揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)生產(chǎn)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用1 000 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(kù)服務(wù)器和其他應(yīng)用服務(wù)器（如過(guò)程管理容錯(cuò)服務(wù)器)通過(guò)1 000Mbps端口與核心交換機(jī)連接,與現(xiàn)場(chǎng)OPC服務(wù)器相連則通過(guò)另外的1 000M網(wǎng)卡和現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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。
揚(yáng)農(nóng)化工生產(chǎn)管理系統(tǒng)是基于GE Proficy MES系列產(chǎn)品進(jìn)行搭建。GE Proficy MES系統(tǒng)產(chǎn)品是GE Fanuc針對(duì)各個(gè)行業(yè)提供的MES產(chǎn)品套件，包括實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、企業(yè)門戶(簡(jiǎn)稱Portal)、工廠應(yīng)用(Plant Application)等模塊。
揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)現(xiàn)場(chǎng)很多計(jì)控點(diǎn)需要對(duì)秒級(jí)和甚至毫秒級(jí)的采集和監(jiān)控，并對(duì)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)能力和操作安全等多方面的考慮，采用實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)作為生產(chǎn)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，選購(gòu)了GE Fanuc公司的5 000點(diǎn)的實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)Proficy Historian 3.0(簡(jiǎn)稱IH)，并選用了IH API作為應(yīng)用程序的開發(fā)接口，同時(shí)購(gòu)買了其OPC Tools作為客戶端安裝采集器的系統(tǒng)接口軟件。
該數(shù)據(jù)庫(kù)可進(jìn)行分布式的數(shù)據(jù)采集，能在多種環(huán)境下運(yùn)行，具備高效的數(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(wèn)維護(hù)，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。該實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)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、壓縮和存儲(chǔ)等工作。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集接口站的配置
對(duì)于浙大中控的七套DCS系統(tǒng)，由于浙大中控具有OPC接口，提供OPC Server，因此直接在DCS工程師站安裝實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的OPC 連接器( Client)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
對(duì)于橫河系統(tǒng)，由于不方便直接在現(xiàn)場(chǎng)安裝客戶端，因此，在另外一臺(tái)機(jī)器上安裝GE的OPC中間件 OPC tools，對(duì)橫河OPC Server 來(lái)講，它是OPC Client，對(duì)于實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，它又是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，一是能夠保證DCS操作安全，二是當(dāng)DCS與IH服務(wù)器的通信中斷時(shí)，接口機(jī)將保存數(shù)據(jù)，并在通信正常時(shí)再將數(shù)據(jù)送至IH服務(wù)器。
生產(chǎn)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置
圖1 生產(chǎn)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置圖
揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)生產(chǎn)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用1 000 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(kù)服務(wù)器和其他應(yīng)用服務(wù)器（如過(guò)程管理容錯(cuò)服務(wù)器)通過(guò)1 000Mbps端口與核心交換機(jī)連接,與現(xiàn)場(chǎng)OPC服務(wù)器相連則通過(guò)另外的1 000M網(wǎng)卡和現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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。
生產(chǎn)監(jiān)控模塊的搭建
生產(chǎn)管理的首要任務(wù)是能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)的各裝置進(jìn)行生產(chǎn)監(jiān)控。該功能采用GE 的Proficy Portal（簡(jiǎn)稱Portal）軟件，將現(xiàn)場(chǎng)的DCS畫面進(jìn)行重新組態(tài)，提取現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備的關(guān)鍵數(shù)據(jù)在相關(guān)的畫面進(jìn)行顯示，以便生產(chǎn)管理人員進(jìn)行監(jiān)控。畫面監(jiān)控與現(xiàn)場(chǎng)操作畫面有所區(qū)別，顯示的數(shù)據(jù)主要為了方便協(xié)調(diào)調(diào)度和高層領(lǐng)導(dǎo)監(jiān)管。
Proficy Portal 是一個(gè)基于Java 的靈活可配置的生產(chǎn)管理門戶軟件。它不僅提供所見即所得的B/S架構(gòu)組態(tài)功能，還可以提供B/S架構(gòu)的動(dòng)畫功能，如根據(jù)閥門的開閉顯示不同的閥門顏色，模擬現(xiàn)場(chǎng)物料的動(dòng)態(tài)移動(dòng)等，為用戶提供生動(dòng)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景。它可以連接的數(shù)據(jù)源包括實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、OPC數(shù)據(jù)源、SQL Server以及Oracle等關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。Portal可以將企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)和商業(yè)數(shù)據(jù)（如ERP等）集成到統(tǒng)一的平臺(tái)。Portal還提供SPC統(tǒng)計(jì)分析工具，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制。
揚(yáng)農(nóng)化工運(yùn)用Proficy Portal實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控、歷史曲線查看等功能，并通過(guò)該門戶連接質(zhì)量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)的集成。
圖2 江蘇揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)生產(chǎn)管理系統(tǒng)主畫面
計(jì)控指標(biāo)管理模塊的搭建
化工企業(yè)，需要針對(duì)各工藝段的控制，提供關(guān)鍵計(jì)控指標(biāo)超限報(bào)警、超限原因分析功能。因此，揚(yáng)農(nóng)化工將現(xiàn)場(chǎng)大部分計(jì)控指標(biāo)進(jìn)行采集和管理。由于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)計(jì)控點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并存放在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便進(jìn)行分析和查詢，為此，采用VC++和IH 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(guò)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(kù)。
生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)控指標(biāo)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)通過(guò)后臺(tái)監(jiān)控程序發(fā)送到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)后，就可以對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，系統(tǒng)對(duì)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(duì)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(kù)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)。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(jiǎn)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(duì)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。
圖3 計(jì)控指標(biāo)管理畫面
應(yīng)用效果
揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)自2006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(chǎng)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(chǎng)了解生產(chǎn)的傳統(tǒng)生產(chǎn)管理方式,提高了對(duì)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。
同時(shí)各分廠實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況，并對(duì)生產(chǎn)中存在的問(wèn)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(chǎng)人員及時(shí)錄入超標(biāo)原因。管理層根據(jù)對(duì)計(jì)控點(diǎn)超標(biāo)原因的分析，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況及時(shí)了解并進(jìn)行針對(duì)性的預(yù)防性維護(hù)。
此外各分廠還基于此系統(tǒng)，根據(jù)計(jì)控指標(biāo)運(yùn)行的實(shí)時(shí)記錄對(duì)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(guò)考核管理，逐步提高了操作工的操作水平。
總之，通過(guò)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，也證實(shí)了基于GE Proficy MES 架構(gòu)的化工行業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)方案的可行性 。
MES二期設(shè)想
化工生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的核心目標(biāo)是成分質(zhì)量的控制，因此生產(chǎn)過(guò)程中在線檢測(cè)分析手段尤為重要。未來(lái)，揚(yáng)農(nóng)化工希望建立起基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和先進(jìn)軟測(cè)量算法的在線成分和反應(yīng)度檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)在線檢測(cè)對(duì)鄰硝分廠精餾塔的對(duì)位含量，及時(shí)調(diào)整控制參數(shù)，獲得較好的成品質(zhì)量；通過(guò)在線檢測(cè)反應(yīng)釜的反應(yīng)情況，提高產(chǎn)品質(zhì)量，擴(kuò)大產(chǎn)量；通過(guò)在線的濃度和反應(yīng)度的檢測(cè)，提高員工操作水平，降低不合格品的比例；通過(guò)實(shí)施譜系跟蹤，實(shí)現(xiàn)由成品到原料的追溯，以改善生產(chǎn)過(guò)程。
通過(guò)實(shí)施二期工程，揚(yáng)農(nóng)化工應(yīng)建立起基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、先進(jìn)軟測(cè)量算法的在線成分和反應(yīng)度檢測(cè)系統(tǒng)和批次跟蹤系統(tǒng)，將明顯提高產(chǎn)品質(zhì)量，加強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
（轉(zhuǎn)載）
