自控率監控系統的設計與應用

康周

[摘 要] 本文結合PHD實時數據庫和DCS控制系統的數據基礎，采用VBA和HTML程序語言開發了一套自控率管理軟件，以克石化公司實際情況為基礎，介紹了該公司當前的自控率管理現狀和軟件的整體設計思路及具體實現方法。在設計時，充分考慮用戶需求，采用了“一鍵自動化”，“傻瓜式”的功能設計，旨在建立一套對企業具體需求貼切好用的自控率管理軟件，提高企業儀表自控率的監控管理水平，為精細化生產經營提供切實有效的服務。

[關鍵詞] 自控率； VBA； PHD實時數據庫；自動化

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 02. 037

[中圖分類號] F272.7；TE9 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）02- 0071- 04

0 引 言

在煉化企業中，自控儀表的投用對生產裝置安全平穩運行起著重要作用。提高生產裝置儀表自控率，一方面可以降低操作工的勞動強度，實現高水平精細化管理，另一方面可以提高裝置運行平穩率和創效能力，減少安全生產隱患。

克石化公司作為一個現代化煉化企業，一直致力于精細化生產經營，不斷提高設備儀表自控率和設備的可靠程度。以強化產品質量合格率、儀表自控率和裝置平穩率考核為手段，加強工藝技術、設備、安全環保管理。然而，以往的監控考核手段是通過檢查車間是否有自控率臺賬，是否有檢查記錄來實現的，這樣一方面增加了車間技術人員和機關管理人員的工作量，另一方面不能避免人工修改自控率數值的可能，有效保證所檢查自控率臺賬是否準確。因此，實現儀表位號自控率的管理自動化既是業務需要，也是技術創新。

1 總體設計思路與關鍵技術

經調研，公司儀表DCS控制系統主要有橫河西儀、浙大中控、霍尼韋爾等幾種類型，對現場儀表的控制采用自動、手動、串級等方式。本次系統開發要解決以往人工統計自控率，手動記錄臺賬的方式，實現自控率自動化監控統計和管理。對于基層車間工作人員，主要承擔的是數據上傳的工作，采用C/S模式設計，以Excle為平臺，用VBA程序語言編程，為其提供一個可以自動采集、計算、上傳自控率數據的軟件。功能上力求簡潔實用，一鍵式操作，減少人員工作負擔。另一方面，為了方便機關處室的管理，采用B/S模式設計，用HTML程序語言編程，提供Web頁面查詢統計，功能上可以根據需要選擇按位號、按日、按周、按月查詢，力求縱觀全局，一目了然，為管理提供方便。

本次系統開發涉及的技術主要有：數據采集技術、PHD實時數據庫技術、Excel宏編程、JSP網頁編程、數據橋接技術、數據結構設計。其中，數據準備工作是實施本次系統開發的第一步工作，是支撐整個系統的基礎。PHD作為MES的實時數據庫平臺，發揮了承上啟下的作用，不僅為MES提供數據支持，同時對全廠的數據進行存儲和管理，還為其他上層應用系統提供數據支持。因此首先要做的數據準備工作有：收集所有自控率相關的儀表位號、進行位號組態。其他關鍵技術工作包括：實現實時采集相關位號數值、通過Excel實現數據采集分析和統計上傳、實時數據庫向SQL Server關系數據庫實現定時轉存、JSP實現對自控率的統計查詢。

2 自控率管理軟件的工作原理

自控率管理軟件的數據基礎源于實時數據庫。實時數據庫及應用子系統是MES的11個子系統中的一個基礎子系統，主要實現了從各裝置的DCS中獲取的實時數據，并將各個生產單元的生產實時信息集成到統一的數據集成平臺中，從而實現對生產操作的監控、分析生產條件、對事件進行預警和處理。使出現問題的地方能夠立即地被發現，因此可以減少系統癱瘓的可能性并且優化工廠的生產操作。同時其他應用系統能夠直接基于這個數據平臺進行相應的業務處理和信息查詢。

自控率管理軟件的工作原理及流程如圖1所示。

首先，由車間使用人員啟動自控率管理軟件的客戶端（Excel界面），將現場DCS儀表的自控狀態數值通過PHD實施數據庫提取到Excel界面。儀表工作人員對DCS系統儀表位號的組態主要有AUT（自動）、AUT IMAN（自動）、CAS（串級）、1（自動）、-1（自動）、2（串級）、MAN（手動）、0（手動）等，其中，自動和串級狀態的取值認為是儀表自動控制狀態。根據機關管理處室的要求，每10分鐘自動取1個點，通過后臺程序排除-999999等無效數值，以1個班次為基本單位，以該班次內自控狀態數值的個數為分子，所有有效狀態數值為分母進行自動計算。分別按單個位號、整個班次進行計算和統計，并同時將結果上傳到Web頁面，根據需求提供按裝置、按位號、按班次、按日、按月等功能查詢為機關管理處室提供參考依據。

3 自控率數據上傳軟件的實現方法

如何設計出良好經典的應用模型是系統開發的關鍵，因此，設計出一個經典模式以備后期拓展靈活套用十分必要。經過分析研究，筆者認為MES實時數據庫開發系統的模型特點需具備下面屬性：

（1）具有良好的可視化用戶界面；

（2）具有很強的用戶易交互式操作特點；

（3）具有強大的數據展示、存儲區；

（4）具有配置開放性和靈活性；

（5）具有配置、運行、統計、查詢一體化功能；

（6）實現關鍵業務用戶和查詢用戶界面分離，具有高效的性能和清晰實用的用戶界面；

（7）關鍵用戶界面功能集中、配置自由，查詢用戶界面統一、操作簡潔、功能全面。

根據不同裝置分別進行裝置編碼和裝置名稱編碼。通過裝置編碼和位號名稱及后綴的組合形成PHD位號，從PHD實時數據庫取數，在Excel環境下進行功能設計，經過計算統計后，將位號、裝置名稱、自控率數值等字段值寫入關系數據庫，以裝置名稱編碼進行區分，供后面的程序設計使用。自控率自動化統計上報界面如圖2所示。

（1）同步所有的起止時間

克石化公司生產裝置倒班班組采用五班三倒制，分別是早班10：00-18：00，中班18：00-03：00，夜班03：00-10：00。不同車間負責所屬生產裝置自控率的上報任務，根據不同車間的管轄范圍，將相關生產裝置各建立一個工作表，并設計在一個工作簿中。在程序中，設計同步所有起止時間功能，車間工作人員只需在自控率工具窗口中錄入本班工作起止時間，即可同步工作簿所有工作表里開始時間和結束時間的數值。

（2）采集基礎數據信息

基于前面已完成的數據準備工作，已具備了從現場采集實時數據的條件。在后臺程序中，首先連接PHD實時數據庫，然后通過裝置編碼、位號名稱、最大行數等參數從中進行取值。重點在于如何與PHD數據庫關聯，然后通過判斷、循環等程序設計手段，在Excel工作簿中展示采集上來的自控率狀態值AUT（自動）、MAN（手動）、CAS（串級）、1（自動）、-1（自動）等。

（3）手動指定時間自控率

完成基礎數據采集后，進一步對自控率狀態值進行計算統計，手動指定時間自控率，并將計算統計結果寫入到SQL Server關系數據庫。這個過程中，需要注意每個儀表位號的自控率計算和整個裝置的自控率加權計算的區別，合理設計SQL Server關系數據庫中的表結構。

（4）啟動自動時間自控率

為簡潔軟件操作界面，方便車間操作人員快速上手使用，在程序設計中對各個子功能進行整合，將前面所涉及的功能界面進行屏蔽，最后歸納成一鍵操作：“啟動自動時間自控率”。在這個功能鍵里，實現了自控率采數、計算、統計、上傳、更新等功能一鍵完成。通過設置采樣周期參數，讓軟件每隔10分鐘自動完成所有操作，實時更新上傳。

4 自控率數據的頁面展示

數據頁面展示采用JSP技術實現對自控率的統計查詢，并在煉油與化工運行MES系統平臺上建立鏈接。基于車間技術人員已完成自控率的統計上傳操作，關系數據庫中已經產生裝置儀表自控率的相關數據，下一步提取該數據，按時間、位號、裝置、班組等進行分類，在Web頁面上進行展示，形成整體查詢篩選對比功能，為管理人員提供一目了然的自控率報表，如圖3所示。