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构建石化企业管控一体化的基础

信息来源:gkong.biz  时间:2010-04-21  浏览次数:170

  作者:王 华单位:中国石油规划总院
  摘 要:本文介绍了华北石化生产管理信息系统的技术方案与实现。系统针对流程型企业的特点,以管控一体化为目标,建立了公司光缆主干信息网络,将全公司的主要生产装置和管理部门连入网中;建立覆盖公司各基础信息源的信息采集系统,及时准确收集实时数据,实现信息系统与自控系统连接通信;开发出适合华北石化分公司管理流程的数据库应用软件,实现对各种信息高效处理、科学分析。
  关键词: 石化;管理信息系统 ;网络; 数据采集; 软件
  石化企业是典型的流程型企业。在流程工业中,将各类信息分为两类,一类是与生产过程直接相联系的称之为实时信息,另一类是与管理相联系的称之为管理信息。与这两类不同性质的数据相对应的数据库管理系统也分别由实时数据库和关系数据库两部分组成。由于实时信息在连续过程中具有基础地位,因此担负着实时信息集成的实时数据库也就成为石油化工企业信息系统的基础支撑平台之一。通过关系数据库和实时数据库的集成与通信,实现信息的上下贯通,在信息系统中实现过程监控、工艺分析和故障分析,为实现管控一体化创造条件。
  华北石化分公司建成于1987年12月,是中国石油天然气股份有限公司直属的炼油化工企业。作为一个面向市场的现代企业,建设一个先进、高效的生产管理信息系统(MIS),及时掌握正确的信息资源,科学迅速地进行决策管理,有效地组织生产和经营,增强在市场中的竞争能力,是提高企业整体的效益的关键。为加快企业发展,在信息化进程中取得较大提高, 2000年底华北石化分公司的委托中国石油规划总院编制了“华北石化分公司管理信息系统设计方案”。2001年初华北石化分公司的委托中国石油规划总院开展“华北石化分公司生产管理信息系统”项目的设计和实施工作,2001年底本项目完工并投入应用。
  1 需求分析
  华北石化分公司现有300万吨/年常压蒸馏、92万吨/年重油催化裂化联合装置1套,100万吨/年重油催化裂化装置1套及配套工程,6万吨/年聚丙烯装置1套及配套工程。另外还油品储运系统、供水系统、循环系统、污水处理系统、供热系统、供风系统、供氮系统、供电系统、动力系统等公用工程及配套设施。公司机关设有公司办公室、生产管理、计划、机动、安全、技术监督、人事、财务、基建工程、物资等管理部门,以及销售公司。公司下设有一联合、二联合、三联合、化验、空分、供电、供排水、动力、钳修等生产车间和辅助车间。建立以信息共享为目的的管理信息系统,就是要对公司的生产数据、管理信息进行统一管理。能够使各个管理部门和生产车间方便地对生产数据进行录入、查询、统计、汇总等操作,为公司领导层对生产科学管理和决策提供有力支持,是企业现代化管理的一项基础工作。它可以改进信息的存储、管理和应用水平,可以实现数据查询的实效性、准确性、快速性,提高管理和决策的质量、效率和水平。
  华北石化分公司的具体需求是:建立全厂光缆主干信息网络,将全厂的主要生产装置和管理部门连入网中,并为今后各种多媒体应用提供条件;建立覆盖分公司各基础信息源的信息采集系统,及时准确收集实时数据,实现信息系统与自控系统连接通信,使公司领导与各级管理人员能及时了解生产情况,提高对生产过程的监控能力;开发出适合华北石化分公司管理流程的数据库应用软件,将公司的生产、经营、管理、技术、办公等信息实现自动管理,实现对各种信息高效处理、科学分析,对市场需求和发展趋势进行预测,为各级领导决策提供帮助;建立公共信息服务系统,实现信息共享。通过上述系统的建设和相应功能的实现,为将来实现管控一体化打下基础。
  根据用户需求,本项目分为三个系统:网络系统、数据采集系统、应用系统。下面介绍各系统的技术路线和具体的解决方案。
  2 网络系统
  网络建设的目标,是把华北石化分公司的生产管理部门、职能处室、主要生产装置和辅助车间联成一体,建立方便快捷的信息通道。华北石化分公司厂区是一个占地面积较大的园区,长1000米,宽700米,建筑群之间的距离较大,许多建筑距信息中心的距离较远。根据目前网络技术发展的水平和实际应用需求,选用千兆以太网作为主干网,以公司办公楼作为网络中心,组建园区网。网络拓扑结构采用星型结构,即以公司办公楼作为中心,向各建筑建立网络连接。因各建筑物之间的距离较远,选用光缆作为主干网传输介质,以保证所要求的信息传输速度、质量和可靠性。
  各建筑物内设置各自的机房,并用超五类双绞线组建局域网。在一些办公室安装信息插座,线缆汇集于各楼层的走廊上端,然后接入机房的网络设备,与全厂网络连通。各建筑物内网络拓扑结构采用星型结构。
  华北石化分公司信息网络布线工程涉及到15处楼宇建筑及相应的部门,主干网拓扑结构如图1所示。
  公司办公楼的信息中心是公司网络总的管理中心,配置企业级千兆交换机。DCS主控室、大聚丙烯控制室、供排水车间办公楼以及在建的四联合控制室,是网络的分中心,传输的数据量较大,配置千兆交换机。其它车间则配置百兆交换机。各节点之间采用光缆连接。这样建成以千兆为骨干的光纤网络,满足信息传输的要求,并能满足将来的其它应用。
  3 数据采集系统
  由于生产装置不断扩建和改造,华北石化分公司生产过程控制系统中包含的设备类型比较多,如ABB Mod300/Advant500、Fisher Delta V Fix, 和利时HS2000,西门子S5等。上述DCS、PLC采集的装置包括:一联合的常压、催化、动力、双脱、污水汽提,二联合的聚丙烯、挤压造粒,三联合,油品储运,空分装置等。系统要采集的数据有:
  (1)工艺实时数据;
  (2)油品罐存数据;
  (3)公用工程实时数据。
  实时数据采集系统采用四层体系结构,即物理设备层,设备接口层,实时数据服务层和客户访问层,如图2所示。其中系统的核心是数据服务层中的实时数据库系统。
  (1)物理设备层:
  不同物理设备、PLC、DCS和不同控制总线上所挂接的设备构成了所要进行监控和管理的物理设备层
  (2)设备接口层:
  该层是不同设备进入实时数据库系统的桥梁。它负责从物理设备读取物理设备信息,维护与实时数据库服务器的连接和通信。实时数据库系统采用Client/Server体系结构实现下层设备站点和实时数据库服务器之间的连接和管理。
  (3)实时数据服务层:
  实时数据库服务器通过API、通信管道和网络通信协议向上层应用和用户提供统一的实时数据平台。通过图形化的组态界面提供直观、便捷的实时数据监控平台。历史数据除了可以存放在实时数据库中,还可以定期发布到关系数据库中。从而与关系数据库一起,灵活的架构起统一的企业数据平台。
  (4)客户访问层:
  该层主要指对设备进行实时监控的组态软件,实时数据报表生成软件,实时数据浏览软件等构架在实时数据服务层的实时应用。
  实时数据库采用分布式设计,从物理分布上分为实时数据服务器站点,实时数据接口站点和实时数据客户站点。以及作为桥梁将他们连接在一起的数据通信通信中间件。
  在整个管理信息系统中可以使用一个实时数据库管理软件,这个软件运行在网络的实时数据库服务器中。各个生产装置的实时数据通过前端采集软件和设备从DCS或PLC等控制系统传送到实时数据库中。各种客户端程序和关系数据库都可以访问和应用实时数据库中的数据。系统体系结构特点是:过程计算机通过控制单元获得现场实时数据,再通过通信接口将现场实时数据传送给网关PC。网关PC将现场实时数据传送给实时数据库服务器,数据保存在服务器中。各客户端通过网络和软件与实时数据库交换数据,实现对生产过程的监控和管理。
  4 应用系统
  华北石化分公司生产管理信息系统建设的总目标,是采用计算机技术、网络通讯技术、自动化技术、信息技术以及有关的生产技术,建立全企业的包括生产调度、管理信息、监督控制在内的综合信息管理系统,使企业向系统化、信息化和科学化的一种崭新的生产模式发展,达到提高企业经济效益和企业竞争能力的目的。要实现这一目标,就要设计开发出一套适合公司需要的应用软件,并在网络环境下运行这些软件。具体地说,是把华北石化分公司的生产管理部门、职能处室、主要生产装置和辅助车间联成一体,实现数据资源共享,为厂领导和有关职能部门提供实时信息、日信息、旬信息、月信息、专用信息和历史信息。通过各种技术的结合,去实现企业信息的集成,也就是说把企业的经营、管理和生产活动相关的信息集成起来,强化利用,实现管控一体化,提高企业的适应能力。
  华北石化分公司部门之间业务关系如图3所示,有分公司、科室、车间三个层次进行数据管理和应用。车间主要是通过应用系统输入数据;科室主要是通过应用系统录入和管理分析数据;分公司层通过主要自己的Web网站,查询各种信息和数据。
  应用系统的设计和开发必须结合华北石化公司的实际情况,必须实用、高水平。根据华北石化的业务特点和管理需求,本系统按应用功能划分为“生产管理子系统”、“机动设备管理子系统”、“计划统计管理子系统”、“质量管理子系统”、“安全环保管理子系统”、“基建管理子系统”、“办公事务管理子系统”、“党群人事管理子系统”和“科技管理子系统”九大部分。根据华北石化公司的投资计划,2001年作为一期首先开发生产管理和设备管理两个子系统。
  生产调度子系统:
  包括11个功能子模块:系统维护管理、基础数据管理、生产装置上报数据、生产车间上报数据、产销存上报数据、调度日报管理、生产报表查询统计、生产达标管理、生产技术分析、生产能耗管理、综合报表查询。
  设备管理子系统:
  包括9个功能子模块:系统维护管理、基础数据管理、设备档案管理、设备运行管理、设备资产管理、设备检验管理、设备维修管理、统计台帐管理、综合查询。
  软件具有下列通用功能:
  (1)编辑:统计人员将每日生产、管理数据通过管理软件录入,各种数据可以增加、修改、删除。
  (2)汇总:对已有数据进行检索、汇总、打印报表,并可导出数据。
  (3)查询:对已有数据进行多条件组合查询,打印查询结果报表。
  (4)维护:对于数据库采用多帐户管理进行权限分配及控制,将实用性和安全性很好的结合起来。
  (5)Web查询:为主要生产数据建立Web查询。
  5 结束语
  目前IT发展日新月异,在技术方案的选择方面,必须坚持先进性和实用性结合的原则。本系统在设计和开发过程中,结合华北石化分公司的实际情况和需要,采用符合世界IT发展的趋势、具有前瞻性的技术和模型,保证整个管理信息系统的先进性。
  (1)根据流程型企业的特点,针对华北石化分公司的特点,建立了相应的业务模型,包括管理业务模型和工艺模型,并在计算机网络环境下实现。由于分配了各岗位的数据输入职责,使全厂范围的数据采集一致,提高数据统计与分析的准确度和时效性。
  (2)利用开放结构的分布式实时数据库系统,有效的集成异构控制系统,实时数据库和关系数据库一起构成了流程企业的数据平台,实现生产信息集成。
  (3)建立两大数据库之间的数据整合机制,把一些过程数据从实时数据库中整合到关系数据库中,供相应的系统使用。采用Client/Server加 Browser/Server 体系结构,通过多种方式实现客户应用与实时数据库服务器之间的连接。使实时数据库能够为生产管理提供在决策、计划与调度中必不可少的数据。
  (4)通过图形化的组态界面,为生产管理层提供直观、便捷的实时数据监控平台,为实现管控一体化,为将来进行先进控制和优化控制提供了数据平台。
  本系统的建立,使华北石化分公司初步实现了网络环境下的数据共享,实现了控制系统与管理信息系统的连接通信,管理层可以及时了解生产现场状况,科学地分析评价生产实际,为生产管理和决策提供了可靠的支持。

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