调度生产信息管理的采集解决方案

1、调度生产信息管理的采集解决方案摘要：我公司对调度生产信息管理(实时数据库)系统进行了招标，最终浙江中控技术股份有限公司PIMS36系统以符合招标条件且性价比最优而中标。投用后，解决了困扰我公司多年的多套DCS不能联网，调度中心不能对全公司工艺进行生产调度指挥的难题，保证了公司的安全生产。该系统的建立也为公司今后生产管理信息系统建设奠定了基础。关键字：DCS；网数据；采集； 引 言我公司中心调度室负责全公司工艺生产调度指挥。公司一期、二期及新上的联碱系统的控制系统设备由多家公司生产，型号繁多，有：霍尼韦尔TDC3000和PKS，和利时HS2000，湖南仪峰造气寻优系统，南京科远DEH，ABB的AC800F，新华工控的XDC800，态王60，浙江中控300XP，西门子PCS7等。各系统有各自独立的硬件、软件和网络系统，即使同一家公司的产品(如霍尼韦尔公司的TDC3000和PKS系统)，由于生产时间不同，差别也较大。仅靠扩展原有的DCS难以将所有的系统统一到同一个网络进行生产调度和控制，且中心调度室仅有1套连接一期、二期的霍尼韦尔TDC3000 DCS，由于部分光纤设备卡件已损坏，暂时无法获

2、得同型号与系统相匹配的卡件，以致网络通讯无法恢复，只能对一期工艺系统进行监测管理。因此，公司急需在现有控制系统基础上建立1套全公司调度生产信息管理(实时数据库)系统，该系统须能采集并存储与主要流程相关的实时生产工艺数据，具有安全报警联锁装置，并可实现实时信息显示，以监控、指导各个工艺车间的生产，降低成本，实现稳产高产，为公司提供快捷、高效的全公司生产信息。1 方案确立根据公司目前的情况，基于调度生产信息管理(实时数据库)系统的需求考虑，在提供高性能、高可靠性、可扩展性的基础上，尽量降低系统的初期投资成本。初步方案是：先把造气的湖南仪峰造气寻优系统，二期尿素的霍尼韦尔TDC3000，二期合成、净化、空分的浙江中控300XP，联碱的西门子PCS7 4套系统联网并将重要工艺数据采集传送到调度中心，以后再逐步实现全公司DCS联网。各个DCS设备技术虽然不同，但都符合国际标准的开放性接口协议，如霍尼韦尔TDC3000采用的DDE(Dynamic Data Exchange)接口，浙江中控300XP、西门子PCS7和湖南仪峰造气寻优系统采用的OPC(OLE for Process Contro1)

3、接13，因此可以通过第三方系统软硬件，利用DDE和OPC开放性接口进行数据采集，并存储与主要流程相关的全公司生产实时工艺数据，并以实时数据库为数据采集、存储平台。公司系统网络连接示意见图1。由于各工艺车间距离较远，设计通过光纤星型网络将多套DCS统一接人公司调度中心实时数据服务器。考虑企业发展，实时数据库系统可以集成MES、LIMS、安全监控、设备管理、专家系统、生产过程模拟等后期的应用程序，能在业务管理和生产之间起到桥梁作用，以有效地同时实现对全公司生产信息的集成与安全监控。2 系统建设技术方案实时数据库系统建设分两大组成部分：厂区数据采集系统(数据采集、网络铺设)和数据库系统(网络安全管理、生产信息管理系统)。211 仪峰造气寻优系统造气工段采用的仪峰造气寻优系统提供有OPC软件接口，需要在其服务器或工程师站上安装相应的OPC接口采集软件。由于仪峰系统OPC软件接口是通过串口开放数据的，因此需要提供一串口转以太网模块(232485转以太网模块)，将串口信号转换为以太网信号，再通过网线连接到光纤交换机，然后通过光纤将采集到的数据传递到调度中心服务器进行处理。调度室服务器提供标准OPC

4、客户端，采集系统OPC数据后传递到实时数据库进行显示、分析和存储。212 联碱系统联碱工段采用西门子PCS7-400系统，上位机软件提供有标准OPC软件接口，因此只需在其工程师站或操作站安装网卡(如有特殊情况不能安装，可直接连接其交换机)，通过网线连接至交换机，通过1 500 m光纤将采集的数据传递到调度室实时数据库系统服务器即可。213 二期系统二期系统包括尿素、合成、净化、空分4个工段。空分工段通过光纤与合成、净化工段连接，3个工段采用的是浙江中控300XP系统；尿素工段则采用霍尼韦尔TDC3000 GUS系统。浙江中控系统的上位机软件可以提供标准OPC软件接口，但由于原系统在设计上没有考虑通过OPC接口联网，没有开放OPC接口，因此需增加OPC接口。在其服务器或工程师站上安装相应的OPC接口采集软件，在其工程师站或操作站安装网卡(如有特殊情况不能安装，可直接连接其交换机)，利用OPC接口进行数据采集，通过双绞线传送数据。霍尼韦尔系统是基于Windows NT40的操作系统，电脑主机CPU为PII200，64 Mb内存，原则上支持DDE，需开放DDE接口，转成OPC接口后通过双绞线

5、传送数据。尿素、合成、净化控制系统同在二期中心控制室。空分工段虽较远，但与合成、净化系统有光纤连接，数据可以通过光纤传送，可以视为在同一控制室内。由于霍尼韦尔系统电脑配置较低，在其工作站上加载数据采集软硬件会占用较多系统资源，造成系统崩溃，所以在中心控制室配置了1个数据采集站，专门负责数据采集、运算工作，减轻霍尼韦尔系统的负荷，同时利用二期系统在同一控制室之便，使其兼顾采集浙江中控系统数据。调度室服务器提供数据采集驱动程序，采集的数据通过光纤将数据传递到调度室服务器并同时传递到实时数据库进行显示、分析和存储。如有必要，可以为每套DCS配置1个数据采集站，DCS数据分别通过对应的数据采集站采集，通过光纤传送到中心调度室实时数据服务器进行显示、分析和存储，这样可以减少采集系统软硬件对DCS的影响，但却增加了项目的费用。214 网络铺设通过光纤星型网络将多套DCS接人中心调度室数据服务器。光纤可选择3条多模光纤或6条单模光纤，通过单模或多模光纤收发器(光纤交换机)接收发送光信号并将其转换为以太网信号。光纤铺设还需要有尾纤、跳线、终端盒等，还需对光纤进行熔接等施工。215 注意事项和要求由于D

6、CS涉及到不同厂商的设备和技术，以及考虑到DCS扩展需求，新上的数据采集系统应尽量避免采用专有技术，以使数据采集系统中的软硬件平台具有充分的开放性。数据采集系统接口除需支持DDE、OPC等具有通用接口的DCS数据采集外，还应能连接世界上大多数厂家生产的DCS及PLC，并能对未进入DCS的仪表、电气、视频、监测、报警等信号实现采集。该系统应提供标准的ODBC接口，可以向OA、ERP等系统提供数据；能提供OLE控件、OPC、Modbus等方式向其他系统提供数据；要在保证高速数据采集的同时不影响DCS的运行。系统数据采集周期最低为50 ms，客户端数据刷新周期为500 ms，充分保证数据的一致性和同步性。采集系统必须符合国家、企业相关计量管理标准，确保数据精度，同时数据采集装置必须能准确再现计量表计的原始数据，确保数采各环节数据的一致性，保证精确的统一时钟，确保分时段数据的准确性。要求数据采集系统具有最佳的数据可重现性，具有计量数据本地存储功能。在可能的情况下，系统应能提供足够的数据冗余。22 数据库系统的建设221 调度中心数据库调度室设置1台服务器(可兼作数据采集用。有条件的可专门增设采

7、集站，服务器只作数据存储、运算用)、1台或多台客户端(操作站)。必要时，可以配置双服务器互为冗余或做为双宿主主机。与办公系统联网时，还可以加网关、硬件防火墙、过滤路由器等设备。服务器配置双网卡。一块网卡连接光纤交换机，负责采集造气系统和联碱系统通过光纤传输来的实时数据；另一块网卡负责将服务器数据进行开放，开放到多口交换机，并通过交换机连接调度室网络。各客户端(操作站)通过网线连接交换机获得服务器相应的数据。初步设计实时数据库系统容量为1 000点，实际应用时可以扩展到10 000点。客户端设计为无限点，能同时并发256点以上。数据采集后，集中存储到服务器中，通过专用的压缩存储算法将数据按照时间进行分段存储。服务器通过备份程序可以手动或者自动定时进行网络备份。系统保证1 000点数据在存储周期3 S的情况下连续保存2 a以上的数据，并提供随时进行历史查询的功能。实时数据库系统需对组态及运行操作用户进行完善权限管理，可进行用户级别、密码、区域设置，划分多个安全区，可细化到每个页面的用户管理。系统还能提供常规组态模块，含流程图、趋势图、数据一览表、定制报表、自定义声光报警等功能模块。复杂分析

8、可以通过内置类似VB代码进行复杂计算；可以进行班组记录分析、事故追忆、历史数据回放等。实时数据库系统还可以提供生产计划、统计报表、生产消耗和班组绩效考核等功能，提供类EXCEL的设计，可将数据保存打印，也可以利用EXCEL软件导人、导出数据。服务器、采集站和客户端所采用的系统软件尽量选择全中文界面系统，方便相关人员的操作和维护。可以在中心调度室安装大屏幕显示器，显示1个或多个操作画面。还可以加装声光报警系统等。222 注意事项和要求实时数据库系统应对安全性问题予以高度重视，应具有先进的抗病毒措施，操作系统层、网络层、应用层均应有相应的措施。需要运用网段隔离、用户验证等技术解决传输安全、系统安全和信息安全问题。另外，系统需拥有全部源代码，且源代码不公开。保证在任何情况下(如病毒侵入、网络堵塞、系统崩溃等)不影响DCS运行。在发生通讯故障时，不会因局部问题而影响整体通讯，保持故障期间数据，通讯恢复后数据可恢复。实时数据库系统是调度生产信息管理系统的数据来源。采集系统是在线系统，应当保证其可靠性和安全性，不能影响DCS，并能充分利用公司现有资源。构建的应用系统应当便于维护，有利管理的开放性、

9、灵活性、可扩充性和可升级性。无法进入系统的数据应提供手工录入界面，通过人工录入方式定期上传，统一管理。系统能达到公司对外、对内、厂际间的监控需要，同时能满足重要计量数据的实时监测要求。可能情况下，采集点需提供足够的数据冗余性，以实时监测系统运行状况，便于查找故障。系统可以随时增加数据位号点数和连接设备。数据库点数和客户端数量实行完全有权限管理开放。系统提供OLE及API控件和实例代码程序，便于第三方二次开发。系统必须符合国家、企业相关计量管理标准，确保数据精度；同时数据采集装置必须能准确再现计量表计的原始数据，确保数采各环节数据的一致性；保证精确的统一时钟，确保分时段数据的准确性。所有网络、服务器、存储及应用软件的设计都应遵循可扩充的原则，以实现随着生产管理业务的发展而扩展。考虑到系统为大量远程用户提供WEB服务以及OPC通讯功能，系统需考虑服务器处理能力、网络带宽传输能力和软件系统效率等，通过多角度综合分析，合理设计符合公司要求的结构、配置，以确保大量用户并发访问的峰值时段，系统具有足够的处理能力，保障信号的传输。中心调度室必须符合相关环境条件并配备UPS申源。3 系统扩展应用实时数据库系统可以通过设在中心调度室的多口网络交换机，通过网线连接到硬件防火墙并与办公系统服务器联网，还可以通过WEB服务器连接到互联网。连接后，可以建立符合信息化要求的公司信息系统体系结构，在保障信息安全的前提下实现公司生产信息的网上采集、交换、分类、加工、处理和发布，建立起满足公司信息化要求的系统平台，建立起公司生产管理应用的网上办公室，形成网上协同工作环境，使公司相关领导和相关部门随时可以检测现场重要的工艺数据，指导、监督工艺生产，从而保证整个生产系统的稳产高产。实时数据库系统建设的最终目标是用于生产管理信息系统集成，最终实现公司管控一体化。考虑公司目前状况，先对整个生产管理系统计划分步实施，完成生产管理信息系统网络的搭建，从各生产装置的DCS、PLC中将所需的数据进行采集、上传，生成实时数据库，完成实时监控功能，完成常规统计、分析报表功能，为以后生产管理系统进一步功能扩展奠定基础，为ERP提供数据奠定基础。

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