紫金橋軟件在石化公司生產管理信息系統的應用
一、概述
中國石油大慶石化公司，是中國石油天然氣股份有限公司直屬的地區分公司，從事煉油、化工、化肥、化纖生產的特大型石油化工聯合企業。現有6個生產廠，2個輔助生產廠。公司擁有生產裝置131套，年原油加工能力600萬噸，年產乙烯48萬噸，聚乙烯36萬噸，腈綸纖維6萬噸，合成氨33萬噸，尿素56萬噸，可生產60種151個牌號的石油化工產品。 大慶石化公司的前身大慶石油化工總廠，是我國較早的石油化工企業之一，也是我國重要的石油化工基地。大慶石化公司在緊抓生產建設的同時，也非常注重信息化建設。
全球信息技術飛速發展,尤其是因特網的出現和應用的普及,使得信息技術得以迅速滲透到經濟社會的各個領域,標志著人類進入了信息化時代。信息資源已成為與材料和能源同等重要的戰略資源；信息技術正以其廣泛的滲透性和無與倫比的先進性與傳統產業結合；信息產業已發展為世界范圍內的朝陽產業和新的經濟增長點；信息化水平已經成為現代化企業水平和綜合實力的重要標志。大慶石化公司經過多年的努力，在信息化建設中已取得了很大進步，如辦公自動化，電子商務。尤其是生產過程自動化，經過多年努力，大慶石化公司全面實現了DCS自動化改造。但是在實現全廠信息化建設之前，還存在如下問題：
1）生產數據沒有有效共享，因而對影響生產過程的主要因素缺乏有效的監控手段。雖然公司的主要生產裝置都安裝了DCS，但絕大部分裝置的數據只能顯示在裝置的操作站上，而沒有采集到公司或分廠的辦公系統中。這樣我們只有到各生產裝置的控制室，才能觀察到生產數據，在分廠的調度室，辦公室，或公司領導，都無法直接看到現場的生產數據。如果出差在外，想了解一下生產情況就更是無能為力了。在當今互聯網把大千世界聯在一起的今天，不能不說是一種遺憾！
2）分散的“信息孤島”無法進行集中化管理。由于各裝置信息封閉，即使在同一分廠，由于采用的是不同廠家，或同一廠家不同型號的DCS，彼此間沒有數據通訊手段。這致使生產管理的各個環節脫節，生產管理部門不能及時、有效地了解生產狀況，指導組織生產，造成了一定的浪費。
3）沒有長期的歷史數據存儲。隨著存儲介質價格不斷下降，保存海量歷史數據不但是必要的，而且是現實的。而DCS本身的歷史數據存儲能力一般都比較有限，而長期的歷史數據有助于事故診斷。
4）質量信息反饋滯后，導致加工成本增加。化驗數據直接反映生產的質量情況，對指導生產具有非常重要的意義。先前這些數據主要通過手工報表形式報送生產管理部門，造成信息遲滯，并且不利于對比分析。因此及時準確地將質量數據反饋給裝置操作人員和生產調度人員，可以保證有效地控制生產質量、降低生產成本。
5）無法實現全廠信息瀏覽。如何讓公司領導用統一平臺直觀的看到各分廠的生產報表，統計數據，對于領導決策非常重要。
通過上面的分析，我們不難看出，如何將分散的“信息孤島”有效地連接起來，實行網絡化、集中化，將生產過程數據與生產管理系統有機連接起來；把生產過程信息、原料消耗、過程產品產量、產品產量、能源消耗、設備狀態等科學地分類，提供給管理層數據庫，從而減少人工操作，提高管理層數據庫的準確性，提高公司的控制力和控制質量。同時也能夠使企業的先進控制、優化計算，流程模擬等更加方便。
二、實施方案
公司信息化內容很多，如裝置達標，LIMS，質量統計，價格管理，成本核算，生產信息化。其中生產信息化是整個系統的基礎，由于篇幅的限制，這里著重對其進行介紹。
實時數據庫是整個信息系統的核心，實時數據庫軟件采用大慶紫金橋公司自己開發的 “紫金橋實時數據庫”。該實時數據庫在公司多個分廠有過成功應用。關系庫采用的是SQL Server。整體結構如下圖所示：
整體結構圖
由上圖可見，整個結構分為四層，第一層為公司級實時數據庫；第二層為分廠級實時數據庫，每個分廠一臺；第三層為分廠的前端數采機；底層為過程控制計算機。下面對各層計算機功能予以說明。
過程控制計算機：完成控制監視功能。大慶石化公司控制計算機種類較多，可分為DCS、ESD、PLC、智能表等，但主要是DCS。
前端數采機：進行數據采集，與過程控制計算機通信，將數據緩存并傳送給分廠級實時數據庫。前端數采機將各種類型的過程控制計算機的實時數據匯總，通過以太網統一送往分廠級實時數據庫，也可以在上游網絡故障時，暫存一段時間的歷史數據，當網絡恢復時，將數據轉存到分廠級實時數據庫。
分廠級實時數據庫：用于分廠生產數據緩存、歷史存儲、數據計算等。具體包括：
1、在這里可以對實時數據進行校正、補償、累計、統計等計算。
2、可以對各車間數據進行橫向比較分析。
3、也可以在此完成設備運行情況統計，裝置物料平衡計算，生成質量分析報告，或其他統計報表等。
4、分廠內的其他計算機可以通過該服務器對裝置的實時數據、歷史數據、統計數據進行查看。
5、通過該服務器上的Web服務器，可以直接通過IE瀏覽器瀏覽各種生產數據。
6、與公司級實時數據庫通信。將公司關心的重要生產數據上傳到公司級實時數據庫中。
7、該服務器還要作為用戶登錄服務器。只有有相關權限的用戶才能訪問該服務器中受保護的數據。用戶登錄要在該服務器上驗證。
公司級實時數據庫：分廠重要生產參數緩存、歷史存儲等。另外還包括如下功能：
1）分廠數據橫向比較、統計、分析。
2）作為Web服務器，該機器有固定IP，可以在互聯網上通過IE瀏覽器訪問該服務器的實時數據、歷史數據等。
3）該服務器可以作為分廠服務器的代理Web服務器，通過該服務器可以在互聯網上間接訪問分廠數據。
作為登錄服務器。訪問該服務器數據的用戶要經過該登錄服務器的驗證。訪問分廠數據還要經過分廠級數據庫用戶驗證。
三、數采方案
1、概述
數據采集是實時數據庫的重要組成部分，它負責將現場數據實時傳送給數據庫，將操作數據下送到現場，是數據庫服務器與生產控制系統連接的橋梁。如果沒有穩定、高效、豐富的數采接口，實時數據庫只能是空中樓閣。
紫金橋軟件具有豐富的I/O接口，能夠與各種DCS，PLC，智能儀表通過多種連接方式，如以太網、串口、撥號等。并支持DDE、OPC、設備專有通信協議等。同一數據庫可以同時與任意多種驅動程序進行通訊。下圖為數采結構圖。
數采結構圖
圖中的I/O驅動就是各種數采接口。
本項目的關鍵是實現各分廠生產裝置的數據采集。由于大慶石化公司分廠很多，自控裝置種類繁多，有大量的DCS、PLC、智能表等。通信方式多種多樣。如有的通過OPC，有的通過DDE，有的是廠家專有協議；網絡連接方式也很多，如以太網、串口、現場總線等。
2、關鍵問題
辦公網與控制網隔離
保證自控裝置的安全是致關重要的。為了保證控制網的獨立性，辦公網與控制網間是完全隔離的。實時數據庫運行在辦公網一側，為了安全的與控制設備通信，我們采取了多種措施。
1）在控制網與辦公網分別設置數采機，數采機間通過串口相連，這樣能夠有效的防止網絡病毒侵入。
串口通訊防病毒
為了提高串口的通信速度可以將兩臺前置數采機器放的很近，這樣可以將串口通信速度設的很高如112K。對于較遠的可以采用485方式通信。
2）機器配置兩塊網卡，一塊網卡與控制網相連，一塊與辦公網相連，而且兩塊網卡處于不同網段。除了數據通信用到的端口號，其余通信端口都禁止掉。并且裝好防火墻，保持防病毒軟件及時自動更新。
雙網卡通訊防病毒
3）數據集中到VAX/ALPHA機，以VAX/ALPHA為橋梁實現辦公網與控制網相連。VAX/ALPHA運行的是VMS操作系統，安全性較高。并且很多裝置的上位機是VAX/ALPHA，所以通過VAX/ALPHA為中轉，是比較方便的。
斷線數據自動恢復
由于大慶石化公司裝置很多，距離較遠，再加上現場干擾多，所以網絡通信并不是十分可靠，網絡故障時而發生。紫金橋實時數據庫具有斷線后數據自動恢復功能，即當網絡出現故障時，前端數采機能夠自動將數據保存起來，當網絡恢復時將歷史數據插入到遠程實時數據庫。利用該功能，就不必擔心歷史數據缺失了。
手工數據錄入
為化驗人員提供化驗數據計算處理和錄入界面，以便將生產化驗數據收集到實時數據庫。紫金橋實時數據庫有專門的人工錄入記錄點和操作界面，能夠保證用戶在合理的時間范圍內錄入數據，并將數據按照填寫的時間插入到歷史數據庫中。對于超期沒有錄入的數據給出報警。
四、生產管理信息系統帶來的好處
1)及時了解生產動態。分廠級管理人員隨時了解生產裝置、公用工程運行狀況，包括監控點的溫度、壓力、流量等實時數據；物料和能源動力消耗數據、產品產量和質量數據。各級人員及時準確掌握生產動態，對生產過程中出現的問題及時做出處理，以保證生產安穩運行。
2)實時數據庫作為控制系統和上層管理系統的中間層，起到承上啟下的作用。其將各控制系統的數據集中起來，以統一的形式存放，實現了有效的數據共享。由于實時數據庫支持各種開放接口，如OPC、DDE、OLE等.
中國石油大慶石化公司，是中國石油天然氣股份有限公司直屬的地區分公司，從事煉油、化工、化肥、化纖生產的特大型石油化工聯合企業。現有6個生產廠，2個輔助生產廠。公司擁有生產裝置131套，年原油加工能力600萬噸，年產乙烯48萬噸，聚乙烯36萬噸，腈綸纖維6萬噸，合成氨33萬噸，尿素56萬噸，可生產60種151個牌號的石油化工產品。 大慶石化公司的前身大慶石油化工總廠，是我國較早的石油化工企業之一，也是我國重要的石油化工基地。大慶石化公司在緊抓生產建設的同時，也非常注重信息化建設。
全球信息技術飛速發展,尤其是因特網的出現和應用的普及,使得信息技術得以迅速滲透到經濟社會的各個領域,標志著人類進入了信息化時代。信息資源已成為與材料和能源同等重要的戰略資源；信息技術正以其廣泛的滲透性和無與倫比的先進性與傳統產業結合；信息產業已發展為世界范圍內的朝陽產業和新的經濟增長點；信息化水平已經成為現代化企業水平和綜合實力的重要標志。大慶石化公司經過多年的努力，在信息化建設中已取得了很大進步，如辦公自動化，電子商務。尤其是生產過程自動化，經過多年努力，大慶石化公司全面實現了DCS自動化改造。但是在實現全廠信息化建設之前，還存在如下問題：
1）生產數據沒有有效共享，因而對影響生產過程的主要因素缺乏有效的監控手段。雖然公司的主要生產裝置都安裝了DCS，但絕大部分裝置的數據只能顯示在裝置的操作站上，而沒有采集到公司或分廠的辦公系統中。這樣我們只有到各生產裝置的控制室，才能觀察到生產數據，在分廠的調度室，辦公室，或公司領導，都無法直接看到現場的生產數據。如果出差在外，想了解一下生產情況就更是無能為力了。在當今互聯網把大千世界聯在一起的今天，不能不說是一種遺憾！
2）分散的“信息孤島”無法進行集中化管理。由于各裝置信息封閉，即使在同一分廠，由于采用的是不同廠家，或同一廠家不同型號的DCS，彼此間沒有數據通訊手段。這致使生產管理的各個環節脫節，生產管理部門不能及時、有效地了解生產狀況，指導組織生產，造成了一定的浪費。
3）沒有長期的歷史數據存儲。隨著存儲介質價格不斷下降，保存海量歷史數據不但是必要的，而且是現實的。而DCS本身的歷史數據存儲能力一般都比較有限，而長期的歷史數據有助于事故診斷。
4）質量信息反饋滯后，導致加工成本增加。化驗數據直接反映生產的質量情況，對指導生產具有非常重要的意義。先前這些數據主要通過手工報表形式報送生產管理部門，造成信息遲滯，并且不利于對比分析。因此及時準確地將質量數據反饋給裝置操作人員和生產調度人員，可以保證有效地控制生產質量、降低生產成本。
5）無法實現全廠信息瀏覽。如何讓公司領導用統一平臺直觀的看到各分廠的生產報表，統計數據，對于領導決策非常重要。
通過上面的分析，我們不難看出，如何將分散的“信息孤島”有效地連接起來，實行網絡化、集中化，將生產過程數據與生產管理系統有機連接起來；把生產過程信息、原料消耗、過程產品產量、產品產量、能源消耗、設備狀態等科學地分類，提供給管理層數據庫，從而減少人工操作，提高管理層數據庫的準確性，提高公司的控制力和控制質量。同時也能夠使企業的先進控制、優化計算，流程模擬等更加方便。
二、實施方案
公司信息化內容很多，如裝置達標，LIMS，質量統計，價格管理，成本核算，生產信息化。其中生產信息化是整個系統的基礎，由于篇幅的限制，這里著重對其進行介紹。
實時數據庫是整個信息系統的核心，實時數據庫軟件采用大慶紫金橋公司自己開發的 “紫金橋實時數據庫”。該實時數據庫在公司多個分廠有過成功應用。關系庫采用的是SQL Server。整體結構如下圖所示：
整體結構圖
由上圖可見，整個結構分為四層，第一層為公司級實時數據庫；第二層為分廠級實時數據庫，每個分廠一臺；第三層為分廠的前端數采機；底層為過程控制計算機。下面對各層計算機功能予以說明。
過程控制計算機：完成控制監視功能。大慶石化公司控制計算機種類較多，可分為DCS、ESD、PLC、智能表等，但主要是DCS。
前端數采機：進行數據采集，與過程控制計算機通信，將數據緩存并傳送給分廠級實時數據庫。前端數采機將各種類型的過程控制計算機的實時數據匯總，通過以太網統一送往分廠級實時數據庫，也可以在上游網絡故障時，暫存一段時間的歷史數據，當網絡恢復時，將數據轉存到分廠級實時數據庫。
分廠級實時數據庫：用于分廠生產數據緩存、歷史存儲、數據計算等。具體包括：
1、在這里可以對實時數據進行校正、補償、累計、統計等計算。
2、可以對各車間數據進行橫向比較分析。
3、也可以在此完成設備運行情況統計，裝置物料平衡計算，生成質量分析報告，或其他統計報表等。
4、分廠內的其他計算機可以通過該服務器對裝置的實時數據、歷史數據、統計數據進行查看。
5、通過該服務器上的Web服務器，可以直接通過IE瀏覽器瀏覽各種生產數據。
6、與公司級實時數據庫通信。將公司關心的重要生產數據上傳到公司級實時數據庫中。
7、該服務器還要作為用戶登錄服務器。只有有相關權限的用戶才能訪問該服務器中受保護的數據。用戶登錄要在該服務器上驗證。
公司級實時數據庫：分廠重要生產參數緩存、歷史存儲等。另外還包括如下功能：
1）分廠數據橫向比較、統計、分析。
2）作為Web服務器，該機器有固定IP，可以在互聯網上通過IE瀏覽器訪問該服務器的實時數據、歷史數據等。
3）該服務器可以作為分廠服務器的代理Web服務器，通過該服務器可以在互聯網上間接訪問分廠數據。
作為登錄服務器。訪問該服務器數據的用戶要經過該登錄服務器的驗證。訪問分廠數據還要經過分廠級數據庫用戶驗證。
三、數采方案
1、概述
數據采集是實時數據庫的重要組成部分，它負責將現場數據實時傳送給數據庫，將操作數據下送到現場，是數據庫服務器與生產控制系統連接的橋梁。如果沒有穩定、高效、豐富的數采接口，實時數據庫只能是空中樓閣。
紫金橋軟件具有豐富的I/O接口，能夠與各種DCS，PLC，智能儀表通過多種連接方式，如以太網、串口、撥號等。并支持DDE、OPC、設備專有通信協議等。同一數據庫可以同時與任意多種驅動程序進行通訊。下圖為數采結構圖。
數采結構圖
圖中的I/O驅動就是各種數采接口。
本項目的關鍵是實現各分廠生產裝置的數據采集。由于大慶石化公司分廠很多，自控裝置種類繁多，有大量的DCS、PLC、智能表等。通信方式多種多樣。如有的通過OPC，有的通過DDE，有的是廠家專有協議；網絡連接方式也很多，如以太網、串口、現場總線等。
2、關鍵問題
辦公網與控制網隔離
保證自控裝置的安全是致關重要的。為了保證控制網的獨立性，辦公網與控制網間是完全隔離的。實時數據庫運行在辦公網一側，為了安全的與控制設備通信，我們采取了多種措施。
1）在控制網與辦公網分別設置數采機，數采機間通過串口相連，這樣能夠有效的防止網絡病毒侵入。
串口通訊防病毒
為了提高串口的通信速度可以將兩臺前置數采機器放的很近，這樣可以將串口通信速度設的很高如112K。對于較遠的可以采用485方式通信。
2）機器配置兩塊網卡，一塊網卡與控制網相連，一塊與辦公網相連，而且兩塊網卡處于不同網段。除了數據通信用到的端口號，其余通信端口都禁止掉。并且裝好防火墻，保持防病毒軟件及時自動更新。
雙網卡通訊防病毒
3）數據集中到VAX/ALPHA機，以VAX/ALPHA為橋梁實現辦公網與控制網相連。VAX/ALPHA運行的是VMS操作系統，安全性較高。并且很多裝置的上位機是VAX/ALPHA，所以通過VAX/ALPHA為中轉，是比較方便的。
斷線數據自動恢復
由于大慶石化公司裝置很多，距離較遠，再加上現場干擾多，所以網絡通信并不是十分可靠，網絡故障時而發生。紫金橋實時數據庫具有斷線后數據自動恢復功能，即當網絡出現故障時，前端數采機能夠自動將數據保存起來，當網絡恢復時將歷史數據插入到遠程實時數據庫。利用該功能，就不必擔心歷史數據缺失了。
手工數據錄入
為化驗人員提供化驗數據計算處理和錄入界面，以便將生產化驗數據收集到實時數據庫。紫金橋實時數據庫有專門的人工錄入記錄點和操作界面，能夠保證用戶在合理的時間范圍內錄入數據，并將數據按照填寫的時間插入到歷史數據庫中。對于超期沒有錄入的數據給出報警。
四、生產管理信息系統帶來的好處
1)及時了解生產動態。分廠級管理人員隨時了解生產裝置、公用工程運行狀況，包括監控點的溫度、壓力、流量等實時數據；物料和能源動力消耗數據、產品產量和質量數據。各級人員及時準確掌握生產動態，對生產過程中出現的問題及時做出處理，以保證生產安穩運行。
2)實時數據庫作為控制系統和上層管理系統的中間層，起到承上啟下的作用。其將各控制系統的數據集中起來，以統一的形式存放，實現了有效的數據共享。由于實時數據庫支持各種開放接口，如OPC、DDE、OLE等.
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