（计算机应用技术专业论文）油气集输公司生产信息网络设计与实现.pdf

迪冬塞笙坌望竺主堕皇旦鳖丕笙堡生兰窒塑 摘要 油气储运在现代石油化工生产中起着纽带和桥梁的作用，也是石油工业供应链管理 中最重要的环节之一。辽河油田油气集输公司是中国石油辽河油田下属的二级单位， 是辽河油田原油及天然气外输的主要集散地。追求油气集输过程的最优化操作是公司 利润最大化的体现，安全生产是企业生产经营活动的主题。 本课题通过对企业生产情况和各装置计算机监控系统的分析，以及对企业级过程信 息集成设计原理的研究，根据现代工业企业管理工作模式的发展趋势，并遵循安全、低 成本、高效率的原则，提出了油气集输公司生产信息网络系统设计的总体方案：( 1 ) 以 生产调度室为切入点，把公司分散的主要生产装置计算机系统并入企业局域网：( 2 ) 在 公司网页上增加生产信息交流和管理功能；( 3 ) 逐步开发生产信息服务子系统。以此设 计了生产信息网中的主要环节数据通讯链路；数据采集服务器的系统设计和软件实 现；生产信息的网上发布与管理。实现了油、气、轻烃各类生产信息的网上发布与监测， 消除企业生产管理工作中的“信息孤岛”现象，实现生产信息资源共享，达到了设计要 求。提高了企业整体安全生产管理水平和办公效率，为进一步实现生产专家系统和生产 信息应急寻呼系统，为企业综合竞争力的提高，打下了坚实的基础。 关键词：i n t r a n e t ：生产信息；自动化；油气集输 鎏玉塞塑坌旦竺主焦皇旦垒墨堑堡生皇塞銎一 a b s t r a c t t h es t o r a g ea n dt r a n s p o r to fp e t r o l e u mt a k e st h ec r u c i a l f u n c t i o ni nt h e m o d e r np e t r o l e u mt h e m i c a le n g i n e e r i n g ，a n di sa l s oo n eo ft h e m o s ti m p o r t a n ts t e p s i nt h em a n a g e m e n ts u p p l yc h a i no fp e t r o l e u mi n d u s t r y l i a o h eo i l 一f i e l dp e t r o l e u m g a t h e r i n gt r a n s p o r tc o m p a n yi st h es e c o n dc l a s su n i to f c h i n e s ep e t r o l e u mh i a o h e o i l - f i e l d ，a n di sap r i m a r i l yg a t h e ra n dt r a n s p o r tc e n t e ro ft h ec r u d eo k la n d n a t u r a lg a si nt h el i a o h eo i l f i e l d p u r s u i t i n gt h eo p t i m u mo p e r a t i o n i nt h e p e t r o l e u mg a t h e r i n ga n dt r a n s p o r t i n gp r o c e s si se m b o d i m e n tt om a x i m i z eac o m p a n y p r o f i t s ，s a f e t yp r o c e s si st h et o p i c o fc o m p a n yp r o d u c i n ga n do p e r a t i n ga c t i v i t y t h i s l e s s o nt o t a l p r o j e c tf o rd e v e l o p m e n t t r e n df o rp a s s i n ga n a l y s i s i n g b u s i n e s se n t e r p r i s ep r o d u c ec i r c u m s t a n c ew i t hc a l c u l a t o ro f e a c hd e v i c es u p e r v i s e a n dc o n t r o ls y s t e m ，a n dr e s e a r c h i n gb u s i n e s ee n t e r p r i s ec l a s sp r o c e s si n f o r m a t i o n g a t h e r d e s i g np r i n c i p l e ，a c c o r d i n g t om o d e r n i n d u s t r y b u s i n e s se n t e r p r i s e m a n a g e m e n tw o r km o d e ，c o m b i n i n gf o l l o w i n gt h es a f e t y ，l 伽c o s t l y ，h i g h e f f i c i e n c y p r i n c i p l e ，b r i n gu p p i n gp e t r o l e u mg a t h e r i n g t r a n s p o r tc o m p a n yp r o d u c e i n f o r m a t i o n n e t w o r ks y s t e md e s i g n i n g ：( 1 ) m a k i n gt h ep r o d u c e c o n t r o lc e n t e ra c t a si n c l s l v ep m n t s ，m e r g i n gm a l l s c a t t e r i n gp r o d u c t l o n e q u l p m e n tc o m p u t e rs y s t e m i n t oe n t e r p r i s el o c a l n e t ：( 2 ) i n c r e a s i n gt h ei n f o r m a t i o ne x c h a n g e sw i t ht h e m a n a g e m e n tf u n c t i o no nt h ec o m p a n yw e bp a g e s ：( 3 ) g r a d u a l l yd e v e l o pt h ep r o d u c t i o n i n f o r m a t i o ns e r v i c es o nt h es y s t e m a n dd e s i g n i n gt h ep r o d u c t i o ni n f o r m a t i o nt h e v i t a ll i n ki nt h en e t 一一d a t ac o m m u n i c a t i o n1 i n er o a l ：t h es y s t e mt h a td a t ac o l l e c t t h es e r v e rd e s i g n st or e a l i z e sw i t hs o f e w a r e ：p r o d u c t i o n sn e tt ou pa n n o u n c ew i t h t h em a n a g e m e n t r e a l i z e sv a r i o u sn e to fh y d r o c a r b o no fo i l ，s p r i r i t ，h y d r o c a r b o n t h a t p r o d u c et h e i n f o r m a t i o nu pa n n o u n c ea n dm o n i t o r ，d i s s o l v et h eb u s i n e s s e n t e r p r i s ep r o d u c t i o n t h em a n a g e m e n tt h e ”i n f o r m a t i o ni s o l a t e di s l a n d ”p h e n o m e n o n r e a l i z e p r o d u c t i o n i n f o r m a t i o nt h er e s o u r c e ss h a r e ，c o m et ot h ed e s i g nt h e r e q u e s t i n c r e a s i n gt h eb u s i n e s se n t e r p r i s et h ew h o l et h es a f e t yt op r o d u c et o m a n a g et h el e v e lw i t ht r a n s a c tt h ee f f i c i e n c yo rf u r t h e rr e a l i z e sat h ev o i c e c h e c kt od r e s se x p e r ts y s t e mw i t hp r o d u c et h ei n f o r m a t i o nt om e e ta ne m e r g e n c y t ot o o kf o rt os h o u tt h es y s t e m t h e r ei saf i r mb a s ei no r d e rt oi m p r o v et h ec o m p l e x c o m p e t i t i o na h i l i t yf o rb u s i n e s se n t e r p r i s e k e y w o r d s ：i n t r a n e t ；p r o d u c t i o ni n f o r m a t i o n ； a u t o m a t i o n p e t r oie u f f i g a t h e rt r a n s p o r t 油气集输公司生产信息网络系统设计与实现 0 前言 0 1 企业综合自动化技术发展现状 油气储运在现代石油化工生产中起着纽带和桥梁的作用，也是石油工业供应链管理 中最重要的环节之一。我们知道，石油化工属于流程工业，它在我国国民经济中占有重 要经济地位。但目前这些流程工业普遍存在能耗大、产品质量差、生产过程工艺落后、 自动化水平低、管理水平低、信息集成度低、综合竞争力弱等现状。在“十五期间”，我 国组织实施制造业信息化关键技术研究及应用示范工程中，流程工业综合自动化系统是 其中的一项主要内容。综合自动化技术是将先进的工艺装备技术、现代管理技术和以先 进控制与优化技术为代表的信息技术相结合，将企业的生产过程控制、优化、运行、计 划与管理作为一个整体进行控制与管理，提供整体解决方案，以实现企业的优化运行、 优化控制与优化管理，从而成为提高企业竞争力的核心高技术。2 0 世纪8 0 年代后期， 随着计算机技术和网络技术的迅速发展，流程工业控制中出现了多学科间的相互渗透与 交叉，信号处理技术、计算机技术、通讯技术及计算机网络与自动控制技术的结合使过 程控制开始突破自动化孤岛模式，出现了集控制、优化、调度、管理、经营于一体的综 合自动化新模式。2 0 世纪9 0 年代，随着计算机技术的日新月异，计算机集成生产系统的 研究已成为自动化领域的一个前沿课题。国外大型流程企业、特别是石油化工企业均重 视信息集成技术的应用，纷纷以极大的热情和精力，构架工厂级、公司级甚至超公司级 的信息集成系统。1 9 9 5 年美国、日本、西欧等国已有1 0 0 多家炼油、化工企业在实施c i m s 计划，推动了流程工业综合自动化技术在实际生产中的应用，如日本三井石油化学工业 公司、美国德曹达公司、高尔公司等化工企业都相继建立了综合自动化系统。意大利a g i p 石油公司提出了以数据模型为核心的工厂信息集成系统的方案，信息采集从低层到上层， 从供应链的源头到产品的客户。他以面向数据的模型为核心系统，连接实时数据库和关 系数据库，对生产过程进行过程监视、控制和诊断，环境监测，单元整合，模拟和优化。 在管理决策层进行物料平衡、生产计划、调度、排产、企业资源计划、离线在线模拟与 优化等。目前国外实施综合自动化技术的大型流程工业企业己占很大比例。另一方面， 国外已有许多传统的自动化仪器仪表厂家逐步向综合自动化整体解决方案供应商转化， 如h o n e y w e l l 、a b b 、r o c k w e l l 等著名公司。r o c k w e l l 公司提出e - - m a n u f a c t u r i r i g t i 解 决方案。值得注意的是国外著名大公司及研究机构在研发综合自动化技术与系统时，提出 了2 个重要的概念：即提出解决方案和发展工业信息技术( 工业i t ) 。 追求油气集输过程的最优化操作是公司利润最大化的体现。优化是工业过程自动化 的核心技术之一，它通过生产装置的安全平稳运行和优化操作使生产计划高效地实施。 为了实现这一目标，首先需获取正确反映生产装置状态的原始生产数据，利用数据校正 技术，分析、综合出产品质量、装置能力及状况、能源消耗、故障报警等信息，实现质 量监控、故障诊断和安全管理，同时利用流程模拟技术模拟生产装置状况，进行生产作 业计划的优化调度，以最少的能耗、最高的安全性或最大的产品效益，确定各个生产装 油气集输公司生产信息网络系统设计与实现 置的负荷并通过静态实时优化向先进控制层提供最优操作条件。总体而言，我国在流程 工业综合自动化技术与系统的研究和产业化过程中同国外先进技术相比还存在很大的差 距，主要体现在技术深度上不够、应用基础研究不够、相关领域技术借用不够、系统化 程度不够、集成能力不够、产品化程度不够、产业化能力不强等诸多方面。一般而言， 流程工业企业对综合自动化技术的需求主要关注4 方面的问题。( 1 ) 安全：即需要用高可 靠性的控制系统、检测和执行机构对设备与装置的运行提供保证，进而对关键装置进行 故障诊断与健康维护。( 2 ) 低成本：通过先进的工艺及工艺参数以降低能耗和原料消耗， 以及通过先进的建模技术、控制技术和实时优化技术来提高产品的合格率和转化率。( 3 ) 高效率：通过先进的计划调度与排产技术和流程模拟技术来提高设备利用率和劳动生产 率。( 4 ) 提高竞争力：通过数据和信息的综合集成，如先进的管理技术包括e r p 、电子商 务、价值链分析技术等，以促进企业价值的增值，最终提高企业的综合竞争力。 根据国内外综合自动化技术的发展趋势和网络技术的发展现状，流程工业综合自动 化技术的总体结构可以分成3 层结构 1 】【2 】，如图1 1 所示。 图0 1 流程工业综合自动化技术的总体结构 f i g u f e o 1f r a m eo f i n t c g m t c da u t o m a t i o nt e c h n i q u ef o rp r o c e s si n d u s t r y ( 1 ) 以p c s ( 过程控制系统) 为代表的基础自动化层。主要内容包括先进控制软 件、软测量技术、实时数据库技术、可靠性技术、数据融合与数据处理技术、集散控制 系统( d c s ) 、现场控制系统( f c s ) 、多总线网络化控制系统、基于高速以太网和无线技术 的现场控制设备、传感器技术、特种执行机构等等。 ( 2 ) 以m e s ( 生产过程制造执行系统) 为代表的生产过程运行优化层。主要内容 包括先进建模与流程模拟技术( a m t ：a d v a n c e dm o d e l i n gt e c h n o l o g i e s ) 、先进计划与 调度技术( a p s ：a d v a n c e dp l a n n i n ga n ds c h e d u l i n g ) 、实时优化技术( r t o ：r e a l - t i m e o p t i m i z a t i o n ) 、故障诊断与健康维护技术、数据挖掘与数据校正技术、动态质量控制与 管理技术、动态成本控制与管理技术等等。 ( 3 ) 以e r p ( 企业资源管理) 为代表的企业生产经营优化层。主要内容包括企业 迪篁塞塑垒旦尘兰焦旦堕笙墨堑堡生皇窒垄 一 资源管理( e r p ) 、供应链管理( s c m ) 、客户关系管理( c r m ) 、产品质量数据管理( p q d m ) 、 数据仓库技术、设备资源管理、企业电子商务平台等等。 通过研究生产过程制造执行系统( m e s ) 及相关技术，可以实现在线成本的预测、 控制和反馈校正，以形成生产成本控制中心，保证生产过程的优化运行：可以实施生产 全过程的优化调度、统一指挥，以形成生产指挥中心，保证生产过程的优化控制；可以 实现生产过程的质量跟踪、安全监控，以形成质量管理体系和设备健康保障体系，保证 生产过程的优化管理。 0 2 油气集输公司简介 辽河油田油气集输公司是中国石油辽河油田下属的二级单位，是辽河油田原油 及天然气外输的主要集散地，担负着辽河油田4 5 的原油及天然气产量的外输和轻 烃产品生产任务。公司机关所在地位于辽宁省盘锦市兴隆台区，现有员工1 1 0 0 人， 下属机关科室l o 个，直属单位4 个，基层单位1 2 个，生产区域分为输油、输气、 轻烃三个工作板块。辖区内共有油气集输站点2 0 多个，其中国内大型轻烃回收装 置1 座，设计年加工处理天然气能力2 0 0 万立方米，转化产品为：甲烷、乙烷、丙 烷、丁烷、液化气、轻质油；大型油库4 座，分别是坨子里输油泵站、曙光输油泵 站、渤海输油泵站、松山输油泵站。油气管线纵横交错数百公里，其中以输油管线 最长，由东、西、北三条主干线组成，跨越辽宁五市( 葫芦岛市、锦州市、盘锦市、 鞍山市、沈阳市) ，西起位于葫芦岛市的锦西计量站，东至鞍山计量站，北达沈阳 太平庄首站。 西线( 盘锦输油管线) ：管道起点是曙光首站，经锦县泵站、松山泵站、高 桥加热站至锦西末站。管道为十4 2 6 x 7 毫米，全长1 1 1 0 l 公里。各站之间距离为： 曙光首站至松由泵站4 4 公里，锦县泵站至松由泵站2 4 公里，松山泵站至高桥加热 站1 9 公里，高桥加热点至锦西末站2 4 公里，最大年输油量5 0 0 万吨。东线( 坨一 鞍输油管线) ：管道起点是坨子里输油泵站，经高力房加热站至鞍山计量站，管道 为+ 4 2 6 x 7 毫米，全长为1 0 4 3 公里。各站之间距离为：坨子里首站至高力房加热点 4 4 1 公里，高力房加热点至鞍山输油末站4 1 公里，鞍山输油末站至鞍山炼油厂1 9 2 公里，最大年输油量5 0 0 万吨。北线( 沈_ - - 兴输油管线) ：管道起点是渤海输油泵 站，经7 个加热、加压站至太平庄站，全长1 4 0 公里，最大年输油量5 0 0 万吨。 加工产品主要以原油、天然气为主，产品来源于辽河油田内部的锦采、欢采、 兴采、高采、茨采、沈采、金马油田等采油单位。由于辽河油田属断块油田，各采 油厂比较分散，外输原油较难统一协调，同时由于辽河油田的原油主要以稠油、高 凝油为主，原油含水量较高，为减少输送时的阻力和防止原油在储罐和管道中结蜡 造成堵塞，所以主要生产方式为：对原油加热、加压；对天然气进行压缩、冷却、 提馏。集输方式以管道输送为主，辅以汽车运输。全部生产单位均为甲级要害部门。 产品销往锦西石化总厂、锦卅i 石化公司、鞍山炼油厂、辽阳化纤总厂、辽河石化分 公司、辽河化肥厂、盘锦天然气化工厂等周边炼厂及大型化工企业。 油气集输公司生产信息网络系统设计与实现 0 3 计算机及网络应用情况 经过近三年的建设，辽河油田油气集输公司在网络布局、硬件安装调试、主要生产 装置上实施计算机控制系统、管理信息系统开发等方面己初具规模。以下从四个方面加 以说明： ( 1 ) 计算机配置方面，油气集输公司计算机拥有数量近处1 7 0 台，主要分布在机关 科室( 8 0 台) ，直属单位( 3 0 台) ，基层单位( 4 5 台) 及各生产监控系统1 5 台。由于使 用情况和工程设计需要，计算机分为生产用机和管理用机两大类。其管理用机以p i i 以 上机型为主。生产用机为保证2 4 小时连续运行和高稳定性的需要，主要是台湾研华工控 机型。除此之外，轻烃回收装置上使用的集散控制系统管理机是日本横河电机株式会社 生产的y e w p a c km a c k i i 型操作站( 3 台) 。 ( 2 ) 在网络建设方面，在生产信息网络建立之前，机关科室及主要直属单位建立了 公司级局域网络，主干光纤网带宽为l o o m b p s ，延伸至用户桌面的网络传输为1 0 1 0 0m b p s 自适应，并通过远程路由器，实现了与辽河油田机关的网络互联。 ( 3 ) 在应用软件开发使用方面，存在的主要问题是一方面管理依赖经验或不及时的 报表，决策基本无法考虑当前的生产实时情况。另一方面，计算机控制的输油输气装置 每时每刻都有大量的数据生成，其中可能包含了许多经营决策所需的流程和装备运行状 态、平衡、质量等信息。由于生产管理者往往看不到这些数据，造成了信息资源的浪费。 ( 4 ) 支持上级部门推广使用的专业应用：主要包括：财务、劳资、社会保险、统计、 资产、科技、厂办、档案室、安全等十余套。 科技 生 厂 财务 社保 档案室 图0 2 油气局域网系统应用图 f i g a r e o 2l a a qa p p l i c a t i o nd i a g r a mo f | t h eo i l g a sc o m p a n y 0 。4 生产信息网络系统需求分析 需求分析工作是软件生存期中重要的一步，也是起决定性的一步。通过它可以全面 了解整个软件功能和性能方面的要求，为软件设计打下坚实的基础。油气生产信息网络 系统建设可以认为由面向经营管理的m i s 系统和面向过程装置的监控系统两部分组成， 这里给出的主要是系统在功能方面的需求。 4 迪皇塞堕坌亘生兰焦星旦丝墨丝丝生墨塞塑 ( 1 ) 计算机辅助的经营管理流程 由于该公司点多、面广、线长的地理因素影响，日常生产指挥主要以电话传递信息， 使得企业的生产管理更加繁琐，想要及时传递信息，特别是生产信息更是难上加难，往 返于路途上的原始化信息传递浪费了大量的人力、物力、财力。这样不仅加大了员工的 工作负荷，而且浪费时间，影响工作效率，不利于安全生产。这种陈旧的生产管理模式， 己经远远脱离了当今网络时代信息高度共享的轨道。为进一步加强安全生产，协助值班 人员及时准确地掌握生产动态和管理人员的生产决策指挥，根据油气集输公司的具体生 产实际情况，结合现代信息技术研制开发适合连续生产的实时多任务生产监控与综合生 产信息网络系统是非常必要的。 ( 2 ) 数字化的基层单位 一方面，日常生产运行管理中，人为干扰因素较多，难以真实准确地反映生产状况。 原始的人工抄录，电话传递信息，使大量的现场实时数据无法利用，丢失了信息的时效 性，不利于安全生产。另一方面，各基层记录的数据之间、职能科室和现场生产装置之 间、行政和工程技术部门之间等存在大量的“信息孤岛”，信息资源无法共享，严重地阻 碍了日常生产决策指挥。把远程的各类数字化信息集成到油气集输生产信息交流网络中， 使油气集输公司生产管理上水平，解决企业生产管理工作上存在的主要问题，消除“信 息孤岛”，实现生产信息资源共享，使企业决策层和管理层及时准确地了解生产运行信息， 保障安全生产是当前工作的基本要求。 ( 3 ) 办公自动化功能 在网络高速发展的今天，网上信息高度共享，而油气公司办公依然是以往陈旧的办 公模式，员工办公依旧是老一套步骤，这样不仅加大了员工的办公负荷，而且浪费时间， 影响了办公效率。因此，开发一套网上办公系统，提高办公效率，已是势在必行。办公 自动化软件建设不仅应具有前瞻性，也必须适合企业经营管理的特征。目前办公自动化 系统较成熟的模式是客户服务器方式，而新一代的办公自动化系统则应是 i n t e r n e t i n t r a n e t 方式( 即b s ) ，才更能适应目前及未来的要求。i n t e r n e t i n t r a n e t 方式的办公i h 动化系统是基于w e b 的办公自动化系统，其运作模式不同于c s 模式，它 由客户在客户端工作站通过测览器从服务器下载w e b 方式的办公自动化应用程序后再行 动。这种方式的系统具有下列的好处：对客户端机器的硬件要求较低，而且目前流行的 浏览器支持各种操作系统，使用户可以在保留原有的软件和硬件的基础上运行新的应用 系统，保护现有投资。基于w e b 的办公自动化系统只需在服务器上作配置和维护，大大 降低了用户用于软件系统维护和升级的难度和费用，使办公自动化更加容易实施。象其 它基于w e b 的应用系统一样，基于w e b 的办公自动化系统也是通过浏览器这个简单易用 统一的界面来访问的，其界面相当友好，操作十分简单，易学易用，用户易于接受，从 而节省用户的培训时间和费用。这对减少实施办公自动化的阻力来说，有相当重要的意 义。同时，在软件开发中系统安全、可靠、可扩展也是考虑的重要组成部分。 ( 4 ) 移动或远程办公与生产监视 由于油气集输生产的特点是生产点多、线长、面广，相应的生产数据采集、发布和 访问也必将呈现多种模式。当工程师和管理人员在野外检查管线、或在外地出差、或在 移动中办公或休息日在家中，若遇到生产异常的呼叫，能及时访问油气局域两，定量分 油气集输公司生产信息网络系统设计与实现 析和了解异常发生时相关设备、工艺和单元间的平衡等生产情况，掌握第一手资讯，对 应付突发事故、保证安全和提高生产管理水平有重要意义。生产管理要求发布的来自工 业现场的数据包括二百万轻烃装置、天然气集输等过程共计6 0 0 余组数据及人工录入近 百章各类报表。目前的油气集输生产信息网络只能在辽河油田的局( 城) 域网内访问， 通过拨号网络或移动通讯网络则不能接入。增加移动或远程办公或生产监视功能在推动 企业技术进步和强化油气集输的监管力度发挥积极作用。 5 生产信息网络系统实施目标 通过对油气集输公司企业情况的了解和生产运行管理的分析，使我们清楚地认识到 该公司在整个辽河油田生产经营中举足轻重的地位。安全生产、计量及时准确是该公司 生产经营活动的主题。不破坏原有系统拓扑结构，充分利用现有网络资源，降低开发成 本则是走向成功实现的第一步。总的建设目标是基于c i i e n t s e r v e r w e b 的信息管理机 制，实现各生产监控系统、生产管理系统与公司局域网联网运行。具体实旌步骤为： 以生产调度室为切入点，把公司分散的主要生产装置计算机系统并入企业局域网，实 现数据共享。主要完成天然气计量、2 0 0 万轻烃装置数据、压缩机群监控、调度报表， 管线运行信息等系统的动、静态数据上网工作。 在技术上实现客户机服务器浏览器( c l i e n t s e r v e r w e b ) 的三级信息传递及管理 模式。减少系统资源占用率，提高系统可靠性。在公司网页构造上增加生产信息管理 功能。 逐步开发一些生产信息服务子系统。 0 6 本文的主要内容 本课题通过对企业综合自动化现状及企业级过程信息集成设计原理的研究，结合 辽河油田油气集输公司的实际情况，提出了总体设计方案，并对各种形式企业生产 信息集成的实现进行详细设计，实现了生产信息资源网上共享，提高了企业整体安全 生产管理水平和办公效率。最后给出了结论与展望。主要内容包括： 企业综合自动化现状分析： 企业介绍和需求分析； 企业级过程信息集成设计原理； 组网方案设计； 数据采集服务器系统设计和软件实现： 生产信息发布与管理； 结论与展望； 油气集输公司生产信息网络系统设计与实现 1 企业级过程信息集成设计原理 1 1 过程信息集成的意义与作用 2 1 9 1 1 1 过程信息集成的基本任务和地位 根据过程信息集成的目标，流程工业企业的实际情况以及对过程数据的主要应 用形式，可以确定其支撑平台的基本任务是： ( 1 ) 向与过程直接相连的底层过程控制系统传达控制要求 ( 2 ) 建立工厂所有控制数据源的数据通道，根据组态采集过程数据，并对这 些数据进行必要的校正、调和及筛选。 ( 3 ) 根据组态进行报警计算 ( 4 ) 根据组态形成历史数据库 ( 5 ) 为各种应用提供标准的过程数据访问接口，这些应用系统可能是本装置 的优化软件，也可能是其它装置的过程控制系统或更上一层的调度系统、 生产管理系统等。 ( 6 ) 为过程控制工程师、管理人员提供最基本的过程数据访问工具，如实时 历史趋势、动态工艺流程图等。 由上述任务可见，过程信息集成平台是联系现存控制信息孤岛的桥梁，是实现 企业综合自动化最重要的基础之一。 1 1 2 过程信息的主要利用 过程信息指的是直接反映生产过程状态的实时数据，在企业综合自动化系统中 占有重要的地位，其作用主要体现在以下两个方面： ( 1 ) 在现场控制层和过程监控层 随着市场经济的发展，企业已经不仅仅满足于平稳生产，而是要利用各种先进 的技术以获取更多的经济效益。反映在自动化控制系统上，为实现过程的操作优化， 许多普遍采用高级控制和优化技术，以及生产分析工具等。在直接控制层采用的 d c s 、p l c 等通常集成了常规控制、增强型控制以及部分较为简单的先迸控制和优化 控制功能，而生产分析工具以及稍微复杂一些的先进控制策略和操作优化则需要由 直接控制层的上层过程监控层完成，这就需要建立与d c s 、p l c 等控制系统 的相应数据通道，及时地交互过程信息。 ( 2 ) 在调度层、管理层、决策层 随着企业对综合自动化系统的重视，过程数据在管理信息系统中的重要性日见 上升，这一点在电力、冶金、石油、石化等流程行业尤其明显。一些企业已经开始 在各职能管理部门部署生产过程监视站，并着手开发生产计划、优化调度等生产管 理以及经营决策等与生产过程紧密相关的应用系统。这些系统的建立往往需要对大 量的过程数据进行复杂的统计与计算。 1 2 信息流分析 7 油气集输公司生产信息网络系统设计与实现 企业综合自动化系统是一个集产品生产、经营、管理为一体的多层次、多结构 的复杂系统，有关综合自动化系统体系结构已有深入的研究，由于流程工艺的不同 的特点，不能完全借用c m z s 中的方法，必须作出进一步的研究与分析。 在综合自动化系统的分级体系中，以生产调度层为分界面，其下层为实时生产 信息，其上层的信息面向生产管理、经营决策。生产调度层是综合自动化系统构成 闭环回路的关键环节。流程工艺的生产过程实时监控要求比较严格，大量来自基础 自动化层的过程实时采集数据需要传递至管理层，实现上层的操作优化和调度优 化，并且用于管理层的生产监督。生产调度作为生产管理的核心，跨越了过程控制 与管理层，它包括管理层的日常调度和过程控制层的智能优化调度，日常调度属于 结构化决策，生产调度的指令信息需要下达至过程控制层，而需要过程控制层将生 产进度信息反馈至管理层，智能优化调度属于非结构化决策，需要综合日常调度信 息与生产过程的设备状态和生产工况信息进行动态调度。 从系统信息属性来看【3 】 1 0 1 ，可按信息的用途分为监控信息、优化调度信息和管 理决策信息。按信息要求可分为实时信息，短期统计信息和长期统计信息。因此需 要采用不同的数据结构来实现。对于监控信息由集散控制系统负责管理，信息处理 的实时性和可靠性是解决的关键。调度优化信息和管理决策信息表现为相对稳定的 静态信息，则由管理信息系统负责，恰当的信息流的结构是解决的关键。 实时监控信息可采用实时数据库的方法，由于目前实时数据库没有成熟的产品， 实际应用中采用内存实时数据镜象的方法来保证系统的实时性与可靠性，其数据结 构较为简单。优化调度信息和管理决策信息种类多，数据量大，但实时性不强，适 合采用关系数据库存储，数据结构较为复杂。 实现集成的关键是设计合适的数据结构来统一描述管理决策信息与过程反馈信 息，它既能够描述反馈的生产状况信息，又有描述向下传达的生产调度指令，为实 现此功能，数据模型既要包括静态数据如产品的工艺结构、产品的质量标准等，又 包括过程生产数据如：物料状态、在各工序实际运行时间，原料消耗和各工序的受 控参数的实时数据等。 另外，实现集成需解决生产数据采集问题。对于多个不同类型的控制系统如多 种集散控制系统、各种可编程序控制器，需要专门的数据析取模块支持多种系统接 口，实时地从这些控制系统中采集数据，而诸如各工序的完成时间、产量等生产调 度所需的过程信息无法由集散控制系统自动采集，因此此类数据需要人工输入，经 数据输入模块提交给系统的关键数据库。 1 3 系统集成技术 1 3 1 信息集成的原则 对于信息工程，传统的划分方法是将其划分为硬件工程和软件工程两大部分。 由于信息技术( i t ) 的发展，在目前的技术条件，这种逻辑划分方法己不再适用。 在新技术条件下，从系统具体实施的角度，信息工程应包括系统平台构筑和应用软 件开发( 含移植) 两大部分，相应地，系统集成的主要任务应包括系统平台建造和 应用开发两大部分。 油气集输公司生产信息网络系统设计与实现 图1 1 系统集成的基本框架 f i g u r e l 1b a s i cf r a m eo fs y s t e mi n t e g r a t i o n 图1 1 中各条目解释如下： ( 1 ) 概念模型。 指用户对建立新系统的目标、要求。通常在用户提出建立一个系统时，其 目标、要求往往是不明确的，此时系统开发人员应与用户密切配合，把系统目 标、要求明确下来。这一点上非常关键的，它的成功与否往往决定项目的成败。 因此系统开发人员和配合工作的用户工程技术人员都应有相当的专业知识背 景。 ( 2 ) 系统分析与定义。 对新系统进行需求分析、功能分析和可行性论证，对系统规格做出确切的描述。 ( 3 ) 权衡。 指系统功能分配，既根据当时的技术条件，为实现新系统的目标，达到预 定的功能、性能要求，需配置何种系统平台，需要开发那些应用软件。 ( 4 ) 系统平台。 油气集输公司生产信息网络系统设计与实现 四大平台的集合，包括： 网络平台：包括硬件平台、网络平台、安全放火墙和网络操作系统，其基本框 架为以l a n 为基础的广域连接。 服务平台：网络信息服务器( n i s r v ) 。 用户平台：浏览器( b r o w s e r ) 与客户机操作系统( o s ) 。 应用开发平台：应用开发工具 ( 5 ) 应用软件的开发与移植。 提供用户所需的各种应用软件。包括用户现有软件包、数据库等应用软件与新 系统的接口。 ( 6 ) 系统集成。 系统平台与应用软件的集成 系统。 ( 7 ) 系统测试。 系统试运行。完成系统验收 ( 8 ) 系统验收。 为用户提供一个技术相对先进且经济实用的网络 ( 移交) 的全部准备工作。 用户对系统目标的确认，系统移交用户，系统集成工作结束。 ( 9 ) 客户服务。 客户服务的观点贯穿与系统集成的全过程，必要时可让有经验的用户参与过 来，以便用户对系统有较为深入的了解，对系统交付用户后的维护工作有相当大的 益处。在本处的客户服务指系统移交用户之后的一段时间内的服务工作，主要是客 户培训和系统纠错。网络功能的完善、系统软、硬件的升级。 1 3 2 有关信息集成的软件实现问题 在一个现代化的化工企业中1 4 j ，d c s 系统、p l c 系统发挥着重要的作用。但传统 的生产管理方法往往使企业内的d c s 系统、p l c 系统各自为战，白成一套系统，其 数据信息无法和其他系统进行信息共享。其被控装置的过程数据不能被企业领导及 生产管理部门及时掌握，同时这样的企业厂区范围较大，企业的管理人员到现场了 解生产状况也不大方便。因此通过计算机网络技术将通用的p c 机及d c s 系统、p l c 系统联结将d c s 系统、p l c 系统的信息采集到网络上来，使企业的数据库中包含生 产的数据信息，使信息系统成为一个真正意义上的企业信息管理是相当有实际应用 意义的工作。同时该项工作是使一个企业生产管理信息系统建设成败的关键。 随着大量过程数据的采集和保存，数据库构造的问题就摆在我们面前。网络数 据库管理系统是一个计算机网络应用系统的核心，其功能、性能、开放性以及对 c 1 i e n t s e r v e r 模式的支持程度，将直接影响系统的全面性能。在这个网络中的数 据库系统更有着特别重要的意义。数据库系统不但包含企业管理层的数据，更重要 的是包含了过程控制层的数据。使企业数据库系统成为一个真正意义上的企业数据 库管理系统，更好地服务于生产调度和生产计划，为下一步管控一体化的实施打下 个良好的基础。 ( 1 ) 过程数据的实时数据库。 1 0 油气集输公司生产信息网络系统设计与实现 过程数据包括工艺、储运、设备运行及公用工程等，其数据库中包含两方面的 数据：一是实时数据，其反映当前的生产状况；二是经过归档后的历史数据，其反 映一段时间内的生产情况。具体的实现有两种方法：一是采用专用的实时数据库。 如i n f o p l u s 、p i 系统等。这种方法可以解决流程工作过程数据的自动采集和处理， 其速度基本上可以反过来应用于控制，例如实时的优化控制。但往往系统造价昂贵。 二是采用通用的网络数据库来模拟实时数据库，该方法数据处理灵活但速度较慢， 其数据一般只用来监测和调度，不用来对装置进行控制。同时采用这样的数据库还 可以和管理数据构成统一的数据库管理系统。 ( 2 ) 管理数据的关系数据库。 一个企业的生产管理部门一般有调度室、生产运行科、机动处等，这些部门只 能是将采集上来的生产信息，经过分析判断来指挥生产。在生产管理信息系统中一 般采用统一的网络数据库管理系统来进行这一部分数据的处理。同时作为网络数据 库管理系统往往还包含企业的事物性数据，如财务数据、库存数据、销售数据、办 公数据等。因此采用统一的网络数据库管理系统，实现数据的统一化和规范化对一 个企业网来讲的至关重要的。通过数据库平台的建设使企业网有了灵魂，同时也有 了进一步开展网络的重要基础。 1 4 实时生产信息服务系统 1 4 1 i n t e r n e t i n t r a n e t 技术 国际互联网( 因特网) 最早起源于冷战时期，i s 现已成为世界上信息高效传递 的一种手段，被人们形象地称为“信息高速公路”，每天都有大批用户加入i n t e r n e t 网络。网络互联为i n t e r n e t w e b 技术的发展创造了一个崭新的以网络为中心的新 的计算模式。当人们把i n t e r n e t 技术引入到局部，例如一个企业内部时，即形成 i n t r a n e t 技术。i n t r a n e t 是一项基于i n t e r n e t 标准和协议的技术，但它并不一定 要求联到i n t e r n e t 上，主要运行在企业内部，并通过防火墙将企业内部网络保护 起来，我们可以把i n t r a n e t 称为企业内部网，它是按照w e b 的超文本h t m l 和超媒 体信息结构建立的，是开放的，独立于操作系统平台的。基于i n t e r n e t 的信息结 构目前已发展到浏览器服务器数据库方式，达到了简化用户端环境配置，缩短了 软件开发周期，使系统变得更加容易操作和维护。i n t r a n e t 网络使用了i n t e r n e t 的技术和产品，如t c p i p 协议、w w w 工具等，因此i n t e r n e t 所能提供的服务i n t r a n e t 也都具备。 1 4 2 两类网络信息的接口 虽然使用标准的开放式系统接口技术，特别是网络d d e 和数据库技术可以很好 地将工业现场的各种d c s 实时数据和多媒体信息，如音频、视频图象等集中在专用 的计算机设备，可以解决d c s 等数据采集网络与管理信息系统联网。这些技术还能 提供多媒体信息进入w e b 服务的专用通道，使上层的网络信息更生动、形象，领导 层对现场的感受更加直接、具体、实时，指挥决策因此会更加有效和及时。但这样 迪篁堡塑坌旦圭主焦星旦塑丕堕丝生墨塞銎一一 专门的解决方案需要较大的投资，而且油气集输生产数据采集装置也呈显多样性 因此并不适合该公司的实际情况，必须自主开发信息网关。 1 4 3 实时生产信息服务系统的组成 l 前台w e b 服务器 系统为分布式多主机服务工作方式：设置一台或几台p i l w e b 服务器，以承担大 量管理数据方面的信息服务业务。提供公司局域网用户和移动用户远程接入的多种 信息服务，以及定时、定期的数据、报表文件发送。 2 后台数据库服务器 充分利用h p 服务器稳定可靠的优势，使其只做后方的数据库服务。为此采用高 性能的数据库和数据驱动的w e b 一数据库连接组件，构成可靠先进的数据库服务器， 以长期保存现场生产历史数据，并提供方便的历史数据查询和数据统计服务，并与 w e b 服务器和其他数据库服务器一起构成数据的复制机制，大大提高历史信息的可 靠性。 3 与下位工业控制微机连接的服务网关 采用高可靠性的工业计算机作为连接现场d c s 、p l c 、工控机等和服务器组的数 据网关，以保证系统长期稳定可靠的运行状态。这种高性能数据交换系统不仅完成 与下位机的数据传递，还通过w i n s o c k 控件向局域网上发布动态w e b 所需要的部分 数据。 41 0 0 m 高速信息交换网络 由于计算机硬件技术的高速发展，新的硬件性能已提高很大，价格相对下降， 选用高速的网络部件，能大幅度提高网络的运行速度。我们将原有i o m 速度的网卡 全部升级到1 0 0 m 速度的网卡等，更快捷地提供实时信息( 数据、d c s 监