紫金桥实时数据库在大庆石化公司信息管理系统的创新应用
发布时间：2011-05-10 08:40 类型：
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一、概述
中国石油大庆石化公司，是中国石油天然气股份有限公司直属的地区分公司，从事炼油、化工、化肥、化纤生产的特大型石油化工联合企业。现有6个生产厂，2 个辅助生产厂。公司拥有生产装置131套，年原油加工能力600万吨，年产乙烯48万吨，聚乙烯36万吨，腈纶纤维6万吨，合成氨33万吨，尿素56万 吨，可生产60种151个牌号的石油化工产品。大庆石化公司的前身大庆石油化工总厂，是我国较早的石油化工企业之一，也是我国重要的石油化工基地。大庆 石化公司在紧抓生产建设的同时，也非常注重信息化建设。
全球信息技术飞速发展,尤其是因特网的出现和应用的普及,使得信息技术得以迅速渗透到 经济社会的各个领域,标志着人类进入了信息化时代。信息资源已成为与材料和能源同等重要的战略资源；信息技术正以其广泛的渗透性和无与伦比的先进性与传统 产业结合；信息产业已发展为世界范围内的朝阳产业和新的经济增长点；信息化水平已经成为现代化企业水平和综合实力的重要标志。大庆石化公司经过多年的努 力，在信息化建设中已取得了很大进步，如办公自动化，电子商务。尤其是生产过程自动化，经过多年努力，大庆石化公司全面实现了DCS自动化改造。但是在实 现全厂信息化建设之前，还存在如下问题：
1）生产数据没有有效共享，因而对影响生产过程的主要因素缺乏有效的监控手段。虽然公司的主要生产装 置都安装了DCS，但绝大部分装置的数据只能显示在装置的操作站上，而没有采集到公司或分厂的办公系统中。这样我们只有到各生产装置的控制室，才能观察到 生产数据，在分厂的调度室，办公室，或公司领导，都无法直接看到现场的生产数据。如果出差在外，想了解一下生产情况就更是无能为力了。在当今互联网把大千 世界联在一起的今天，不能不说是一种遗憾！
2）分散的“信息孤岛”无法进行集中化管理。由于各装置信息封闭，即使在同一分厂，由于采用的是不 同厂家，或同一厂家不同型号的DCS，彼此间没有数据通讯手段。这致使生产管理的各个环节脱节，生产管理部门不能及时、有效地了解生产状况，指导组织生 产，造成了一定的浪费。
3）没有长期的历史数据存储。随着存储介质价格不断下降，保存海量历史数据不但是必要的，而且是现实的。而DCS本身的历史数据存储能力一般都比较有限，而长期的历史数据有助于事故诊断。
4）质量信息反馈滞后，导致加工成本增加。化验数据直接反映生产的质量情况，对指导生产具有非常重要的意义。先前这些数据主要通过手工报表形式报送生产 管理部门，造成信息迟滞，并且不利于对比分析。因此及时准确地将质量数据反馈给装置操作人员和生产调度人员，可以保证有效地控制生产质量、降低生产成本。
5）无法实现全厂信息浏览。如何让公司领导用统一平台直观的看到各分厂的生产报表，统计数据，对于领导决策非常重要。
通过上面的分析，我们不难看出，如何将分散的“信息孤岛”有效地连接起来，实行网络化、集中化，将生产过程数据与生产管理系统有机连接起来；把生产过程 信息、原料消耗、过程产品产量、产品产量、能源消耗、设备状态等科学地分类，提供给管理层数据库，从而减少人工操作，提高管理层数据库的准确性，提高公司 的控制力和控制质量。同时也能够使企业的先进控制、优化计算，流程模拟等更加方便。
二、实施方案
公司信息化内容很多，如装置达标，LIMS，质量统计，价格管理，成本核算，生产信息化。其中生产信息化是整个系统的基础，由于篇幅的限制，这里着重对其进行介绍。
实时数据库是整个信息系统的核心，实时数据库软件采用大庆紫金桥公司自己开发的“紫金桥实时数据库”。该实时数据库在公司多个分厂有过成功应用。关系库采用的是SQL Server。整体结构如下图所示：
整体结构图
由上图可见，整个结构分为四层，第一层为公司级实时数据库；第二层为分厂级实时数据库，每个分厂一台；第三层为分厂的前端数采机；底层为过程控制计算机。下面对各层计算机功能予以说明。
过程控制计算机：完成控制监视功能。大庆石化公司控制计算机种类较多，可分为DCS、ESD、PLC、智能表等，但主要是DCS。
前端数采机：进行数据采集，与过程控制计算机通信，将数据缓存并传送给分厂级实时数据库。前端数采机将各种类型的过程控制计算机的实时数据汇总，通过以 太网统一送往分厂级实时数据库，也可以在上游网络故障时，暂存一段时间的历史数据，当网络恢复时，将数据转存到分厂级实时数据库。
分厂级实时数据库：用于分厂生产数据缓存、历史存储、数据计算等。具体包括：
1、在这里可以对实时数据进行校正、补偿、累计、统计等计算。
2、可以对各车间数据进行横向比较分析。
3、也可以在此完成设备运行情况统计，装置物料平衡计算，生成质量分析报告，或其他统计报表等。
4、分厂内的其他计算机可以通过该服务器对装置的实时数据、历史数据、统计数据进行查看。
5、通过该服务器上的Web服务器，可以直接通过IE浏览器浏览各种生产数据。
6、与公司级实时数据库通信。将公司关心的重要生产数据上传到公司级实时数据库中。
7、该服务器还要作为用户登录服务器。只有有相关权限的用户才能访问该服务器中受保护的数据。用户登录要在该服务器上验证。
公司级实时数据库：分厂重要生产参数缓存、历史存储等。另外还包括如下功能：
1）分厂数据横向比较、统计、分析。
2）作为Web服务器，该机器有固定IP，可以在互联网上通过IE浏览器访问该服务器的实时数据、历史数据等。
3）该服务器可以作为分厂服务器的代理Web服务器，通过该服务器可以在互联网上间接访问分厂数据。
作为登录服务器。访问该服务器数据的用户要经过该登录服务器的验证。访问分厂数据还要经过分厂级数据库用户验证。
三、数采方案
1、概述
数据采集是实时数据库的重要组成部分，它负责将现场数据实时传送给数据库，将操作数据下送到现场，是数据库服务器与生产控制系统连接的桥梁。如果没有稳定、高效、丰富的数采接口，实时数据库只能是空中楼阁。
紫金桥软件具有丰富的I/O接口，能够与各种DCS，PLC，智能仪表通过多种连接方式，如以太网、串口、拨号等。并支持DDE、OPC、设备专有通信协议等。同一数据库可以同时与任意多种驱动程序进行通讯。下图为数采结构图。
数采结构图
图中的I/O驱动就是各种数采接口。
本项目的关键是实现各分厂生产装置的数据采集。由于大庆石化公司分厂很多，自控装置种类繁多，有大量的DCS、PLC、智能表等。通信方式多种多样。如有的通过OPC，有的通过DDE，有的是厂家专有协议；网络连接方式也很多，如以太网、串口、现场总线等。
2、关键问题
办公网与控制网隔离
保证自控装置的安全是致关重要的。为了保证控制网的独立性，办公网与控制网间是完全隔离的。实时数据库运行在办公网一侧，为了安全的与控制设备通信，我们采取了多种措施。
1）在控制网与办公网分别设置数采机，数采机间通过串口相连，这样能够有效的防止网络病毒侵入。
串口通讯防病毒
为了提高串口的通信速度可以将两台前置数采机器放的很近，这样可以将串口通信速度设的很高如112K。对于较远的可以采用485方式通信。
2）机器配置两块网卡，一块网卡与控制网相连，一块与办公网相连，而且两块网卡处于不同网段。除了数据通信用到的端口号，其余通信端口都禁止掉。并且装好防火墙，保持防病毒软件及时自动更新。
双网卡通讯防病毒
3）数据集中到VAX/ALPHA机，以VAX/ALPHA为桥梁实现办公网与控制网相连。VAX/ALPHA运行的是VMS操作系统，安全性较高。并且很多装置的上位机是VAX/ALPHA，所以通过VAX/ALPHA为中转，是比较方便的。
断线数据自动恢复
由于大庆石化公司装置很多，距离较远，再加上现场干扰多，所以网络通信并不是十分可靠，网络故障时而发生。紫金桥实时数据库具有断线后数据自动恢复功 能，即当网络出现故障时，前端数采机能够自动将数据保存起来，当网络恢复时将历史数据插入到远程实时数据库。利用该功能，就不必担心历史数据缺失了。
手工数据录入
为化验人员提供化验数据计算处理和录入界面，以便将生产化验数据收集到实时数据库。紫金桥实时数据库有专门的人工录入记录点和操作界面，能够保证用户在合理的时间范围内录入数据，并将数据按照填写的时间插入到历史数据库中。对于超期没有录入的数据给出报警。
四、生产管理信息系统带来的好处
1)及时了解生产动态。分厂级管理人员随时了解生产装置、公用工程运行状况，包括监控点的温度、压力、流量等实时数据；物料和能源动力消耗数据、产品产量和质量数据。各级人员及时准确掌握生产动态，对生产过程中出现的问题及时做出处理，以保证生产安稳运行。
2)实时数据库作为控制系统和上层管理系统的中间层，起到承上启下的作用。其将各控制系统的数据集中起来，以统一的形式存放，实现了有效的数据共享。由 于实时数据库支持各种开放接口，如OPC、DDE、OLE等，因此保存在实时数据库中的数据可直接为先进控制、优化控制、流程模拟的数据源。另外、也可以 将与上层管理系统相关的数据，转储到关系数据库中，以实现高层次的生产记录管理。
3)实现长期历史存储。一般DCS中历史数据保存时间较短， 尤其是早期投用的DCS，外存较小，无法长期保存大量的，快速变化的历史数据。而通用的实时数据库具有高效的存储策略，再加上廉价的大容量的存储介质，可 以将重要的生产参数长期保存，现在各装置历史数据可以保存10年。
4)提供多种数据查询、分析手段。通过查询工具可以快速查询生产实时数据、历史数据；分析工具可以对产品的生产质量进行评定，给管理者决策提供帮助；统计工具，可以对数据进行横向比较，也可以对数据的历史情况进行分析。
5)与桌面工具集成。可以将生产数据引入办公软件，如Excel，Word等，可利用办公软件的图表、分析工具对生产数据进行统计、分析、报表等。
6)实现了Web浏览。无论何时何地，只要有互联网，就可以随时查看各装置的实时生产数据，历史趋势，统计报表等。而且在机器中不必预先安装实时数据库软件。
7)通过数据库浏览器，可以对分厂的数据、报表、流程图、趋势进行查看。只要分厂的数据库是开放的，有权限的用户都可以访问，并且无需将组态内容复制到本地，紫金桥数据库具有自动搜索功能，能够自动找到网内的所有实时数据库。
8）只要权限允许，可以在客户端浏览数据的同时，在线修改点组态、画面、报表、趋势，并能上传到实时数据库。
五．结论
通过信息系统的集成，实现整个公司作为一个整体意义上的信息系统，使得各个分公司实现信息共享，减少重复工作，打破信息孤岛现象，提高了工作效率。
紫金桥实时数据库自投用以来，运行稳定，采集速度快，历史保存时间长，是信息化建设中的好帮手。
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