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呼和浩特石化生产执行系统_MES_的设计与实施本文由yujg_0206贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 2009 年第 20 期内蒙古石油化工 75 呼和浩特石化生产执行系统 (M ES ) 的设计与实施 高兴彦1 , 李玉华2 ( 1. 兰州石化公司自动化研究院, 甘肃 兰州730060; 2. 呼和浩特石化公司生产运行处, 内蒙古 呼和浩特010070) 摘要: 简述了呼和浩特石化信息技术现状和生产执行系统 (M ES ) 的应用需求, 介绍了M ES 实施 中的系统设计, 并详解了主要应用功能的实现方式。 关键词:M ES; 现状; 需求; 设计; 实施 1引言 呼和浩特石化公司是中国石油下属的地区公 司, 是以二连原油、 长庆原油为主要原料, 从事炼油 与化工生产的大型石油化工企业。 呼和浩特石化公司M ES (M anufactu re Execu 2 t ion System , 生产执行系统, 简称M ES ) 项目于 2008 年10 月10 日正式启动。 项目实施团队充分调研了呼 和浩特石化信息技术现状和需求, 设计了一套科学、 实用的M ES 系统。 项目在经历了现状及需求分析、 详细设计、 用户培训及系统上线等几大实施阶段后, 呼和浩特石化公司M ES 项目在中国石油信息 管理部的统一规划和部署下采用 Honeyw ell 公司成 熟软件进行实施, 其对应关系见表 1。 3现状及需求分析 3. 1业务信息系统现状 呼 和浩特石化公司现有在用业务信息系统 4 套, 分别为 2006 年 6 月在生产车间投用的ABB 公司 的 Info rm IT En terp rise H isto rian 系统、 2006 年7 月 在规划计划处和计量部投用的金森特公司的生产报 表 系统、 2006 年 8 月在油品车间和储运车间投用的 罐量计算系统以及2006 年9 月在生产处投用的生产 调度报表管理系统。 3. 2信息技术基础现状 呼和浩特石化公司局域网络物理分为办公网 络、 “双核心、 双链 DCS 控制网络, 办公网络为标准 于 2009 年 6 月 18 日成功上线运行。 2 ES 应用系统框架 M M ES 是一组智能的信息系统应用, 定位于计划 管理层与底层控制层之间的生产层, 用以协助业务 人员以最经济的方式管理和优化工厂的生产运行。 M ES 在国外首先应用于制造行业, 后来逐步引进到 国内钢铁行业、 有色金属行业、 石油化工行业。 中国 石油M ES 扩展项目总体架构如下图 1 所示, 共包括 11 个子系统和 3 个提升系统。 图 1 ES 的总体功能架构图 M 路、 主干千兆、 桌面百兆” 的三层冗余结构; DCS 控 制网络为扁平结构, 各操作室自成一体之间无物理 上的连接。 公司无独立于办公网链路的 ES 生产专 M 网。 3. 3数据采集现状 呼和浩特石化公司共有控制系统 17 套, 分布于 各车间的生产、 辅助装置, 都无O PC 接口, 不能实现 数据自动采集。 3. 4 ES 应用需求分析 M 呼 和浩特石化相关业务领域M ES 应用需求的 核心问题包括: 数据统计的准确性和实效性问题, 即如何及 时、 准确地获得生产一线的综合信息, 并进一步集中 挖掘和应用这些信息; 如何对生产过程控制进行更合理的分析和指 收稿日期: 2009- 05- 25 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 76 内蒙古石油化工 2009 年第 20 期 4. 1运行环境设计 导的问题, 即如何通过对生产一线的综合信息监控 和分析来进一步指导生产; 生产数据的可视化问题, 即如何使各级管理 人员和生产调度人员及时看到综合、 准确的生产信 息, 解决目前生产一线综合信息不能及时获得、 信息 上报自动化程度低等问题; 生产管理的规范化问题, 具体表现在信息的 规范化, 操作规程的规范化, 管理的规范化等。 表1 ES 应用子系统与Honeyw ell 产品对应关系表 M 应用层次 应用子系统 Honeyw ell 对应产品 呼和浩特石化公司提供M ES 服务器 12 台, 存 储设备 2 台, 其中 4 台测试服务器, 8 台正式服务器。 逻辑层和数据层 M ES 服务器涵盖了W eb 表现层、 三个层面, 其中数据库服务器的存储采用业界先进 的 SAN 方式, 使用两台 FC 交换机, 支持链路负载均 衡和故障自动切换。 二级备份采用光纤磁带库方式, 真正达到LAN - F ree 的目的。 4. 2网络需求设计 呼和浩特石化M ES 从网络覆盖物理位置、 带 宽、 安全、 性能等方面设计并完成了网络改造, 搭建 了独立于办公网链路的M ES 生产专网, 使之覆盖所 有工段地点, 各端点的接入速率达到 100 , 实现了 M 无延迟网络传输。M ES 网络采用两层结构设计, 全 网分为核心 汇聚、 接入二层, 核心层 汇聚层承担 VLAN 的定义及VLAN 数据的转发, 接入层仅完成 数据的接入及转发功能; 在生产专网和办公网络之 间架设防火墙用于控制访问M ES 系统的交换机; 涉 及到 DCS PL C 节点接入局域网的边缘交换机, 都 支持VLAN 划分确保了网络的相对安全性。 4. 3安全性设计 网络访问的安全性设计 基础应用层 1 工厂基础信息管理 2 实验室信息管理系统 L MS I 3 实时数据库 4 实时数据库应用 5 运行管理 6 物料移动管理 7 物料平衡 8 收率计算 (含统计平衡功能模块) 9 生产计划与排产 10 生产统计 (含公用工 程计量与统计模块) 执行层 运行管理层 PRM L abW are 客户化程序 (L im sW eb 程序) U niformance PHD 客户化程序 (电子台帐、 装置平稳率) OM : Operatio nM anagement PT: Productio n Tracker 客户化软件 (PB PT 统计平衡外围软件) PB: Productio n Balance 客户化软件 (PB PT 统计平衡外围软件) PS: Productio n Scheduler 客户化软件 (PA 报表框架) 客户化程序 (公用工程计量与统计) W PKS 表现层 11 生产信息运行平台 (含 ERP 接口) 4系统设计 图 2网络安全架构设计 呼和浩特石化M ES 网络安全设计架构如图 2 所示, 当办公网络发生间歇性中断时, PHD B uffer 自动保存从控制系统采集的实时数据, 网络故障排 除后, PHD B uffer 存储的数据信息重新传递给 PHD 服务器; 当办公网络爆发病毒时, 防火墙会自动阻断 企图从办公网络传播到 PHD B uffer 上的病毒会话, 保证了控制系统的安全; 交换机上设计了访问控制 列表, 有效的隔离和屏蔽易遭受攻击的端口, 减轻了 病毒爆发给M ES 网络带来的冲击。 操作系统的安全性设计 呼和浩特石化M ES 操作系统的安全性设计, 主 要涵盖了系统补丁升级、 病毒防护的部署以及微软 域的建立这三个方面。 系统补丁通过在一台能够访 问 In ternet 资源的文件服务器上部署微软W indow s SU S 免费软件, 使用域组策略的方式, 将这些补丁 的更新自动分发到加入域中的每一台客户机上, 从 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2009 年第 20 期高兴彦等呼和浩特石化生产执行系统 (M ES ) 的设计与实施 而以无人值守的方式完成操作系统补丁的实时更 新。 病毒防护的部署, 依赖于企业现有的 Sym an tec 防病毒套件。 M ES 应用软件的安全设计 呼 和浩特石化M ES 应用软件的安全设计方案 主要包括四种方法: 实行用户名和密码的域认证机 制, 防止未经授权用户使用M ES 系统; 对用户进行 角色分配, 不同的用户角色赋予不同的操作权限, 防 止用户越权访问; 提供非正常中断的快速恢复机制, 可以通过之前的备份, 完成灾难恢复功能; 提供程序 异常及错误报告机制, 通过定期查看系统应用日志, 及时发现应用系统本身的异常和错误。 M ES 数据备份的安全性设计 呼 和浩特石化M ES 数据备份的安全性设计主 要是确定数据备份的对象、 备份的时间和频率以及 备份的方式这三大因素。 呼和浩特石化 ES 系统需 M 77 要进行备份的数据大致可分为静态数据 ( 系统平台 和应用程序, 备份空间不随时间增长而增加) 和动态 数据 ( 交互数据和录入的数据, 备份空间随时间增长 而不断增加) 两类, 备份采用一级磁盘阵列存储、 二 级磁带库备份的模式进行。静态数据采用Sym an tec Gho st 工具进行备份; 动态数据利用O racle 数据库 RM AN 的备份机制结合第三方的实时备份工具进 行备份。 5 ES 主要应用功能设计及实现 M 5. 1实时数据库及应用 (PHD &PHDA PP ) 实时数据库是M ES 的统一的数据平台, 一方面 从DCS、 C、 PL ESD 等底层控制系统中采集实时生产 数据, 另外一方面汇总这些数据, 经过统一编码和加 工为其他子系统提供规范的数据源, 其总体设计架 构如图 3 所示: 图 3实时数据库设计架构图 通讯, 采用统一的数据采集标准O PC 技术实现基础 数据的采集。 呼和浩特石化 13 套控制系统通过用 DCS 系统的标准O PC Server 或购买第三方标准中 间件的方式进行了O PC 接口改造, 实现了数据自动 采集。 呼 和 浩 特 石 化 应 用 最 新 的 W o rkcen t re PKS 实时数据库子系统采用Honeyw ell 公司的U n i2 fo rm ance PHD 产品实现。PHD 提供标准 PHD RD I 和底层的控制系统 (DCS PL C ESD ) 进行实时数据 (W PKS ) 技术实现W eb 浏览功能, 实时数据库系统 应用主要开发了工艺流程图、 装置平稳率计算、 电子 台帐等功能。 5. 2实验室信息管理 (L I S ) M L I S 系统的模板原型中主要设计一人多岗、 M 自动调度、 手动登样、 结果录入、 样品发布等 20 个功 能, 为实验室和质检部门提供了一套全方位的质量 监控系统。L I S 的功能设计架构如图 4 所示: M 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 78 内蒙古石油化工 2009 年第 20 期 图 4L I S 功能设计架构图 M L I S 的核心是一个按照化验室要求制定的数 M 据库应用系统, 其内部通过系统安全设置、 编码 ( 静 态数据) 、 样品检验分析、 报表、 事务管理、 仪器集成、 与实时数据库系统集成、 综合查询 (W EB ) 等各子模 块实现最终功能。 呼和浩特石化公司 L I S 采用 M L abW a re 公司产品, O RA CL E 数据库和 L abw a re Server 安装在不同的服务器上, 客户机安装 L ab 2 OM 由 U n ifo rm ance 作为整个系统的数据平 台, 模块所有数据都是集成在该数据平台之上, 三个 子模块也在此平台上应用。 I 子模块为每套装置都 O 配置了生产方案和开停工方案指令模版; OM 子模 块实现了所有生产车间工艺卡片上重要工艺指标和 平稳率考核指标的监控, 而且对车间关键绩效指标 进行公式组态并监控, 并对公司各车间重要指标进 行汇总监控; OL 子模块参照纸质班组交接班记录 本进行了模版配置, 实现了生产车间和质检部的班 系统为三层体系结构, 化验室内部应用 w a re C lien t。 采用C S 方式实现, 查询系统采用B S 方式实现, 数 据直接发布在W EB 服务器上。 5. 3运行管理 (OM ) OM 系统设计三个子模块, 分别是操作指令 (O I) 、 操作监控 (OM ) 和操作日志 (OL ) , 其内部系 统结构设计如图 5 所示: 图 5运行管理软件结构图 组交接记录电子化。 5. 4物料平衡 物料移动 统计平衡 (PB PT ) PB PT 子系统是M ES 中最重要的系统之一, 系统包含装置物料质量计算、 罐量计算及物料移动 管理、 计量管理、 物料平衡模型配置及处理、 物料统 计逻辑归并及统计平衡审核等各项功能, 其中平衡 模型配置、 日生产物料平衡等功能由 Honeyw ell 软 件提供; 装置物料质量计算、 罐量计算及物料移动管 理、 计量管理、 物料统计平衡等功能由项目组通过客 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2009 年第 20 期高兴彦等呼和浩特石化生产执行系统 (M ES ) 的设计与实施 户化开发来实现。 呼和浩特石化公司在实施 PB PT 子系统的同 时考虑了与 EPR 系统的集成。 ER P 系统的物流管 理、 生产计划与控制管理模块都需要 PB PT 的基础 数据进行全厂成本核算和物流、 资金管理, 同时, PB PT 子系统为 ER P 提供满足成本核算的统计平 衡数据。 5. 5公用工程计量与统计管理 (U T I ) L 公用工程管理主要是通过对以装置为单位的公 用工程信息的集成、 统计与分析, 建立各个装置、 区 域直至全公司的能源信息流和能源平衡, 为全公司 的能源消耗提供全面的统计与查询。 呼和浩特石化 公用工程计量及统计管理系统主要设计功能包括数 79 据录入、 数据审核、 统计平衡、 统计查询和统计报表 五部分。 系统为三层体系结构, 采用B S 架构的设 计, 通过W EB 浏览器方式实现各级信息的采集, 确 认, 查询、 统计和生成报表等功能。 整个系统作为 M ES 系统的一部分, 利用M ES 的数据平台U n ifo r2 m ance 数据库和W PKS 发布平台, 做到了和M ES 的 集成和统一。 5. 6生产统计 ( PA ) PA 的主要功能是报表平台。 呼和浩特石化报 表平台的核心设计为两层: 前端表现层和数据整合 层, 每一层又包含相关的子模块及相关类, 报表平台 结构如图 6 所示: 图 6报表平台结构图 前端表现层为用户提供可视化操作界面, 包含 处理数据以及与数据整合平台沟通的通用逻辑类; 数据整合层为前端表现层提供丰富的基础数据, 包 含通用的数据访问类、 数据库表和存储过程集。 前端 表现层与数据整