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基于GE Proficy MES产品的化工企业生产管理系统构建 |
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作者： 来源：流程工业 |
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扬农化工集团的DCS建设从1997年开始，现已拥有8套相对独立的DCS系统，包括浙大中控的JX-300B、JX-300X和横河的CS3000三个系列产品。8套DCS现场数据采集共约5 000点，主要监控生产装置的温度、液位、压力、电流、气液流量和pH值等指标。长期以来，8套DCS系统均在生产现场独立运行，相互之间数据缺乏共享，无法进行系统间的对比、关联分析，工艺设计人员也无法对数据进行实时、有效地处理，不利于工艺调整和技控点的不断优化。
为此，扬农化工集团决定在公司范围内进行DCS系统联网，开始分步实施MES系统，一期实施数据采集、生产监控、计控指标管理模块，实现系统之间的数据共享和实时分析、优化。
基于Proficy的化工生产管理系统
MES平台的选配
扬农化工生产管理系统是基于GE Proficy MES系列产品进行搭建。GE Proficy MES系统产品是GE Fanuc针对各个行业提供的MES产品套件，包括实时历史数据库、企业门户(简称Portal)、工厂应用(Plant Application)等模块。
扬农化工集团现场很多计控点需要对秒级和甚至毫秒级的采集和监控，并对其运行状态进行监控分析，而DCS系统上的历史数据存储能力有限，同时也不能满足将多套DCS系统的数据共享的目的。为此，基于采集速度、存储能力和操作安全等多方面的考虑，采用实时历史数据库作为生产管理系统的数据采集平台，选购了GE Fanuc公司的5 000点的实时历史数据库Proficy Historian 3.0(简称IH)，并选用了IH API作为应用程序的开发接口，同时购买了其OPC Tools作为客户端安装采集器的系统接口软件。
该数据库可进行分布式的数据采集，能在多种环境下运行，具备高效的数据存储方式，具有丰富的客户端数据处理和分析工具，可扩展的数据协同应用，并且提供ODBC/JDBC/OLE DB接口以及工业标准规范OPC和DDE，提供图形化的应用开发界面，支持WEB访问维护，提供报表开发工具等优异特性，所以成为企业底层控制网络和上层管理信息系统网络连接的最佳选择。该实时历史数据库是一个模块化软件系统，主要分为客户端模块和服务器端模块，客户端模块负责实时数据的采集，服务器端模块负责数据采集设置、压缩和存储等工作。
实时数据采集接口站的配置
对于浙大中控的七套DCS系统，由于浙大中控具有OPC接口，提供OPC Server，因此直接在DCS工程师站安装实时历史数据库的OPC 连接器( Client)进行数据采集。
对于横河系统，由于不方便直接在现场安装客户端，因此，在另外一台机器上安装GE的OPC中间件 OPC tools，对横河OPC Server 来讲，它是OPC Client，对于实时历史数据库，它又是OPC Server，只要在该机上运行横河的OPC配置文件，就能够自动到横河DCS中采集数据。这样做有两个好处，一是能够保证DCS操作安全，二是当DCS与IH服务器的通信中断时，接口机将保存数据，并在通信正常时再将数据送至IH服务器。
生产管理系统网络配置
图1 生产管理系统网络配置图
扬农化工集团生产管理系统网络采用1 000 Mbps以太网作为MES通讯网络主干技术，实时数据库服务器和其他应用服务器（如过程管理容错服务器)通过1 000Mbps端口与核心交换机连接,与现场OPC服务器相连则通过另外的1 000M网卡和现场生产交换机实现。各类应用站(如调度站、各功能站等)则分别通过100M以太双绞线，连接到该核心交换机中，网络结构为冗余星型拓扑结构，从而保证数据通讯的可靠性。
生产监控模块的搭建
生产管理的首要任务是能够对现场的各装置进行生产监控。该功能采用GE 的Proficy Portal（简称Portal）软件，将现场的DCS画面进行重新组态，提取现场控制设备的关键数据在相关的画面进行显示，以便生产管理人员进行监控。画面监控与现场操作画面有所区别，显示的数据主要为了方便协调调度和高层领导监管。
Proficy Portal 是一个基于Java 的灵活可配置的生产管理门户软件。它不仅提供所见即所得的B/S架构组态功能，还可以提供B/S架构的动画功能，如根据阀门的开闭显示不同的阀门颜色，模拟现场物料的动态移动等，为用户提供生动的生产现场场景。它可以连接的数据源包括实时历史数据库、OPC数据源、SQL Server以及Oracle等关系型数据库。Portal可以将企业的生产过程数据和商业数据（如ERP等）集成到统一的平台。Portal还提供SPC统计分析工具，实现统计过程控制。
扬农化工运用Proficy Portal实现生产监控、历史曲线查看等功能，并通过该门户连接质量数据，实现过程数据和质量数据的集成。
图2 江苏扬农化工集团生产管理系统主画面
计控指标管理模块的搭建
化工企业，需要针对各工艺段的控制，提供关键计控指标超限报警、超限原因分析功能。因此，扬农化工将现场大部分计控指标进行采集和管理。由于实时数据库的存储格式是专有格式，要有效利用实时数据，必须对计控点进行转换，并存放在关系型数据库中，以便进行分析和查询，为此，采用VC++和IH API开发了后台计控指标监控程序，当相关的计控指标超过设定值，自动记录超标的时间，最大值、最小值等信息到关系型数据库。
生产现场的计控指标动态数据通过后台监控程序发送到业务数据库后，就可以对其进行统计分析，系统对每设备、每班组计控指标的超标信息、超标原因、合格率等进行统计分析，并将其作为生产考核的依据。对于超标原因的分析采用人工和自动方式，当指标超标时，IH数据库软件能知道是在什么时候超标的，但它不知道为何超标。自动方式是指系统能根据超标的原因自动判断相关原因并进行记录，不能自动判断的采用人工录入，操作人员从下拉式超标原因表中，选取超标的原因，将一致性的文本信息加到计控点的记录上，为工程师和维护人员提供一种简便和快速的诊断方法，并为更加精确的事故分析而汇成相应的数据。
这样，动态监控程序每天动态记录计控点的运行状态后，系统对其进行汇总分析，自动产生相应的计控指标报表。
图3 计控指标管理画面
应用效果
扬农化工集团自2006年3月起，生产调度部门部署了该系统,用于监控生产现场各装置的生产运行情况,改变了以往调度员要到现场了解生产的传统生产管理方式,提高了对生产系统的响应速度，加快了上下游生产线的协调速度。
同时各分厂实时监控生产现场情况，并对生产中存在的问题进行及时的了解和分析。当计控指标超标时，现场人员及时录入超标原因。管理层根据对计控点超标原因的分析，对现场设备运行状况及时了解并进行针对性的预防性维护。
此外各分厂还基于此系统，根据计控指标运行的实时记录对操作工进行考核。由于数据全部自动采集和计算，保证了考核数据的准确性和真实性，也提高了员工的积极性。通过考核管理，逐步提高了操作工的操作水平。
总之，通过该系统的实施，明显提高了产品质量，降低了设备的异常停机时间，使企业获得了较好的经济效益，也证实了基于GE Proficy MES 架构的化工行业生产管理系统方案的可行性 。
MES二期设想
化工生产过程自动化的核心目标是成分质量的控制，因此生产过程中在线检测分析手段尤为重要。未来，扬农化工希望建立起基于实时数据库和先进软测量算法的在线成分和反应度检测系统，通过在线检测对邻硝分厂精馏塔的对位含量，及时调整控制参数，获得较好的成品质量；通过在线检测反应釜的反应情况，提高产品质量，扩大产量；通过在线的浓度和反应度的检测，提高员工操作水平，降低不合格品的比例；通过实施谱系跟踪，实现由成品到原料的追溯，以改善生产过程。
通过实施二期工程，扬农化工应建立起基于实时数据库、先进软测量算法的在线成分和反应度检测系统和批次跟踪系统，将明显提高产品质量，加强企业的竞争力。
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(7/21/2008) |
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