MES 系統實施建設與創新技術應用

宋 揚，阿福東

（中國石油大慶煉化分公司，黑龍江 大慶 163414）

1 總體實施背景

1.1 MES 系統應用情況

大慶煉化公司MES（Manufacturing Execution System）面向制造企業執行層的生產信息化管理系統于2006 年實施投用至今，共計覆蓋生產裝置48 套，采集實時數據21 000 余點，可運算平穩率指標1 700 余個。MES 系統采用BUF－SHADOW（客戶機－服務器）結構，在生產裝置DCS（Distributed Control System，分布式控制系統）控制站安裝BUF、OPC（Object Linking and Embedding for Process Control）與DCS 系統進行數據通信。BUF 服務器機采集DCS 數據上傳至信息中心SHADOW 端服務器，數據進行處理后，發布網頁供生產及技術部門查看使用。

1.2 MES 系統設備現狀及實施目的

MES 實施初期購置的BUF／OPC 服務器、客戶機已經不能滿足生產需要，設備老化，故障頻發。系統軟件與行政辦公系統兼容性差，數據采集故障率高，部分模塊用戶體驗不佳。通過對MES 1.0 的實施經驗進行總結，在對系統各模塊需求調研的基礎上，分析MES 1.0 的功能差距解決MES2.0 存在的問題。將MES 1.0 原有的14 個功能整合為9 個功能模塊，并進行功能提升；新增化工生產批次管理、生產績效管理、生產運行信息平臺、計量管理4 個功能模塊。

2 項目的設計目標

2016 年底，通過內部項目先期會議，建立了項目的基本網絡架構方案，對新方案的技術創新性、網絡安全性、系統穩定性、用戶體驗性等進行了充分的論證并征詢了外部專家的意見，確定了MES 2.0 系統在煉化企業信息化架構地位。

2.1 技術創新性設計

通過公司原有HP 服務器及VMware 系統在MES 1.0 虛擬化服務器的實施經驗，采用虛擬化設計，在MES 原有技術架構下實現了BUF 的虛擬化集成。此項技術為中石油MES 2.0 整體實施中的創新設計，在大幅提高了系統穩定性的同時降低了項目整體投資。

2.2 系統穩定性設計

服務器均采用Windows Server 2012 R2 系統后性能整體提升20%。可在虛擬化技術的支持下采用VMware 虛擬服務器方式運行，備份機制更加完善，可通過虛擬快照實現系統迅捷恢復。同時平臺配置機房UPS 電源支撐電力供應，降低因BUF 機分散于各裝置時因廠區電力波動導致的宕機概率。

2.3 網絡安全性設計

該設計在MES 虛擬化平臺上配置北京力控工業安全網關及華為多業務以太網防火墻設備，提高了網絡安全防范性能。同時增加微軟補丁分發服務器為整個系統定時發布安全漏洞補丁，統一對虛擬BUF 進行360 天擎系列企業級防病毒軟件安裝。

2.4 用戶體驗性設計

MES 系統采用霍尼韋爾新一代PHD 實時數據庫軟件實現裝置DCS 數據的采集，數據采集頻率由過去的120 秒更新至30 秒甚至是5 秒，提高了MES 數據的實時性。同時對運行管理模塊進行程序優化提高了平穩率數據的準確性，經過對MES 系統用戶調研，發現用戶對新系統操作性和數據的準確率非常滿意。

3 大慶煉化MES 實施中采用的新技術

3.1 采用虛擬服務器硬件升級技術方案

為了降低采購費用及未來的維護成本，MES 硬件升級項目中采用虛擬化技術，改變原有網絡結構。采用虛擬服務器代替BUF 機，通過新增硬件防火墻、安全網關設備保障各裝置MES 接口完全隔離，防止病毒通過MES 網絡進行傳播，同時在虛擬化服務器集中部署殺毒軟件，通過同步更新系統補丁等方式提高MES 系統整體安全性，在信息中心機房進行統一管理。該方案的核心技術在于VMware 技術進行虛擬交換機的鏈路創建，以及通過具備三層交換功能的華為防火墻實現BUF 端口的網絡隔離，向下配置工業安全網關保證BUF／DCS 數據交換的安全性，實現MES 系統與DCS 系統接口安全。

3.2 新技術的應用效果

此前BUF 機器及OPC 機器均放置于同一操作臺，現場操作環境差。此次實施的虛擬化方案可以明顯改善現場操作環境，降低BUF 機、OPC 服務器、DCS 操作站的故障率，保證實時數據的穩定傳輸。

經過此次改造，所有BUF 機均以虛擬化形式放置于信息中心機房服務器，便于系統調整、備份恢復及時處理故障，并且由機房提供穩定電源可保障MES 系統穩定運行。同時每年可減少BUF 機維修費用，在新建MES 項目時，可減少購置BUF服務器費用。

3.3 實現PHD 與DCS 畫面1∶1

在項目實施過程中，按照DCS 流程圖繪制MES 流程圖并保證完全一致，各裝置提供DCS 流程圖電子版，MES 項目組建立DCS 原圖數據庫。在原有MES 流程圖基礎上增加燃氣動力、氫氣、瓦斯、蒸汽等匯總流程圖。繪制裝置總貌圖和公司總貌圖，罐區系統流程圖。

在MES 項目建設中，共完成公司、分廠、裝置、罐區實時數據庫流程圖繪制900 余幅，建立位號23 000 余個。

4 MES 部分應用模塊實施情況

通過MES 項目的實施，目前大慶煉化MES 系統已經達到了項目的預期效果，具體實現的主要功能模塊如下。

4.1 實時數據庫

用于存儲和管理實時生產過程數據以及長期的歷史生產數據，對生產操作進行監控，為公司生產管理者分析生產條件對事件進行快速反應和處理提供依據。實時數據庫的使用，可以使管理者及時的監測到生產過程中的異常變化，及時調整生產方案或相關工藝指標。使企業經營管理者能夠隨時掌握生產運行狀況，發現問題及時處理。

4.2 平穩率計算和運行管理

對生產運行整個過程進行協調和管理，包括裝置平穩率和工藝臺賬、操作監控、操作指令、班組日志。

4.2.1 平穩率計算

能夠針對裝置在自定義的時間段內進行位號超出限定值的數據概率統計，以百分率形式、圖形化方式顯示裝置在生產過程中的運行狀況，便于裝置操作人員與管理層的實時管控，用戶可以通過Web 頁面，進行相應的操作，對裝置的運行平穩程度進行評估與監控。

4.2.2 工藝臺賬

工藝臺賬模塊可以通過簡單的配置，使用戶在應用中方便快捷地生成自己需要的電子操作記錄報表，以實現管理層面對不同對象管理的個人定制，取代過去需要手動填寫的紙質工藝臺賬，從而減少查詢歷史報表時的時間。MES 工藝臺賬模塊采用新的提取實時數據的接口和函數，提取實時數據速度大幅提高，用戶可以根據需要調整提取實時數據的頻率和需要保留工藝參數的小數位數。

5 MES 實施效果

增強系統對IT 新技術的支持，提高系統運行的速度及穩定性，在新系統架構及高性能虛擬化服務器的支撐下，預計數據采集頻率可提高一倍，大容量服務器可保障生產歷史數據存儲由過去的1 年增加到5 年。

增加對高版本瀏覽器的支持，新系統瀏覽實時數據流程圖不再需要加入域，通過優化系統插件的方式增強了與OA、合同管理等系統的兼容性。工業控制實時流程圖界面除溫度流量液位壓力等數據外，還可對控制點手動、自動模式狀態，閥門開度，操作人員手動對控制點的修改、位號異常波動的超標報警信息直接在流程圖進行顯示，可靈活組態的系統界面使之更接近DCS 現場畫面。

6 結論

此次MES 項目達到了總體目標要求，大慶煉化MES 項目組完成900 張1∶1 流程圖的繪制工作，23 000 余個工業控制位號的梳理工作。MES 系統在涉及煉油及化工的35 套生產裝置及動力儲運等13 套輔助裝置得到全面應用。

在現場具備DCS 工業控制系統的基礎上通過MES 項目建設實現提升工業自動化控制及生產優化管理系統功能和架構，深化模塊間集成應用，優化煉化生產及管理業務流程，實現生產業務對計劃、調度、工藝、執行、統計、分析全過程的閉環管理，實現系統功能對生產、能耗、計量、質量、安環、設備等領域的基本覆蓋，基本實現煉化生產統計業務“班跟蹤、日平衡”，充分發揮信息化系統在煉油化工企業生產運行管理中的核心作用。增強管理層對生產現場的動態監控與生產指揮能力，提高生產運行效率和協同管理水平。