今日頭條
官方微信
官方抖音
案例頻道
強(qiáng)彩文，祁圣華，高 霞
勝利油田油氣集輸公司是勝利油田從事油氣集輸?shù)膶I(yè)化生產(chǎn)企業(yè)，主要擔(dān)負(fù)勝利油田原油外輸、天然氣生產(chǎn)集輸及輕烴生產(chǎn)任務(wù)，管理著9個(gè)氣田，187口氣井，24座集配氣站，總長240公里的天然氣輸氣管道和220公里的輸油管道，8座大中型輸油站庫，2座壓氣站和3套輕烴回收裝置。所轄13個(gè)三級(jí)單位，具有點(diǎn)多、線長、面廣、易燃易爆、高溫高壓的特點(diǎn)。
前些年，在信息化建設(shè)中，已經(jīng)開發(fā)應(yīng)用了多套DCS、PLC自動(dòng)化系統(tǒng)。為了整合這些獨(dú)立的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，該廠經(jīng)過多年的研究試驗(yàn)，引進(jìn)了三維力控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫pSpace。
1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫
該廠大型輕烴裝置和設(shè)備已基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，共有DCS系統(tǒng)5套，PLC系統(tǒng)2套。但是這些系統(tǒng)建設(shè)時(shí)間不一，軟件系統(tǒng)各異，接口各不相同，系統(tǒng)各自獨(dú)立，妨礙了信息共享利用。
2001年，該廠決定把東營壓氣站大型離心壓縮機(jī)組自動(dòng)化系統(tǒng)橫河DCS CS1000聯(lián)入局域網(wǎng)，使用OPC方式通過VB、VC編程實(shí)現(xiàn)了在瀏覽器中實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面及其歷史曲線。通過這次嘗試，筆者感到自行編程方式來實(shí)現(xiàn)與工業(yè)控制系統(tǒng)的互聯(lián)，達(dá)到從監(jiān)控、報(bào)警、自動(dòng)報(bào)表計(jì)算等功能確實(shí)有一定難度并且通用性差，每套系統(tǒng)都照此開發(fā)一套，不僅價(jià)格高，而且隨著生產(chǎn)變動(dòng)，系統(tǒng)也可能隨著相應(yīng)改變，程序也需維護(hù)。總之，開發(fā)成本高、移植性差、擴(kuò)展性差、維護(hù)成本高并且升級(jí)成本與日驟增。
經(jīng)過對(duì)當(dāng)前實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫調(diào)研分析后，（最終選用）三維力控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫pSpace。它具有極強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力的服務(wù)器，豐富的多數(shù)據(jù)采集接口以及功能實(shí)用的數(shù)據(jù)查詢分析工具，以pSpace作為整個(gè)公司的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，向下集成全公司的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，橫向可關(guān)系統(tǒng)型數(shù)據(jù)庫（Oracle）進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換，向上為各種生產(chǎn)管理應(yīng)用系統(tǒng)提供平臺(tái)支持，起到了兩個(gè)層面之間的橋梁作用使生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)相結(jié)合，從監(jiān)測(cè)和考核原材料及水、電、汽、風(fēng)的用量入手，減少能耗物耗；分析事故原因，可建立一套由幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)組成的關(guān)聯(lián)報(bào)警方案，以避免事故的再次發(fā)生；分析過去的工藝情況，可查找并消除生產(chǎn)運(yùn)行瓶頸，優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高生產(chǎn)運(yùn)行效率；對(duì)比分析操作參數(shù)與運(yùn)行質(zhì)量的關(guān)系，可更好地將運(yùn)行質(zhì)量控制在最恰當(dāng)?shù)姆秶罱K實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)企業(yè)管控一體化。
2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)
油氣集輸公司下屬單位地理位置分布極為廣泛，是典型的點(diǎn)多、線長。為保證數(shù)據(jù)傳輸，在主要生產(chǎn)站場(chǎng)設(shè)一臺(tái)區(qū)域數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，公司中心機(jī)房設(shè)一臺(tái)pSpace實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的收集、整理和web發(fā)布。
(1) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方案參見圖1
圖1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖
(2) 工控內(nèi)部網(wǎng)特點(diǎn)
為保證網(wǎng)絡(luò)安全，設(shè)置力控本地?cái)?shù)據(jù)庫的微機(jī)安裝兩塊網(wǎng)卡，一塊網(wǎng)卡與管理局的局域網(wǎng)相連接，一塊網(wǎng)卡與工控的操作站以內(nèi)網(wǎng)方式連接，這臺(tái)起到網(wǎng)關(guān)作用的機(jī)器由各站維護(hù)人員及時(shí)負(fù)責(zé)升級(jí)防病毒軟件和給系統(tǒng)打補(bǔ)丁，把不安全因素控制在這一端，避免一些外部因素對(duì)操作站的直接沖擊，如果四級(jí)單位有多個(gè)不同自控系統(tǒng)操作站，維護(hù)工作主要集中在負(fù)責(zé)上傳數(shù)據(jù)的本地力控機(jī)，把住入口基本上控制了網(wǎng)絡(luò)病毒在內(nèi)部網(wǎng)的侵蝕，并且內(nèi)部其它機(jī)器可通過這臺(tái)力控間接從網(wǎng)絡(luò)上下載一些必要程序，方便了軟件的升級(jí)。
(3) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫采集設(shè)計(jì)方案
① 當(dāng)DCS具有OPC或DDE接口時(shí)，本地實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫只需通過以太網(wǎng)就可以以遠(yuǎn)程方式采集DCS數(shù)據(jù)。
② 對(duì)于PLC，本地實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫需要通過與PLC相匹配的通訊接口采集PLC數(shù)據(jù)。
③ 對(duì)于沒有開放接口的DCS，本地實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫需要通過專用驅(qū)動(dòng)程序通過相匹配的通訊網(wǎng)絡(luò)采集DCS數(shù)據(jù)。
④ 對(duì)于已經(jīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的裝置，可以通過DDE、OPC、ODBC等方式將數(shù)據(jù)直接采集進(jìn)入本地實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。
⑤ 有些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理后，通過ODBC送到關(guān)系數(shù)據(jù)庫做更深層應(yīng)用。
3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫在原油庫自動(dòng)化改造中的應(yīng)用
2002年底，東營油庫實(shí)施了全庫自動(dòng)化改造。
改造實(shí)施內(nèi)容：東營原油庫自動(dòng)化改造以數(shù)據(jù)采集為重點(diǎn)，加上部分控制系統(tǒng)，此次實(shí)施包括六個(gè)重要崗位：流量計(jì)崗、罐區(qū)計(jì)量崗、泵房崗、加熱爐崗、鍋爐崗、外銷流量計(jì)。
根據(jù)情況實(shí)際情況，該項(xiàng)目選用了德國西門子SIEMENS S7-400自動(dòng)控制系統(tǒng)。全裝置共有6個(gè)控制室：4個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制室各設(shè)一個(gè)操作員站，用來監(jiān)控本崗位的工藝過程。中央控制室設(shè)1個(gè)操作員站和1個(gè)工程師站，操作員站可以監(jiān)控全裝置的工藝過程，工程師站除了可以編程組態(tài)外，也可以作為操作員站來使用。
整個(gè)控制系統(tǒng)使用2套冗余的414H控制器，其中流量計(jì)崗和西流量計(jì)崗用1套控制器；計(jì)量崗和其他三個(gè)崗位共用1套控制器。各崗位的I/O信號(hào)模塊安裝在本地的控制柜中，它們和控制器之間通過PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線相連接。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
怎樣通過局域網(wǎng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)過程、歷史曲線等應(yīng)用遠(yuǎn)程瀏覽是此次自動(dòng)化改造的重要問題。西門子的組態(tài)軟件WINCC具有直接發(fā)布功能，工程技術(shù)人員更傾向于使用WINCC自帶的WEB發(fā)布功能即從操作站上把現(xiàn)有組態(tài)畫面網(wǎng)上直接發(fā)布,認(rèn)為不但所有組態(tài)可以原樣保留，不增加工作量，可通過權(quán)限來控制。供應(yīng)商卻認(rèn)為如果這樣實(shí)施首先帶來的安全問題不容忽視，其次是針對(duì)性不強(qiáng)，因網(wǎng)上瀏覽以管理技術(shù)人員為主，一些詳細(xì)的操作畫面完全沒有必要，如方便操作員的所有控制組畫面，本地發(fā)布，數(shù)據(jù)不統(tǒng)一存儲(chǔ)，將會(huì)造成全公司自控化系統(tǒng)發(fā)布不統(tǒng)一，不但難于管理，維護(hù)難度增加，而且更深層次的應(yīng)用如優(yōu)化運(yùn)行、故障分析等無法展開。pSpace解決方案的整體引入即建立原油庫本地二級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，公司建立一級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)布、存儲(chǔ)中心。初始采用Step7 Opc Server方式向pSpace傳送數(shù)據(jù)，使用一個(gè)階段后，改為采用通過在力控中配置I/O驅(qū)動(dòng)中Softnets7來直接從工業(yè)以太網(wǎng)上讀I/O設(shè)備，力控當(dāng)作為PLC系統(tǒng)的一個(gè)的操作站，某些轉(zhuǎn)換用pSpace的腳本完全可實(shí)現(xiàn)，完全能夠更快更迅速地采集西門子PLC的數(shù)據(jù)，同時(shí)實(shí)時(shí)地向設(shè)在公司的中心服務(wù)器傳輸數(shù)據(jù)。
圖2 系統(tǒng)示意圖
設(shè)在中控室的監(jiān)控機(jī)器既在原油庫內(nèi)部的工業(yè)以太網(wǎng)上，同時(shí)又在局域網(wǎng)上，完全起到網(wǎng)關(guān)的作用，它有選擇性進(jìn)行組態(tài)顯示原油庫各采集點(diǎn)的重要參數(shù)，控制點(diǎn)沒有進(jìn)行組態(tài)，從源頭上保證數(shù)據(jù)的安全性。原油庫西門子S7-400實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳局域網(wǎng)解決方案的成功實(shí)施，為公司全面實(shí)施自控系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控做了嘗試，它集成了大量的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，打破了過去生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)停留在各崗位的局限，實(shí)現(xiàn)了全公司生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的共享。有了它，生產(chǎn)調(diào)度可以及時(shí)全面了解生產(chǎn)情況，迅速處理種種突發(fā)事件。今后集輸公司現(xiàn)有各生產(chǎn)崗位的重要實(shí)時(shí)參數(shù)，可統(tǒng)一存儲(chǔ)和管理，并可保存幾年的歷史數(shù)據(jù)，通過對(duì)連續(xù)生產(chǎn)中存在著大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和集成建立歷史數(shù)據(jù)曲線、報(bào)警查詢、異常報(bào)警、控制點(diǎn)監(jiān)視、事故追憶等應(yīng)用。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)關(guān)鍵參數(shù)運(yùn)行狀態(tài)，使生產(chǎn)的運(yùn)行狀態(tài)保持平穩(wěn)，提高操作水平。
中心實(shí)時(shí)庫建立所需的數(shù)據(jù)源，使用Server、Client應(yīng)答與遠(yuǎn)端區(qū)域數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互。
4 結(jié)語
筆者認(rèn)為pSpace對(duì)一般人員來說使用起來非常方便，腳本不復(fù)雜并簡單易用，但如果能加入微軟的VC編譯器，則更有利于一些用戶的特殊開發(fā)需要和靈活度；用于web發(fā)布時(shí)控制應(yīng)申請(qǐng)微軟的簽名認(rèn)證，避免某些用戶瀏覽器安全級(jí)別降低而帶為的不必要麻煩。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)