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強彩文，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)化生產企業(yè)，主要擔負勝利油田原油外輸、天然氣生產集輸及輕烴生產任務，管理著9個氣田，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個三級單位，具有點多、線長、面廣、易燃易爆、高溫高壓的特點。
前些年，在信息化建設中，已經開發(fā)應用了多套DCS、PLC自動化系統(tǒng)。為了整合這些獨立的系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，該廠經過多年的研究試驗，引進了三維力控實時數(shù)據(jù)庫pSpace。
1 實時數(shù)據(jù)庫
該廠大型輕烴裝置和設備已基本實現(xiàn)了自動化，共有DCS系統(tǒng)5套，PLC系統(tǒng)2套。但是這些系統(tǒng)建設時間不一，軟件系統(tǒng)各異，接口各不相同，系統(tǒng)各自獨立，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組自動化系統(tǒng)橫河DCS CS1000聯(lián)入局域網，使用OPC方式通過VB、VC編程實現(xiàn)了在瀏覽器中實時監(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現(xiàn)與工業(yè)控制系統(tǒng)的互聯(lián)，達到從監(jiān)控、報警、自動報表計算等功能確實有一定難度并且通用性差，每套系統(tǒng)都照此開發(fā)一套，不僅價格高，而且隨著生產變動，系統(tǒng)也可能隨著相應改變，程序也需維護?？傊?，開發(fā)成本高、移植性差、擴展性差、維護成本高并且升級成本與日驟增。
經過對當前實時數(shù)據(jù)庫調研分析后，（最終選用）三維力控實時數(shù)據(jù)庫pSpace。它具有極強數(shù)據(jù)處理能力的服務器，豐富的多數(shù)據(jù)采集接口以及功能實用的數(shù)據(jù)查詢分析工具，以pSpace作為整個公司的實時數(shù)據(jù)庫，向下集成全公司的生產數(shù)據(jù)，橫向可關系統(tǒng)型數(shù)據(jù)庫（Oracle）進行雙向數(shù)據(jù)交換，向上為各種生產管理應用系統(tǒng)提供平臺支持，起到了兩個層面之間的橋梁作用使生產過程控制系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)相結合，從監(jiān)測和考核原材料及水、電、汽、風的用量入手，減少能耗物耗；分析事故原因，可建立一套由幾個關鍵參數(shù)組成的關聯(lián)報警方案，以避免事故的再次發(fā)生；分析過去的工藝情況，可查找并消除生產運行瓶頸，優(yōu)化生產過程，提高生產運行效率；對比分析操作參數(shù)與運行質量的關系，可更好地將運行質量控制在最恰當?shù)姆秶?，最終實現(xiàn)生產企業(yè)管控一體化。
2 實時數(shù)據(jù)庫的設計
油氣集輸公司下屬單位地理位置分布極為廣泛，是典型的點多、線長。為保證數(shù)據(jù)傳輸，在主要生產站場設一臺區(qū)域數(shù)據(jù)庫服務器，公司中心機房設一臺pSpace實時數(shù)據(jù)庫服務器，負責實時數(shù)據(jù)的收集、整理和web發(fā)布。
(1) 實時數(shù)據(jù)庫設計方案參見圖1
圖1 實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)網絡結構示意圖
(2) 工控內部網特點
為保證網絡安全，設置力控本地數(shù)據(jù)庫的微機安裝兩塊網卡，一塊網卡與管理局的局域網相連接，一塊網卡與工控的操作站以內網方式連接，這臺起到網關作用的機器由各站維護人員及時負責升級防病毒軟件和給系統(tǒng)打補丁，把不安全因素控制在這一端，避免一些外部因素對操作站的直接沖擊，如果四級單位有多個不同自控系統(tǒng)操作站，維護工作主要集中在負責上傳數(shù)據(jù)的本地力控機，把住入口基本上控制了網絡病毒在內部網的侵蝕，并且內部其它機器可通過這臺力控間接從網絡上下載一些必要程序，方便了軟件的升級。
(3) 實時數(shù)據(jù)庫采集設計方案
① 當DCS具有OPC或DDE接口時，本地實時數(shù)據(jù)庫只需通過以太網就可以以遠程方式采集DCS數(shù)據(jù)。
② 對于PLC，本地實時數(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 對于沒有開放接口的DCS，本地實時數(shù)據(jù)庫需要通過專用驅動程序通過相匹配的通訊網絡采集DCS數(shù)據(jù)。
④ 對于已經實現(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)直接采集進入本地實時數(shù)據(jù)庫。
⑤ 有些實時數(shù)據(jù)進行計算處理后，通過ODBC送到關系數(shù)據(jù)庫做更深層應用。
3 實時數(shù)據(jù)庫在原油庫自動化改造中的應用
2002年底，東營油庫實施了全庫自動化改造。
改造實施內容：東營原油庫自動化改造以數(shù)據(jù)采集為重點，加上部分控制系統(tǒng)，此次實施包括六個重要崗位：流量計崗、罐區(qū)計量崗、泵房崗、加熱爐崗、鍋爐崗、外銷流量計。
根據(jù)情況實際情況，該項目選用了德國西門子SIEMENS S7-400自動控制系統(tǒng)。全裝置共有6個控制室：4個現(xiàn)場控制室各設一個操作員站，用來監(jiān)控本崗位的工藝過程。中央控制室設1個操作員站和1個工程師站，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。
整個控制系統(tǒng)使用2套冗余的414H控制器，其中流量計崗和西流量計崗用1套控制器；計量崗和其他三個崗位共用1套控制器。各崗位的I/O信號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)場總線相連接。其系統(tǒng)結構圖如圖2所示。
怎樣通過局域網，對現(xiàn)場過程、歷史曲線等應用遠程瀏覽是此次自動化改造的重要問題。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)畫面網上直接發(fā)布,認為不但所有組態(tài)可以原樣保留，不增加工作量，可通過權限來控制。供應商卻認為如果這樣實施首先帶來的安全問題不容忽視，其次是針對性不強，因網上瀏覽以管理技術人員為主，一些詳細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，將會造成全公司自控化系統(tǒng)發(fā)布不統(tǒng)一，不但難于管理，維護難度增加，而且更深層次的應用如優(yōu)化運行、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實時數(shù)據(jù)存儲，公司建立一級實時數(shù)據(jù)發(fā)布、存儲中心。初始采用Step7 Opc Server方式向pSpace傳送數(shù)據(jù)，使用一個階段后，改為采用通過在力控中配置I/O驅動中Softnets7來直接從工業(yè)以太網上讀I/O設備，力控當作為PLC系統(tǒng)的一個的操作站，某些轉換用pSpace的腳本完全可實現(xiàn)，完全能夠更快更迅速地采集西門子PLC的數(shù)據(jù)，同時實時地向設在公司的中心服務器傳輸數(shù)據(jù)。
圖2 系統(tǒng)示意圖
設在中控室的監(jiān)控機器既在原油庫內部的工業(yè)以太網上，同時又在局域網上，完全起到網關的作用，它有選擇性進行組態(tài)顯示原油庫各采集點的重要參數(shù)，控制點沒有進行組態(tài)，從源頭上保證數(shù)據(jù)的安全性。原油庫西門子S7-400實時數(shù)據(jù)上傳局域網解決方案的成功實施，為公司全面實施自控系統(tǒng)遠程監(jiān)控做了嘗試，它集成了大量的生產實時數(shù)據(jù)，打破了過去生產實時數(shù)據(jù)停留在各崗位的局限，實現(xiàn)了全公司生產實時數(shù)據(jù)的共享。有了它，生產調度可以及時全面了解生產情況，迅速處理種種突發(fā)事件。今后集輸公司現(xiàn)有各生產崗位的重要實時參數(shù)，可統(tǒng)一存儲和管理，并可保存幾年的歷史數(shù)據(jù)，通過對連續(xù)生產中存在著大量的實時數(shù)據(jù)處理、存儲和集成建立歷史數(shù)據(jù)曲線、報警查詢、異常報警、控制點監(jiān)視、事故追憶等應用。遠程監(jiān)測關鍵參數(shù)運行狀態(tài)，使生產的運行狀態(tài)保持平穩(wěn)，提高操作水平。
中心實時庫建立所需的數(shù)據(jù)源，使用Server、Client應答與遠端區(qū)域數(shù)據(jù)庫進行交互。
4 結語
筆者認為pSpace對一般人員來說使用起來非常方便，腳本不復雜并簡單易用，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)布時控制應申請微軟的簽名認證，避免某些用戶瀏覽器安全級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：11010802023656號