調(diào)度生產(chǎn)信息管理的采集解決方案摘要：我公司對(duì)調(diào)度生產(chǎn)信息管理(實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫)系統(tǒng)進(jìn)行了招標(biāo)，最終浙江中控技術(shù)股份有限公司PIMS3．6系統(tǒng)以符合招標(biāo)條件且性價(jià)比最優(yōu)而中標(biāo)。投用后，解決了困擾我公司多年的多套DCS不能聯(lián)網(wǎng)，調(diào)度中心不能對(duì)全公司工藝進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度指揮的難題，保證了公司的安全生產(chǎn)。該系統(tǒng)的建立也為公司今后生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。關(guān)鍵字：DCS；網(wǎng)數(shù)據(jù)；采集；引言我公司中心調(diào)度室負(fù)責(zé)全公司工藝生產(chǎn)調(diào)度指揮。公司一期、二期及新上的聯(lián)堿系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)備由多家公司生產(chǎn)，型號(hào)繁多，有：霍尼韋爾TDC3000和PKS，和利時(shí)HS2000，湖南儀峰造氣尋優(yōu)系統(tǒng)，南京科遠(yuǎn)DEH，ABB的AC800F，新華工控的XDC800，態(tài)王6．0，浙江中控300XP，西門子PCS7等。各系統(tǒng)有各自獨(dú)立的硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，即使同一家公司的產(chǎn)品(如霍尼韋爾公司的TDC3000和PKS系統(tǒng))，由于生產(chǎn)時(shí)間不同，差別也較大。僅靠擴(kuò)展原有的DCS難以將所有的系統(tǒng)統(tǒng)一到同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度和控制，且中心調(diào)度室僅有1套連接一期、二期的霍尼韋爾TDC3000DCS，由于部分光纖設(shè)備卡件已損壞，暫時(shí)無法獲得同型號(hào)與系統(tǒng)相匹配的卡件，以致網(wǎng)絡(luò)通訊無法恢復(fù)，只能對(duì)一期工藝系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)管理。因此，公司急需在現(xiàn)有控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立1套全公司調(diào)度生產(chǎn)信息管理(實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫)系統(tǒng)，該系統(tǒng)須能采集并存儲(chǔ)與主要流程相關(guān)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)，具有安全報(bào)警聯(lián)鎖裝置，并可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息顯示，以監(jiān)控、指導(dǎo)各個(gè)工藝車間的生產(chǎn)，降低成本，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，為公司提供快捷、高效的全公司生產(chǎn)信息。1方案確立根據(jù)公司目前的情況，基于調(diào)度生產(chǎn)信息管理(實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫)系統(tǒng)的需求考慮，在提供高性能、高可靠性、可擴(kuò)展性的基礎(chǔ)上，盡量降低系統(tǒng)的初期投資成本。初步方案是：先把造氣的湖南儀峰造氣尋優(yōu)系統(tǒng)，二期尿素的霍尼韋爾TDC3000，二期合成、凈化、空分的浙江中控300XP，聯(lián)堿的西門子PCS74套系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)并將重要工藝數(shù)據(jù)采集傳送到調(diào)度中心，以后再逐步實(shí)現(xiàn)全公司DCS聯(lián)網(wǎng)。各個(gè)DCS設(shè)備技術(shù)雖然不同，但都符合國際標(biāo)準(zhǔn)的開放性接口協(xié)議，如霍尼韋爾TDC3000采用的DDE(DynamicDataExchange)接口，浙江中控300XP、西門子PCS7和湖南儀峰造氣尋優(yōu)系統(tǒng)采用的OPC(OLEforProcessContro1)接13，因此可以通過第三方系統(tǒng)軟硬件，利用DDE和OPC開放性接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并存儲(chǔ)與主要流程相關(guān)的全公司生產(chǎn)實(shí)時(shí)工藝數(shù)據(jù)，并以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)平臺(tái)。公司系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接示意見圖1。由于各工藝車間距離較遠(yuǎn)，設(shè)計(jì)通過光纖星型網(wǎng)絡(luò)將多套DCS統(tǒng)一接人公司調(diào)度中心實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器?？紤]企業(yè)發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以集成MES、LIMS、安全監(jiān)控、設(shè)備管理、專家系統(tǒng)、生產(chǎn)過程模擬等后期的應(yīng)用程序，能在業(yè)務(wù)管理和生產(chǎn)之間起到橋梁作用，以有效地同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)全公司生產(chǎn)信息的集成與安全監(jiān)控。2系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)方案實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建設(shè)分兩大組成部分：廠區(qū)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè))和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(網(wǎng)絡(luò)安全管理、生產(chǎn)信息管理系統(tǒng))。2．1．1儀峰造氣尋優(yōu)系統(tǒng)造氣工段采用的儀峰造氣尋優(yōu)系統(tǒng)提供有OPC軟件接口，需要在其服務(wù)器或工程師站上安裝相應(yīng)的OPC接口采集軟件。由于儀峰系統(tǒng)OPC軟件接口是通過串口開放數(shù)據(jù)的，因此需要提供一串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊(232／485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊)，將串口信號(hào)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)信號(hào)，再通過網(wǎng)線連接到光纖交換機(jī)，然后通過光纖將采集到的數(shù)據(jù)傳遞到調(diào)度中心服務(wù)器進(jìn)行處理。調(diào)度室服務(wù)器提供標(biāo)準(zhǔn)OPC客戶端，采集系統(tǒng)OPC數(shù)據(jù)后傳遞到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行顯示、分析和存儲(chǔ)。2．1．2聯(lián)堿系統(tǒng)聯(lián)堿工段采用西門子PCS7-400系統(tǒng)，上位機(jī)軟件提供有標(biāo)準(zhǔn)OPC軟件接口，因此只需在其工程師站或操作站安裝網(wǎng)卡(如有特殊情況不能安裝，可直接連接其交換機(jī))，通過網(wǎng)線連接至交換機(jī)，通過1500m光纖將采集的數(shù)據(jù)傳遞到調(diào)度室實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)服務(wù)器即可。2．1．3二期系統(tǒng)二期系統(tǒng)包括尿素、合成、凈化、空分4個(gè)工段?？辗止ざ瓮ㄟ^光纖與合成、凈化工段連接，3個(gè)工段采用的是浙江中控300XP系統(tǒng)；尿素工段則采用霍尼韋爾TDC3000GUS系統(tǒng)。浙江中控系統(tǒng)的上位機(jī)軟件可以提供標(biāo)準(zhǔn)OPC軟件接口，但由于原系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上沒有考慮通過OPC接口聯(lián)網(wǎng)，沒有開放OPC接口，因此需增加OPC接口。在其服務(wù)器或工程師站上安裝相應(yīng)的OPC接口采集軟件，在其工程師站或操作站安裝網(wǎng)卡(如有特殊情況不能安裝，可直接連接其交換機(jī))，利用OPC接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過雙絞線傳送數(shù)據(jù)。霍尼韋爾系統(tǒng)是基于WindowsNT4．0的操作系統(tǒng)，電腦主機(jī)CPU為PII200，64Mb內(nèi)存，原則上支持DDE，需開放DDE接口，轉(zhuǎn)成OPC接口后通過雙絞線傳送數(shù)據(jù)。尿素、合成、凈化控制系統(tǒng)同在二期中心控制室?？辗止ざ坞m較遠(yuǎn)，但與合成、凈化系統(tǒng)有光纖連接，數(shù)據(jù)可以通過光纖傳送，可以視為在同一控制室內(nèi)。由于霍尼韋爾系統(tǒng)電腦配置較低，在其工作站上加載數(shù)據(jù)采集軟硬件會(huì)占用較多系統(tǒng)資源，造成系統(tǒng)崩潰，所以在中心控制室配置了1個(gè)數(shù)據(jù)采集站，專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算工作，減輕霍尼韋爾系統(tǒng)的負(fù)荷，同時(shí)利用二期系統(tǒng)在同一控制室之便，使其兼顧采集浙江中控系統(tǒng)數(shù)據(jù)。調(diào)度室服務(wù)器提供數(shù)據(jù)采集驅(qū)動(dòng)程序，采集的數(shù)據(jù)通過光纖將數(shù)據(jù)傳遞到調(diào)度室服務(wù)器并同時(shí)傳遞到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行顯示、分析和存儲(chǔ)。如有必要，可以為每套DCS配置1個(gè)數(shù)據(jù)采集站，DCS數(shù)據(jù)分別通過對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)采集站采集，通過光纖傳送到中心調(diào)度室實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行顯示、分析和存儲(chǔ)，這樣可以減少采集系統(tǒng)軟硬件對(duì)DCS的影響，但卻增加了項(xiàng)目的費(fèi)用。2．1．4網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)通過光纖星型網(wǎng)絡(luò)將多套DCS接人中心調(diào)度室數(shù)據(jù)服務(wù)器。光纖可選擇3條多模光纖或6條單模光纖，通過單?；蚨嗄９饫w收發(fā)器(光纖交換機(jī))接收發(fā)送光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)信號(hào)。光纖鋪設(shè)還需要有尾纖、跳線、終端盒等，還需對(duì)光纖進(jìn)行熔接等施工。2．1．5注意事項(xiàng)和要求由于DCS涉及到不同廠商的設(shè)備和技術(shù)，以及考慮到DCS擴(kuò)展需求，新上的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)盡量避免采用專有技術(shù)，以使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的軟硬件平臺(tái)具有充分的開放性。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接口除需支持DDE、OPC等具有通用接口的DCS數(shù)據(jù)采集外，還應(yīng)能連接世界上大多數(shù)廠家生產(chǎn)的DCS及PLC，并能對(duì)未進(jìn)入DCS的儀表、電氣、視頻、監(jiān)測(cè)、報(bào)警等信號(hào)實(shí)現(xiàn)采集。該系統(tǒng)應(yīng)提供標(biāo)準(zhǔn)的ODBC接口，可以向OA、ERP等系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)；能提供OLE控件、OPC、Modbus等方式向其他系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)；要在保證高速數(shù)據(jù)采集的同時(shí)不影響DCS的運(yùn)行。系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集周期最低為50ms，客戶端數(shù)據(jù)刷新周期為500ms，充分保證數(shù)據(jù)的一致性和同步性。采集系統(tǒng)必須符合國家、企業(yè)相關(guān)計(jì)量管理標(biāo)準(zhǔn)，確保數(shù)據(jù)精度，同時(shí)數(shù)據(jù)采集裝置必須能準(zhǔn)確再現(xiàn)計(jì)量表計(jì)的原始數(shù)據(jù)，確保數(shù)采各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的一致性，保證精確的統(tǒng)一時(shí)鐘，確保分時(shí)段數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有最佳的數(shù)據(jù)可重現(xiàn)性，具有計(jì)量數(shù)據(jù)本地存儲(chǔ)功能。在可能的情況下，系統(tǒng)應(yīng)能提供足夠的數(shù)據(jù)冗余。2．2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建設(shè)2．2．1調(diào)度中心數(shù)據(jù)庫調(diào)度室設(shè)置1臺(tái)服務(wù)器(可兼作數(shù)據(jù)采集用。有條件的可專門增設(shè)采集站，服務(wù)器只作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、運(yùn)算用)、1臺(tái)或多臺(tái)客戶端(操作站)。必要時(shí)，可以配置雙服務(wù)器互為冗余或做為雙宿主主機(jī)。與辦公系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時(shí)，還可以加網(wǎng)關(guān)、硬件防火墻、過濾路由器等設(shè)備。服務(wù)器配置雙網(wǎng)卡。一塊網(wǎng)卡連接光纖交換機(jī)，負(fù)責(zé)采集造氣系統(tǒng)和聯(lián)堿系統(tǒng)通過光纖傳輸來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；另一塊網(wǎng)卡負(fù)責(zé)將服務(wù)器數(shù)據(jù)進(jìn)行開放，開放到多口交換機(jī)，并通過交換機(jī)連接調(diào)度室網(wǎng)絡(luò)。各客戶端(操作站)通過網(wǎng)線連接交換機(jī)獲得服務(wù)器相應(yīng)的數(shù)據(jù)。初步設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)容量為1000點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以擴(kuò)展到10000點(diǎn)?？蛻舳嗽O(shè)計(jì)為無限點(diǎn)，能同時(shí)并發(fā)256點(diǎn)以上。數(shù)據(jù)采集后，集中存儲(chǔ)到服務(wù)器中，通過專用的壓縮存儲(chǔ)算法將數(shù)據(jù)按照時(shí)間進(jìn)行分段存儲(chǔ)。服務(wù)器通過備份程序可以手動(dòng)或者自動(dòng)定時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)備份。系統(tǒng)保證1000點(diǎn)數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)周期3S的情況下連續(xù)保存2a以上的數(shù)據(jù)，并提供隨時(shí)進(jìn)行歷史查詢的功能。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)需對(duì)組態(tài)及運(yùn)行操作用戶進(jìn)行完善權(quán)限管理，可進(jìn)行用戶級(jí)別、密碼、區(qū)域設(shè)置，劃分多個(gè)安全區(qū)，可細(xì)化到每個(gè)頁面的用戶管理。系統(tǒng)還能提供常規(guī)組態(tài)模塊，含流程圖、趨勢(shì)圖、數(shù)據(jù)一覽表、定制報(bào)表、自定義聲光報(bào)警等功能模塊。復(fù)雜分析可以通過內(nèi)置類似VB代碼進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算；可以進(jìn)行班組記錄分析、事故追憶、歷史數(shù)據(jù)回放等。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)還可以提供生產(chǎn)計(jì)劃、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、生產(chǎn)消耗和班組績(jī)效考核等功能，提供類EXCEL的設(shè)計(jì)，可將數(shù)據(jù)保存打印，也可以利用EXCEL軟件導(dǎo)人、導(dǎo)出數(shù)據(jù)。服務(wù)器、采集站和客戶端所采用的系統(tǒng)軟件盡量選擇全中文界面系統(tǒng)，方便相關(guān)人員的操作和維護(hù)。可以在中心調(diào)度室安裝大屏幕顯示器，顯示1個(gè)或多個(gè)操作畫面。還可以加裝聲光報(bào)警系統(tǒng)等。2．2．2注意事項(xiàng)和要求實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)對(duì)安全性問題予以高度重視，應(yīng)具有先進(jìn)的抗病毒措施，操作系統(tǒng)層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層均應(yīng)有相應(yīng)的措施。需要運(yùn)用網(wǎng)段隔離、用戶驗(yàn)證等技術(shù)解決傳輸安全、系統(tǒng)安全和信息安全問題。另外，系統(tǒng)需擁有全部源代碼，且源代碼不公開。保證在任何情況下(如病毒侵入、網(wǎng)絡(luò)堵塞、系統(tǒng)崩潰等)不影響DCS運(yùn)行。在發(fā)生通訊故障時(shí)，不會(huì)因局部問題而影響整體通訊，保持故障期間數(shù)據(jù)，通訊恢復(fù)后數(shù)據(jù)可恢復(fù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是調(diào)度生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源。采集系統(tǒng)是在線系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)保證其可靠性和安全性，不能影響DCS，并能充分利用公司現(xiàn)有資源。構(gòu)建的應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)便于維護(hù)，有利管理的開放性、靈活性、可擴(kuò)充性和可升級(jí)性。無法進(jìn)入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)應(yīng)提供手工錄入界面，通過人工錄入方式定期上傳，統(tǒng)一管理。系統(tǒng)能達(dá)到公司對(duì)外、對(duì)內(nèi)、廠際間的監(jiān)控需要，同時(shí)能滿足重要計(jì)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)要求?？赡芮闆r下，采集點(diǎn)需提供足夠的數(shù)據(jù)冗余性，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況，便于查找故障。系統(tǒng)可以隨時(shí)增加數(shù)據(jù)位號(hào)點(diǎn)數(shù)和連接設(shè)備。數(shù)據(jù)庫點(diǎn)數(shù)和客戶端數(shù)量實(shí)行完全有權(quán)限管理開放。系統(tǒng)提供OLE及API控件和實(shí)例代碼程序，便于第三方二次開發(fā)。系統(tǒng)必須符合國家、企業(yè)相關(guān)計(jì)量管理標(biāo)準(zhǔn)，確保數(shù)據(jù)精度；同時(shí)數(shù)據(jù)采集裝置必須能準(zhǔn)確再現(xiàn)計(jì)量表計(jì)的原始數(shù)據(jù)，確保數(shù)采各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的一致性；保證精確的統(tǒng)一時(shí)鐘，確保分時(shí)段數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。所有網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)及應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)都應(yīng)遵循可擴(kuò)充的原則，以實(shí)現(xiàn)隨著生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)的發(fā)展而擴(kuò)展?？紤]到系統(tǒng)為大量遠(yuǎn)程用戶提供WEB服務(wù)以及OPC通訊功能，系統(tǒng)需考慮服務(wù)器處理能力、網(wǎng)絡(luò)帶寬傳輸能力和軟件系統(tǒng)效率等，通過多角度綜合分析，合理設(shè)計(jì)符合公司要求的結(jié)構(gòu)、配置，以確保大量用戶并發(fā)訪問的峰值時(shí)段，系統(tǒng)具有足夠的處理能力，保障信號(hào)的傳輸。中心調(diào)度室必須符合相關(guān)環(huán)境條件并配備UPS申．源。3系統(tǒng)擴(kuò)展應(yīng)用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以通過設(shè)在中心調(diào)度室的多口網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，通過網(wǎng)線連接到硬件防火墻并與辦公系統(tǒng)服務(wù)器聯(lián)網(wǎng)，還可以通過WEB服務(wù)器連接到互聯(lián)網(wǎng)。連接后，可以建立符合信息化要求的公司信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，在保障信息安全的前提下實(shí)現(xiàn)公司生產(chǎn)信息的網(wǎng)上采集、交換、分類、加工、處理和發(fā)布，建立起滿足公司信息化要求的系統(tǒng)平臺(tái)，建立起公司生產(chǎn)管理應(yīng)用的網(wǎng)上辦公室，形成網(wǎng)上協(xié)同工作環(huán)境，使公司相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)部門隨時(shí)可以檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)重要的工藝數(shù)據(jù)，指導(dǎo)、監(jiān)督工藝生產(chǎn)，從而保證整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建設(shè)的最終目標(biāo)是用于生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)集成，最終實(shí)現(xiàn)公司管控一體化。考慮公司目前狀況，先對(duì)整個(gè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)計(jì)劃分步實(shí)施，完成生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的搭建，從各生產(chǎn)裝置