乙烯工廠的操作數據系統與智慧化管理

任永

(中國石化工程建設有限公司，北京 100101)

智慧化管理是利用智能科學的理論、技術、方法和信息、通信及自動化技術工具，通過智能感知、云計算、物聯網、移動互聯、大數據挖掘、專家系統等手段，實現企業核心業務智能化，經營管理、決策和服務智能化，資源調配和優化利用智能化，實現信息流、資金流、物流的集成與融合，進而提升企業的社會經濟效益。為了挖掘“石化裝置實時大數據”帶來的價值，讓企業管理部門基于實時數據做出決策，實現企業智慧化管理，操作數據系統(ODS)應運而生。ODS是以實時生產數據為基礎，基于先進信息技術和生產管理理念，實現對裝置生產運行數據的動態跟蹤監視與分析，對裝置的運行平穩率、產量及能耗進行記錄和統計，對班組的工作狀況進行客觀、準確而公平的考核，進而成為企業智慧化管理的基礎平臺。

1 ODS工作原理

ODS是一個面向主題的、集成的、可變的、當前的數據集合，支持企業對于實時的、集成的信息需求。ODS包括四個部分： 各個業務數據區、ODS數據緩沖區、ODS信息視圖區、各個業務系統。ODS的原理如圖1所示。

圖1 ODS原理示意

從圖1中可以看出ODS數據緩沖區是業務數據流的第一個存儲區，各個業務數據從數據源中被抽取出來，裝載到ODS數據緩沖區，實現統一的數據平臺。對于數據量大的數據源采用增量的方式抽取，對于變化更新頻率高的數據采用全量的方式抽取。ODS信息視圖區的數據從ODS數據緩沖區中抽取，有選擇地集成各業務源數據，對數據進行分類和組織，用戶通過信息視圖區獲得相關的實時性數據。各業務系統與ODS信息視圖區可相互訪問，能生成實時操作報表及查詢某一主題的近期全部信息。ODS數據緩沖區和ODS統一信息視圖區的主要區別是數據抽取、清洗、轉換、加載的轉換規則和數據存儲的方式不同。前者一般只進行簡單的匯總、計算，或者從操作型數據庫中直接抽取而不進行任何中間轉化；而后者則是完全按照主體的方式進行數據的存儲，向用戶提供快速的報表展示和數據實時查詢的功能。

2 ODS功能

根據乙烯工廠對信息管理和大數據處理的需求，同時兼顧實用性和可操作性，ODS 應具備如下功能： 收集DCS 實時數據；收集用于維護工廠的當前及歷史數據和設備性能數據；提供有效及安全的過程數據存取方式，將過程數據存儲到歷史數據庫；提供用于排錯和監視的趨勢圖；提供用于工廠管理的流程圖和報表；具有在線自診斷，能檢查OPC通信是否故障；系統可擴容。

對ODS的功能從分層角度劃分，其功能結構可分為三層： 數據層、應用層、顯示層，功能結構如圖2所示。

圖2 ODS功能結構示意

從圖2中可以看出，ODS有別于傳統的2層Client/Server架構，采用3層的Browser/Server架構，把事務處理邏輯模塊從客戶端的任務中分離出來，由中間應用層來完成。應用層的負荷被均衡地分配給Web服務器，從而減輕了客戶端的負荷壓力。系統所有報表及流程圖均通過Web用戶平臺方式進行瀏覽。采用這種方式，靈活性強、界面友好、適用范圍廣、易于維護。

3 ODS的網絡結構

以某乙烯工廠為例，網絡拓撲結構如圖3所示。

圖3 ODS網絡拓撲結構示意

從圖3中可以看出，實時數據庫是ODS的基礎，它實現對生產過程數據的采集和存儲。實時數據庫支持分布式的結構，設置實時數據庫主服務器、緩存服務器，從而降低網絡負荷和防止因網絡故障引起數據丟失，保證數據的安全。

ODS通過兩級數據備份的方式，實現對各裝置的生產實時數據的采集、存儲。各裝置設置緩存服務器與DCS實時數據服務器集成，實時數據庫主服務器從各裝置緩存服務器獲取實時數據進行存儲歸檔。

ODS基于實時數據庫的生產數據處理，使以往工藝操作管理的許多難題迎刃而解。比如操作采樣頻率從原來1 h提高到30 s，超標明細可記錄下每個超標點的時間、超標值，使班組的考核管理工作有了更細的依據，超標次數普遍降低，操作平穩率顯著提高。

ODS采用模塊化結構，各個裝置、功能模塊可獨立設置，各個報表內容可根據實際需要進行定義設置。在擴展性方面，用戶只需進行簡單的系統設置，即可方便地把系統應用擴展到新的生產裝置上，不需要進行編程開發。

ODS的程序運行由兩部分構成： 前臺程序和后臺程序。后臺程序為系統的核心，每天定時運行，從實時數據庫中讀取各裝置當天的實時數據，并按倒班表的倒班時間統計，自動生成每天各個班的生產日數據，并將各個班的生產日數據保存在關系數據庫(SQL Server)中。前臺程序實現對裝置各類報表的項目設定、系統管理以及裝置生產報表的查詢。

4 ODS智慧化管理

ODS可實現班組操作平穩、物料平衡、物料能耗、裝置臺賬等統計計算功能及流程圖的瀏覽，企業生產管理人員在授權情況下，可通過瀏覽器訪問、查詢系統的各種實時和歷史信息，為企業的智慧化管理提供準確無誤的信息。

4.1 操作平穩率

操作平穩率統計是對重要操作指標進行動態實時跟蹤監視，在發現超出正常操作范圍時自動記錄超標時間，根據面積積分原理統計出超標時間與超標幅度造成的超標影響值，并在數據庫中保存。

根據裝置主要過程參數，結合不同過程參數對裝置影響程度以及實際操作超標統計次數，統計計算出生產裝置的操作平穩率。班組操作平穩率考核流程如圖4所示。

考核數據的來源主要來自三個方面： 過程實時數據、計算數據和手動輸入數據。數據的計算主要在數據庫中利用虛擬位號的功能完成，計算結果被存放在數據庫中，以位號形式被調用，還有些計算數據可以在客戶端的Excel中完成。

圖4 操作平穩率考核流程示意

班組平穩考核是以班組的日統計和月累計為基礎，基于實時數據庫，分別對各個班組的操作狀況進行統計，自動生成班組操作平穩報表。這些報表反映了各班組當班時裝置的運行平穩狀況。通過該報表，可對各班組操作水平進行客觀公平的考核，達到降低能耗、提高產品合格率的目的。

4.2 物料平衡統計

班組物料管理，是自動統計各班組當班時間內的投入原料、產出產品量，進行以裝置為單位的收率、損失、月累的自動運算，為上層應用提供可靠的信息，實現班組的智慧化管理。數據主要基于實時數據庫系統，定時自動采集，數據發布和報表生成，主要包括日報、月報等。

4.3 物料能耗計算

物料能耗計算是對各能耗介質進行產出、消耗統計，確定裝置的加工量，根據運算規則計算單耗，通過報表形式展示出來，包括日報、月報等。

根據裝置每個班組的公用工程能耗消耗，系統自動計算每噸主產品的能量消耗，即單耗，這是對班組操作水平進行考核的一項重要指標，能有效促進降低生產能耗。

4.4 工藝臺賬

工藝指標臺賬以裝置為單位進行設計，可查看所屬的裝置、指標描述、儀表位號、單位、規定的操作范圍及定點時間的儀表讀數；自動記錄關鍵儀表讀數，該讀數可按周期采集；超過操作范圍的數值可標注醒目顏色，提示操作及管理人員關注。工藝臺賬數據從實時數據庫中獲取，可查詢裝置一天的技術數據，也可追溯歷史數據。

根據用戶定義的技術參數指標(溫度、壓力、流量、液位等)自動生成各裝置各單元的工藝臺帳，ODS自動計算每個定義好的位號，每天內的最大值、最小值、平均值等，同時具有趨勢查看功能。

4.5 工藝流程圖

ODS通過Web方式，發布生產裝置的工藝流程圖，具備權限的管理者通過企業內部網絡，查看裝置關鍵的過程參數指標(溫度、壓力、流量、液位等)以及歷史趨勢，了解生產狀況。

5 結束語

ODS由計算機自動采集實時數據，并根據用戶定義的數學公式進行統計，實現統計工作自動化，使人力資源從重復的工作中和復雜的計算中解脫出來，使工藝管理人員有更多的時間用在分析數據、工藝優化上，使考核工作具有高度的客觀性、準確性和可靠性。

ODS中所有報表均有報表維護功能界面，有權限的操作或管理人員可根據實際工藝流程自行定義和配置報表的內容；利用數據導出功能，還可將各個報表的數據讀入到Excel中，進行分析和利用；導出的數據還可導入到數據挖掘軟件中，對大數據進行數據挖掘，為生產操作人員和企業管理者服務。

ODS是乙烯工廠實現數字化、信息化、智慧化管理的基礎。該系統充分挖掘“石化裝置實時生產大數據”的潛在巨大價值，讓企業生產管理者更多地基于信息數據做決策，提高了石化企業的智慧化管理水平，增強了石油化工企業的核心競爭力。

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