基于GE Proficy Historian實時歷史數據庫的計控指標管理系統摘要: 本文針對化工企業的計控指標管理，提出基于GE Fanuc的Historian實時數據庫的解決方案框架，建立了計控指標管理系統。運行表明，該系統能夠很好地管理化工生產過程參數，為提高企業的控制水平、質量指標提供有力的幫助。
關鍵字：實時歷史數據庫、MES、計控指標
引言MES系統（生產管理系統）是為企業實時生產過程綜合優化服務的生產過程實時管理和監控的信息系統。MES系統的定義強調:第一，MES系統是針對全廠生產管理系統;第二，生產管理的實時性，它要求MES系統能夠利用DCS提供的原始數據，完成進行生產管理所需的實時運算，并向ERP等MIS系統提供必要的實時管理數據。
在現代大型化工生產企業的信息化過程中，MES是DCS系統與MIS系統之間的一座信息橋梁，把單元生產信息與企業經營管理信息有機的結合起來，以進一步降低企業的運行成本，提高企業的整體效益。
按照國際MES協會(MESA)的定義，MES系統的功能模塊有11個功能模塊，揚農化工集團根據“性能分析”模塊的定義以及自身的實際要求，基于GE Fanuc的實時數據庫(Historian)，開發了計控指標管理系統，提高了企業的生產管理和降低運行風險、提高產品質量。
1.揚農現有的DCS狀況揚農化工集團的DCS建設從1997年開始，九年來，經過不斷地發展，現已擁有八套相對獨立的DCS系統，包括浙大中控的JX-300B、JX-300X和橫河的CS3000三個系列產品。八套DCS現場數據采集約共有5000點，主要監控生產裝置的溫度、液位、壓力、電流、汽液流量、PH值等指標。長期以來，八套DCS系統均在生產現場獨立運行，相互之間數據缺乏共享，無法進行系統間的對比、關聯分析，工藝設計人員也無法對數據進行實時、有效的處理，不利于工藝調整和技控點的不斷優化。
為此，實施揚農化工集團決定在公司范圍內進行DCS系統聯網，開始分步實施MES系統，實現系統之間的數據共享和實時分析、優化。
2.實時歷史數據庫平臺的搭建2.1實時數據庫
MES系統核心是一套強大的實時數據庫，可實時采集DCS等控制系統得數據，其采用的非傳統數據庫模式可長時間保存數據，輕松達到超過3年的存儲設計并利用靈活的簡單的查詢方式實現快速查詢。
揚農化工集團現場很多計控點需要對秒級和甚至毫秒級的采集和監控，并對其運行狀態進行監控分析，而DCS系統上的歷史數據存儲能力有限，同時也不能滿足將多套DCS系統的數據共享的目的。為此，基于采集速度、存儲能力、操作安全等多方面的考慮，采用實時歷史數據庫作為數據采集平臺，并選購了GE Fanuc的實時歷史數據庫Proficy Historian 3.0。
Historian實時數據庫是由美國GE Fanuc 公司開發，具有分布式的數據采集，C/S結構，可在多種環境下運行，高效的數據存儲方式，具有豐富的客戶端數據處理和分析工具，可擴展的數據協同應用，并且提供ODBC/JDBC/OLE DB接口以及工業標準規范OPC和DDE，提供圖形化的應用開發界面，支持WEB訪問方案，提供報表開發工具等優異特性，所以成為企業底層控制網絡和上層管理信息系統網絡連接的最佳選擇。IH實時數據庫是一個模塊化軟件系統，主要分為客戶端模塊和服務器端模塊，客戶端模塊負責實時數據的采集，服務器端模塊負責數據采集設置、壓縮、存儲等工作。
3.基于實時歷史數據庫的計控指標管理系統3.1揚農化工集團計控指標管理系統網絡配置揚農化工集團計控指標管理系統網絡采用1000 Mbps以太網作為MES通訊網絡主干技術，實時數據庫服務器和其它應用服務器(如過程管理容錯服務器)通過1000Mbps端口與核心交換機連接,與現場OPC服務器相連則通過另外的1000M網卡和現場生產交換機實現。各類應用站(如調度站、各功能站等)則分別通過100M以太雙絞線，連接到該核心交換機中，網絡結構為冗余星型拓撲結構，從而保證數據通訊的可靠性。
圖1為計控指標管理系統網絡配置圖3.2 Historian數據庫的實施(1) Historian數據庫系統模塊的選購
根據揚農化工集團的實際要求，選購了基于Microsoft Windows的5000點的Historian數據庫系統，同時選用了IH API作為應用程序的開發接口。同時購買了其OPC Tools作為接口軟件以及客戶端Proficy Portal 。前者用于不能客戶端安裝采集器的系統采集數據，后者用于生產流程畫面的繪制和組態。此外，采用Historian-API函數組完成了計控數據轉換。
(2)實時數據的采集接口站的配置
在DCS現場一或多臺工控機組網作為DCS工作站作為接口站，從中選取一臺安裝雙網卡和OPC接口，成為OPC服務器，并通過第二塊網卡與實時數據庫服務器聯接，向其實時傳送現場參數。
對于浙大中控的七套DCS系統，直接在DCS工程師站安裝實時歷史數據庫的OPC 連接器(Client)進行數據采集。
對于橫河系統，由于不方便直接在現場安裝客戶端，因此，在另外一臺機器上安裝GE Fanuc的OPC中間件 OPC tools，對橫河OPC Server 來講，它是OPC Client，對于實時歷史數據庫，它又并是OPC Server，只要在該機上運行橫河的OPC配置文件，就能夠自動到橫河DCS中采集數據。這樣做有兩個好處，一是減輕Historian服務器的負荷以及保證DCS的安全，二是當DCS與Historian服務器的通訊中斷時，接口機將保存數據，并在通訊正常時再將數據送至Historian服務器。
3.3 計控指標管理系統的搭建(4) 計控指標管理首先要將現場的各裝置進行監控，然后再對計控點進行管理，現場裝置畫面監控采用GE Fanuc 的Proficy Portal軟件，將現場的DCS畫面進行重新組態，優化，以便生產管理人員進行監控。
圖2 江蘇揚農化工集團生產管理系統主畫面 (2)計控數據的監控轉換
由于實時數據庫的存儲格式是專有格式，要有效利用實時數據，必須對計控點進行轉換，并存放在關系型數據庫中，以便進行分析和查詢，為此，我們采用VC++和Historian API開發了后臺計控指標監控程序，當相關的計控指標超過設定值，自動記錄超標的時間，最大值、最小值等信息到關系型數據庫。
(3)計控指標管理
生產現場的計控指標動態數據通過后臺監控程序發送到業務數據庫后，就可以對其進行統計分析，我們對每設備、每班組計控指標的超標信息、超標原因、合格率等 進行統計分析，并將其作為生產考核的依據。對于超標原因的分析采用人工和自動方式，當指標超標時，IH數據庫軟件能知道是在什么時候超標的，但它不知道為何超標。為了完整地記錄指標的運行信息，自動方式是指系統能根據超標的原因自動判斷相關原因并進行記錄，不能自動判斷的采用人工錄入，操作人員從下拉式超標原因表中，選取超標的原因，將一致性的文本信息加到計控點的記錄上，為工程師和維護人員提供一種簡便和快速的診斷方法，并為更加精確的事故分析而匯成相應的數據。
這樣，動態監控程序每天動態記錄計控點的運行狀態后，系統對其進行匯總分析，自動產生相應的計控指標報表，系統采用Powerbuilder 進行開發。
圖3 計控指標管理系統畫面4.應用效果 揚農化工集團自06年3月起，生產調度部門部署了該系統,用于監控生產現場各裝置的生產運行情況,改變了以往調度員要到現場了解生產的傳統生產管理方式,提高了對生產系統的響應速度，加快了上下游生產線的協調速度。
各分廠也已聯入該系統中，實時監控生產現場情況，對生產中存在的問題進行及時的了解和分析。當計控指標超標時，現場人員及時錄入超標原因。管理層根據對計控點超標原因的分析，對現場設備運行狀況及時了解和并進行針對性的預防性維護。
同時，各分廠基于此系統，根據計控指標運行的實時記錄對操作工進行考核。由于數據全部自動采集和計算，保證了考核數據的準確性和真實性，也提高了員工的積極性。通過考核管理，逐步提高了操作工的操作水平。
總之，通過該系統的實施，明顯提高了產品質量，降低了設備的異常停機時間，使企業獲得了較好的經濟效益。
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（1.東南大學機械工程系 李霄峰，2.江蘇揚農化工集團 趙俊）
