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王飛

1  概述

    北京太行前景水泥公司已經應用了ABB的DCS控制系統，在總控室可以直觀地了解控制系統的運行狀態和運行參數，由于底層的控制層與上層的管理層之間的分離，導致企業的管理者不能及時、直觀地了解生產現場的運行情況。而且控制系統與管理系統分布在廠區的不同地點，生產運行數據只能通過手工方式抄送，無法及時進行數據的綜合分析，同時也不便于運行值長對生產及設備運行情況的了解。

    為了從根本上解決水泥公司控制系統與管理系統的分離問題，實現全廠“管控一體化”的生產運行管理模式，擬選用北京和利時信息技術有限公司（以下簡稱和信公司）的HiRIS實時信息系統，為下一步的水泥生產信息化建設奠定了基礎。

    在設備層，企業已使用一套ABB的DCS控制系統，水泥成品質量分析主要用到鈣鐵煤分析儀、恒加荷自動水泥壓力試驗機兩種設備，原材料、水泥成品的計量統計通過汽車衡。

    企業計量、質量分析設備及自動控制系統（車間層信息化）的應用已逐漸成熟和普及，而目前控制系統與管理系統分離問題已成為制約企業信息化建設發展的瓶頸問題。管理者不能及時、直觀地了解生產現場的運行情況；管理網和控制網數據無法共享；多個控制系統各自獨立，無法進行綜合分析，統一規劃全廠資源，無法對控制系統數據進行更深層次的挖掘，造成大量數據浪費。在這種情況下，企業就需要一套方便實用的實時信息系統，它可以連接現場的控制系統及其它計量、質量分析設備，采集這些系統中的實時數據，使集團或公司的管理者在辦公室里就可以監測到生產現場生產情況及報警信息；并可以對取得的實時數據進行優化、分析，從而為保證生產設備正常運轉、降低生產成本、提高工作效率、獲取更大利潤提供重要依據。

2  系統總體結構

    根據該公司的實際需求，和信公司設計的實時信息系統總體結構如下圖1所示。

圖1系統總體結構圖

    在企業的管理網中加一臺實時數據服務器，此服務器的功能是將控制系統的數據進行壓縮、計算、分析后存入數據庫，向管理網的其他用戶提供歷史數據及實時數據的查詢功能。根據該公司的實際情況，向實時數據服務器發送數據需要采用多種方式，下面進行簡要說明。

3  系統主要實現功能

    HiRIS主要包括數據庫表創建、網關、數據接收、模擬圖及報表組態、實時信息分析和WEB服務模塊等六個模塊。

    (1)  數據庫表創建模塊

    該模塊用于構筑數據庫表結構平臺。使用此模塊將系統用到的數據庫表結構、表之間的關系及數據規則復制到大型數據庫中，用以存儲數據。此模塊在系統啟用之前必須完成，是其它模塊運行的基礎。

    (2)  網關模塊

    該模塊運行于網關機中，所完成的功能是取出連接的控制系統、分析儀、壓力試驗機及地秤數據并傳入到管理系統網絡中的數據服務器中。網關機具有兩塊網卡，分別連通控制網及管理網。網關機通過連接到控制系統的網卡采集到底層控制網的數據后，用另一塊網卡以UDP數據包的方式發送到管理系統網中。

    網關模塊提取的數據包括以下幾種：

    ?  ABB的DCS控制系統數據

    DCS系統通過網關計算機連入企業管理網絡，使得控制系統的運行數據單向傳送到實時數據服務器中，而管理網絡信息系統中的數據不能傳送到DCS/PLC系統，屏蔽了對生產的干擾和病毒的侵害，保證了生產的安全性。

    ?  質量檢驗數據

    質量檢驗數據包括原材料、熟料、水泥成品化學分析及物理檢驗等，各種分析檢驗項目如下：

    原材料的化學分析  檢驗項目為：Loss、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、Cl^－、K₂O、N₂O、SO₃等。

    熟料的化學分析  檢驗項目為：Loss、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、Cl^－、K₂O、N₂O、SO₃、KH、KH^－、n、p、f-CaO、C₃S、C₂S、C₃A、C₄AF等；

    熟料的物理檢驗  檢驗項目為：安定性、稠度、初凝、終凝、細度、比表、抗折3天、抗壓3天、抗折28天、抗壓28天等。

    水泥成品物理檢驗  檢驗項目為：抗折3天、抗壓3天、抗折28天、抗壓28天等。

    ?  地秤數據

    地秤系統作為廠內石灰石等原料以及熟料和水泥成品的計量工具，其數據非常重要。目前該公司地秤系統已經實現了計算機管理，需要編寫接口程序，每天定期將地秤分類計量數據傳入系統，作為原料、能源消耗、熟料以及散裝水泥結算計算的依據之一。

    (3)  數據接收模塊

    該模塊是將DCS網關機以及各分析儀及地秤網關及傳送上來的數據包進行處理、優化后，存入數據庫，用以進行數據分析及向MIS/ERP系統中其他模塊提供數據接口。

    (4)  模擬圖及報表組態模塊

    該模塊包括實時模擬圖組態和報表組態兩大功能，模擬圖組態功能主要完成對DCS實時數據模擬圖上需顯示的DCS信息點及其顯示位置、顯示形式的定義，包括定義模擬量的實時數字顯示、開關量的實時圖形顯示，實時數據的棒圖顯示、列表式顯示以及計算點的顯示等；并可定義各信息點的報警上下限值，實現報警顯示。

    報表組態功能實現企業實時信息系統報表的組態工作。用戶可根據本企業的實際生產情況定制生產報表，靈活設置報表的樣式，使報表的每列數據可以是DCS的某一項指標，也可以是某幾項指標的運算表達式，并可在報表內進行計算、匯總等操作；報表相關聯的指標數值的取值可有多種選擇，可以是取值頻率為每秒或每分鐘的平均值，也可以是每小時的瞬時值。

    (5)  實時信息分析模塊

    實時信息分析即控制系統實時信息數據領導查詢系統，是面向最終用戶的實時信息分析系統，包括實時模擬圖監測、歷史數據分析、報表查詢三部分主要功能。

    ?  實時模擬圖監測功能以系統模擬圖的方式顯示生產現場系統運行實際情況，實時觀測生產現場的各項指標。數據的顯示方式包括模擬量的實時數字顯示，開關量的實時圖形顯示、實時棒圖顯示、實時數據的列表式顯示等；當數據超過規定的限值時，系統可自動產生報警信息；可自定義圖形化按鈕在各模擬圖之間切換。在此功能中可以通過按鈕切換監測各車間的實時生產情況，并可在同一畫面綜合監測幾個車間的相關指標；實時畫面的每一個模擬量點的小數位數可由用戶定義。

    ?  歷史數據分析包括歷史數據曲線和超限額運行時間統計兩大功能。歷史數據曲線功能可以觀察某項指標某一天的點值變化曲線及其報警線的顯示，并可同時顯示多條指標曲線，用來進行對比顯示，可以放大曲線的任意區域，查看曲線在各取點時間精確的點值信息，可以查看圖中各項指標曲線的報警限值，統計每項指標在給定時間段內的最大值、最小值及其各自的取值時間，瀏覽超過報警限額運行的時間點及其點值并進行匯總統計；歷史曲線可以自由組合，且可以查詢任意24小時內的曲線以及月曲線。超限額運行時間統計功能可以查看任意區間內某項指標超過報警限值運行的時間累計情況，包括查詢區間內各小時超過報警值上限、下限的時間以及時間的累計。

    ?  報表查詢功能實現企業的生產報表查詢功能，包括日報查詢和班報查詢功能，報表的種類和樣式由報表組態軟件靈活設置。

    (6)  WEB服務模塊

    通過WEB組件，管理者可以在家里、外地，只要能連通Internet，就可以隨時監控生產現場的實際情況。此模塊共有兩部分程序，Web瀏覽器端程序和Web服務器伺服程序，瀏覽器端程序共包括三部分功能：實時模擬圖監測、歷史數據分析、靈活報表。本模塊采用B/S結構，客戶端只要裝有瀏覽器即可（如微軟公司的IE），所有的瀏覽器查詢程序以及服務器伺服程序安裝在Web服務器所在的機器上。

4  應用效果及展望

    在企業“管控一體化”的信息系統建設中，實時信息系統起著非常重要的作用。它可以采集控制系統中的實時數據，使管理者在辦公室里就可以監測到生產現場生產情況及報警信息；并可以對取得的實時數據進行優化、分析，從而為保證生產設備正常運轉、降低生產成本提供重要基礎。本系統主要特點如下：

    (1)  適用于大型的連續化生產的行業；

    (2)  靈活、簡便的組態功能，包括實時模擬圖、報表和分析曲線組態；

    (3)  用戶可以很快地從應用中獲得投資的回報，同時Windows NT的平臺也使系統的安裝與維護更加容易；

    (4)  高速的實時數據處理功能；

    (5)  高效的數據存儲方式；

    (6)  開放的數據結構，系統具有強大的可擴展性；

    (7)  數據刷新周期可以定義為1秒，真正實現數據的實時采集；

    (8)  通用的數據采集接口，可與多家國內外著名的多種DCS、PLC及儀表等控制系統產品進行通訊實現無縫連接；

    (9)  靈活方便的數據查詢工具。