基于油港工藝流程調度可視化技術的方法研究

傳統的油港流程調度主要由工藝設計人員和調度人員執行。工藝設計人員負責工藝流程圖的整體布局設計和工藝流程指令的編制，調度人員負責工藝菜單的提交和生產現場的監視。雖然工藝人員完成了全部調度指令的設計，所有的調度令都依賴于紙張，但在實際工作中，因工作疏忽造成的查詢或填寫失誤也在所難免，特別是生產現場出現緊急狀況時，傳統方式無法滿足快速生成合理的工藝指令的需要。因此，采用可視化技術，確保油港安全生產，讓調度人員在最短時間內進行及時處理，最大限度地防止火災、爆炸以及人身傷害事故的發生。

設計思路

油港工藝流程調度系統包括5個部分：用戶管理模塊、圖形繪制模塊、路徑搜索模塊、生產調度模塊和動態監視模塊。其中，用戶管理模塊位于管理層，主要解決用戶權限的配置問題，后4個模塊屬于可視化內容，系統結構原理框圖如圖1所示。系統通過與組態服務器的連接，建立與數據庫的信息交換，使作業現場傳感器采集的相關參數通過工業以太網傳到組態服務器中，實現動態監視功能。

1、圖形繪制

油港中轉的油品較多，管線輸送變化頻繁。因此，可視化系統應具有較好的適應性。系統在設計時，把油罐、閥門、管線、泵等設備元件制作成“塊”并進行拼裝，便于工藝人員繪制線路。

2、路徑搜索

油港管線連接復雜，工藝人員編制指令時出錯的概率也較大。因此，系統需具備路徑搜索功能，工藝流程能直觀顯示，方便用戶從諸多路徑中選出一條較為理想的線路。

3、生產調度

傳統的工藝調度依賴于文本形式，即調度人員收到總部調度要求后，手工查閱工藝指令表，找出合適的工藝流程，手工填寫工藝指令菜單，完成生產調度。根據生產實際需要，采用信息化技術使油港工藝流程生產調度整個環節可視化，要求系統具備如下功能：首先，要求生產調度指令可以在工藝人員或調度人員事先存儲的常用路徑表中直接選取獲得；其次，系統能夠完成工藝指令菜單的提交，無需進行手工填寫，增強工藝流程操作的安全性。

4、動態監視

根據油港生產作業現場傳感器采集的信號，調度室可直接從組態服務器中讀取。為了提高系統的直觀性，在流程圖中需直觀地顯示油罐的液位、管線油溫及油壓等值。因此，應建立系統與組態服務器的連接，方便地讀取變量數據。

方案實現

系統采用Visual C++ 6.0作為應用程序開發平臺，數據庫選擇Microsoft SQL 2000。

1、界面設計與繪圖功能的實現

界面設計應包含主工具欄、繪圖工具欄和修改工具欄3個工具欄，繪圖區使用文檔視區。創建多文檔MFC應用程序，并使界面優化。

建立工藝元件的總類——CCompo類，并在類中創建元件的屬性與方法。元件應具有坐標、類別、內部ID號、工業編號等屬性，并以此為基類，為每種元件派生一個類，如CCompoTank油罐類、CCompoPipe管線類、CCompoCode結點類等。

在元件子類中，創建各自的繪圖方法Draw( ) ，主要使用CDC直接繪圖法和CBitmap貼圖法進行圖形元件的繪制。

使用動態創建指針的方法動態添加元件，添加一個CobArray對象，用于存儲用戶建立的工藝元件。

采用自定義重繪函數方便調用繪圖指令。在此函數中，可按繪圖區域的大小自動清屏，實現元件加入后指針對象的繪制操作。

油港工藝流程涉及工藝元件較多，全部繪出元件需要較長時間，特別是在重繪響應比較頻繁時，由于重繪的累積，造成占用過多的CPU資源使程序出現“假死”現象。因此，在視類中添加一個新的繪圖線程，利用此線程函數調用自定義重繪函數，在重繪元件的循環中加入轉出判斷，完成重繪，解決內存資源累積和程序“假死”的問題。

復雜流程圖無法在一個用戶視區中繪制完成。為讓用戶了解流程圖的全貌，需要添加縮略預覽圖。采用添加對話框并創建相關類，將該類與視類設計成友元類。用戶添加的圖形在內存中一次繪制完成后，調用CDC:: StretchBlt( ) 縮放，在對話框中實現縮略預覽圖效果。

新建CCompoLink連接類，用于記錄相鄰兩個元件的連接信息。為防止連接記錄重復，定義連接結構為：“compoLink：第一元件編號，第二元件編號，第一元件的連接位置，第二元件的連接位置”。為了方便存取各連接信息，連接指針由一個CobArray對象保存。

2、工藝路徑搜索

在一條完整的工藝流程圖中，兩個元件之間的可行線路可能有多條，但最合理的只有一條。系統提供三種不同的路徑搜索模式——自動搜索模式、手工逼近搜索模式和手動選擇模式進行處理。

自動搜索模式旨在找出兩個元件之間所有的可行線路。該搜索模式用遞歸算法，找出全部線路，以CSV形式存儲在m_patharray對象中。適用于元件較少的工藝流程圖。

手工逼近搜索模式旨在找出兩個元件之間的一條可行線路，其算法流程與自動搜索相似，不同之處在于手工逼近搜索模式僅需找到一條通路，根據用戶點擊的元件進行逐步逼近，最終找到合適的通路。適用于含有較多元件的工藝流程圖搜索。

手動選擇模式即手動查找路徑模式，此模式適用于所有的工藝流程圖。通過點取節點處相應元件予以實現。適合對常用的工藝流程搜索。

完整的工藝菜單除包括工藝流程的路徑外，還包括工藝指令（即需要開啟的閥門和需要關閉閥門的編號）。對于前者而言，僅需保證通過該條路徑的所有閥門和泵的開啟即可，而對后者主要對三通或多通元件（即對圖形中的結點元件）進行分析。

設某條線路中包含了結點集合C = {c1，c2，c3，c4，c5}，該條路徑上的閥件集合為Von。首先從每個結點進行查找與其直接相通的所有閥件，其算法與自動搜索算法相似，不同之處是終止條件m_end為不固定的，即在遞歸進口前需判斷該元件的種類是否為閥。若是，則將其作為m_end終點處理；反之，繼續比較，判斷其是否具備進入遞歸的條件。

設集合C對應需關閉閥件的集合為 Von={V1，V2，V3，V4，V5}；

與該條路徑上的結點相關聯的閥件集合為 Voff ′ = V1 ∪ V2 ∪ V3 ∪ V4 ∪ V5；

則需要關閉的閥件集合為 Voff= Voff ′ - Voff ′ ∩ Von 。

3、生產調度

在路徑較長的調度工藝中，最容易出現線路竄管，導致嚴重的經濟損失。在系統設計時，采用對調度人員正在使用的流程線路進行記錄，再與其它將要使用的工藝線路進行比較，若出現問題能夠及時提醒調度人員。

系統將路徑分為常用路徑和正在使用路徑兩種。常用路徑與傳統工藝流程調度系統中的總指令表相類似，用于保存使用頻率較高的路徑，并按使用次數進行排列；對正在使用路徑，系統能記錄當前的工藝流程路線，標識現場作業狀態，可使調度員方便地提交指令菜單。提交的工藝指令菜單通過ADO寫入數據庫。對于遠程接令人，可直接訪問服務器的WEB頁面實現接單操作。

4、OPC技術狀態監控

采用OPC技術實現系統與組態服務器的通信。OPC 即OLE for Process Control，是基于Microsoft公司的 Distributed interNet Application （DNA） 構架和 Component Object Model （COM）的技術，擴展性能好。OPC定義了一個開放的接口，在這個接口上，基于PC的組件能交換數據。它是基于Windows的對象鏈接和嵌入（OLE）、部件對象模型（COM）和分布式技術（DCOM）。因此，OPC技術為典型現場設備連接工業應用程序和辦公室程序提供了一個理想的方法。

OPC接口既可以適用于通過網絡把最下層的控制設備的原始數據提供給作為數據的使用者（OPC應用程序）的HMI（硬件監督接口）／SCADA（監督控制與數據采集）、批處理等自動化程序，以至更上層的歷史數據庫等應用程序，也可以適用于應用程序和物理設備的直接連接。基于OPC技術開發的軟件包控制結構如圖2所示。

對開源版的KepWare OPC客戶端進行二次開發，得到OPC動態庫，直接嵌入到系統中便可使用。其核心函數如下：

BOOL OnOPCSet();//OPC初始化對話框，完成OPC服務器的連接設置和添加

void AddGroup ();//添加一個新的OPC變量組

void AddItems(CObArray cList， DWORD dwCount);//添加多個變量到變量組

void RemoveItems(CObArray cList， DWORD dwCount);//刪除指定的多個變量

void RemoveServer (CKServer *pServer);//刪除指定服務器連接

以下函數用于本系統的OPC初始化：

void OnInitialServer( CString progid， CString remoteip);

//根據ProgID和IP連接OPC服務器

void OnInitialItem( CString item);//根據變量名添加一個變量

CString GetItemValue(CString lpName); //獲取指定變量的值(字符串形式返回)

結論

將可視化技術引入到油港企業，旨在保證工藝流程調度系統的安全性，改變傳統的港區工作模式。工藝人員在編制工藝流程指令時，可通過直觀的圖形描述實現工藝流程設計方案的優化；工藝調度人員可以根據現場實際情況方便地修改工藝流程圖，實時現場監視，防止災難性事故的發生，確保油港安全生產。

（第一、第二作者單位：南京港股份有限公司；第三、第四作者單位：武漢理工大學）

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文