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強彩文，祁圣華，高 霞
勝利油田油氣集輸公司是勝利油田從事油氣集輸的專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)，主要擔負勝利油田原油外輸、天然氣生產(chǎn)集輸及輕烴生產(chǎn)任務(wù)，管理著(zhù)9個(gè)氣田，187口氣井，24座集配氣站，總長(cháng)240公里的天然氣輸氣管道和220公里的輸油管道，8座大中型輸油站庫，2座壓氣站和3套輕烴回收裝置。所轄13個(gè)三級單位，具有點(diǎn)多、線(xiàn)長(cháng)、面廣、易燃易爆、高溫高壓的特點(diǎn)。
前些年，在信息化建設中，已經(jīng)開(kāi)發(fā)應用了多套DCS、PLC自動(dòng)化系統。為了整合這些獨立的系統，實(shí)現數據共享，該廠(chǎng)經(jīng)過(guò)多年的研究試驗，引進(jìn)了三維力控實(shí)時(shí)數據庫pSpace。
1 實(shí)時(shí)數據庫
該廠(chǎng)大型輕烴裝置和設備已基本實(shí)現了自動(dòng)化，共有DCS系統5套，PLC系統2套。但是這些系統建設時(shí)間不一，軟件系統各異，接口各不相同，系統各自獨立，妨礙了信息共享利用。
2001年，該廠(chǎng)決定把東營(yíng)壓氣站大型離心壓縮機組自動(dòng)化系統橫河DCS CS1000聯(lián)入局域網(wǎng)，使用OPC方式通過(guò)VB、VC編程實(shí)現了在瀏覽器中實(shí)時(shí)監控畫(huà)面及其歷史曲線(xiàn)。通過(guò)這次嘗試，筆者感到自行編程方式來(lái)實(shí)現與工業(yè)控制系統的互聯(lián)，達到從監控、報警、自動(dòng)報表計算等功能確實(shí)有一定難度并且通用性差，每套系統都照此開(kāi)發(fā)一套，不僅價(jià)格高，而且隨著(zhù)生產(chǎn)變動(dòng)，系統也可能隨著(zhù)相應改變，程序也需維護?？傊?，開(kāi)發(fā)成本高、移植性差、擴展性差、維護成本高并且升級成本與日驟增。
經(jīng)過(guò)對當前實(shí)時(shí)數據庫調研分析后，（最終選用）三維力控實(shí)時(shí)數據庫pSpace。它具有極強數據處理能力的服務(wù)器，豐富的多數據采集接口以及功能實(shí)用的數據查詢(xún)分析工具，以pSpace作為整個(gè)公司的實(shí)時(shí)數據庫，向下集成全公司的生產(chǎn)數據，橫向可關(guān)系統型數據庫（Oracle）進(jìn)行雙向數據交換，向上為各種生產(chǎn)管理應用系統提供平臺支持，起到了兩個(gè)層面之間的橋梁作用使生產(chǎn)過(guò)程控制系統和管理信息系統相結合，從監測和考核原材料及水、電、汽、風(fēng)的用量入手，減少能耗物耗；分析事故原因，可建立一套由幾個(gè)關(guān)鍵參數組成的關(guān)聯(lián)報警方案，以避免事故的再次發(fā)生；分析過(guò)去的工藝情況，可查找并消除生產(chǎn)運行瓶頸，優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，提高生產(chǎn)運行效率；對比分析操作參數與運行質(zhì)量的關(guān)系，可更好地將運行質(zhì)量控制在最恰當的范圍，最終實(shí)現生產(chǎn)企業(yè)管控一體化。
2 實(shí)時(shí)數據庫的設計
油氣集輸公司下屬單位地理位置分布極為廣泛，是典型的點(diǎn)多、線(xiàn)長(cháng)。為保證數據傳輸，在主要生產(chǎn)站場(chǎng)設一臺區域數據庫服務(wù)器，公司中心機房設一臺pSpace實(shí)時(shí)數據庫服務(wù)器，負責實(shí)時(shí)數據的收集、整理和web發(fā)布。
(1) 實(shí)時(shí)數據庫設計方案參見(jiàn)圖1
圖1 實(shí)時(shí)數據庫系統網(wǎng)絡(luò )結構示意圖
(2) 工控內部網(wǎng)特點(diǎn)
為保證網(wǎng)絡(luò )安全，設置力控本地數據庫的微機安裝兩塊網(wǎng)卡，一塊網(wǎng)卡與管理局的局域網(wǎng)相連接，一塊網(wǎng)卡與工控的操作站以?xún)染W(wǎng)方式連接，這臺起到網(wǎng)關(guān)作用的機器由各站維護人員及時(shí)負責升級防病毒軟件和給系統打補丁，把不安全因素控制在這一端，避免一些外部因素對操作站的直接沖擊，如果四級單位有多個(gè)不同自控系統操作站，維護工作主要集中在負責上傳數據的本地力控機，把住入口基本上控制了網(wǎng)絡(luò )病毒在內部網(wǎng)的侵蝕，并且內部其它機器可通過(guò)這臺力控間接從網(wǎng)絡(luò )上下載一些必要程序，方便了軟件的升級。
(3) 實(shí)時(shí)數據庫采集設計方案
① 當DCS具有OPC或DDE接口時(shí)，本地實(shí)時(shí)數據庫只需通過(guò)以太網(wǎng)就可以以遠程方式采集DCS數據。
② 對于PLC，本地實(shí)時(shí)數據庫需要通過(guò)與PLC相匹配的通訊接口采集PLC數據。
③ 對于沒(méi)有開(kāi)放接口的DCS，本地實(shí)時(shí)數據庫需要通過(guò)專(zhuān)用驅動(dòng)程序通過(guò)相匹配的通訊網(wǎng)絡(luò )采集DCS數據。
④ 對于已經(jīng)實(shí)現數據采集的裝置，可以通過(guò)DDE、OPC、ODBC等方式將數據直接采集進(jìn)入本地實(shí)時(shí)數據庫。
⑤ 有些實(shí)時(shí)數據進(jìn)行計算處理后，通過(guò)ODBC送到關(guān)系數據庫做更深層應用。
3 實(shí)時(shí)數據庫在原油庫自動(dòng)化改造中的應用
2002年底，東營(yíng)油庫實(shí)施了全庫自動(dòng)化改造。
改造實(shí)施內容：東營(yíng)原油庫自動(dòng)化改造以數據采集為重點(diǎn)，加上部分控制系統，此次實(shí)施包括六個(gè)重要崗位：流量計崗、罐區計量崗、泵房崗、加熱爐崗、鍋爐崗、外銷(xiāo)流量計。
根據情況實(shí)際情況，該項目選用了德國西門(mén)子SIEMENS S7-400自動(dòng)控制系統。全裝置共有6個(gè)控制室：4個(gè)現場(chǎng)控制室各設一個(gè)操作員站，用來(lái)監控本崗位的工藝過(guò)程。中央控制室設1個(gè)操作員站和1個(gè)工程師站，操作員站可以監控全裝置的工藝過(guò)程，工程師站除了可以編程組態(tài)外，也可以作為操作員站來(lái)使用。
整個(gè)控制系統使用2套冗余的414H控制器，其中流量計崗和西流量計崗用1套控制器；計量崗和其他三個(gè)崗位共用1套控制器。各崗位的I/O信號模塊安裝在本地的控制柜中，它們和控制器之間通過(guò)PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)相連接。其系統結構圖如圖2所示。
怎樣通過(guò)局域網(wǎng)，對現場(chǎng)過(guò)程、歷史曲線(xiàn)等應用遠程瀏覽是此次自動(dòng)化改造的重要問(wèn)題。西門(mén)子的組態(tài)軟件WINCC具有直接發(fā)布功能，工程技術(shù)人員更傾向于使用WINCC自帶的WEB發(fā)布功能即從操作站上把現有組態(tài)畫(huà)面網(wǎng)上直接發(fā)布,認為不但所有組態(tài)可以原樣保留，不增加工作量，可通過(guò)權限來(lái)控制。供應商卻認為如果這樣實(shí)施首先帶來(lái)的安全問(wèn)題不容忽視，其次是針對性不強，因網(wǎng)上瀏覽以管理技術(shù)人員為主，一些詳細的操作畫(huà)面完全沒(méi)有必要，如方便操作員的所有控制組畫(huà)面，本地發(fā)布，數據不統一存儲，將會(huì )造成全公司自控化系統發(fā)布不統一，不但難于管理，維護難度增加，而且更深層次的應用如優(yōu)化運行、故障分析等無(wú)法展開(kāi)。pSpace解決方案的整體引入即建立原油庫本地二級實(shí)時(shí)數據存儲，公司建立一級實(shí)時(shí)數據發(fā)布、存儲中心。初始采用Step7 Opc Server方式向pSpace傳送數據，使用一個(gè)階段后，改為采用通過(guò)在力控中配置I/O驅動(dòng)中Softnets7來(lái)直接從工業(yè)以太網(wǎng)上讀I/O設備，力控當作為PLC系統的一個(gè)的操作站，某些轉換用pSpace的腳本完全可實(shí)現，完全能夠更快更迅速地采集西門(mén)子PLC的數據，同時(shí)實(shí)時(shí)地向設在公司的中心服務(wù)器傳輸數據。
圖2 系統示意圖
設在中控室的監控機器既在原油庫內部的工業(yè)以太網(wǎng)上，同時(shí)又在局域網(wǎng)上，完全起到網(wǎng)關(guān)的作用，它有選擇性進(jìn)行組態(tài)顯示原油庫各采集點(diǎn)的重要參數，控制點(diǎn)沒(méi)有進(jìn)行組態(tài)，從源頭上保證數據的安全性。原油庫西門(mén)子S7-400實(shí)時(shí)數據上傳局域網(wǎng)解決方案的成功實(shí)施，為公司全面實(shí)施自控系統遠程監控做了嘗試，它集成了大量的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數據，打破了過(guò)去生產(chǎn)實(shí)時(shí)數據停留在各崗位的局限，實(shí)現了全公司生產(chǎn)實(shí)時(shí)數據的共享。有了它，生產(chǎn)調度可以及時(shí)全面了解生產(chǎn)情況，迅速處理種種突發(fā)事件。今后集輸公司現有各生產(chǎn)崗位的重要實(shí)時(shí)參數，可統一存儲和管理，并可保存幾年的歷史數據，通過(guò)對連續生產(chǎn)中存在著(zhù)大量的實(shí)時(shí)數據處理、存儲和集成建立歷史數據曲線(xiàn)、報警查詢(xún)、異常報警、控制點(diǎn)監視、事故追憶等應用。遠程監測關(guān)鍵參數運行狀態(tài)，使生產(chǎn)的運行狀態(tài)保持平穩，提高操作水平。
中心實(shí)時(shí)庫建立所需的數據源，使用Server、Client應答與遠端區域數據庫進(jìn)行交互。
4 結語(yǔ)
筆者認為pSpace對一般人員來(lái)說(shuō)使用起來(lái)非常方便，腳本不復雜并簡(jiǎn)單易用，但如果能加入微軟的VC編譯器，則更有利于一些用戶(hù)的特殊開(kāi)發(fā)需要和靈活度；用于web發(fā)布時(shí)控制應申請微軟的簽名認證，避免某些用戶(hù)瀏覽器安全級別降低而帶為的不必要麻煩。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號