王飛

1  概述

    北京太行前景水泥公司已經(jīng)應用了ABB的DCS控制系統，在總控室可以直觀(guān)地了解控制系統的運行狀態(tài)和運行參數，由于底層的控制層與上層的管理層之間的分離，導致企業(yè)的管理者不能及時(shí)、直觀(guān)地了解生產(chǎn)現場(chǎng)的運行情況。而且控制系統與管理系統分布在廠(chǎng)區的不同地點(diǎn)，生產(chǎn)運行數據只能通過(guò)手工方式抄送，無(wú)法及時(shí)進(jìn)行數據的綜合分析，同時(shí)也不便于運行值長(cháng)對生產(chǎn)及設備運行情況的了解。

    為了從根本上解決水泥公司控制系統與管理系統的分離問(wèn)題，實(shí)現全廠(chǎng)“管控一體化”的生產(chǎn)運行管理模式，擬選用北京和利時(shí)信息技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)和信公司）的HiRIS實(shí)時(shí)信息系統，為下一步的水泥生產(chǎn)信息化建設奠定了基礎。

    在設備層，企業(yè)已使用一套ABB的DCS控制系統，水泥成品質(zhì)量分析主要用到鈣鐵煤分析儀、恒加荷自動(dòng)水泥壓力試驗機兩種設備，原材料、水泥成品的計量統計通過(guò)汽車(chē)衡。

    企業(yè)計量、質(zhì)量分析設備及自動(dòng)控制系統（車(chē)間層信息化）的應用已逐漸成熟和普及，而目前控制系統與管理系統分離問(wèn)題已成為制約企業(yè)信息化建設發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。管理者不能及時(shí)、直觀(guān)地了解生產(chǎn)現場(chǎng)的運行情況；管理網(wǎng)和控制網(wǎng)數據無(wú)法共享；多個(gè)控制系統各自獨立，無(wú)法進(jìn)行綜合分析，統一規劃全廠(chǎng)資源，無(wú)法對控制系統數據進(jìn)行更深層次的挖掘，造成大量數據浪費。在這種情況下，企業(yè)就需要一套方便實(shí)用的實(shí)時(shí)信息系統，它可以連接現場(chǎng)的控制系統及其它計量、質(zhì)量分析設備，采集這些系統中的實(shí)時(shí)數據，使集團或公司的管理者在辦公室里就可以監測到生產(chǎn)現場(chǎng)生產(chǎn)情況及報警信息；并可以對取得的實(shí)時(shí)數據進(jìn)行優(yōu)化、分析，從而為保證生產(chǎn)設備正常運轉、降低生產(chǎn)成本、提高工作效率、獲取更大利潤提供重要依據。

2  系統總體結構

    根據該公司的實(shí)際需求，和信公司設計的實(shí)時(shí)信息系統總體結構如下圖1所示。

圖1系統總體結構圖

    在企業(yè)的管理網(wǎng)中加一臺實(shí)時(shí)數據服務(wù)器，此服務(wù)器的功能是將控制系統的數據進(jìn)行壓縮、計算、分析后存入數據庫，向管理網(wǎng)的其他用戶(hù)提供歷史數據及實(shí)時(shí)數據的查詢(xún)功能。根據該公司的實(shí)際情況，向實(shí)時(shí)數據服務(wù)器發(fā)送數據需要采用多種方式，下面進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

3  系統主要實(shí)現功能

    HiRIS主要包括數據庫表創(chuàng )建、網(wǎng)關(guān)、數據接收、模擬圖及報表組態(tài)、實(shí)時(shí)信息分析和WEB服務(wù)模塊等六個(gè)模塊。

    (1)  數據庫表創(chuàng )建模塊

    該模塊用于構筑數據庫表結構平臺。使用此模塊將系統用到的數據庫表結構、表之間的關(guān)系及數據規則復制到大型數據庫中，用以存儲數據。此模塊在系統啟用之前必須完成，是其它模塊運行的基礎。

    (2)  網(wǎng)關(guān)模塊

    該模塊運行于網(wǎng)關(guān)機中，所完成的功能是取出連接的控制系統、分析儀、壓力試驗機及地秤數據并傳入到管理系統網(wǎng)絡(luò )中的數據服務(wù)器中。網(wǎng)關(guān)機具有兩塊網(wǎng)卡，分別連通控制網(wǎng)及管理網(wǎng)。網(wǎng)關(guān)機通過(guò)連接到控制系統的網(wǎng)卡采集到底層控制網(wǎng)的數據后，用另一塊網(wǎng)卡以UDP數據包的方式發(fā)送到管理系統網(wǎng)中。

    網(wǎng)關(guān)模塊提取的數據包括以下幾種：

    ?  ABB的DCS控制系統數據

    DCS系統通過(guò)網(wǎng)關(guān)計算機連入企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò )，使得控制系統的運行數據單向傳送到實(shí)時(shí)數據服務(wù)器中，而管理網(wǎng)絡(luò )信息系統中的數據不能傳送到DCS/PLC系統，屏蔽了對生產(chǎn)的干擾和病毒的侵害，保證了生產(chǎn)的安全性。

    ?  質(zhì)量檢驗數據

    質(zhì)量檢驗數據包括原材料、熟料、水泥成品化學(xué)分析及物理檢驗等，各種分析檢驗項目如下：

    原材料的化學(xué)分析  檢驗項目為：Loss、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、Cl^－、K₂O、N₂O、SO₃等。

    熟料的化學(xué)分析  檢驗項目為：Loss、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、Cl^－、K₂O、N₂O、SO₃、KH、KH^－、n、p、f-CaO、C₃S、C₂S、C₃A、C₄AF等；

    熟料的物理檢驗  檢驗項目為：安定性、稠度、初凝、終凝、細度、比表、抗折3天、抗壓3天、抗折28天、抗壓28天等。

    水泥成品物理檢驗  檢驗項目為：抗折3天、抗壓3天、抗折28天、抗壓28天等。

    ?  地秤數據

    地秤系統作為廠(chǎng)內石灰石等原料以及熟料和水泥成品的計量工具，其數據非常重要。目前該公司地秤系統已經(jīng)實(shí)現了計算機管理，需要編寫(xiě)接口程序，每天定期將地秤分類(lèi)計量數據傳入系統，作為原料、能源消耗、熟料以及散裝水泥結算計算的依據之一。

    (3)  數據接收模塊

    該模塊是將DCS網(wǎng)關(guān)機以及各分析儀及地秤網(wǎng)關(guān)及傳送上來(lái)的數據包進(jìn)行處理、優(yōu)化后，存入數據庫，用以進(jìn)行數據分析及向MIS/ERP系統中其他模塊提供數據接口。

    (4)  模擬圖及報表組態(tài)模塊

    該模塊包括實(shí)時(shí)模擬圖組態(tài)和報表組態(tài)兩大功能，模擬圖組態(tài)功能主要完成對DCS實(shí)時(shí)數據模擬圖上需顯示的DCS信息點(diǎn)及其顯示位置、顯示形式的定義，包括定義模擬量的實(shí)時(shí)數字顯示、開(kāi)關(guān)量的實(shí)時(shí)圖形顯示，實(shí)時(shí)數據的棒圖顯示、列表式顯示以及計算點(diǎn)的顯示等；并可定義各信息點(diǎn)的報警上下限值，實(shí)現報警顯示。

    報表組態(tài)功能實(shí)現企業(yè)實(shí)時(shí)信息系統報表的組態(tài)工作。用戶(hù)可根據本企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)情況定制生產(chǎn)報表，靈活設置報表的樣式，使報表的每列數據可以是DCS的某一項指標，也可以是某幾項指標的運算表達式，并可在報表內進(jìn)行計算、匯總等操作；報表相關(guān)聯(lián)的指標數值的取值可有多種選擇，可以是取值頻率為每秒或每分鐘的平均值，也可以是每小時(shí)的瞬時(shí)值。

    (5)  實(shí)時(shí)信息分析模塊

    實(shí)時(shí)信息分析即控制系統實(shí)時(shí)信息數據領(lǐng)導查詢(xún)系統，是面向最終用戶(hù)的實(shí)時(shí)信息分析系統，包括實(shí)時(shí)模擬圖監測、歷史數據分析、報表查詢(xún)三部分主要功能。

    ?  實(shí)時(shí)模擬圖監測功能以系統模擬圖的方式顯示生產(chǎn)現場(chǎng)系統運行實(shí)際情況，實(shí)時(shí)觀(guān)測生產(chǎn)現場(chǎng)的各項指標。數據的顯示方式包括模擬量的實(shí)時(shí)數字顯示，開(kāi)關(guān)量的實(shí)時(shí)圖形顯示、實(shí)時(shí)棒圖顯示、實(shí)時(shí)數據的列表式顯示等；當數據超過(guò)規定的限值時(shí)，系統可自動(dòng)產(chǎn)生報警信息；可自定義圖形化按鈕在各模擬圖之間切換。在此功能中可以通過(guò)按鈕切換監測各車(chē)間的實(shí)時(shí)生產(chǎn)情況，并可在同一畫(huà)面綜合監測幾個(gè)車(chē)間的相關(guān)指標；實(shí)時(shí)畫(huà)面的每一個(gè)模擬量點(diǎn)的小數位數可由用戶(hù)定義。

    ?  歷史數據分析包括歷史數據曲線(xiàn)和超限額運行時(shí)間統計兩大功能。歷史數據曲線(xiàn)功能可以觀(guān)察某項指標某一天的點(diǎn)值變化曲線(xiàn)及其報警線(xiàn)的顯示，并可同時(shí)顯示多條指標曲線(xiàn)，用來(lái)進(jìn)行對比顯示，可以放大曲線(xiàn)的任意區域，查看曲線(xiàn)在各取點(diǎn)時(shí)間精確的點(diǎn)值信息，可以查看圖中各項指標曲線(xiàn)的報警限值，統計每項指標在給定時(shí)間段內的最大值、最小值及其各自的取值時(shí)間，瀏覽超過(guò)報警限額運行的時(shí)間點(diǎn)及其點(diǎn)值并進(jìn)行匯總統計；歷史曲線(xiàn)可以自由組合，且可以查詢(xún)任意24小時(shí)內的曲線(xiàn)以及月曲線(xiàn)。超限額運行時(shí)間統計功能可以查看任意區間內某項指標超過(guò)報警限值運行的時(shí)間累計情況，包括查詢(xún)區間內各小時(shí)超過(guò)報警值上限、下限的時(shí)間以及時(shí)間的累計。

    ?  報表查詢(xún)功能實(shí)現企業(yè)的生產(chǎn)報表查詢(xún)功能，包括日報查詢(xún)和班報查詢(xún)功能，報表的種類(lèi)和樣式由報表組態(tài)軟件靈活設置。

    (6)  WEB服務(wù)模塊

    通過(guò)WEB組件，管理者可以在家里、外地，只要能連通Internet，就可以隨時(shí)監控生產(chǎn)現場(chǎng)的實(shí)際情況。此模塊共有兩部分程序，Web瀏覽器端程序和Web服務(wù)器伺服程序，瀏覽器端程序共包括三部分功能：實(shí)時(shí)模擬圖監測、歷史數據分析、靈活報表。本模塊采用B/S結構，客戶(hù)端只要裝有瀏覽器即可（如微軟公司的IE），所有的瀏覽器查詢(xún)程序以及服務(wù)器伺服程序安裝在Web服務(wù)器所在的機器上。

4  應用效果及展望

    在企業(yè)“管控一體化”的信息系統建設中，實(shí)時(shí)信息系統起著(zhù)非常重要的作用。它可以采集控制系統中的實(shí)時(shí)數據，使管理者在辦公室里就可以監測到生產(chǎn)現場(chǎng)生產(chǎn)情況及報警信息；并可以對取得的實(shí)時(shí)數據進(jìn)行優(yōu)化、分析，從而為保證生產(chǎn)設備正常運轉、降低生產(chǎn)成本提供重要基礎。本系統主要特點(diǎn)如下：

    (1)  適用于大型的連續化生產(chǎn)的行業(yè)；

    (2)  靈活、簡(jiǎn)便的組態(tài)功能，包括實(shí)時(shí)模擬圖、報表和分析曲線(xiàn)組態(tài)；

    (3)  用戶(hù)可以很快地從應用中獲得投資的回報，同時(shí)Windows NT的平臺也使系統的安裝與維護更加容易；

    (4)  高速的實(shí)時(shí)數據處理功能；

    (5)  高效的數據存儲方式；

    (6)  開(kāi)放的數據結構，系統具有強大的可擴展性；

    (7)  數據刷新周期可以定義為1秒，真正實(shí)現數據的實(shí)時(shí)采集；

    (8)  通用的數據采集接口，可與多家國內外著(zhù)名的多種DCS、PLC及儀表等控制系統產(chǎn)品進(jìn)行通訊實(shí)現無(wú)縫連接；

    (9)  靈活方便的數據查詢(xún)工具。