石化裝置智能監測系統設計

龍紅葉，熊 峰，胡小梅，李力生

LONG Hong-ye1,XIONG Feng1,HU Xiao-mei1,LI Li-sheng2

（1. 上海大學 上海市機械自動化與機器人重點實驗室，上海 200072；2. 上海高橋捷派克石化工程建設有限公司，上海 200137）

0 引言

石化行業作為六大高耗能、高排放的行業之一，節能減排工作任重道遠。目前各石化企業節能減排工作的重點大都集中于改變資源狀況、改進原料路線、提高產能規模和優化系統流程等，對通過提高裝置設施運維水平以確保長周期平穩運行來實現節能減排方面研究較少。隨著各行各業都進入高科技信息化時代，石化運維也針對當前石化運維服務逐步從傳統的注重專業技術能力和應急響應向“全天候、多專業”的“一站式”服務轉換發展的趨勢，充分發揮自身專業齊全和技術實力雄厚的優勢，總結和提煉多年來為各行業內石化生產企業提供多種不同專業領域的運維服務的實踐經驗，積極開展了運維服務標準化的研究工作。根據石化工程建設公司設備運保業務管理的特點，建立石化工程建設公司一體化設備報修綜合管理信息平臺，對關鍵業務流程和數據進行統一管理，而石化裝置的智能監測系統是設備一體化管理的重要組成部分，是保證設備正常運行、提高設備使用和維護效率的關鍵環節。

石化裝置智能監測系統在設計上采用模塊化的理念，采用B/S開發模式，充分利用了ASP.NET和Server數據庫的特點，在技術上采用先進的Microsoft.net FrameWork技術框架，實現了集成式的、共享式的、開放式、易于維護和擴充的信息化系統。

1 系統業務流程設計

石化裝置智能監測系統主要包括兩個模塊，即生產標準模塊和狀態數據分析模塊。

1.1 生產標準管理模塊

1.1.1 生產標準模塊的業務流程

生產標準管理是一項科學的系統工程,在嚴格的規章制度和執行程序規范下,各步驟既分工明確又相互聯系、相互依存。業務流程圖如圖 1 所示。生產標準管理的流程如下：

1）用戶根據自己的實際情況進行登陸，進入系統；

2）進入系統之后，系統自動判斷用戶的身份，不同的用戶具有不同的操作權限；

3）用戶完成自己的操作之后，退出系統。

1.1.2 生產標準模塊的功能

圖1 生產標準管理模塊的業務流程圖

主要功能：根據設備說明書和已有的運維經驗建立設備的正常工作參數庫、預警參數庫和停修故障模式庫，為狀態數據分析提供決策依據。

具體的生產標準管理的功能圖如圖2所示。

每個功能的概況可以用以下說明：

1）管理

（1）查詢：

工程師根據設備位號、作業區、裝置名稱、設備名稱、設備狀態信息（可以選擇單個字段或者同時選擇多個字段）進行查詢自己所需要的設備生產標準信息。

（2）修改：

確定查詢后，可以確定修改信息數據一經確認錄入，就不得擅自修改，只有得到授權的工程師才能對數據庫內的數據進行修改。（通過權限控制）

（3）刪除：

確定查詢信息后，可以確定刪除信息。只有得到授權的工程師才能對數據庫內的數據進行刪除。（通過權限控制）。

圖2 生產標準管理模塊的功能圖

除此以外，系統報表能輸出到WORD或EXCEL、打印等功能。

2）導入：

當需要增加多臺設備的生產標準信息時（由于單個增加非常繁瑣），工程師可以通過Excel表格進行批量導入。

1.2 狀態數據分析模塊

1.2.1 狀態數據分析模塊的業務流程

狀態數據分析模塊是對實時數據進行處理，是一項非常嚴謹而又仔細的事情，每個環節必須認真地操作。可以用圖3來表示，具體實施過程如下：

1）用戶進行登陸，進入系統；

2）進入系統后，用戶根據自己的需要對數據進行查看或者及時的實施處理；

3）操作完成后，退出系統。

1.2.2 狀態數據分析模塊的功能

主要功能：按照一定的頻率以手工或自動的方式采集設備運行過程中的主要參數，根據實時監控采集的設備數據分析設備運行是否正常，若出現預警，計算最大預警運行時間和故障預判斷，修改采集頻率和采樣頻率等信息，發送設備預警或停修報告。

具體實現如下，如圖4所示。

1）設備監控信息管理（查詢、增加、修改和刪除）：

記錄設備的一些基本信息，查看設備的主要參數(異常的振動烈度、軸承溫度、機械密封泄漏值等)并進行處理；

2）預警性能分析：記錄設備的所有預警采集數據，按照專家系統進行預判斷；

圖3 狀態數據分析模塊的業務流程圖

3）設備預警最大運行時間判斷：對單個設備監控數據的運行趨勢進行分析判斷，得出設備在預警確定前運行的最長時間；

4）設備狀態故障預判斷：對單個設備實時數據進行分析，若達到停修狀態，啟動設備強制停修報告；

圖4 狀態數據分析模塊的功能圖

5）設備停修報告：記錄設備所屬的事業部、裝置名稱、設備位號、設備名稱、設備達到預修時采集點的位置、采集點的最大值、采集點的類型（震動、溫度）、預修時間（最遲維修響應時間）。這時設備采集提醒標志清零；

6）設備狀態查詢：按裝置名稱、設備名稱、設備位號、采集時間段提供設備的運行數據查詢；

7）設備采集提醒：

設備采集提醒標志不為零時進行定期提醒；

設備采集數據缺失提醒；

8）報表輸出：預警設備的運行數據統計（異常標注）、當前時間下的設備最長運行時間、預修時間點。

2 系統技術架構分析

在ASP. NET2.0中典型的三層架構包括 Web表示層(包括頁面及后臺代碼) 、業務邏輯層BLL(包括業務接口、業務實體、業務邏輯) ,數據訪問層DAO。三層架構示意圖如圖 5所示。

數據訪問層(DAL)執行從數據庫獲取數據或向數據庫發送數據的功能。在分布式應用程序結構中,相應功能使用 ADO. NET 數據適配器和 SQL服務器存儲過程來完成。本層從業務邏輯層接收請求,從數據訪問層獲取數據或向其發送數據。本系統使用存儲過程獲取數據,選用ADO. NET 向數據庫發送數據,最后將數據庫查詢結果返回到業務邏輯層,作為 ADO. NET 數據集。

業務邏輯層(BLL)包含業務對象本身以及應用于它們的規則。這也是主要業務對象所在的位置。它們實現業務實體或系統對象。系統的業務規則將在這些對象中編碼。它從 web 表現層接受請求,根據編碼的業務規則處理請求，從數據訪問層獲取數據或將數據發送到數據訪問層,將處理結果傳遞回 web 表現層。

圖5 石化裝置智能監測系統軟件架構圖

Web 表現層(Veb layer)是指在應用程序中實現的客戶端，包含以下功能： 管理 Web 頁的呈現和行為 ,向業務邏輯層發送用戶輸入 ,從業務邏輯層接收結果等。

3 系統設計

3.1 系統設計的目標

從信息技術角度來看，石化裝置智能監測系統的功能和應用需達到以下目標：

1）實用性，真正投入應用；2）易使用性；3）安全可靠性；4）先進性；5）靈活性和可擴展性；6）較高的響應性能；7）易維護性；8）保護原有投資。

3.2 系統設計的過程

系統設計是一個有序有原則的設計過程，從數據庫的設計一直到數據庫系統的維護都做了周密的規劃。

3.2.1 系統需求分析階段

本系統主要是研究石化設備的智能檢測。而本系統主要分為兩個模塊，一個是生產標準模塊，主要負責記錄設備的標準參數信息；一個是狀態數據分析模塊，記錄設備實時數據，并對所有設備進行總體統計分析和單個設備進行狀態變化分析，為設備故障進行預判斷。

3.2.2 系統的概念、邏輯結構設計階段

這個階段主要對數據庫的表、數據結構、字段進行搜集，并整理成完整的表，然后將對表與表之間的關系理清。

3.2.3 系統的物理結構設計階段

系統針對生產標準管理和狀態數據分析的數據庫的結構特點和使用特點 ，在軟件工程技術、計算機網絡技術、GIS技術和數據庫技術的支持下進行開發建設。系統功能結構如圖6 所示。

圖6 石化裝置智能監測系統功能圖

按照管理功能來分，系統主要分為四個模塊，即系統管理模塊、數據入庫模塊、數據查詢分析模塊、數據管理模塊。

1）系統管理模塊：包括用戶管理、日志管理和數據備份恢復。其中，用戶管理實現增加、刪除用戶，賦予和修改用戶的信息或權限等功能；日志管理實現系統日志顯示、統計、查詢和打印等功能; 數據備份提供數據庫的備份功能 ，以防止突發事故對數據庫造成的破壞；數據恢復實現根據數據庫的備份信息自動對數據庫進行恢復的功能。

2）數據入庫模塊：包括入庫數據檢查、數據入庫、屬性數據入庫。入庫檢查根據數據庫標準對數據的完整性、拓撲關系的正確性、屬性字段的完整性、屬性數據的合理性進行檢查監理，保證最終輸入到數據庫中的數據的準確性；數據入庫實現各種數據的批量入庫和單獨入庫，屬性數據入庫實現相關屬性信息的批量入庫功能。

3）數據查詢分析模塊：主要實現設備實時數據的查詢，并與標準數據庫進行對比，以便對實時數據進行實時處理，統計分析異常設備情況，繪制異常設備的曲線圖等功能。

4）數據管理模塊：包括數據更新和數據提取。其中，數據更新提供屬性數據的修改功能，提供矢量空間數據的在線編輯功能等；數據提取提供從數據庫中下載空間數據和屬性數據的功能。

3.2.4 系統的物理結構設計階段

系統總體技術方案設計在充分考慮實際應用環境及應用需求的基礎上，結合國內已有的一些大型資源環境數據庫的建庫經驗來完成。數據庫總體技術方案設計中，最終以大型關系數據庫Microsof t SQL Server2005 為核心，以Microsoft Studio 2008編寫頁面；數據庫管理系統采用B/ S模式 ,整個數據庫系統的技術路線如圖 7所示。

圖7 石化裝置智能監測的技術圖

4 結論

本文采用了ASP.NET開發平臺，應用B/S開發模式，實現了石化裝置智能監測系統的設計與開發，對設備狀態進行自動化監測。系統充分利用了ASP.NET和Server數據庫的優點，使系統的設計、開發、安全性和可維護性都有了很大的提高。在設計中，結合軟件工程的思想，采用模塊化的理念，支持前后臺并發執行的方式訪問數據庫，本系統除了包括系統管理、數據入庫、數據查詢分析和數據管理模塊外，還開發了報表中心和系統報表預警這樣具有特色的模塊。系統在某石化企業應用過程中，運行穩定、可靠、操作簡單、功能完善，完全適應現代石化管理的要求，增強了企業的競爭力。

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