生產信息管理系統關鍵技術研究

楊 躍

(云南大為制氨有限公司電儀中心，云南 沾益 655338)

1 生產信息管理系統現狀和需求

云南大為制氨有限公司生產控制系統主要有合成氨裝置DCS一套，鍋爐島裝置DCS一套共兩套，均采用橫河CS VP。其它DCS/PLC/ESD/ITCC系統通過MODBUS通訊可實現與橫河DCS系統進行數據交換。為了滿足氨庫重大危險源DCS數據外送到云南省安監局，2018年又增加了一臺OPC隔離網關，可以實現公司生產實時數據安全傳輸到公司內外網。公司目前建立有一個內部生產信息網，主要完成質檢分析數據、調度日報、生產調度交接班記錄等上傳及查詢。

為了充分利用現有資源和信息，提高生產和工作效率，及時發現分析和處理問題，更好地為生產管理服務，我們對公司生產信息系統今后發展應用進行深入的研究，分析探討關鍵技術和解決方案，逐步建立完善生產信息管理系統。并用DEMO版的力控、WONDERWAERE等軟件進行測試，建立實時數據庫，實現公司生產實時數據的監控和報警。

2 工業網絡信息安全

2010年6 月出現的震網病毒，專門針對西門子WINCC監控軟件，首先通過互聯網傳染到能上網的電腦，再通過U盤傳染到生產控制系統。震網病毒對伊朗核設施產生嚴重影響，造成伊朗核電站推遲發電。所以即便是物理隔離的專用網絡，以及專用的軟件系統，包括工業控制系統，也有可能被攻擊。工業互聯網是大勢所趨，生產控制信息安全問題引起高度重視，維護工業控控制系統安全的形勢非常嚴峻。對此，我們采取相應的軟硬件技術和管理手段，盡量防止病毒入侵。

1）云南大為制氨公司不同DCS系統物理網絡完全獨立，相互之間的通訊主要采用MODBUS通訊協議，通過專用通訊設備MODBUS通訊卡或DCS系統自帶的MODBUS通訊接口,網絡之間只能傳輸符合條件和格式的數據，可以杜絕文件、程序、病毒在不同網格之間傳輸。每月用專用U盤備份項目文件和數據，定期查殺病毒，并設置相應的管理權限和密碼，防止非法操作。

2）為了將重大危險源溫度、壓力、液位等DCS監控信號上傳至省安監局，我們在采用防火墻的基礎上，再增加了一臺網絡安全隔離網關PSL-1081，將工控系統網絡與外網嚴格隔離。該網關有4個輸入網口，4個獨立的輸出網口，一個信息端，最大點數為一萬點。

3）鍋爐島DCS與合成DCS信號通過帶OPC SERVER授權的操作站以太網端口分別連入PSL-108的兩個控制端口，通過網關處理后從信息端用OPC協議取出數據聯入公司內網，OPC據處理畫面如圖1所示。

圖1 OPC隔離網關數據處理畫面

3 能源計量管理

公司儀表計量報表目前主要在通過DCS系統對計量數據進行累計，生成計量報表，每班、每天由操作人員抄表統計，建立生產日報，每月再由電儀中心抄表或截屏后統計制作計量月報上報公司。大為制氨公司作為云南省重點用能單位，每月還按要求將能源計量數據通過手機發送到“云南省能源資源計量數據在線監測公共服務平臺”。為了完善企業能源信息管理系統、進一步提升能源數據在線監測信息化水平，準備與云南能管科技有限公司合作共同建設“重點用能單位數據采集和接入端系統”。為了完成這項工作，有部分計量儀表信號還未進入DCS系統，需要對進行改造，主要設計方案如下：

1）對除鹽水站一次水表流量和循環水站循環水流量信號增加MOXA 8通道數據采集模塊進行數據采集，通過光纖用MODBUS通訊送入中控DCS系統。

2）電氣電度表信號采集后，通過MODBUS通訊端口 與DCS通訊，可以在DCS上進行監控顯示。

3）計量數據通過DCS初步處理后，統計生成DCS計量報表如圖2所示。

圖2 DCS計量數據報表畫面

4）DCS計量數據再通過OPC及網關將數轉發到能源數據接入端，最后上傳到“云南省能源資源計量數據在線監測公共服務平臺”，如圖3。

4 實時數據庫

圖3 能源計量網絡結構圖

目前生產歷史數據可以通過DCS操作站上的歷史趨勢記錄進行查詢，分析生產運行情況，但DCS歷史趨勢占用硬盤空間大，大多數采樣間隔一般為1min，一般只保留近幾個月的數據，每月1日要進行歷史趨勢數據備份，當查詢幾年前的數據還要將備份數據拷貝回DCS系統內，數據分析處理很不方便。

為了滿足工業4.0要求，對生產實時和歷史數據進行讀寫、存儲和處理，實現生產過程和設備進行實時監控、預警和故障診斷，實時數據庫必不可少。實時數據庫支持海量數據的壓縮存儲，提供實時計算和實時分析功能、數據高效檢索與權限訪問管理。實時數據庫主要北京三維力控的pSpace和施耐德公司的Wonderware Historian。

為此，我們安裝了Wonderware Historian實時數據庫軟件進行測試（圖4）。通過OPC導入6335個儀表數據，記錄間隔為10s，則每天存儲空間為480M,存儲1年僅需要180G硬盤空間，一個2T的硬盤可保存全廠生產數據10年。如圖四所示，Wonderware Historian實時數據庫可通過客戶端按位號、描述、地址等關鍵字進行查詢，每個查詢畫面可顯示范圍最大為3個月，最小為1min。以實時數據庫為依托，還可將實時數據發送到網絡上。用戶可以通過互聯網運用瀏覽器直接查看工廠的實時生產情況，如：流程圖界面、實時/歷史趨勢、生產報表等。

5 網絡實時監控

圖4 Wonderware Historian客戶端實時數據庫監控畫面

在公司Web服務器上安裝實時數據庫軟件或網絡監控軟件，可以通過安裝網絡客戶端軟件或下載相應控件通過IE瀏覽器查看生產實時數據。即使遠離現場，通過公司的Intranet網絡，可以在任何一個辦公室的電腦上用標準的瀏覽器瀏覽公司的生產實時監控畫面；而通過Internet，無論在世界的任何地方，Web Server都可以輕松地查看所有的生產信息。客戶端工作站是一個完全的“瘦”客戶端，客戶端不需要特殊的驅動程序或支持軟件。只要客戶端工作站已經連接到了Internet或Intranet上，在瀏覽器上輸入Web服務器的網絡地址，就可以開始實時地瀏覽現場生產過程。可以利用公司現有的網絡軟、硬件資源，無需增加其它的硬件成本，我們在電腦服務器上安裝力控網絡監控軟件，在公司內網上訪問192.168.22.60:88地址,即可查看公司主要生產實時數據，如圖5所示。

今后可根據工藝要求完善相應的監控數據和畫面，增加相應的軟件功能，通過手機或在外網上查看生產實時數據。為了保護信息安全，可以設置相應的權限和密碼進行限制，只有授權用戶才能查看。

圖5 公司內網上的生產實時數據監控畫面

6 設備管理系統AMS

設備管理與維護平臺，可以使先進的智能儀表發揮最大效益，減少儀表的損耗并降低維護成本。在尿素DCS改造中，浙大中控提供了一套5000點的SAMS設備管理系統軟件，SAMS服務器默認使用 SQL SERVER EXPRESS 2008 R2數據庫，用于記錄設備的應用記錄、標定記錄、組態信息和數據庫操作等用戶操作記錄和報警記錄。

公司絕大多數智能變送器、智能閥門定位器均采用HART通訊，可通過375、475手操器進行參數查看、組態，但由于儀表升級后，375、475手操器軟件版本低，讀取到的數據不全，當儀表出現問題時不能在線查看故障信息。

SAMS設備管理軟件使用設備 DD（Device Description設備描述） 文件與現場設備進行通訊，在HART設備組態界面中可執行參數修改、參數比較、參數應用設置、設備狀態監視、設備Method方法等操作。當有新的儀表不能讀寫儀表參數時，可以從網上下載DD文件導入系統中即可正常讀寫。

1）SAMS系統結構

公司現有DCS系統不支持HART通訊，我們計劃先采用一臺P+F的HART多路采集器在儀表檢修班離線對智能儀表的數據進行采集，調試和診斷，并建立相應的數據庫。SAMS設備管理系統網絡結構如圖6所示。

圖6 SAMS設備管理系統網格結構圖

2）智能儀表組態

設備瀏覽圖界面中雙擊選定的HART設備位號或選擇HART設備位號右鍵菜單中的“基本組態”命令，將顯示對應HART設備的組態界面，如圖7和圖8所示。通過電腦完成對儀表設備的組態，并將組態及設備詳細數據保存到電腦數據庫中，以便今后進行分析和設備更換。

3）儀表報警設置

SAMS可以通過HART通訊對在線儀表進行信息查詢，當出現儀表故障或報警信息時，會自動發出聲音報警，提醒儀表維護人員進行檢查。報警設置如圖9所示。

4）儀表替換向導

通過儀表替換向導，用戶可以替換智能儀表，相關操作會產生對應的操作記錄。儀表替換向導功能僅對處于工作狀態的設備位號有效。設備瀏覽視圖中點擊菜單命令[工具/儀表替換向導]，彈出如下圖所示界面。

圖7 HART智能儀表組態畫面

圖8 SAMS設備組態圖

圖9 HART儀表報警設置

圖10 儀表替換向導

在圖10中選擇需要替換的舊儀表，點擊“下一步”，或在設備瀏覽視圖中直接選擇需要被替換的舊儀表，在右鍵菜單中選擇“儀表替換”，進入參數備份設置界面，重命名被替換設備的SAMS位號并選擇是否需要備份被替換儀表的數據。選擇“是”，系統保存當前儀表參數后再替換新儀表；選擇“否”，系統不保存數據，直接進行儀表替換。

7 結語

生產信息管理主要是讓公司領導和各專業的工程師及時了解現場的生產情況,快速、準確、有效的作出分析判斷決策。及時整合相關數據信息，可以保證各個部門信息采集的一致性；科學分析實際生產問題。然后針對實際問題來采取有效的解決措施。

通過網絡通信技術、數據采集技術以及通過對數據的二次開發，形成一個綜合的生產信息管理平臺，以達到對企業的能源管理、生產運行管理和關鍵生產設備的運行狀態監控等管理等，并為能源優化、生產管理調度和關鍵設備運行維護提供依據。