基于生產(chǎn)管理的信息化管理系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用

戚甫銳

(中石化管道儲(chǔ)運(yùn)公司 濰坊輸油處，山東 濰坊 261000)

近年來(lái)，隨著網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化在長(zhǎng)輸管道建設(shè)中的不斷應(yīng)用，濰坊輸油處監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)SCADA(supervisory control and data acquisition)完成了升級(jí)改造。為了縮短故障設(shè)備的維護(hù)周期，提高設(shè)備維護(hù)的工作效率，從輸油生產(chǎn)實(shí)際工作出發(fā)，自主研發(fā)了基于生產(chǎn)管理的信息化管理系統(tǒng)平臺(tái)，信息化管理系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 信息化管理系統(tǒng)組成

改造后的SCADA系統(tǒng)不僅降低了生產(chǎn)操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了濰坊輸油處所管轄生產(chǎn)站隊(duì)的自動(dòng)化管理水平，而且為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行的有效監(jiān)護(hù)和預(yù)防性維修提供了可行性條件。隨著輸油生產(chǎn)自動(dòng)化程度的不斷提高和遠(yuǎn)程自動(dòng)控制模式的推行，濰坊輸油處生產(chǎn)調(diào)度中心對(duì)各輸油站隊(duì)相關(guān)設(shè)備重點(diǎn)參數(shù)的采集和統(tǒng)計(jì)分析提出了更高的要求。

1 信息化管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)背景

1.1 生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)的嵌入式開(kāi)發(fā)背景

生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)作為輸油站隊(duì)和生產(chǎn)調(diào)度中心每日工藝運(yùn)行參數(shù)的記錄統(tǒng)計(jì)分析和傳輸平臺(tái)，在信息化管理系統(tǒng)中承擔(dān)著重要的作用[1]。目前生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)基于C/S系統(tǒng)架構(gòu)，采用Visual Basic6.0加SQL Server2000進(jìn)行設(shè)計(jì)，運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、COM組件技術(shù)在WinXP系統(tǒng)環(huán)境下運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了具有一定通用性和自定義功能的生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng),該系統(tǒng)包括： 報(bào)表數(shù)據(jù)上傳、報(bào)表自動(dòng)保存、報(bào)表數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表數(shù)據(jù)打印等子功能[2]。隨著東臨、東黃長(zhǎng)輸管線SCADA系統(tǒng)升級(jí)改造的順利完成，生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)有以下幾方面的缺陷需要改進(jìn)和完善：

1) 升級(jí)參數(shù)自動(dòng)采集功能。隨著SCADA系統(tǒng)由原來(lái)的Citect數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)平臺(tái)升級(jí)為功能更加強(qiáng)大的Wonderware Intouch數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)平臺(tái)，生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)已有的采集模式及報(bào)表格式等已不符合輸油生產(chǎn)的實(shí)際狀況，軟件功能急需同步更新和改進(jìn)完善。其中自動(dòng)采集功能的升級(jí)是生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)中功能升級(jí)的核心，在生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)中利用Wonderare Intouch數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)綁定技術(shù)實(shí)現(xiàn)[3]。

2) 報(bào)表系統(tǒng)硬件平臺(tái)的缺陷。SCADA系統(tǒng)升級(jí)改造前生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)一直運(yùn)行于獨(dú)立的生產(chǎn)工作站上，截止目前工作站已運(yùn)行了10多年之久且系統(tǒng)故障頻繁。一旦生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)工作站主機(jī)出現(xiàn)硬件故障等異常狀況，由于工作站硬件維修周期較長(zhǎng)，只能采取備用主機(jī)臨時(shí)運(yùn)行的模式，這種模式不僅無(wú)法保障生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行，而且提高了企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行成本。

1.2 輸油泵機(jī)組設(shè)備管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)背景

實(shí)現(xiàn)輸油生產(chǎn)中現(xiàn)場(chǎng)泵機(jī)組設(shè)備的信息化管理，旨在由原來(lái)的紙質(zhì)化信息記錄模式，轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^(guò)信息化管理系統(tǒng)平臺(tái)創(chuàng)建泵機(jī)組設(shè)備的檢維修臺(tái)賬數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過(guò)對(duì)設(shè)備檢維修的信息查詢及檢維修頻次的統(tǒng)計(jì)、分析，找出設(shè)備產(chǎn)生問(wèn)題的深層次原因，為泵機(jī)組設(shè)備的故障排查提供數(shù)據(jù)支持。

2 信息化管理系統(tǒng)平臺(tái)的功能組成

2.1 生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)功能組成及嵌入式開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)

生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)通過(guò)SCADA系統(tǒng)將實(shí)時(shí)的工藝參數(shù)定期自動(dòng)寫(xiě)入生產(chǎn)報(bào)表數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)、現(xiàn)場(chǎng)工藝操作的具體信息等進(jìn)行在線記錄分析和上傳[4]，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)輸管線工藝參數(shù)進(jìn)行有效調(diào)度和管理的目的。生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)功能組成如圖2所示。具體功能包括：

1) 管網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)周期性的實(shí)時(shí)采集、自定義修改、每日運(yùn)行參數(shù)的自動(dòng)導(dǎo)出。

2) 管網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)的歷史查詢確認(rèn)。

3) 為日常的輸油生產(chǎn)提供輔助分析手段。

4) 實(shí)時(shí)采集油罐液位，并對(duì)油罐的存儲(chǔ)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、記錄；實(shí)現(xiàn)了輸油站隊(duì)每月耗電量的統(tǒng)計(jì)；每臺(tái)泵的當(dāng)前運(yùn)行時(shí)間、一保運(yùn)行時(shí)間、二保運(yùn)行時(shí)間、總累計(jì)時(shí)間的自動(dòng)累加及記錄。

5) 為每隔8 h的收、輸、銷油情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并上傳至濰坊輸油處生產(chǎn)調(diào)度中心生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)服務(wù)器。

6) 可由輸油站隊(duì)生產(chǎn)值班人員填寫(xiě)每日的生產(chǎn)運(yùn)行記錄，實(shí)現(xiàn)了無(wú)紙化辦公。

采用電加熱的優(yōu)點(diǎn)有：1)可以從線圈內(nèi)部進(jìn)行加熱，對(duì)內(nèi)部受潮的干燥效果較好；2)線圈整體受熱較為均勻，且溫度可控。

7) 濰坊輸油處生產(chǎn)調(diào)度中心人員將每日濰坊輸油處工藝管網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行匯總，并通過(guò)生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)了向上級(jí)管道儲(chǔ)運(yùn)公司主調(diào)度中心的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。

圖2 生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)功能組成

2.1.2生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)的嵌入式開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)

目前，儀表自動(dòng)化控制系統(tǒng)由原來(lái)的Ctiect6.0+AB SLC500PLC更新為Wonderware Intouch10.6+Quantum PLC，由于SCADA系統(tǒng)的更新升級(jí)，原有的生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)的自動(dòng)采集功能無(wú)法正常使用，只能轉(zhuǎn)為人工手動(dòng)輸入大量工藝參數(shù)，嚴(yán)重降低了值班人員的工作效率；為匹配生產(chǎn)站隊(duì)SCADA系統(tǒng)的更新升級(jí)，提高工藝參數(shù)采集的準(zhǔn)確性，確保生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)的功能正常使用，針對(duì)生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)進(jìn)行了以下幾方面的改進(jìn)。

1) 利用Wonderware Intouch上位機(jī)組態(tài)軟件強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)的定時(shí)自動(dòng)采集功能。

a) 利用Wonderare Intouch組態(tài)軟件中SQL訪問(wèn)管理器功能選項(xiàng),在綁定列表配置中創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)綁定列表，數(shù)據(jù)綁定列表創(chuàng)建頁(yè)面如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)綁定列表創(chuàng)建頁(yè)面示意

b) 在基本選項(xiàng)卡中選擇條件改變選項(xiàng)，添加vbscript定時(shí)腳本，實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程報(bào)表數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)定時(shí)讀寫(xiě)操作，執(zhí)行代碼如圖4所示。

圖4 與遠(yuǎn)程生產(chǎn)報(bào)表數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新操作示意

c) 腳本函數(shù)創(chuàng)建編譯完成后，在win7操作系統(tǒng)平臺(tái)的控制面板中配置與生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)通信相鏈接的ODBC數(shù)據(jù)源，ODBC數(shù)據(jù)源的創(chuàng)建與鏈接測(cè)試如圖5所示。

圖5 ODBC數(shù)據(jù)源的創(chuàng)建與鏈接測(cè)試

d) 利用Intouch內(nèi)置函數(shù)，實(shí)時(shí)判斷生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)與Intouch上位機(jī)系統(tǒng)的通信連接是否正常。一旦出現(xiàn)連接失敗，上位機(jī)系統(tǒng)觸發(fā)相應(yīng)的通信故障信息，以確保生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)參數(shù)的真實(shí)性與時(shí)效性。

2) 對(duì)生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)采集模板的“重新整合”，對(duì)不符合生產(chǎn)實(shí)際的儀表參數(shù)予以取消。針對(duì)新投用的儀表參數(shù)進(jìn)行了添加和臺(tái)賬模板的更新，完成了輸油站隊(duì)工藝參數(shù)電子臺(tái)賬模板的重新制訂，確保了生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)采集的同步，使更新升級(jí)后的生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)參數(shù)的采集滿足了生產(chǎn)調(diào)度人員的實(shí)際需求。

3) 輸油站隊(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)工作站以DELL OPTIPLEX520系列為主，運(yùn)行時(shí)間已達(dá)10多年，硬件老化嚴(yán)重，故障頻繁。且WinXP操作系統(tǒng)軟件平臺(tái)已停止系統(tǒng)更新,網(wǎng)絡(luò)安全性不高，無(wú)法滿足日益嚴(yán)峻的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的安全需求；更新升級(jí)后的SCADA系統(tǒng)的硬件平臺(tái)配置了整體性能強(qiáng)大、滿足工藝實(shí)際需求的生產(chǎn)用工作站，軟件系統(tǒng)平臺(tái)基于安全性能較高的win7操作系統(tǒng)；Wonderware Intouch組態(tài)軟件完全兼容VBA功能，通過(guò)調(diào)用Intouch內(nèi)置腳本函數(shù)進(jìn)行了嵌入式開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)的兼容整合，完成了生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)在SCADA系統(tǒng)的嵌入式開(kāi)發(fā)。

4) 生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的備份，由原來(lái)維護(hù)過(guò)程中的不定期人工手動(dòng)備份改為數(shù)據(jù)庫(kù)的自動(dòng)定期備份，避免了由于軟硬件系統(tǒng)出現(xiàn)故障造成的數(shù)據(jù)庫(kù)異常，保障了數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的快速恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)了歷史工藝參數(shù)的“有據(jù)可循”[5]；同時(shí)為防止數(shù)據(jù)庫(kù)文件的自動(dòng)備份導(dǎo)致主機(jī)磁盤(pán)空間大量占用，在自動(dòng)備份功能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了定期清除歷史數(shù)據(jù)備份文件的功能，確保了磁盤(pán)空間的有效利用。

2.2 輸油泵機(jī)組設(shè)備管理系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)

輸油設(shè)備管理的信息化是輸油站隊(duì)“三基”工作的重要組成部分，是保障輸油泵機(jī)組設(shè)備高效平穩(wěn)運(yùn)行的科學(xué)手段。隨著信息化管理水平的日益提升，“紙質(zhì)化”管理模式已經(jīng)不能滿足實(shí)際生產(chǎn)和設(shè)備管理的需求。輸油泵機(jī)組設(shè)備管理系統(tǒng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)，是利用現(xiàn)有的辦公局域網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)設(shè)備檢維修的信息化，認(rèn)真落實(shí)“預(yù)防性維修”的科學(xué)理念。

2.2.1設(shè)備管理系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)

輸油泵機(jī)組設(shè)備管理系統(tǒng)類別劃分較為詳細(xì)，充分考慮了該系統(tǒng)自身的可操作性及可擴(kuò)展性。該系統(tǒng)基于Visual C#語(yǔ)言的WPF框架加SQL 2008的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，WPF是微軟推出的基于Windows 的用戶界面框架，屬于.NET Framework的重要組成部分[6]，它提供了統(tǒng)一的編程模型、語(yǔ)言和框架，真正做到了分離界面設(shè)計(jì)人員與開(kāi)發(fā)人員的工作；同時(shí)提供了全新的多媒體交互用戶圖形界面。輸油泵機(jī)組設(shè)備管理系統(tǒng)采用典型的C/S架構(gòu)，由于采用.Net Framework4.0平臺(tái)，系統(tǒng)運(yùn)行中的便捷性、穩(wěn)定性及數(shù)據(jù)安全性得到了充分的保障[7]。

2.2.2設(shè)備管理系統(tǒng)各功能塊的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

輸油泵機(jī)組設(shè)備管理系統(tǒng)主要包含泵機(jī)組設(shè)備信息增刪改查功能、具體泵機(jī)組設(shè)備部位的增刪改查功能、設(shè)備信息檢索及導(dǎo)出功能。該系統(tǒng)是以各輸油站隊(duì)泵機(jī)組設(shè)備日常巡檢及檢維修為主線，實(shí)現(xiàn)了泵機(jī)組設(shè)備的巡檢和維修流程的遠(yuǎn)程化、信息化管理，由指定的設(shè)備管理人員根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需求對(duì)各類泵機(jī)組設(shè)備的信息進(jìn)行錄入、刪除和修改操作，同時(shí)提供給管理人員進(jìn)行查詢[8]；管理人員不僅可以利用客戶端的檢索功能，而且也可以通過(guò)實(shí)際需求實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析和檢索信息的導(dǎo)出。

1) 三層架構(gòu)開(kāi)發(fā)模式傳遞創(chuàng)建。三層架構(gòu)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的優(yōu)點(diǎn)是將人機(jī)界面交互(UI)層、業(yè)務(wù)邏輯(BLL)層及數(shù)據(jù)訪問(wèn)(DAL)層較好地分離開(kāi)來(lái)，實(shí)現(xiàn)了程序邏輯代碼的規(guī)范性，減少了程序邏輯代碼之間的耦合性。在UI層上使用WPF框架和用戶進(jìn)行交互，在BBL層中將所有業(yè)務(wù)邏輯代碼封裝到所自定義創(chuàng)建的EditUI類庫(kù)中，供UI層調(diào)用。DAL層主要包含3個(gè)模塊： 數(shù)據(jù)訪問(wèn)處理模塊、SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)模塊、其他數(shù)據(jù)訪問(wèn)模塊，分別被封裝成自定義創(chuàng)建的C#類庫(kù)供其他模塊調(diào)用，實(shí)現(xiàn)了代碼的嚴(yán)格規(guī)范性[9]。基于以上優(yōu)點(diǎn)，該系統(tǒng)確定采用基于.Net Framework框架的三層架構(gòu)設(shè)計(jì)，輸油泵機(jī)組設(shè)備管理系統(tǒng)三層架構(gòu)組成如圖6所示，其UI層界面包含內(nèi)容如圖7所示。

圖6 輸油泵機(jī)組設(shè)備管理系統(tǒng)三層架構(gòu)組成示意

2) SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)模塊。針對(duì)SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)的代碼封裝和易于維護(hù)，在DAL層中創(chuàng)建訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的自定義SQL Helper類,供訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)功能調(diào)用,提高了代碼的可維護(hù)性。

圖7 輸油泵機(jī)組設(shè)備管理系統(tǒng)UI層界面示意

2.2.3輸油泵機(jī)組設(shè)備管理系統(tǒng)的功能

輸油泵機(jī)組設(shè)備管理系統(tǒng)的主要功能如下：

1) 為了確保對(duì)DAL層中自定義類的封裝性及可擴(kuò)展性，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)UI層泵機(jī)組設(shè)備信息的“鼠標(biāo)點(diǎn)擊式”選擇輸入，在UI層添加的控件、自定義創(chuàng)建數(shù)據(jù)Model和SQL數(shù)據(jù)表這3個(gè)字段之間采用數(shù)據(jù)綁定技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了維修編號(hào)、站隊(duì)人員信息、維修人員信息、泵機(jī)組設(shè)備類型及編號(hào)等大部分控件由人工“鍵盤(pán)輸入”信息變?yōu)椤白詣?dòng)生成加人工選擇”信息，確保了SQL數(shù)據(jù)庫(kù)中參數(shù)名稱的一致性和查詢的快捷性。

2) 為了防止“SQL注入漏洞攻擊”，在系統(tǒng)程序代碼編寫(xiě)工作中注重“防御性”編程，對(duì)用戶填入信息的添加、更新、刪除及帶有最高用戶級(jí)別的數(shù)據(jù)記錄清空功能進(jìn)行合法性邏輯判斷，確保了泵機(jī)組設(shè)備信息輸入的安全性，避免了輸油泵機(jī)組設(shè)備管理系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)異常的可能性[10]。

3) 該系統(tǒng)查詢功能主要包含主信息檢索模式和具體設(shè)備的部件檢索模式兩類，兩類查詢界面通過(guò)Tab Control控件實(shí)現(xiàn)雙界面的切換。主信息檢索模式如圖8所示，包含的主要檢索條件有： 設(shè)備維修記錄的起止日期、維修編號(hào)、設(shè)備選項(xiàng)模塊、人員地址信息模塊、維修選項(xiàng)模塊檢索等。具體設(shè)備的部件檢索模式如圖9所示，主要包含： 維修編號(hào)、泵機(jī)組相關(guān)部件信息模塊檢索等。程序檢索功能不但實(shí)現(xiàn)了信息的單一檢索，也可通過(guò)自定義選擇進(jìn)行復(fù)合式檢索，實(shí)現(xiàn)對(duì)SQL數(shù)據(jù)庫(kù)中相應(yīng)數(shù)據(jù)表記錄信息的檢索功能。

4) 該系統(tǒng)另一個(gè)顯著特點(diǎn)就是檢索信息的導(dǎo)出和圖表分析功能，可把用戶檢索出的信息通過(guò)Excel表格的樣式進(jìn)行信息導(dǎo)出，也可利用趨勢(shì)圖表的方式把累計(jì)的檢維修記錄信息展現(xiàn)給用戶，進(jìn)行設(shè)備異常信息的深入分析。該系統(tǒng)可人為自定義統(tǒng)計(jì)某個(gè)時(shí)間段內(nèi)設(shè)備檢修的頻次、維修類型等信息，并繪制成趨勢(shì)圖，通過(guò)趨勢(shì)圖直觀地反映自定義時(shí)間段內(nèi)所選的輸油站或某類型設(shè)備和部件等的維修情況。結(jié)合導(dǎo)出的設(shè)備檢索信息，協(xié)助技術(shù)人員分析檢維修頻率較高的異常點(diǎn)，制訂有效的設(shè)備故障維修辦法或隱患處理方案，協(xié)助檢維修人員快速準(zhǔn)確地完成泵機(jī)組設(shè)備異常的檢維修工作。

圖8 主信息檢索查詢頁(yè)面顯示示意

圖9 設(shè)備部件檢索查詢頁(yè)面示意

3 結(jié)束語(yǔ)

為生產(chǎn)管理“量身打造”的信息化管理系統(tǒng)，具有與實(shí)際輸油生產(chǎn)管理相融合的特性，不僅有效地節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了設(shè)備的檢維修工作效率，而且該系統(tǒng)在生產(chǎn)站隊(duì)的實(shí)際應(yīng)用，在一定程度上體現(xiàn)了設(shè)備的預(yù)防性檢維修與現(xiàn)場(chǎng)檢維修的有機(jī)結(jié)合。

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