王飛

1  概述

    北京太行前景水泥公司已經(jīng)應(yīng)用了ABB的DCS控制系統(tǒng)，在總控室可以直觀地了解控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)和運行參數(shù)，由于底層的控制層與上層的管理層之間的分離，導(dǎo)致企業(yè)的管理者不能及時、直觀地了解生產(chǎn)現(xiàn)場的運行情況。而且控制系統(tǒng)與管理系統(tǒng)分布在廠區(qū)的不同地點，生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)只能通過手工方式抄送，無法及時進行數(shù)據(jù)的綜合分析，同時也不便于運行值長對生產(chǎn)及設(shè)備運行情況的了解。

    為了從根本上解決水泥公司控制系統(tǒng)與管理系統(tǒng)的分離問題，實現(xiàn)全廠“管控一體化”的生產(chǎn)運行管理模式，擬選用北京和利時信息技術(shù)有限公司（以下簡稱和信公司）的HiRIS實時信息系統(tǒng)，為下一步的水泥生產(chǎn)信息化建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

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

    企業(yè)計量、質(zhì)量分析設(shè)備及自動控制系統(tǒng)（車間層信息化）的應(yīng)用已逐漸成熟和普及，而目前控制系統(tǒng)與管理系統(tǒng)分離問題已成為制約企業(yè)信息化建設(shè)發(fā)展的瓶頸問題。管理者不能及時、直觀地了解生產(chǎn)現(xiàn)場的運行情況；管理網(wǎng)和控制網(wǎng)數(shù)據(jù)無法共享；多個控制系統(tǒng)各自獨立，無法進行綜合分析，統(tǒng)一規(guī)劃全廠資源，無法對控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行更深層次的挖掘，造成大量數(shù)據(jù)浪費。在這種情況下，企業(yè)就需要一套方便實用的實時信息系統(tǒng)，它可以連接現(xiàn)場的控制系統(tǒng)及其它計量、質(zhì)量分析設(shè)備，采集這些系統(tǒng)中的實時數(shù)據(jù)，使集團或公司的管理者在辦公室里就可以監(jiān)測到生產(chǎn)現(xiàn)場生產(chǎn)情況及報警信息；并可以對取得的實時數(shù)據(jù)進行優(yōu)化、分析，從而為保證生產(chǎn)設(shè)備正常運轉(zhuǎn)、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(jù)。

2  系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

    根據(jù)該公司的實際需求，和信公司設(shè)計的實時信息系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

    在企業(yè)的管理網(wǎng)中加一臺實時數(shù)據(jù)服務(wù)器，此服務(wù)器的功能是將控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行壓縮、計算、分析后存入數(shù)據(jù)庫，向管理網(wǎng)的其他用戶提供歷史數(shù)據(jù)及實時數(shù)據(jù)的查詢功能。根據(jù)該公司的實際情況，向?qū)崟r數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)需要采用多種方式，下面進行簡要說明。

3  系統(tǒng)主要實現(xiàn)功能

    HiRIS主要包括數(shù)據(jù)庫表創(chuàng)建、網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)接收、模擬圖及報表組態(tài)、實時信息分析和WEB服務(wù)模塊等六個模塊。

    (1)  數(shù)據(jù)庫表創(chuàng)建模塊

    該模塊用于構(gòu)筑數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)平臺。使用此模塊將系統(tǒng)用到的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)、表之間的關(guān)系及數(shù)據(jù)規(guī)則復(fù)制到大型數(shù)據(jù)庫中，用以存儲數(shù)據(jù)。此模塊在系統(tǒng)啟用之前必須完成，是其它模塊運行的基礎(chǔ)。

    (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(tǒng)、分析儀、壓力試驗機及地秤數(shù)據(jù)并傳入到管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)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)機通過連接到控制系統(tǒng)的網(wǎng)卡采集到底層控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)后，用另一塊網(wǎng)卡以UDP數(shù)據(jù)包的方式發(fā)送到管理系統(tǒng)網(wǎng)中。

    網(wǎng)關(guān)模塊提取的數(shù)據(jù)包括以下幾種：

    ?  ABB的DCS控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)

    DCS系統(tǒng)通過網(wǎng)關(guān)計算機連入企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)，使得控制系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)單向傳送到實時數(shù)據(jù)服務(wù)器中，而管理網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)不能傳送到DCS/PLC系統(tǒng)，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(shù)據(jù)

    質(zhì)量檢驗數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)

    地秤系統(tǒng)作為廠內(nèi)石灰石等原料以及熟料和水泥成品的計量工具，其數(shù)據(jù)非常重要。目前該公司地秤系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了計算機管理，需要編寫接口程序，每天定期將地秤分類計量數(shù)據(jù)傳入系統(tǒng)，作為原料、能源消耗、熟料以及散裝水泥結(jié)算計算的依據(jù)之一。

    (3)  數(shù)據(jù)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)及傳送上來的數(shù)據(jù)包進行處理、優(yōu)化后，存入數(shù)據(jù)庫，用以進行數(shù)據(jù)分析及向MIS/ERP系統(tǒng)中其他模塊提供數(shù)據(jù)接口。

    (4)  模擬圖及報表組態(tài)模塊

    該模塊包括實時模擬圖組態(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實時數(shù)據(jù)模擬圖上需顯示的DCS信息點及其顯示位置、顯示形式的定義，包括定義模擬量的實時數(shù)字顯示、開關(guān)量的實時圖形顯示，實時數(shù)據(jù)的棒圖顯示、列表式顯示以及計算點的顯示等；并可定義各信息點的報警上下限值，實現(xiàn)報警顯示。

    報表組態(tài)功能實現(xiàn)企業(yè)實時信息系統(tǒng)報表的組態(tài)工作。用戶可根據(jù)本企業(yè)的實際生產(chǎn)情況定制生產(chǎn)報表，靈活設(shè)置報表的樣式，使報表的每列數(shù)據(jù)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(nèi)進行計算、匯總等操作；報表相關(guān)聯(lián)的指標數(shù)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，也可以是每小時的瞬時值。

    (5)  實時信息分析模塊

    實時信息分析即控制系統(tǒng)實時信息數(shù)據(jù)領(lǐng)導(dǎo)查詢系統(tǒng)，是面向最終用戶的實時信息分析系統(tǒng)，包括實時模擬圖監(jiān)測、歷史數(shù)據(jù)分析、報表查詢?nèi)糠种饕δ堋?/SPAN>

    ?  實時模擬圖監(jiān)測功能以系統(tǒng)模擬圖的方式顯示生產(chǎn)現(xiàn)場系統(tǒng)運行實際情況，實時觀測生產(chǎn)現(xiàn)場的各項指標。數(shù)據(jù)的顯示方式包括模擬量的實時數(shù)字顯示，開關(guān)量的實時圖形顯示、實時棒圖顯示、實時數(shù)據(jù)的列表式顯示等；當數(shù)據(jù)超過規(guī)定的限值時，系統(tǒng)可自動產(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按鈕切換監(jiān)測各車間的實時生產(chǎn)情況，并可在同一畫面綜合監(jiān)測幾個車間的相關(guān)指標；實時畫面的每一個模擬量點的小數(shù)位數(shù)可由用戶定義。

    ?  歷史數(shù)據(jù)分析包括歷史數(shù)據(jù)曲線和超限額運行時間統(tǒng)計兩大功能。歷史數(shù)據(jù)曲線功能可以觀察某項指標某一天的點值變化曲線及其報警線的顯示，并可同時顯示多條指標曲線，用來進行對比顯示，可以放大曲線的任意區(qū)域，查看曲線在各取點時間精確的點值信息，可以查看圖中各項指標曲線的報警限值，統(tǒng)計每項指標在給定時間段內(nèi)的最大值、最小值及其各自的取值時間，瀏覽超過報警限額運行的時間點及其點值并進行匯總統(tǒng)計；歷史曲線可以自由組合，且可以查詢?nèi)我?/SPAN>24小時內(nèi)的曲線以及月曲線。超限額運行時間統(tǒng)計功能可以查看任意區(qū)間內(nèi)某項指標超過報警限值運行的時間累計情況，包括查詢區(qū)間內(nèi)各小時超過報警值上限、下限的時間以及時間的累計。

    ?  報表查詢功能實現(xiàn)企業(yè)的生產(chǎn)報表查詢功能，包括日報查詢和班報查詢功能，報表的種類和樣式由報表組態(tài)軟件靈活設(shè)置。

    (6)  WEB服務(wù)模塊

    通過WEB組件，管理者可以在家里、外地，只要能連通Internet，就可以隨時監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況。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：實時模擬圖監(jiān)測、歷史數(shù)據(jù)分析、靈活報表。本模塊采用B/S結(jié)構(gòu)，客戶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(yīng)用效果及展望

    在企業(yè)“管控一體化”的信息系統(tǒng)建設(shè)中，實時信息系統(tǒng)起著非常重要的作用。它可以采集控制系統(tǒng)中的實時數(shù)據(jù)，使管理者在辦公室里就可以監(jiān)測到生產(chǎn)現(xiàn)場生產(chǎn)情況及報警信息；并可以對取得的實時數(shù)據(jù)進行優(yōu)化、分析，從而為保證生產(chǎn)設(shè)備正常運轉(zhuǎn)、降低生產(chǎn)成本提供重要基礎(chǔ)。本系統(tǒng)主要特點如下：

    (1)  適用于大型的連續(xù)化生產(chǎn)的行業(yè)；

    (2)  靈活、簡便的組態(tài)功能，包括實時模擬圖、報表和分析曲線組態(tài)；

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

    (4)  高速的實時數(shù)據(jù)處理功能；

    (5)  高效的數(shù)據(jù)存儲方式；

    (6)  開放的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)具有強大的可擴展性；

    (7)  數(shù)據(jù)刷新周期可以定義為1秒，真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集；

    (8)  通用的數(shù)據(jù)采集接口，可與多家國內(nèi)外著名的多種DCS、PLC及儀表等控制系統(tǒng)產(chǎn)品進行通訊實現(xiàn)無縫連接；

    (9)  靈活方便的數(shù)據(jù)查詢工具。