技术资料和图纸录入备件技术资料信息库。 ( 4 ) 备件经济管理 根据备件的库存情况生成相应报表，实现备件消耗统计、备件成本审定、 备件库存资金核定、备件各项经济指标统计。 1 2 四j i f 大学硕士学位论文 2 3 9设备数据统计 根据设备的运行台帐和设备的各项记录，自动汇总生成设备的运行数据 统计报表。常用的统计指标有：设备完好率、自控仪表完好率、设备和管道 静密封点泄漏率、设备的新度系数、故障停机率、设备利用率、设备折旧率、 大修计划完成率等。 2 3 1 0设备运行状态监控 在石油化工工业中，设备装置大多运行在高温、高压、易燃、易爆、腐 蚀性强的环境中。设备在运行中，对温度、压力、容量、流量、能耗等参数 的监测控制实时性要求强，设备的运行情况直接与生产的正常运行紧密联系， 因此，设备运行状态的监控就显得特别重要。在我国石化企业中，广泛采用 集散型计算机控制系统( d c s ) 来实现过程控制自动化。通过把d c s 的实时和 历史数据传输到上层管理系统中，可实现以下功能： ( 1 ) 系统实时模拟图监测功能，以系统实时模拟图的方式监测生产现场设备 运行情况，实时观测生产现场设备的各项指标。数据的显示方式包括模拟量 的实时数字显示、开关量的实时图形显示，实时数据的实时棒图显示、列表 显示等；当数据超过规定的限值时，系统可自动产生报警信息。用户可以自 定义实时数据的刷新速度，并可随时编辑各系统图的表现形式。 ( 2 ) 历史数据分析，包括历史数据曲线和指标超限额运行时间统计两部分内 容。历史数据曲线功能可以观察某项指标某一天的数值变化曲线及其报警线 的显示，并可同时观察多项指标曲线的对比显示；可以查看各项指标的报警 限值，统计每项指标在给定时间段内的最大值、最小值及其各自的取值时间， 浏览超过报警限额运行的时间点及其数值并进行汇总统计等。超限额运行时 间统计功能可以查看任意区间内某项指标超过报警限值运行的时间累计情 况，从而使管理者能根据此数据不断调整、优化生产过程。 ( 3 ) 报表功能，实现企业的设备运行日报表及班报表的组态及查询功能。用 户根据本企业的实际生产情况定制各类生产报表，使报表的每列数据可以是 d c s 的某一项指标，也可以是某几项指标的运算表达式，并可在报表内进行 计算、汇总等操作。此功能的实现为企业管理者及时、快速了解生产情况， 分析生产过程提供了依据。 第3 章 设备管控一体化系统的设计实例 重庆天然气净化总厂隶属于中国石油西南油气田分公司，位于重庆市长 寿县城，下属长寿分厂、垫江分厂、引进分厂、渠县分厂，还有一个建设中 的忠县分厂。该厂主要从事原料天然气的净化生产。总厂负责全厂范围内的 生产安排和经营管理，不从事具体的生产任务，由下属的各个分厂承担具体 的生产。由于各个分厂分布地域广( 最远的渠县分厂距离总厂2 0 0 余公里) ， 现有的通讯方式主要是电话和传真。总厂和各个分厂之间以及分厂与分厂之 间的信息传输和交换非常不便。在各个分厂中独立运行的集散型控制系统 ( d c s ) 形成了“自动化孤岛”，生产设备的实时运行数据没有得到充分利用和 挖掘，在总厂的管理者不能及时了解生产情况和设备运行情况，这给生产和 设备的管理带来了很大的不便。加之手工管理体制下信息不统一、不完整、 不准确、传递不及时等众多问题已经影响到企业正常的生产经营。在最近几 年企业迅速发展的过程中，管理方式的滞后给企业的发展带来了很大的障碍， 成为企业发展的一个瓶颈。随着企业管理水平不断提高，迫切需要建立一个 全厂范围内的生产经营信息管理系统来彻底改变现状。本文主要叙述这个生 产经营信息管理系统中的设备管控一体化系统的设计和开发过程。 3 1系统设计目标 ( 1 ) 建立设备管控一体化系统，实现重庆天然气净化总厂各分厂集散型控制系 统( d c s ) 与企业管理信息网络的集成，实现总厂范围内设备实时运行数据 的监控，包括：远程现场设备实时运行数据浏览、远程实时数据变化趋势 曲线和历史曲线显示、各类报表的生成和查询、异常报警提示、远程设备 运行图组态等功能。 ( 2 ) 广泛的适用范围，可与国内外各大著名厂商的控制系统接口，能综合分析 各异构的控制系统数据。 ( 3 ) 开放性好，易于系统的扩展。 ( 4 ) 投资经济，快速实施，显著的实施效果。 ( 5 ) 在全厂范围内，利用计算机技术、网络技术和数据库技术实现设备检修、 技术、台帐管理和设备安全管理、润滑管理、压力容器管理、设备防腐管 1 4 一 璺型查堂堡主兰垡堡墨 理、备品备件管理等功能。 ( 6 ) 建立“生产经营管理信息系统”的中心数据库，使各部门之间可实现数据 共享。 ( 7 ) 实现设备管控一体化系统和行政办公自动化系统、财务管理系统、仓储管 理系统、企业网站之间的信息共享和传送。 ( 8 ) 建立安全可靠的各种对外通信接口。 ( 9 ) 建立软件维护、应用的安全体系，包括角色的划分、权限分配、用户身份 确认及安全保密体系。 ( 1 0 ) 建立数据维护体系，保障“设备管控一体化系统”数据可靠安全。 3 2 系统功能设计 设备管理系统包括的功能有设备台帐管理、检修管理、技术管理、安全 管理、润滑管理、压力容器管理、防腐管理、备品备件管理等。利用计算机 技术和网络技术把原来用手工管理的设备信息实现计算机管理。所有信息通 过企业内部网传输，从而缩短了总厂和各个分厂之间的空间距离，大大提高 现有的工作效率。 设备运行状态监控系统中，通过实时模拟图远程监测现场设备运行情况， 通过查看历史曲线等形式得到设备运行历史情况，通过生成各类报表，为企 业管理者及时提供生产情况，为分析生产过程提供依据。设备管理者及时了 解设备运行信息，并将实时信息中设备的仪表读数及与设备运行相关的指标 纳入设备管理体系，以提高设备的维护水平。在设备预防性维护中，可将设 备的实时信息中的仪表读数作为依据，一旦设备累计运行时间或动作次数等 工作指标达到设定数值，则系统自动调出该设备的预维护计划，提交给相应 的检修部门：在设备的日常维护中，设备的相关运行指标超过某一限定值， 则可以诊断此设备发生的故障，并自动生成检修工作单；同时，通过实时信 息的历史记录对设备的运行历史进行分析，找出影响设备使用寿命的不合理 的运行指标，调整设备运行方式，延长设备使用周期。 四j i i 大学硕士学位论文 圈3 1设备管控一体化系统功能图 3 3系统总体结构 整个系统包括两个部分，一个是设备管理系统，一个是设备运行状态的 1 6 四川大学硕士学位论文 远程监控系统。两个系统采用了不同的技术来实现。设备运行状态的数据进 入设备管理系统，作为设备管理的一部分基础数据。 设计设备管理系统时，我们在需求调研分析基础上，以企业组织结构为 线索建立业务流程、业务数据模型，进而划分出软件模块。根据各模块要求 的业务数据以及数据之间的相互关系，设计出软件的功能模块。软件在整个 体系结构上采用三层分布式结构，包括了总厂数据库服务器、总厂应用程序 服务器和运行在全厂范围内的客户端。系统的结构如图3 2 所示。应用程序 服务器包含以组件的形态封装企业逻辑形成的各种企业对象，为应用提供服 务。采用这种应用程序服务器可以增加企业对象的重复使用率，降低整个系 统的维护成本，同时应用系统的延展性、容错能力和负载平衡能力也可大为 提升。我们开发的企业对象、流程控制对象、事务协调对象等都运行在应用 程序服务器中，客户端只负责人机界面和小部分的应用层功能，避免维护带 来的巨大的工作量。三层结构的结构原理见4 7 节。 设备运行状态的远程监控系统的开发包括两个步骤。第一步，在各个分 厂，由数据采集工作站从分厂的集散型控制系统中把装置设备的实时运行数 据采集出来，保存到实时和历史数据库中。第二步，在总厂，通过监控组态 软件把实时数据进行组态，实现远程的设备运行状态监控。设备管理系统可 通过访问历史数据库，得到设备运行的历史数据，为设备管理提供基础数据。 这个系统的开发中，我们主要采用了o p c 技术来实现，o p c 技术的介绍见 4 3 节。由于集散型控制系统都支持o p c 接口，我们就在每套集散型控制系 统中增加一台o p c 服务器，o p c 服务器可以作为数据源，通过o p c 客户端 进行访问就可以采集到集散型控制系统中的数据了。系统中的实时数据库和 监控组态软件都支持o p c 接口标准，在监控组态软件中把现场设备运行数据 进行组态，从组态图上就可以看到现场设备的运行状况了，同时还开发了报 警功能和报表统计功能。系统结构如图3 2 所示。 1 7 四川大学硕士学位论文 3 4系统运行环境 图3 2 系统总体结构图 3 4 i 网络系统