SDAS石化實時數(shù)據(jù)采集整體解決方案
關(guān)鍵詞：實時數(shù)據(jù)采集、實時數(shù)據(jù)庫 SDAS石化實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
1． 現(xiàn)狀和背景概況
當(dāng)前，信息化已成為石化企業(yè)提高生產(chǎn)管理效率、降低生產(chǎn)管理成本的有效手段，并正在不可避免地形成一種趨勢。近年來，隨著ERP、MES等應(yīng)用系統(tǒng)的實施，如何及時掌握全面有效的數(shù)據(jù)信息，成為了各石化企業(yè)所面臨的一個新的挑戰(zhàn)。
對于石化企業(yè)而言，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的全面性、實時性、準(zhǔn)確性直接決定了MES的應(yīng)用效果及企業(yè)效益的提高。信息系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的自動化數(shù)采率以及自動采集數(shù)據(jù)的有效率直接制約了信息系統(tǒng)的可用性，否則即使擁有信息化系統(tǒng)，企業(yè)仍然需要投入大量的人力去做基礎(chǔ)數(shù)據(jù)校驗工作，信息系統(tǒng)無法發(fā)揮最大效能。
憑借近二十年來在石化行業(yè)的工程實踐經(jīng)驗，上德公司（www.sdtime.cn)推出了面向石化企業(yè)的實時數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)存儲整體解決方案及相關(guān)產(chǎn)品《SDAS石化實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)》，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)石化企業(yè)現(xiàn)有的各種類型儀表、電氣、設(shè)備等的過程測量數(shù)據(jù)、運行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集問題，并最終以一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫平臺，為企業(yè)的信息化系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。
2． 系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容
《SDAS石化實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)》以實時數(shù)據(jù)庫為核心，系統(tǒng)主要分為六大部分：數(shù)據(jù)展示平臺、實時數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)采集接口機(jī)、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)采集對象以及通訊網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)的最終目的是要將采集上來的數(shù)據(jù)用于生產(chǎn)管理中去，SDAS除了提供一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫平臺外，也在該平臺基礎(chǔ)之上開發(fā)了多種應(yīng)用功能，滿足用戶生產(chǎn)管理需求。
針對石化企業(yè)的特點，把與企業(yè)息息相關(guān)的數(shù)據(jù)歸納為八大板塊：生產(chǎn)裝置DCS、罐區(qū)監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控、可燃有毒氣體報警、環(huán)保在線監(jiān)測、電量計量、公用工程計量、包裝秤地秤計量。不同的板塊數(shù)據(jù)來源，《SDAS石化實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)》均能有效的實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的實時數(shù)據(jù)采集，以備上層應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。
3． 系統(tǒng)主要功能
3.1生產(chǎn)流程監(jiān)視
系統(tǒng)對企業(yè)生產(chǎn)狀況進(jìn)行實時監(jiān)視，通過生產(chǎn)模擬圖、趨勢圖、棒狀圖和參數(shù)分類表等多種監(jiān)視方式實時顯示各單元機(jī)組及輔助車間等的主要運行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)。系統(tǒng)監(jiān)視畫面基本風(fēng)格以各生產(chǎn)控制系統(tǒng)的原有畫面風(fēng)格為準(zhǔn)，適當(dāng)添加了一些新的功能。
在客戶機(jī)終端上能查看實時工藝流程圖，這些流程圖包括各單元機(jī)組DCS、輔助車間控制系統(tǒng)、電氣網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（NCS）等的畫面，顯示信息與各實時監(jiān)控系統(tǒng)的畫面同步。這些畫面是只讀的，任意操作不會影響DCS/PLC的正常運行。
3.2實時報警
實時報警功能模塊對DCS中設(shè)置的報警數(shù)據(jù)點以及其他系統(tǒng)中的重要數(shù)據(jù)點進(jìn)行實時監(jiān)視。利用不同的顏色、閃爍、聲音等手段實現(xiàn)報警功能，報警消除后，數(shù)據(jù)點顯示恢復(fù)正常。
3.3實時趨勢曲線
實時趨勢曲線功能主要提供用戶瀏覽數(shù)據(jù)趨勢的功能，為用戶提供了方便快捷的實時趨勢曲線查詢顯示功能。可選擇不同的數(shù)據(jù)點，可提供不同數(shù)據(jù)點的曲線相互比較，數(shù)據(jù)點的實時時間可隨意調(diào)節(jié)更改并不斷更新，在趨勢圖中可滑動時間光標(biāo)以顯示不同時刻該數(shù)據(jù)點的數(shù)據(jù)，通過移動時間光標(biāo)可在每一支筆上出現(xiàn)一個工具條提示，用以顯示數(shù)據(jù)值、時間、日期。
3.4歷史趨勢分析
對歷史數(shù)據(jù)庫中所記錄的所有數(shù)據(jù)都可以用曲線的形式顯示出來，以供參考和分析。提供的趨勢曲線控件功能強(qiáng)大，所有操作都以Web方式進(jìn)行，在客戶端上有適當(dāng)?shù)臋?quán)限可自行修改顯示環(huán)境設(shè)置，如增加或修改顯示畫面，服務(wù)器自動保存并維護(hù)這些設(shè)置，以后用戶無論在哪里登錄服務(wù)器只需提供正確的帳戶服務(wù)器即會根據(jù)用戶的個性化設(shè)置顯示。
3.5豐富數(shù)據(jù)接口
SDAS提供了豐富的數(shù)據(jù)接口，包括ODBC、OPC、API等接口通訊方式，可與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
SDAS的ODBC功能使桌面應(yīng)用，如 Microsoft Excel、Microsoft Access、Crystal Report、Microsoft Visual Basic 等，可以查詢實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。
SDAS既支持OPC Server也支持OPC Client，可與同樣支持OPC通訊的系統(tǒng)，如DCS、PLC、組態(tài)軟件等實現(xiàn)無縫連接。
SDAS還提供了具有完善功能的API開發(fā)工具，用于開發(fā)各種接口和集成應(yīng)用系統(tǒng)，而不需要原代碼。
同時SDAS提供SQL查詢，即應(yīng)用SQL直接對實時和歷史數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢這一極其強(qiáng)大的報告編輯工具為用戶帶來了極大的方便。
4． 技術(shù)特點
4.1全面性
數(shù)據(jù)集成范圍涵蓋了石化企業(yè)方方面面生產(chǎn)、計量、安全、環(huán)保數(shù)據(jù)。
4.2實時性
采用實時數(shù)據(jù)庫軟件作為后臺數(shù)據(jù)庫應(yīng)用平臺，較關(guān)系型數(shù)據(jù)庫而言數(shù)據(jù)存儲效率更高。根據(jù)不同采集對象及重要程度，采集周期最快可以達(dá)到1秒鐘。
4.3可靠性
所采用軟硬件設(shè)備均為經(jīng)過工程實踐檢驗的成熟產(chǎn)品，故障率極低。
4.4安全性
采樣專用通訊網(wǎng)絡(luò)，搭配硬件防火墻及網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備，確保網(wǎng)路安全。
4.4靈活性
分布式結(jié)構(gòu)部署，可隨時擴(kuò)展，適應(yīng)企業(yè)發(fā)展需求。
5． 應(yīng)用的效益
實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)獲得了大量的應(yīng)用，在中國也有多家企業(yè)應(yīng)用，取得了很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
應(yīng)用該產(chǎn)品將帶給用戶的主要好處有：
l 建立了一個標(biāo)準(zhǔn)的實時數(shù)據(jù)庫平臺，為先進(jìn)控制和優(yōu)化提供了保證。在流程工業(yè)，特別是石化企業(yè)，應(yīng)用先進(jìn)控制和優(yōu)化技術(shù)以提高企業(yè)的效益已成為一種必然的趨勢，而實時數(shù)據(jù)庫是先進(jìn)控制和優(yōu)化的基礎(chǔ)，而且它與其他產(chǎn)品，如在線仿真和流程模擬軟件，一起應(yīng)用會給企業(yè)帶來更大的效益。
l 由于實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的集成作用，即不僅可以將工廠控制層與管理信息系統(tǒng)集成起來，而且也可以將不同的控制設(shè)備如DCS、PLC等集成起來，使得工廠的管理層可以實時地得到來自過程的實時數(shù)據(jù)。這樣就為管理信息系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用提供了一個理想的平臺，使管理信息系統(tǒng)實時、高效地運行。
l 由于實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有很短的實施周期，用戶可以很快地從應(yīng)用中獲得投資的回報。
6． 經(jīng)濟(jì)效益：
應(yīng)用SDAS的經(jīng)濟(jì)效益是十分顯著的，特別是對大型流程工業(yè)。其主要的經(jīng)濟(jì)效益來源于對過程的監(jiān)控、以及對實時變化的過程進(jìn)行及時的響應(yīng)、快速地決策。特別是對管理層，利用實時數(shù)據(jù)庫可以對生產(chǎn)過程進(jìn)行快速準(zhǔn)確的分析，以采取正確的分析方法提高經(jīng)濟(jì)效益。
6.1 減少非計劃停車時間
通過對影響過程的運行狀態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)控，使生產(chǎn)的運行狀態(tài)保持平穩(wěn)，當(dāng)狀態(tài)發(fā)生變化時，可以及時地作出反映，避免裝置及設(shè)備停車，這方面的效益是十分巨大的。
6.2 減少原材料和公用工程的消耗
通過對影響原材料用量的過程以及公用工程中水、電、汽、風(fēng)的用量的監(jiān)測，你可以及時的發(fā)現(xiàn)問題，特別是對生產(chǎn)調(diào)度人員來說，可以利用實時數(shù)據(jù)庫及時地平衡公用工程及物料供應(yīng)系統(tǒng)，減少單耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。
6.3 優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高產(chǎn)品的產(chǎn)量及質(zhì)量
你可以利用實時數(shù)據(jù)優(yōu)化你的生產(chǎn)過程。生產(chǎn)管理人員以及工藝管理人員可以利用當(dāng)前的和歷史的數(shù)據(jù)對生產(chǎn)的工藝過程進(jìn)行在線的分析，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)過程運行的規(guī)律，及時地調(diào)整工藝參數(shù)，使過程處于優(yōu)化狀態(tài)。同時也可以通過對影響產(chǎn)量及質(zhì)量的過程參數(shù)的監(jiān)控，達(dá)到提高產(chǎn)量及產(chǎn)品質(zhì)量的目的。你甚至可以根據(jù)統(tǒng)計規(guī)律對產(chǎn)品的質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行在線的分析，預(yù)測產(chǎn)品的質(zhì)量，從而達(dá)到提高質(zhì)量的目的。
6.4 動態(tài)地監(jiān)控生產(chǎn)成本
成本控制人員可以利用實時數(shù)據(jù)動態(tài)地監(jiān)控生產(chǎn)成本，使成本控制發(fā)生在生產(chǎn)過程中，而不是在生產(chǎn)完成后，以達(dá)到降低成本的目的。
6.5 分析事故原因
當(dāng)發(fā)生事故時，你可以利用當(dāng)前的和長期的歷史數(shù)據(jù)，對事故進(jìn)行及時的分析，精確地定位事故發(fā)生的原因，以避免事故的再次發(fā)生。
7． 技術(shù)實現(xiàn)
SDAS采用當(dāng)今在石化企業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的實時數(shù)據(jù)庫軟件，實時數(shù)據(jù)庫軟件是整個系統(tǒng)的核心部分，承擔(dān)著海量數(shù)據(jù)的實時采集和存儲，以及數(shù)據(jù)的后期處理和發(fā)布共享功能。
采用分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由企業(yè)級服務(wù)器、分廠級服務(wù)器和數(shù)據(jù)機(jī)組成系統(tǒng)框架。
7.1通訊網(wǎng)絡(luò)建設(shè)
通訊網(wǎng)絡(luò)是《SDAS石化實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)》的重要組成部分，是整個系統(tǒng)的骨架。根據(jù)不同的數(shù)據(jù)采集對象主要采用兩種網(wǎng)絡(luò)類型：
一是光纖網(wǎng)絡(luò)，通過敷設(shè)有線的光纜，形成高速的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)。主要用于生產(chǎn)裝置DCS、罐區(qū)監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控、可燃有毒氣體報警、電量計量、包裝秤地秤計量的數(shù)據(jù)采集。此類數(shù)據(jù)源的特點是單點采樣參數(shù)較多，相對比較集中，且數(shù)據(jù)通訊量較大，對實時性要求較高。
二是無線網(wǎng)絡(luò)，通過GPRS或無線局域網(wǎng)，形成便捷的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)。主要用于環(huán)保在線監(jiān)測、公用工程計量的數(shù)據(jù)采集。此類數(shù)據(jù)源的特點是單點采樣參數(shù)較少，數(shù)據(jù)通訊量較少，但采樣點（監(jiān)測點）分布范圍廣且極為分散。
《SDAS石化實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)》根據(jù)企業(yè)不同的應(yīng)用需求，從實時性、通訊量、可靠性、安全性角度選擇合適的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案。
7.2數(shù)據(jù)采集子模塊
在石油化工企業(yè)，數(shù)據(jù)采集來源多種不同設(shè)備、儀表，根據(jù)我們總結(jié)的經(jīng)驗，分為八個子模塊實現(xiàn)，不同的企業(yè)根據(jù)實際情況，既可以統(tǒng)一實現(xiàn)也可分步實現(xiàn)。
7.2.1 生產(chǎn)裝置DCS系統(tǒng)的數(shù)采子模塊
隨著自動化程度的提高，DCS系統(tǒng)已經(jīng)成為主要的生產(chǎn)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)所存儲的數(shù)據(jù)也是與生產(chǎn)息息相關(guān)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。SDAS的DCS數(shù)據(jù)采集子模塊主要由數(shù)采接口機(jī)和接口驅(qū)動程序來實現(xiàn)對DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時采集和上傳到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
SDAS根據(jù)不同廠家、不同型號DCS的通訊接口類型和通訊協(xié)議，開發(fā)適合的接口驅(qū)動程序CIM-IO，安裝于數(shù)采接口機(jī)上，用于采集DCS的實時數(shù)據(jù)信息并通過數(shù)采專網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳到廠級服務(wù)器。已實現(xiàn)數(shù)采的DCS類型包括橫河、霍尼韋爾、FOXBORO等多個廠家、多種DCS型號。
本模塊主要采集溫度、壓力、液位、流量等進(jìn)入DCS系統(tǒng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息。
7.2.2 罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)采子模塊
SDAS利用組態(tài)軟件和工控機(jī)首先建立本地罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)，采集罐區(qū)內(nèi)各儲罐的液位、溫度、壓力信息以及主要泵、閥的狀態(tài)信息、流量計的信息等。
SDAS根據(jù)罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件的通訊接口類型和通訊協(xié)議，開發(fā)適合的接口驅(qū)動程序，安裝于數(shù)采接口機(jī)上，用于采集罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)信息并通過數(shù)采專網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳到實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
7.2.3 設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)采子模塊
石化企業(yè)中大型機(jī)組設(shè)備、機(jī)泵等目前主要還是通過PLC實現(xiàn)自動化控制。通過上位軟件可以查看機(jī)組、機(jī)泵的各參數(shù)指標(biāo)、運行狀態(tài)等。
SDAS根據(jù)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的PLC類型以及上位軟件的通訊接口類型和通訊協(xié)議，開發(fā)適合的接口驅(qū)動程序，安裝于數(shù)采接口機(jī)上，用于采集設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)信息并通過數(shù)采專網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳到實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
7.2.4 可燃有毒氣體報警系統(tǒng)的數(shù)采子模塊
SDAS可燃有毒氣體報警系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集子模塊主要用于采集石化企業(yè)中要害部位的報警器信息，用于安全應(yīng)急指揮，及時響應(yīng)突發(fā)事件。
由于要害部位一般比較分散，因此在SDAS中，統(tǒng)一采用分布式I/O模塊搭配以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器和數(shù)采監(jiān)控機(jī)的方式來實現(xiàn)采集，各廠分別建立一套廠級報警器數(shù)采監(jiān)控系統(tǒng)，由其實現(xiàn)對現(xiàn)場報警器的數(shù)據(jù)采集，并將報警信息轉(zhuǎn)發(fā)到實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。
7.2.5 環(huán)保在線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)采子模塊
環(huán)保是目前石化企業(yè)以及政府、市民都比較關(guān)心的，隨著企業(yè)各種環(huán)保在線監(jiān)測系統(tǒng)的投用，實時分析環(huán)境大氣、排放污水、排放煙氣等成為可能。采集的主要參數(shù)包括大氣中的PM10、SO2、CO、NO、NO2、O3等，水質(zhì)的COD、PH等以及煙氣的SO2、粉塵濃度、O2含量等。
SDAS采用分布式I/O模塊搭配以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器和數(shù)采監(jiān)控機(jī)的方式來實現(xiàn)采集，按照監(jiān)測區(qū)域分別建立一套環(huán)保在線數(shù)采監(jiān)控系統(tǒng)，由其實現(xiàn)對現(xiàn)場在線監(jiān)測設(shè)備（環(huán)境大氣、排放水質(zhì)、排放煙氣）的數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)到實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。
7.2.6 電量計量系統(tǒng)的數(shù)采子模塊
SDAS實現(xiàn)了石化企業(yè)各配電室、變電所電量表的數(shù)據(jù)采集，包括電能、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因素等電量信息。
采用分布式I/O模塊搭配以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器和數(shù)采監(jiān)控機(jī)的方式來實現(xiàn)采集，各廠分別建立一套廠級電表數(shù)采監(jiān)控系統(tǒng)，由其實現(xiàn)對現(xiàn)場電能表的數(shù)據(jù)采集，并將電量信息轉(zhuǎn)發(fā)到實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。
7.2.7公用工程計量系統(tǒng)的數(shù)采子模塊
SDAS實現(xiàn)了石化企業(yè)主要關(guān)鍵流體計量儀表如水、蒸汽包括一些進(jìn)出裝置、進(jìn)出廠主要物料的流量信息，這些都是關(guān)系到企業(yè)投入產(chǎn)出以及能源消耗等的關(guān)鍵性指標(biāo)數(shù)據(jù)。采集的參數(shù)包括瞬時流量、累積流量以及溫度、壓力補(bǔ)償數(shù)據(jù)等。
SDAS采用分布式I/O模塊搭配以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器和數(shù)采監(jiān)控機(jī)的方式來實現(xiàn)采集，各廠分別建立一套廠級計量數(shù)采監(jiān)控系統(tǒng)，由其實現(xiàn)對現(xiàn)場流量計的數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)到實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。
7.2.8包裝秤地秤計量系統(tǒng)的數(shù)采子模塊
SDAS包裝秤地秤計量系統(tǒng)采集主要實現(xiàn)石化企業(yè)固態(tài)物料、產(chǎn)品的數(shù)據(jù)采集。以便完成企業(yè)內(nèi)全面性的物料平衡計算、能源消耗核算。采集的參數(shù)包括單袋/單車重量、袋數(shù)/車數(shù)、累積重量等。
SDAS利用組態(tài)軟將建立本地包裝監(jiān)控系統(tǒng)，并根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)上位軟件的通訊接口類型，開發(fā)適合的接口驅(qū)動程序，安裝于數(shù)采接口機(jī)上，用于采集監(jiān)控系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)信息并通過數(shù)采專網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳到實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
8． 系統(tǒng)應(yīng)用案例
燕山石化數(shù)據(jù)中心實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建設(shè)
東方石化實時數(shù)據(jù)庫采集系統(tǒng)與應(yīng)用集成
中石化三菱聚碳酸酯（北京）公司實時數(shù)據(jù)庫采集系統(tǒng)建設(shè)