李桂蘭

(國能寧煤集團(tuán)信息技術(shù)中心，寧夏 銀川 750000)

1 引言

隨著煤制油化工企業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和信息系統(tǒng)的不斷擴(kuò)展 ,數(shù)據(jù)種類越來越多,數(shù)據(jù)量越來越大。生產(chǎn)過程的控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與編碼不統(tǒng)一,數(shù)據(jù)量龐大 ,而且缺乏統(tǒng)一的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái),導(dǎo)致各系統(tǒng)間接口繁多,甚至出現(xiàn)了信息孤島,眾多頗有價(jià)值的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不能得到有效整合和充分利用,數(shù)據(jù)共享和集成應(yīng)用等問題日益突出。因此,需要建立套符合企業(yè)實(shí)際需要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中心系統(tǒng),以有效地整合數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)信息一體化和應(yīng)用協(xié)同,滿足生產(chǎn)管理、經(jīng)營管理對(duì)實(shí)時(shí)信息準(zhǔn)確性、完整性、一致性、安全共享的需求。 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采集并存儲(chǔ)與生產(chǎn)裝置相關(guān)的實(shí)時(shí)工藝數(shù)據(jù)，并對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。是銜接企業(yè)生產(chǎn)控制層和管理層的中間橋梁，是企業(yè)信息化建設(shè)承上啟下、不可或缺的重要組成部分。和其他同類技術(shù)相比，PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫除了在性能指標(biāo)上遙遙領(lǐng)先，其最大的優(yōu)勢是打破了一直以來實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫類產(chǎn)品以單個(gè)采集點(diǎn)為單位的數(shù)據(jù)管理模式，而采用面向?qū)ο蟮姆绞?，用通用資產(chǎn)模型整合采集點(diǎn)，構(gòu)建了以資產(chǎn)為核心的數(shù)據(jù)管理模式，使企業(yè)實(shí)時(shí)資產(chǎn)管理成為現(xiàn)實(shí)。

本文簡要介紹了PI系統(tǒng)的特點(diǎn)，闡述了基于PI System的煤制油化工板塊生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)架構(gòu)、功能設(shè)計(jì)及應(yīng)用情況。

2 PI System特點(diǎn)

PI(Plant Information System)是由美國OSIsoft公司開發(fā)的一套基于Client/Server結(jié)構(gòu)的商品化軟件應(yīng)用平臺(tái)，是過程工業(yè)全廠信息集成的必然選擇。作為工廠底層控制網(wǎng)絡(luò)與上層管理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接的橋梁，PI在工廠信息集成中扮演著特殊和重要的角色。

PI System是一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)架構(gòu)，它能夠支撐企業(yè)的任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用程序并提供整個(gè)企業(yè)都能分享關(guān)鍵業(yè)務(wù)信息的協(xié)助工具。PI System在全球 107 個(gè)國家/地區(qū)均有部署，目前已廣泛應(yīng)用于制造、能源、公用設(shè)施、生命科學(xué)、數(shù)據(jù)中心、設(shè)備及加工行業(yè)。OSIsoft PI System 對(duì)于數(shù)據(jù)的完善保護(hù)，以及在企業(yè)范圍內(nèi)對(duì)運(yùn)行、制造和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的完美呈現(xiàn)。PI System 可幫助用戶更好地管理資產(chǎn)、降低風(fēng)險(xiǎn)、遵從法規(guī)、改善流程、推動(dòng)創(chuàng)新、實(shí)時(shí)制定業(yè)務(wù)決策，并發(fā)掘有價(jià)值的業(yè)務(wù)和市場機(jī)遇。目前，國內(nèi)比較有實(shí)力的生產(chǎn)制造企業(yè)已選擇使用PI System來提升企業(yè)管理數(shù)據(jù)能力，效果顯著。

和其他同類技術(shù)相比，PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫除了在性能指標(biāo)上遙遙領(lǐng)先，其最大的優(yōu)勢是打破了一直以來實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫類產(chǎn)品以單個(gè)采集點(diǎn)為單位的數(shù)據(jù)管理模式，而采用面向?qū)ο蟮姆绞?，用通用資產(chǎn)模型整合采集點(diǎn)，構(gòu)建了以資產(chǎn)為核心的數(shù)據(jù)管理模式，使企業(yè)實(shí)時(shí)資產(chǎn)管理成為現(xiàn)實(shí)。PI系統(tǒng)為管理層打開一扇虛擬的窗口，幫助其洞察生產(chǎn)過程或運(yùn)行流程，使得在大量基于實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)/信息基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)業(yè)務(wù)運(yùn)作流程的控制與管理。PI系統(tǒng)可為系統(tǒng)提供在線存儲(chǔ)達(dá)數(shù)十年，并隨時(shí)隨地連續(xù)不斷地為運(yùn)行單元級(jí)、成套設(shè)施級(jí)、整個(gè)企業(yè)或管理機(jī)構(gòu)級(jí)，提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與信息支持。

基于以上技術(shù)特點(diǎn) ,本系統(tǒng)采用 PI 作為基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中心。

3 生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)物理架構(gòu)

切合生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際情況和項(xiàng)目建設(shè)要求，系統(tǒng)涉及到的主要硬件包括Web應(yīng)用服務(wù)器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、AF服務(wù)器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)接口機(jī)、隔離網(wǎng)閘等硬件設(shè)備。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)物理架構(gòu)圖

3.2 網(wǎng)絡(luò)連接

如圖2所示，煤制油化工板塊PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建設(shè)共涉及兩個(gè)廠區(qū)：煤化工廠區(qū)和煤制油廠區(qū)，兩廠區(qū)有光纜互通，煤化工廠區(qū)已經(jīng)建成并運(yùn)行PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(雙機(jī))，新建的PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫位于煤制油廠區(qū)，其網(wǎng)絡(luò)分為主干網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)兩部分。

核心交換機(jī)、防火墻和各服務(wù)器之間均采用千兆以太網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)成系統(tǒng)核心。主干網(wǎng)主要致力于網(wǎng)絡(luò)流量的盡快傳輸和交換。主干網(wǎng)與接入子網(wǎng)之間的連接介質(zhì)為光纖，網(wǎng)絡(luò)帶寬為千兆。

主干網(wǎng)絡(luò)包括：防火墻，生產(chǎn)網(wǎng)核心交換機(jī)，均位于中心機(jī)房，如上圖所示，連接方式如下所述。

由于本項(xiàng)目AF服務(wù)器、Web服務(wù)器部署在煤化工廠區(qū)，故煤制油PI服務(wù)器通過生產(chǎn)網(wǎng)核心交換機(jī)上連出口防火墻與AF服務(wù)器和Web服務(wù)器互通。

在控制系統(tǒng)各匯聚節(jié)點(diǎn)分別部署1個(gè)網(wǎng)閘，上連生產(chǎn)網(wǎng)核心交換機(jī)，下連接入交換機(jī)或接口機(jī)，網(wǎng)閘只允許控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)單向上傳至PI服務(wù)器。

PI數(shù)據(jù)庫服務(wù)器通過以太網(wǎng)連接煤制油生產(chǎn)網(wǎng)核心交換機(jī)。

AF服務(wù)器通過以太網(wǎng)連接煤制油生產(chǎn)網(wǎng)核心交換機(jī)。

Web服務(wù)器通過以太網(wǎng)連接煤制油管理網(wǎng)核心交換機(jī)。

兩廠之間網(wǎng)絡(luò)通過防火墻進(jìn)行隔離。

接入網(wǎng)絡(luò)共分為5個(gè)網(wǎng)絡(luò)，匯聚點(diǎn)分別為熱電綜合樓、煤制油中控樓、烯烴二期中控樓、煤儲(chǔ)運(yùn)樓、330KV變電站。

在熱電綜合樓、煤制油中控樓、烯烴二期中控樓各部署一臺(tái)接入交換機(jī)，上連網(wǎng)閘，下連接口機(jī)；而330KV變電站由于只有1臺(tái)接口機(jī)，則可以直接上連網(wǎng)閘，并通過光纖收發(fā)器接入到生產(chǎn)網(wǎng)核心交換機(jī)。

3.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)架構(gòu)以數(shù)據(jù)集成平臺(tái)為基礎(chǔ)，是整個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的技術(shù)支撐和應(yīng)用基礎(chǔ)，以核心數(shù)據(jù)庫建立工廠模型和業(yè)務(wù)模型。

數(shù)據(jù)服務(wù)功能，向上支撐ERP系統(tǒng)，橫向集成生產(chǎn)裝置流程畫面監(jiān)視、關(guān)鍵設(shè)備、機(jī)泵的運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)、趨勢圖、批量數(shù)據(jù)分析、報(bào)警記錄查詢、工藝參數(shù)分析、統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制分析、班組成本考核、KPI考核報(bào)表、生產(chǎn)報(bào)表等系統(tǒng)功能模塊，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外圍信息系統(tǒng)的集成與支撐。煤制油化工板塊實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)功能架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

3.3.2.1 數(shù)據(jù)接口管理功能

系統(tǒng)應(yīng)提供常用設(shè)備的數(shù)據(jù)接口，包括DCS、PLC、智能計(jì)量儀表等；提供接口軟件的開發(fā)工具，以便為特殊設(shè)備開發(fā)接口；數(shù)據(jù)接口能夠方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)定義和配置。本項(xiàng)目提供的數(shù)據(jù)接口軟件包括PI-OPC接口、跨越單向物理隔離器的PI-CNI接口,原煤化工實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)對(duì)接至本系統(tǒng)的PI-PI接口。

3.3.2.2 生產(chǎn)流程監(jiān)控模塊

具體功能包括各生產(chǎn)車間生產(chǎn)流程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)視、裝置設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、工藝參數(shù)管理等。用戶通過設(shè)置事故記錄條件，當(dāng)條件滿足后，系統(tǒng)即可記錄事故信息，當(dāng)需要追憶時(shí)只需輸入事故名稱或起始時(shí)間即可將整個(gè)事故現(xiàn)象重演，方便生產(chǎn)管理人員進(jìn)行事故分析。對(duì)主要生產(chǎn)信息進(jìn)行查詢，查詢條件用戶可以自己定義。針對(duì)發(fā)布到Web頁面上的組態(tài)畫面，也可通過點(diǎn)擊畫面中的位號(hào)顯示該位號(hào)的趨勢圖，分為實(shí)時(shí)曲線、對(duì)比曲線等。

3.3.2.3 生產(chǎn)報(bào)表統(tǒng)計(jì)和分析模塊

具體功能包括在線分析生產(chǎn)運(yùn)行情況，在線生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，統(tǒng)計(jì)分析采用趨勢、表格、柱狀圖、餅圖方式。包含生產(chǎn)日?qǐng)?bào)、火災(zāi)報(bào)警、可燃有毒氣體、聯(lián)鎖自控投用率、KPI關(guān)鍵績效指標(biāo)、盤庫報(bào)表、設(shè)備監(jiān)控信息等，涉及的范圍包括生產(chǎn)監(jiān)控、能源、安全、環(huán)保、績效等各項(xiàng)指標(biāo)，為高層決策提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支撐。

3.3.2.4 生產(chǎn)KPI模塊

主要功能包括煤制油化工板塊的關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、能源統(tǒng)計(jì)、開停工統(tǒng)計(jì)、庫存管理、產(chǎn)品質(zhì)量統(tǒng)計(jì)、安全環(huán)保生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)等其他全廠類統(tǒng)計(jì)。

3.3.2.5 資產(chǎn)監(jiān)控模塊

主要功能包括以不同維度展示設(shè)備資產(chǎn)信息，可以進(jìn)行長周期數(shù)據(jù)分析，統(tǒng)計(jì)設(shè)備的運(yùn)行效率和設(shè)計(jì)值的差異，可對(duì)大機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，橫向?qū)Ρ雀髟O(shè)備運(yùn)行情況，支持對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備平穩(wěn)率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可為設(shè)備管理人員進(jìn)行設(shè)備的運(yùn)檢維護(hù)計(jì)劃提供及時(shí)判斷依據(jù)，對(duì)罐區(qū)儲(chǔ)罐進(jìn)行液位、溫度等動(dòng)態(tài)信息監(jiān)控，并根據(jù)儲(chǔ)罐實(shí)時(shí)液位、罐容和儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)上限、下限進(jìn)行庫存的計(jì)算，并對(duì)廠里儲(chǔ)罐內(nèi)產(chǎn)品進(jìn)行分區(qū)域分種類統(tǒng)計(jì)。

3.3.2.6 IT 設(shè)備監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)控服務(wù)器、交換機(jī)等 IT 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)吞吐量、負(fù)載情況等信 息，為 IT 設(shè)備管理人員提供實(shí)時(shí)的設(shè)備監(jiān)控，減少 IT 維護(hù)人員設(shè)備巡檢次數(shù)。

3.3.2.7 應(yīng)用整合

煤化工和煤制油板塊開發(fā)及部署統(tǒng)一的生產(chǎn)監(jiān)控集成平臺(tái)，該平臺(tái)以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫為核心，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)集成平臺(tái)為各業(yè)務(wù)模塊提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問服務(wù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)訪問服務(wù)，面向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集成接口；維護(hù)統(tǒng)一的工廠模型；建立統(tǒng)一的組態(tài)工具實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)模塊運(yùn)行環(huán)境組態(tài)；維護(hù)統(tǒng)一的用戶權(quán)限信息；提供用戶權(quán)限驗(yàn)證服務(wù)，建立集中統(tǒng)一訪問控制；并提供日志服務(wù)。

4 應(yīng)用情況

煤制油化工板塊生產(chǎn)實(shí)時(shí)信息管理平臺(tái)建立后，已在神寧集團(tuán)煤制油化工板塊全面應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)400萬t/a煤炭間接液化項(xiàng)目、煤化工副產(chǎn)品深加工綜合利用項(xiàng)目及原煤化工(包括50萬t/a烯烴、60萬t/a甲醇、25萬t/a甲醇、6萬t/a聚甲醛、甲醇制烯烴項(xiàng)目和6萬噸/年聚甲醛項(xiàng)目)全園區(qū)37萬點(diǎn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集成、應(yīng)用，彌補(bǔ)了各分廠信息斷層，將分散、透明的信息資源集成起來，尤其是將管理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的信息有機(jī)地結(jié)合起來，形成了真正意義上的全廠實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息系統(tǒng)集成。集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)、分公司領(lǐng)導(dǎo)和各級(jí)管理人員、技術(shù)人員、操作工都可以隨時(shí)察看生產(chǎn)現(xiàn)場的重要參數(shù)，對(duì)生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控并及時(shí)做好各項(xiàng)物料平衡和工藝優(yōu)化工作，實(shí)現(xiàn)高效透明的生產(chǎn)監(jiān)控，支撐裝置的平穩(wěn)運(yùn)行，從而提高生產(chǎn)運(yùn)行管理水平，顯著提高了企業(yè)的安全生產(chǎn)可靠程度和經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)束語

煤制油化工板塊的生產(chǎn)實(shí)時(shí)信息管理系統(tǒng)解決了企業(yè)管理信息與過程信息不對(duì)稱的問題，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫對(duì)數(shù)據(jù)的集成，建立一套高效的全廠數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，滿足全公司數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析利用的需要，為公司可持續(xù)性發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)、可靠的數(shù)據(jù)支撐。對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)過程和流程、工藝及產(chǎn)品質(zhì)量的管控。

該系統(tǒng)集成了煤制油化工板塊新建煤制油和烯烴二期實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及升級(jí)后的原煤化工實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，通過統(tǒng)一訪問控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)用戶訪問權(quán)限認(rèn)證、安全認(rèn)證、單點(diǎn)登錄驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)與外部系統(tǒng)的集成及數(shù)據(jù)支撐服務(wù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)靜態(tài)數(shù)據(jù)與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與交換，以及與外部數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與交換。

該系統(tǒng)同時(shí)滿足日常生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)視以及管理功能，具備生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集功能和數(shù)據(jù)分析功能，指導(dǎo)生產(chǎn)，確保生產(chǎn)裝置安全、穩(wěn)定、長周期、滿負(fù)荷、高效地運(yùn)行，同時(shí)具備生產(chǎn)信息分析、統(tǒng)計(jì)分析以及各種自定義查詢功能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)各要素環(huán)節(jié)可控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成即從分散管理向集中管理的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)從粗獷管理向精細(xì)化管理的轉(zhuǎn)變，最終實(shí)現(xiàn)管理水平的全面提升。