自控率監(jiān)控在煉化企業(yè)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

華強(qiáng)

摘要：本文介紹了利用過(guò)程控制系統(tǒng)DCS、生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)MES相關(guān)功能，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)計(jì)算各裝置及全廠的自控率，并利用MES系統(tǒng)的平穩(wěn)率監(jiān)控功能對(duì)自控率進(jìn)行平穩(wěn)率的監(jiān)控及統(tǒng)計(jì)，為煉化企業(yè)裝置自控率的在線監(jiān)控與考核提供了實(shí)現(xiàn)方法，促使裝置提高自動(dòng)控制應(yīng)用水平，從而提升裝置效益。

關(guān)鍵詞：DCS;MES;實(shí)時(shí)監(jiān)控;自控率;平穩(wěn)率

1引言

隨著先進(jìn)控制系統(tǒng)（APC）的深入建設(shè)與應(yīng)用，要求企業(yè)盡可能地提高裝置自控率，裝置自控率高，先進(jìn)控制系統(tǒng)的作用才能顯著地體現(xiàn)出來(lái)，裝置自控率已成為衡量裝置操作管理水平高低的指標(biāo)之一，也是先進(jìn)控制系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。因此對(duì)裝置自控率的在線監(jiān)控及考核成為企業(yè)較為迫切的需求。

煉化企業(yè)裝置過(guò)程控制系統(tǒng)以DCS系統(tǒng)為主，各控制回路在DCS系統(tǒng)中均有實(shí)時(shí)的回路狀態(tài)參數(shù)，用以標(biāo)記回路實(shí)時(shí)狀態(tài)，但傳統(tǒng)煉化企業(yè)各裝置DCS系統(tǒng)型號(hào)、品牌多樣，各裝置DCS系統(tǒng)大多是相互獨(dú)立的系統(tǒng)，僅依靠DCS系統(tǒng)大多煉化企業(yè)無(wú)法完成全廠自控率的計(jì)算與監(jiān)控。

生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)（MES系統(tǒng)）是煉化企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行管理層面的核心系統(tǒng)，其功能涵蓋了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、平穩(wěn)率監(jiān)控等許多功能，其生產(chǎn)運(yùn)行管理方面發(fā)揮了巨大作用。MES系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)可以將各裝置過(guò)程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行采集，將全廠各裝置生產(chǎn)數(shù)據(jù)集中到一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)中。

利用過(guò)程控制系統(tǒng)DCS，配合MES系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)功能，可以在MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各裝置及全廠自控率的在線計(jì)算與監(jiān)控。利用MES系統(tǒng)平穩(wěn)率監(jiān)控功能，對(duì)各裝置自控率設(shè)定監(jiān)控目標(biāo)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)自控率達(dá)標(biāo)情況，統(tǒng)計(jì)裝置自控率的平穩(wěn)率，為考核提供數(shù)據(jù)支持，促使基層裝置不斷提升自動(dòng)控制水平，從而提升裝置運(yùn)行效益。

2 自控率數(shù)據(jù)在線采集與計(jì)算

2.1 DCS系統(tǒng)控制回路狀態(tài)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化

煉化企業(yè)裝置控制回路分為簡(jiǎn)單PID控制回路以及復(fù)雜控制回路，如串級(jí)控制回路、比值控制回路、選擇控制回路等等。在控制系統(tǒng)中，控制回路投自動(dòng)控制時(shí)狀態(tài)為自動(dòng)，復(fù)雜回路投自動(dòng)控制時(shí)其參數(shù)也有對(duì)應(yīng)的狀態(tài)，如串級(jí)控制狀態(tài)等等，而當(dāng)控制回路處于手動(dòng)控制時(shí)，回路狀態(tài)均為手動(dòng)。在不同品牌的DCS系統(tǒng)中，自動(dòng)控制狀態(tài)、復(fù)雜控制狀態(tài)、手動(dòng)控制狀態(tài)對(duì)應(yīng)的值可能不一樣，如自動(dòng)控制狀態(tài)，有的DCS系統(tǒng)標(biāo)記值為A，有的標(biāo)記值為AT等等，為便于MES系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與自控率的計(jì)算，在DCS系統(tǒng)中對(duì)每個(gè)控制回路的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

1） 為每個(gè)控制回路建立回路狀態(tài)計(jì)算位號(hào)（參數(shù)），位號(hào)結(jié)果值為0或1，0代表控制回路處于手動(dòng)控制狀態(tài)，1代表控制回路處于自動(dòng)控制狀態(tài)。

2） 控制回路狀態(tài)計(jì)算位號(hào)的值，根據(jù)控制回路所處狀態(tài)實(shí)時(shí)計(jì)算，在DCS系統(tǒng)中可通過(guò)邏輯判斷計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3） 將新位號(hào)參數(shù)下裝到DCS系統(tǒng)的OPC服務(wù)器中，MES系統(tǒng)將通過(guò)OPC服務(wù)在線采集控制回路狀態(tài)數(shù)據(jù)。

2.2 控制回路實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集

MES系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器集群、數(shù)據(jù)采集緩存機(jī)（BUFFER機(jī)）及安全防護(hù)設(shè)備如防火墻、隔離網(wǎng)閘等組成，某煉化企業(yè)MES系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集架構(gòu)示意圖如圖1所示。

DCS系統(tǒng)通過(guò)OPC接口的方式對(duì)外提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，OPC接口在DCS系統(tǒng)中以O(shè)PC服務(wù)器的形式存在。MES系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)采用BUFFER-SHADOW結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。BUFFER機(jī)作為OPC客戶端從OPC服務(wù)器獲取控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，然后通過(guò)生產(chǎn)網(wǎng)將采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)綄?shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器（SHADOW）中。通常，BUFFER機(jī)部署在OPC服務(wù)器所在地，SHADOW部署在企業(yè)管理網(wǎng)段。當(dāng)BUFFER機(jī)和SHADOW服務(wù)器之間網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，前端BUFFER機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集無(wú)影響，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后數(shù)據(jù)可以從buffer機(jī)續(xù)傳到SHADOW服務(wù)器中，保證數(shù)據(jù)的完整。在OPC服務(wù)器和BUFFER之間通過(guò)隔離網(wǎng)閘實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)單向傳輸，保障控制系統(tǒng)安全。同時(shí)，在生產(chǎn)網(wǎng)和管理網(wǎng)之間通過(guò)防火墻進(jìn)行加固隔離，加固生產(chǎn)網(wǎng)安全。

數(shù)據(jù)采集時(shí)在MES系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中建立與DCS系統(tǒng)控制回路狀態(tài)位號(hào)一一對(duì)應(yīng)的位號(hào)來(lái)采集控制回路實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，由于在DCS中進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理，MES系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)配置的位號(hào)采集到的控制回路狀態(tài)值為0（手動(dòng)控制）和1（自動(dòng)控制），極大方便了MES系統(tǒng)中自控率的計(jì)算。

2.3自控率的計(jì)算

1） 單裝置自控率計(jì)算

單裝置自控率計(jì)算公式如下：

[單裝置自控率=裝置投自動(dòng)的控制回路總數(shù)裝置總回路數(shù)*100%]

對(duì)于煉化裝置，裝置總回路數(shù)一般是固定數(shù)據(jù)，根據(jù)公式，計(jì)算出該裝置投自動(dòng)的控制回路總數(shù)即可計(jì)算裝置自控率。裝置投自動(dòng)的控制回路總數(shù)可以通過(guò)該裝置所有控制回路狀態(tài)位號(hào)值進(jìn)行加和計(jì)算得出。實(shí)施過(guò)程中，對(duì)每個(gè)裝置在MES系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中建立2個(gè)虛擬計(jì)算位號(hào)，分別用于計(jì)算裝置投自動(dòng)的控制回路數(shù)和裝置自控率，并在虛擬位號(hào)中配置相應(yīng)的計(jì)算公式，即可利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)計(jì)算每個(gè)裝置投自動(dòng)的回路總數(shù)及裝置自控率。

2） 全廠總自控率計(jì)算

全廠總自控率計(jì)算公式如下：

其中， 全廠裝置投自動(dòng)的控制回路總數(shù)可通過(guò)各個(gè)裝置投自動(dòng)的控制回路總數(shù)位號(hào)加和計(jì)算得出，全廠裝置總回路數(shù)一般為固定值。在MES系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中建立相應(yīng)的計(jì)算位號(hào)，配置計(jì)算公式便可自動(dòng)計(jì)算全廠總自控率。

對(duì)于全廠總自控率，有時(shí)需要將某些停工的裝置排除在外，需要在裝置停工時(shí)手動(dòng)去更改計(jì)算參數(shù)，將計(jì)算公式中某個(gè)裝置的投自控的回路數(shù)和總回路數(shù)給去掉，這就引起維護(hù)不及時(shí)，計(jì)算結(jié)果不能正確反映實(shí)際自控率的情況。在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，可通過(guò)增加相應(yīng)的邏輯判斷來(lái)確定裝置的開(kāi)停工狀態(tài)，然后在計(jì)算時(shí)將該裝置數(shù)據(jù)剔除掉。