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基于GE Proficy Historian實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫的計(jì)控指標(biāo)管理系統(tǒng)

基于GE Proficy Historian實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫的計(jì)控指標(biāo)管理系統(tǒng)

2007/6/1 10:19:00
基于GE Proficy Historian實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫的計(jì)控指標(biāo)管理系統(tǒng)
摘要:  本文針對化工企業(yè)的計(jì)控指標(biāo)管理,提出基于GE Fanuc的Historian實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的解決方案框架,建立了計(jì)控指標(biāo)管理系統(tǒng)。運(yùn)行表明,該系統(tǒng)能夠很好地管理化工生產(chǎn)過程參數(shù),為提高企業(yè)的控制水平、質(zhì)量指標(biāo)提供有力的幫助。 關(guān)鍵字:實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫、MES、計(jì)控指標(biāo) 引言 MES系統(tǒng)(生產(chǎn)管理系統(tǒng))是為企業(yè)實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程綜合優(yōu)化服務(wù)的生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)管理和監(jiān)控的信息系統(tǒng)。MES系統(tǒng)的定義強(qiáng)調(diào):第一,MES系統(tǒng)是針對全廠生產(chǎn)管理系統(tǒng);第二,生產(chǎn)管理的實(shí)時(shí)性,它要求MES系統(tǒng)能夠利用DCS提供的原始數(shù)據(jù),完成進(jìn)行生產(chǎn)管理所需的實(shí)時(shí)運(yùn)算,并向ERP等MIS系統(tǒng)提供必要的實(shí)時(shí)管理數(shù)據(jù)。 在現(xiàn)代大型化工生產(chǎn)企業(yè)的信息化過程中,MES是DCS系統(tǒng)與MIS系統(tǒng)之間的一座信息橋梁,把單元生產(chǎn)信息與企業(yè)經(jīng)營管理信息有機(jī)的結(jié)合起來,以進(jìn)一步降低企業(yè)的運(yùn)行成本,提高企業(yè)的整體效益。 按照國際MES協(xié)會(huì)(MESA)的定義,MES系統(tǒng)的功能模塊有11個(gè)功能模塊,揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)根據(jù)“性能分析”模塊的定義以及自身的實(shí)際要求,基于GE Fanuc的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(Historian),開發(fā)了計(jì)控指標(biāo)管理系統(tǒng),提高了企業(yè)的生產(chǎn)管理和降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量。 1.揚(yáng)農(nóng)現(xiàn)有的DCS狀況 揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)的DCS建設(shè)從1997年開始,九年來,經(jīng)過不斷地發(fā)展,現(xiàn)已擁有八套相對獨(dú)立的DCS系統(tǒng),包括浙大中控的JX-300B、JX-300X和橫河的CS3000三個(gè)系列產(chǎn)品。八套DCS現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集約共有5000點(diǎn),主要監(jiān)控生產(chǎn)裝置的溫度、液位、壓力、電流、汽液流量、PH值等指標(biāo)。長期以來,八套DCS系統(tǒng)均在生產(chǎn)現(xiàn)場獨(dú)立運(yùn)行,相互之間數(shù)據(jù)缺乏共享,無法進(jìn)行系統(tǒng)間的對比、關(guān)聯(lián)分析,工藝設(shè)計(jì)人員也無法對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效的處理,不利于工藝調(diào)整和技控點(diǎn)的不斷優(yōu)化。 為此,實(shí)施揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)決定在公司范圍內(nèi)進(jìn)行DCS系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),開始分步實(shí)施MES系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享和實(shí)時(shí)分析、優(yōu)化。 2.實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫平臺(tái)的搭建 2.1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫 MES系統(tǒng)核心是一套強(qiáng)大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫,可實(shí)時(shí)采集DCS等控制系統(tǒng)得數(shù)據(jù),其采用的非傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫模式可長時(shí)間保存數(shù)據(jù),輕松達(dá)到超過3年的存儲(chǔ)設(shè)計(jì)并利用靈活的簡單的查詢方式實(shí)現(xiàn)快速查詢。 揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)現(xiàn)場很多計(jì)控點(diǎn)需要對秒級和甚至毫秒級的采集和監(jiān)控,并對其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控分析,而DCS系統(tǒng)上的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力有限,同時(shí)也不能滿足將多套DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享的目的。為此,基于采集速度、存儲(chǔ)能力、操作安全等多方面的考慮,采用實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)采集平臺(tái),并選購了GE Fanuc的實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫Proficy Historian 3.0。 Historian實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是由美國GE Fanuc 公司開發(fā),具有分布式的數(shù)據(jù)采集,C/S結(jié)構(gòu),可在多種環(huán)境下運(yùn)行,高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式,具有豐富的客戶端數(shù)據(jù)處理和分析工具,可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)協(xié)同應(yīng)用,并且提供ODBC/JDBC/OLE DB接口以及工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范OPC和DDE,提供圖形化的應(yīng)用開發(fā)界面,支持WEB訪問方案,提供報(bào)表開發(fā)工具等優(yōu)異特性,所以成為企業(yè)底層控制網(wǎng)絡(luò)和上層管理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接的最佳選擇。IH實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是一個(gè)模塊化軟件系統(tǒng),主要分為客戶端模塊和服務(wù)器端模塊,客戶端模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集,服務(wù)器端模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集設(shè)置、壓縮、存儲(chǔ)等工作。 3.基于實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫的計(jì)控指標(biāo)管理系統(tǒng) 3.1揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)計(jì)控指標(biāo)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置 揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)計(jì)控指標(biāo)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用1000 Mbps以太網(wǎng)作為MES通訊網(wǎng)絡(luò)主干技術(shù),實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和其它應(yīng)用服務(wù)器(如過程管理容錯(cuò)服務(wù)器)通過1000Mbps端口與核心交換機(jī)連接,與現(xiàn)場OPC服務(wù)器相連則通過另外的1000M網(wǎng)卡和現(xiàn)場生產(chǎn)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)。各類應(yīng)用站(如調(diào)度站、各功能站等)則分別通過100M以太雙絞線,連接到該核心交換機(jī)中,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為冗余星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),從而保證數(shù)據(jù)通訊的可靠性。
圖1為計(jì)控指標(biāo)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置圖圖1為計(jì)控指標(biāo)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置圖
3.2 Historian數(shù)據(jù)庫的實(shí)施 (1) Historian數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模塊的選購 根據(jù)揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)的實(shí)際要求,選購了基于Microsoft Windows的5000點(diǎn)的Historian數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),同時(shí)選用了IH API作為應(yīng)用程序的開發(fā)接口。同時(shí)購買了其OPC Tools作為接口軟件以及客戶端Proficy Portal 。前者用于不能客戶端安裝采集器的系統(tǒng)采集數(shù)據(jù),后者用于生產(chǎn)流程畫面的繪制和組態(tài)。此外,采用Historian-API函數(shù)組完成了計(jì)控?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。 (2)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集接口站的配置 在DCS現(xiàn)場一或多臺(tái)工控機(jī)組網(wǎng)作為DCS工作站作為接口站,從中選取一臺(tái)安裝雙網(wǎng)卡和OPC接口,成為OPC服務(wù)器,并通過第二塊網(wǎng)卡與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器聯(lián)接,向其實(shí)時(shí)傳送現(xiàn)場參數(shù)。 對于浙大中控的七套DCS系統(tǒng),直接在DCS工程師站安裝實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫的OPC 連接器(Client)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。 對于橫河系統(tǒng),由于不方便直接在現(xiàn)場安裝客戶端,因此,在另外一臺(tái)機(jī)器上安裝GE Fanuc的OPC中間件 OPC tools,對橫河OPC Server 來講,它是OPC Client,對于實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫,它又并是OPC Server,只要在該機(jī)上運(yùn)行橫河的OPC配置文件,就能夠自動(dòng)到橫河DCS中采集數(shù)據(jù)。這樣做有兩個(gè)好處,一是減輕Historian服務(wù)器的負(fù)荷以及保證DCS的安全,二是當(dāng)DCS與Historian服務(wù)器的通訊中斷時(shí),接口機(jī)將保存數(shù)據(jù),并在通訊正常時(shí)再將數(shù)據(jù)送至Historian服務(wù)器。 3.3 計(jì)控指標(biāo)管理系統(tǒng)的搭建 (4) 計(jì)控指標(biāo)管理首先要將現(xiàn)場的各裝置進(jìn)行監(jiān)控,然后再對計(jì)控點(diǎn)進(jìn)行管理,現(xiàn)場裝置畫面監(jiān)控采用GE Fanuc 的Proficy Portal軟件,將現(xiàn)場的DCS畫面進(jìn)行重新組態(tài),優(yōu)化,以便生產(chǎn)管理人員進(jìn)行監(jiān)控。
圖2圖2 江蘇揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)生產(chǎn)管理系統(tǒng)主畫面
(2)計(jì)控?cái)?shù)據(jù)的監(jiān)控轉(zhuǎn)換 由于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)格式是專有格式,要有效利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),必須對計(jì)控點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,并存放在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中,以便進(jìn)行分析和查詢,為此,我們采用VC++和Historian API開發(fā)了后臺(tái)計(jì)控指標(biāo)監(jiān)控程序,當(dāng)相關(guān)的計(jì)控指標(biāo)超過設(shè)定值,自動(dòng)記錄超標(biāo)的時(shí)間,最大值、最小值等信息到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。 (3)計(jì)控指標(biāo)管理 生產(chǎn)現(xiàn)場的計(jì)控指標(biāo)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)通過后臺(tái)監(jiān)控程序發(fā)送到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫后,就可以對其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,我們對每設(shè)備、每班組計(jì)控指標(biāo)的超標(biāo)信息、超標(biāo)原因、合格率等 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,并將其作為生產(chǎn)考核的依據(jù)。對于超標(biāo)原因的分析采用人工和自動(dòng)方式,當(dāng)指標(biāo)超標(biāo)時(shí),IH數(shù)據(jù)庫軟件能知道是在什么時(shí)候超標(biāo)的,但它不知道為何超標(biāo)。為了完整地記錄指標(biāo)的運(yùn)行信息,自動(dòng)方式是指系統(tǒng)能根據(jù)超標(biāo)的原因自動(dòng)判斷相關(guān)原因并進(jìn)行記錄,不能自動(dòng)判斷的采用人工錄入,操作人員從下拉式超標(biāo)原因表中,選取超標(biāo)的原因,將一致性的文本信息加到計(jì)控點(diǎn)的記錄上,為工程師和維護(hù)人員提供一種簡便和快速的診斷方法,并為更加精確的事故分析而匯成相應(yīng)的數(shù)據(jù)。 這樣,動(dòng)態(tài)監(jiān)控程序每天動(dòng)態(tài)記錄計(jì)控點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)后,系統(tǒng)對其進(jìn)行匯總分析,自動(dòng)產(chǎn)生相應(yīng)的計(jì)控指標(biāo)報(bào)表,系統(tǒng)采用Powerbuilder 進(jìn)行開發(fā)。
圖3圖3 計(jì)控指標(biāo)管理系統(tǒng)畫面
4.應(yīng)用效果 揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)自06年3月起,生產(chǎn)調(diào)度部門部署了該系統(tǒng),用于監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場各裝置的生產(chǎn)運(yùn)行情況,改變了以往調(diào)度員要到現(xiàn)場了解生產(chǎn)的傳統(tǒng)生產(chǎn)管理方式,提高了對生產(chǎn)系統(tǒng)的響應(yīng)速度,加快了上下游生產(chǎn)線的協(xié)調(diào)速度。 各分廠也已聯(lián)入該系統(tǒng)中,實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場情況,對生產(chǎn)中存在的問題進(jìn)行及時(shí)的了解和分析。當(dāng)計(jì)控指標(biāo)超標(biāo)時(shí),現(xiàn)場人員及時(shí)錄入超標(biāo)原因。管理層根據(jù)對計(jì)控點(diǎn)超標(biāo)原因的分析,對現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況及時(shí)了解和并進(jìn)行針對性的預(yù)防性維護(hù)。 同時(shí),各分廠基于此系統(tǒng),根據(jù)計(jì)控指標(biāo)運(yùn)行的實(shí)時(shí)記錄對操作工進(jìn)行考核。由于數(shù)據(jù)全部自動(dòng)采集和計(jì)算,保證了考核數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性,也提高了員工的積極性。通過考核管理,逐步提高了操作工的操作水平。 總之,通過該系統(tǒng)的實(shí)施,明顯提高了產(chǎn)品質(zhì)量,降低了設(shè)備的異常停機(jī)時(shí)間,使企業(yè)獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。 參考文獻(xiàn): [1]劉云生,現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫技術(shù)H,北京,國防工業(yè)出版社,2001 [2]張志檁,實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用,北京,中國石化出版社,2001 [3]萬常選,實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)模型,計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化,2000,68(4),36-39 [4]張子仲,遲忠先,實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型及調(diào)度策略研究,大連理工大學(xué)學(xué)報(bào),1999,39(6),820-825 [5]晏立,實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)RTDB的設(shè)計(jì),江蘇理工大學(xué)學(xué)報(bào),2000,21(2),64-67 (1.東南大學(xué)機(jī)械工程系 李霄峰,2.江蘇揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán) 趙?。?
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