紫金桥实时数据库在大庆石化公司生产管理信息系统应用紫金桥实时数据库在大庆石化公司生产管理信息系统应用
发布时间：2011-12-13 08:05 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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