化工生產(chǎn)中的過程信息管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

王鳳竹，佟國誠，丁偉濤（山東石大勝華化工集團股份有限公司，257061）

化工生產(chǎn)中的過程信息管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

王鳳竹，佟國誠，丁偉濤
（山東石大勝華化工集團股份有限公司，257061）

企業(yè)通過過程信息管理系統(tǒng)可以采集、存儲整個化工生產(chǎn)過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，還可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下為企業(yè)提供數(shù)據(jù)處理、瀏覽、分析、管理等功能。該系統(tǒng)是在InfoPlus. 21實時數(shù)據(jù)庫平臺的基礎(chǔ)上搭建的，構(gòu)建了一個適合化工企業(yè)生產(chǎn)過程信息管理的系統(tǒng)。

化工生產(chǎn)； InfoPlus. 21；實時數(shù)據(jù)庫

1 化工生產(chǎn)中過程信息管理系統(tǒng)的概述

化工生產(chǎn)中的過程信息管理系統(tǒng)被用于收集、管理生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。過程信息管理系統(tǒng)被應(yīng)用于智能化儀器、PLC可編程控制器、現(xiàn)場總線儀表、DCS集散控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集控制軟件等底層控制系統(tǒng)中。企業(yè)通過過程信息管理系統(tǒng)可以采集、存儲整個化工生產(chǎn)過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，還可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下為企業(yè)提供數(shù)據(jù)處理、瀏覽、分析、管理等功能。

2 過程信息管理系統(tǒng)的功能需求分析

在企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的信息種類繁多，數(shù)據(jù)來源較為復(fù)雜，化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生與溫度、流量、壓力以及質(zhì)量參數(shù)等相關(guān)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)有的來源于DCS集散控制系統(tǒng)，有的來源于PLC可編程控制器系統(tǒng)等系統(tǒng)，有的來源于實驗室內(nèi)分析儀器或者在線化驗分析儀表。不同系統(tǒng)對實時數(shù)據(jù)的釆集精度有所不同，為滿足化工企業(yè)各部門的功能需求，將過程信息管理系統(tǒng)劃分成以下功能模塊：

2.1 實時過程數(shù)據(jù)采集模塊

過程信息管理系統(tǒng)主要任務(wù)之一是完成數(shù)據(jù)的采集，在設(shè)計系統(tǒng)時應(yīng)該使系統(tǒng)具備高速的數(shù)據(jù)采集、處理功能，系統(tǒng)可以實時的采集化工生產(chǎn)過程產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行過濾以便于在接收數(shù)據(jù)請求時及時作出響應(yīng)。在進行系統(tǒng)設(shè)計時，系統(tǒng)應(yīng)該具備多通道內(nèi)存緩沖區(qū)、較好的內(nèi)存管理分配能力、特有的數(shù)據(jù)流控制結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)標準接口。

2.2存儲、壓縮歷史數(shù)據(jù)的功能模塊

系統(tǒng)在進行實時監(jiān)測時需要大量的數(shù)據(jù)測量點，在化工生產(chǎn)過程中測量點的數(shù)據(jù)變化頻率非常高，會產(chǎn)生大量的歷史數(shù)據(jù)，系統(tǒng)必須對這些歷史數(shù)據(jù)進行高精度、快速度的存儲。將這些數(shù)據(jù)存儲后，會占用系統(tǒng)大量的存儲空間，必須對其進行壓縮處理。此外過程信息管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)該具備為外界提供實時數(shù)據(jù)的功能，所以系統(tǒng)要求實時數(shù)據(jù)庫必須具備較高的解壓縮速度，并能夠快速的追加、加入數(shù)據(jù)。

2.3采用開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及分布式的數(shù)據(jù)采集功能

為了滿足DCS集散控制系統(tǒng)運行后數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡(luò)進行傳輸?shù)墓δ苄枨螅谠O(shè)計系統(tǒng)時要求實時數(shù)據(jù)庫采用分布式結(jié)構(gòu)。此外，系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫的組件應(yīng)該具備對外接口，通過接口與開放數(shù)據(jù)庫互連。

2.4系統(tǒng)具備豐富的客戶端數(shù)據(jù)分析、處理工具

在設(shè)計系統(tǒng)時應(yīng)該使系統(tǒng)具有豐富的客戶端應(yīng)用，具體應(yīng)用如下所示：用戶自行組態(tài)的應(yīng)用界面、圖形化組態(tài)工具、性能分析工具、效益計算工具等。

2.5系統(tǒng)通用訪問方式制定

為了實現(xiàn)企業(yè)遠程訪問的功能，實時數(shù)據(jù)服務(wù)器應(yīng)該采用瀏覽器端/服務(wù)器端（Browser/Server）或客戶端/服務(wù)器端（Client/Server）的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。瀏覽器端/服務(wù)器端（Browser/ Server）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有升級維護較為簡單、易于部署、維護、成本低廉、選擇較多等優(yōu)點，但是采用該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的服務(wù)器需要承擔較重的運行數(shù)據(jù)負荷。而客戶端/服務(wù)器端（Client/Server）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有較高的訪問效率、較為靈活的組態(tài)、控制方式、較高的安全性能、較為透明的數(shù)據(jù)儲存管理功能，但是采用該結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)投入較大，需要花費高昂的維修費用。本文在設(shè)計化工生產(chǎn)過程信息管理系統(tǒng)時將兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有效結(jié)合在一起，系統(tǒng)的技術(shù)、關(guān)鍵點部分采用客戶端/服務(wù)器端（Client/Server）訪問模式，系統(tǒng)的節(jié)點部分則釆用瀏覽器端/服務(wù)器端（Browser/ Server）模式。

3 過程信息管理系統(tǒng)的設(shè)計

3.1過程信息管理系統(tǒng)整體構(gòu)架設(shè)計

InfoPlus.21實時數(shù)據(jù)庫是過程信息管理系統(tǒng)組成的核心。InfoPlus.21主要由以下幾部分構(gòu)成：

（1）實時數(shù)據(jù)庫，其數(shù)據(jù)主要存儲于內(nèi)存中。（2）歷史數(shù)據(jù)庫，其數(shù)據(jù)主要存儲于磁盤文件中。（3）應(yīng)用程序接口API 、軟件專用接口CIM-IO、為歷史數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)的進程。InfoPlus.21的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，InfoPlus.21應(yīng)用于化工企業(yè)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)由集散控制系統(tǒng)DCS的輸出數(shù)據(jù)機站、數(shù)據(jù)釆集接口站、InfoPlus.21實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器三部分構(gòu)成，三者之間的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議采用的是TCP/IP協(xié)議，在此協(xié)議下進行網(wǎng)絡(luò)通信。

化工生產(chǎn)過程信息管理系統(tǒng)主要由InfoPlus. 21實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和數(shù)據(jù)采集接口站組成。化工生產(chǎn)過程信息管理系統(tǒng)的整體構(gòu)架設(shè)計如圖3所示。

3.2化工生產(chǎn)過程信息數(shù)據(jù)源連接接口的設(shè)計

化工生產(chǎn)企業(yè)的過程信息管理系統(tǒng)在設(shè)計時采用了兩套DCS集散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)來自于Emerson DeltaV系統(tǒng)，DCS集散控制系統(tǒng)在設(shè)計接口時采用的是OPC數(shù)據(jù)傳輸通信接口標準。通過DCS集散控制系統(tǒng)可以采集并發(fā)送現(xiàn)場裝置運行過程中的數(shù)據(jù)，它是實時數(shù)據(jù)庫的主要數(shù)據(jù)來源，DCS集散控制系統(tǒng)通過中間數(shù)據(jù)交換服務(wù)平臺（OPC）與實時數(shù)據(jù)庫的信號進行動態(tài)交換。OPC的實質(zhì)是將嵌入技術(shù)和對象鏈接技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)過程控制中的技術(shù)，通過OPC使數(shù)據(jù)使用者和數(shù)據(jù)源可以通信，它是進行數(shù)據(jù)交換的重要媒介，OPC有效利用了ActiveX技術(shù)和COM/DCOM對象模型。任意一個OPC可以和一個或多個OPC服務(wù)器相連接。

圖3　 化工生產(chǎn)過程信息管理系統(tǒng)的整體構(gòu)架設(shè)計

圖2　InfoPlus.21應(yīng)用于化工企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3.3化工生產(chǎn)過程信息管理系統(tǒng)接口的設(shè)計

化工企業(yè)的DCS采用的是Emerson DelatV系統(tǒng)，數(shù)據(jù)源接口以O(shè)PC為標準，所以在連接DCS和數(shù)據(jù)采集接口機時也以O(shè)PC標準數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為準，以此來確保組件間的正確通訊。該設(shè)計采用Aspen CIM-IO for OPC軟件最為OPC標準的數(shù)據(jù)接口，應(yīng)用軟件和實時數(shù)據(jù)庫可以通過數(shù)據(jù)接口從PLC、DCS等類型的實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中讀取或?qū)懭霘v史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)采集接口機安裝CIM-IO Server軟件和Aspen CIM-IO for OPC接口軟件后即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

3.4化工生產(chǎn)過程信息管理系統(tǒng)編碼系統(tǒng)的設(shè)計研究

化工生產(chǎn)過程信息管理系統(tǒng)中的編碼系統(tǒng)是系統(tǒng)的重要組成部分，影響著系統(tǒng)的整體效果。在設(shè)計編碼系統(tǒng)時需要遵循唯一性（同一段代碼不可以表示兩個事物）、合理性（能反應(yīng)研究對象的某些屬性特征）、可擴充性、簡單性、適用性、規(guī)范性。

3.5化工生產(chǎn)過程信息管理系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)庫的設(shè)計研究

一個InfoPlus. 21歷史文件系統(tǒng)包含有多個數(shù)據(jù)倉庫。數(shù)據(jù)倉庫主要由可能的隊列文件、隊列、高速內(nèi)存緩沖區(qū)以及相對應(yīng)的文件、一組歸檔文件集和h21arhcvie進程構(gòu)成。根據(jù)化工生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)裝置建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)倉庫，每一個數(shù)據(jù)倉庫存儲相應(yīng)區(qū)域的數(shù)據(jù)信息。

3.6化工生產(chǎn)過程信息管理系統(tǒng)用戶應(yīng)用軟件界面的設(shè)計

化工生產(chǎn)過程信息管理系統(tǒng)用戶應(yīng)用界面采用的是Aspen Process Explorer客戶端軟件，該客戶端支持系統(tǒng)以瀏覽器/服務(wù)器（B/S）的結(jié)構(gòu)形式在化工企業(yè)內(nèi)部使用。

徐軼.過程信息管理系統(tǒng)的設(shè)計及其在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用［D］.華東理工大學，2013.

王鳳竹，女，1972年，山東省乳山市，工程師，化驗分析研究

佟國誠，男，1972年，山東省臨沂市，工程師

丁偉濤，男，1972年，山東省濰坊市，高級工程師

The design and application of information management system in chemical production.

Wang Fengzhu，Tong Guocheng，Ding Weitao
（Shandong Shida Shenghua chemical group Limited by Share Ltd，257061）

The enterprise can be related to data acquisition，storing the chemical production process by the process information management system，can also provide data processing，browsing，analysis，manageme nt and other functions for the enterprise in the network environment.The system is set up in InfoPlus. 21 based on real-time database platform，construct a suitable chemical enterprise production process information management system.

chemical production；InfoPlus.21；real-time database

2014—7—12