實時數據庫系統在上海石化企業中的應用

胡 晶

（上海石化股份有限公司 塑料部，上海 200540）

實時數據庫系統在上海石化企業中的應用

胡 晶

（上海石化股份有限公司 塑料部，上海 200540）

本文首先闡述了Honeywell公司的PHD實時數據庫的原理、功能和特征。并以上海石化實時數據庫系統的實施為應用案例，以及基于實時數據庫系統進行前瞻性研究，對實施過程進行了技術總結，介紹了相關的技術要點、實施技術難點、注意事項及應用效果，并對下一階段的深化應用工作進行了探討。

實時數據庫；PHD；RDI；MES；OPC；APC；LIMS；DCS；PLC

0 前言

隨著國家推進企業信息化力度的不斷加大，近幾年來作為國民經濟支柱產業的石油化工行業的信息化建設步伐明顯加快。用現代信息技術對傳統企業進行技術改造，使之成為企業新的效益增長點，充分發揮投入產出效益的功能，已逐漸成為石化企業決策層的共識。企業信息化建設首先要抓好信息源頭的建設工作，只有把源頭信息工作做好了，把底層信息建設平臺構筑堅實了，才能在這個基礎上做好其他深層次應用的推進。

上海石油化工股份有限公司（以下簡稱上海石化）共有100多套主要生產裝置、單元和輔助裝置，有著龐大而又重要的生產數據，建立一個有效、穩定、實用的數據管理平臺對企業尤為重要［1］。目前被廣泛應用的實時數據庫有美國AspenTech公司的InfoPlus.21產品和OSI Software公司的PI產品，以及Honeywell公司的Uniformance PHD產品。經反復比較篩選和結合上海石化的實際情況，公司實時數據庫系統 （以下簡稱PHD）采用的是Honeywell PHD R215，它作為連接生產過程和上層管理的中間層級，是綜合信息集成系統的基礎，在信息化建設中起著關鍵作用［2］。同時PHD系統作為MES的數據平臺，發揮了承上啟下的重要作用，不僅為MES提供數據支撐，同時對全廠的數據進行有效的存儲與管理，還能為其他許多上層應用系統提供數據支持。

目前PHD共設計采集了近百套控制系統的數據，采集的數據點已近6萬點，隨著其他應用的不斷深入開發，采集的點會越來越多，涉及到各方面的過程信息，為此需要對實時數據進行分析，加工，進行合理的組織和處理，才能為上層的系統提供更有效的數據支撐［3］。所以研究實時數據和實時數據應用具有非常深遠的意義。

1 PHD系統結構及關鍵技術

1.1 PHD系統功能結構

PHD系統是一個生產信息集成平臺，為流程工業提供了一個用于生產管理的統一的信息化數據庫。它將生產過程數據、物料移動數據、設備狀態、產品質量指標等各種數據采集、存儲并加工成新的信息資源，提供給管理、生產、技術、設備、操作等各層次人員，從而解決了企業各個部門信息不一致的問題，幫助他們及時做出決策。上海石化PHD系統總體功能結構如圖1所示。

圖1 系統總體功能結構

1.2 關鍵技術

1.2.1 數據采集

數據采集是實時數據庫運行的基礎，PHD可提供毫秒級采集頻率。PHD具有一套可以與絕大部分型號、多種平臺的生產集散控制系統 （以下簡稱DCS）、可編程邏輯控制器 （以下簡稱PLC）和標準OPC進行連接的產品化實時數據接口 （以下簡稱RDI），實現與DCS和PLC的通訊連接［4］。上海石化控制系統種類繁多，主要有 Honeywell、YoKogawa、Foxboro、艾默生、ABB、西門子、Omron、MODICON等多家國外DCS和PLC產品，以及國內浙大中控的DCS產品。RDI是PHD系統采集實時數據的通道，也是PHD與PHD之間交換數據的通道。

在實施過程中，大部分DCS和PLC等控制系統配備有各廠家的OPC Sever，或者第三方的OPC，如MATRICON公司的OPC通信軟件，所以PHD數據采集的主要方式就是通過RDI與OPC通信，實現實時數據的平穩采集［5］。

1.2.2 數據的存儲和處理

PHD用來存放來自DCS、PLC及其他自動化設備的實時數據，還可以保存修正后的數據。每個采集點在PHD中以標簽的方式存放每個數據，在PHD中存放了標簽名、DCS系統中的數據類型、PHD中的數據類型、采集周期、報警值、量程、單位、采集時間、數據值和可信度等信息。PHD對每個從DCS中采集的值進行相應的處理，比如對每個采集值都計算對應的可靠性因子、過失誤差檢查、數據的平滑處理、丟失數據的補償。

PHD對各種來源、各種類型的數據進行合理組織，以標準化的數據結構存儲于PHD中。PHD具有非常強的數據壓縮能力，可以實現大量數據的長期存儲。理論上只要硬盤空間允許，PHD的數據存儲容量無上限，目前配置可保存8年的歷史數據。

1.2.3 PHD 數據的訪問

目前PHD Server主要提供有 API、OPC、ODBC和 ActiveX控件4種方式的數據訪問，用戶可以有多種開發語言選擇，可以開發基于 C／S、B／S 的程序。

在MES和其他的應用系統中，就是通過API函數的方式從PHD中采集數據。PHD API函數庫是用于開發用戶應用程序的接口，是所有客戶化開發的基礎。API函數有豐富的功能，它支持C，VB等多種高級語言編程讀取實時數據，使用者需熟悉編程語言和PHD的API函數庫，所以日后用戶的維護有一定的難度［6］。

在PHD系統的信息發布中是通過API函數和ActiveX控件兩種方式從PHD中采集數據的，發布平臺使用的是Honeywell公司成熟和先進的WPKS模塊和微軟IIS來實現的，數據查詢頁面利用C＃和ASP.NET來開發。對于生產報表則借助于微軟的Excel和OWC控件，在Excel中利用VBA讀取PHD中的數據，結果返回到Excel表中形成用戶需要的各類報表。

可以說這4種數據訪問方式都可以為其他系統提供數據支持，提升企業數據管理與應用的靈活性、穩定性和安全性。

1.2.4 PHD 網絡安全設計

上海石化的企業網絡采用星型結構，數據交換設備以Cisco產品為主。在實施數據采集系統時充分利用已有的網絡資源，在充分考慮數據采集系統應用需求和安全后，對現場與DCS通訊的所有數據采集緩沖服務器 （以下簡稱BUFFER機）采用了VLAN技術設置了獨立的專用網段，利用核心路由器的安全引擎對該網段內的數據通信制定了安全策略，使其只能與固定的幾臺服務器保持數據交換。在BUFFER機上配置了雙網卡，一塊網卡與控制網相連，一塊與管理網相連，而且兩塊網卡處于不同網段，并對BUFFER機與DCS的通訊也進行了安全策略的配置，除了數據采集通訊用到的端口號，其余無用端口全部禁用。網絡通訊與BUFFER機的多重安全防護，保障了PHD主服務器與BUFFER機之間的數據安全傳輸，也確保了控制網的安全。

2 PHD系統功能設計及實現

生產實時數據的一個基本應用是信息監視。它是全廠生產實時監視和管理的中心，將從控制系統采集上來的數據以靈活多樣的方式展示出來，廠級管理人員通過信息監視系統可以隨時了解生產裝置的運行狀況。由于上海石化的生產裝置多、工藝流程長、各職能部門的需求不一致，在展示生產信息時，遵循由粗到細、由全局到局部的原則，而不是照搬DCS的組態畫面。

2.1 裝置生產過程監控

基于平臺展示發布各煉油裝置、化工裝置、油品儲運系統的生產工藝圖和生產運行參數，生產運行參數的展示形式具有靈活多樣性，如數值、棒圖、曲線等，系統按生產裝置展示生產運行狀態。為便于用戶全面迅速了解各套生產裝置的運行狀態，系統分為裝置總貌圖和工段流程圖，以簡潔、清晰的方式進行展示。

裝置總貌圖是以簡潔、清晰的畫面反映全套生產裝置的工藝流程和生產狀況，使用戶對該套裝置的生產過程和生產狀況有一個總體的、全面的、實時的把握。裝置工段流程圖是對總圖簡化處理的補充，比較詳盡地展示各工段的物料流動狀態和設備的運行狀態。工藝流程簡潔、清晰，便于用戶了解實時生產狀況。

2.2 物料和產品庫存監控

此功能以比較形象化的方式實時展示當前全廠罐區資源存儲狀況，如原油罐的液位、溫度、庫存量，產品罐的液位、溫度、庫存量等。也能展示全公司的資源分布總貌，包括原料資源分布、成品資源分布。

2.3 投入產出展示

投入產出展示功能是實時顯示煉油裝置、化工裝置等系統的物料流程，使公司領導、生產管理人員、生產計劃人員和生產調度人員對全公司生產運行狀態進行全面、實時地了解與把握，便于執行生產決策、生產計劃及全公司的生產調度。

2.4 企業公用工程展示

企業公用工程展示功能以比較形象化的方式實時展示當前全廠水、蒸汽等運行狀況，使公司領導、生產管理部門對全公司公用工程運行狀態進行全面、實時地了解與把握，便于執行生產決策、生產計劃及全公司的生產調度。

2.5 歷史數據查詢

數據查詢功能給用戶提供了一個靈活的實時和歷史數據查詢接口，用戶通過該模塊可以查詢到關鍵工藝參數的當前值、歷史值、最大值、最小值、平均值，并且可以將查詢結果導出到Excel中，便于用戶借助Excel功能對數據進行深入的分析和應用。

2.6 趨勢查詢

系統向用戶以曲線的形式展示標簽的實時歷史數據，用戶通過該功能可以方便地查看關鍵生產參數的歷史數據變化趨勢和指定時刻的歷史數據。可對于趨勢進行長期分析、分組對比，是對過程生產狀況回溯、查找問題，挖掘生產潛力的有效手段。系統還提供了多參數在同一個圖中顯示曲線的功能，用于參數分組對比。

2.7 生產報表

通過定制開發，將煉油、化工等裝置的重要數據自動生成各類報表，以表格的形式匯總指定時刻生產裝置重要的運行參數，供生產管理人員查詢，如裝置工藝臺賬、工藝抽查和平穩率考核、裝置投料、氫氣管網、火炬氣系統考核、能源消耗統計報表等。

生產報表模塊實現了與微軟Excel的關聯，借助Excel在報表定制方面的強大功能，來訂制報表模版，然后用戶通過報表維護功能將定制好的模版上傳到Web服務器，其他用戶通過報表查詢功能，選擇報表日期及報表類型，就可以查看到具體的報表，并可以下載打印。

2.8 關鍵工藝參數報警

把用戶需重點監控或考核的生產裝置、儲運系統、公用工程、輔助系統的關鍵工藝參數組態進PHD，當DCS有報警信號時，PHD會自動采集到DCS中這類參數的報警狀態及相關信息。當用戶登錄系統后會在系統右下角自動彈出報警參數的信息，若用戶已經登錄到系統，會在系統的右上角以閃爍提示有工藝參數報警，并給出具體報警狀態，如高報、低報。

用戶還可以隨時查詢裝置指定時間段發生的報警、報警點的歷史趨勢等信息，以便給公司各級管理人員分析問題和班組考核提供參考。

3 PHD系統的應用效果

PHD系統自投用以來，運行穩定，采集速度快，使用方便，在提高企業生產管理、優化操作等方面的作用越來越明顯。具體的優點和應用效果如下：

（1）通過信息集成，生產部門能及時得到生產過程的狀態信息，當發生事故時，技術人員可以利用實時和歷史數據對事故進行分析，找出生產瓶頸，查明事故發生的時間和原因，提出解決方案，優化生產。

（2）基于PHD開發的一些應用，如工藝流程監控、生產報表、自動報警、趨勢分析等，能使各部門管理人員隨時了解生產裝置、公用工程運行狀況和生產動態，包括監控點的溫度、壓力、流量等實時數據；物料和能源動力消耗數據、產品產量和質量數據。各級人員能及時準確掌握生產動態，對生產過程中出現的問題及時做出處理，以保證生產安穩運行。

（3）PHD作為控制系統和上層管理系統的中間層，起到了承上啟下的作用。其將各控制系統的數據集中起來，以統一的形式存放，實現了有效的數據共享，規范和健全了信息系統的層次結構，保證了系統集成的標準化，為在全廠推廣MES等系統創造了條件。

（4）實現了長期歷史存儲。一般DCS中歷史數據保存時間較短，尤其是早期投用的DCS，外存較小，無法長期保存大量的，快速變化的歷史數據。而通用的實時數據庫具有高效的存儲策略，再加上廉價的大容量的存儲介質，可以將重要的生產參數長期保存。

4 結論

全公司范圍內實時數據庫系統的應用，并在此平臺基礎上進行了其他功能模塊的開發和深入應用，提高了上海石化的自動化管理水平，給公司有關領導及管理部門提供了一個實時窗口，使之及時準確地掌握了裝置生產運行實況及物料進出口數據，加強了對生產裝置的全面管理，網絡互聯、數據共享實現了生產部門和管理部門同時監督生產裝置，便于管理人員對生產進行指導、評估及事故預報。這對于確保裝置的安全、穩定運行及優化生產過程非常重要。

實踐證明，公司通過PHD實時數據庫的實施，實現了底層生產信息的集成，彌補了工廠的信息斷層，將分散的信息資源集成起來，尤其是將管理系統和控制系統的信息有機地結合起來，形成了真正意義上的全廠實時生產信息系統，讓生產信息觸手可及，為今后更深層的應用打下了良好的基礎。

［1］賴紅軍，殷慧.獨山子石化公司實時數據庫系統實施與應用［J］.石油化工自動化，2006（6）：78－82.

［2］楊譞.PI實時數據庫系統在石油化工生產管理中的應用［J］.石油化工應用，2007，26（4）：69－71.

［3］任云暉.基于 InfoPlus.21 軟件的實時數據庫實現［J］.國外電子測量技術，2006（12）：72－75.

［4］魏洪新.OPC技術在工業控制領域的應用研究［J］.河北煤炭，2009（1）：12－13.

［5］高俊杰，靳其兵.OPC 技術在實時數據庫 InfoPlus.21 中的應用［J］.石油化工自動化，2005（1）：42－44.

［6］邱萌，俞輝，趙英凱.用VB實現從PHD到Oracle的歷史數據存儲［J］.石油化工自動化，2003（4）：67－69.

10.3969/j.issn.1673-0194.2015.15.044

F270.7；TP392

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1673-0194（2015）15-0080-04

2015-06-01