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1.1背景

随着全球信息技术飞速发展,尤其是因特网的出现和应用的普及,使得信息技术得以迅速渗透到经济社会的各个领域,标志着人类进入了信息化时代。信息资源已成为与材料和能源同等重要的战略资源;信息技术正以其广泛的渗透性和无与伦比的先进性与传统产业结合;信息产业已发展为世界范围内的朝阳产业和新的经济增长点;信息化水平已经成为现代化企业水平和综合实力的重要标志。但是众多生产型企业在实现全厂信息化建设之前,还存在如下问题:
   1)生产数据没有有效共享,因而对影响生产过程的主要因素缺乏有效的监控手段。虽然生产企业的主要生产装置都安装了DCS或PLC系统,但绝大部分装置的数据只能显示在装置的操作站上,而没有采集到公司或分厂的办公系统中。这样我们只有到各生产装置的控制室,才能观察到 生产数据,在分厂的调度室,办公室,或公司领导,都无法直接看到现场的生产数据。如果出差在外,想了解一下生产情况就更是无能为力了。在当今互联网把大千世界联在一起的今天,不能不说是一种遗憾!
   2)分散的“信息孤岛”无法进行集中化管理。由于各装置信息封闭,即使在同一分厂,由于采用的是不 同厂家,或同一厂家不同型号的DCS或PLC系统,彼此间没有数据通讯手段。这致使生产管理的各个环节脱节,生产管理部门不能及时、有效地了解生产状况,指导组织生 产,造成了一定的浪费。
   3)没有长期的历史数据存储。随着存储介质价格不断下降,保存海量历史数据不但是必要的,而且是现实的。而DCS或PLC系统本身的历史数据存储能力一般都比较有限,而长期的历史数据有助于事故诊断。
   4)质量信息反馈滞后,导致加工成本增加。化验数据直接反映生产的质量情况,对指导生产具有非常重要的意义。先前这些数据主要通过手工报表形式报送生产 管理部门,造成信息迟滞,并且不利于对比分析。因此及时准确地将质量数据反馈给装置操作人员和生产调度人员,可以保证有效地控制生产质量、降低生产成本。
   5)无法实现全厂信息浏览。如何让公司领导用统一平台直观的看到各分厂的生产报表,统计数据,对于领导决策非常重要。
   通过上面的分析,我们不难看出,如何将分散的“信息孤岛”有效地连接起来,实行网络化、集中化,将生产过程数据与生产管理系统有机连接起来;把生产过程 信息、原料消耗、过程产品产量、产品产量、能源消耗、设备状态等科学地分类,提供给管理层数据库,从而减少人工操作,提高管理层数据库的准确性,提高企业的控制力和控制质量。同时也能够使企业的先进控制、优化计算,流程模拟等更加方便。

为提高生产企业的全面管理水平,要求在现有的控制系统基础上建设全厂实时监测调度管理系统。此系统能采集并存储与流程相关的全厂生产实时工艺数据,并实现实时信息的显示,用来指导生产、降低成本、增加产量,为我厂提供快捷、高效的全厂生产信息。同时,考虑到企业的发展前景无限,全厂监测调度系统必需以实时数据库为数据平台,必须提供标准的接口,以方便与后期的应用程序相连接,能在业务管理和生产之间起到桥梁作用,以有效地同时实现全厂范围的生产信息集成与安全监控。

1.2技术要求

  1. 开放性:考虑该系统中涉及到不同厂商的设备技术,以及系统的扩展需要,尽量避免采用专有技术,保证该系统各软硬件平台具有充分的开放性。
  2. 安全性:任何情况下(如病毒侵入、网络堵塞、系统崩溃等)不得影响DCS或PLC系统的正常运行;数据采集具有先进的抗病毒措施;完备的权限控制;具有日志功能。
  3. 实时性:实时数据达到秒级采集与存储,并可根据用户需要随时进行设定。不能因为数据采集而导致DCS或PLC系统运行变慢及其它性能发生变化。
  4. 可靠性:在尽可能少投资的情况下,从系统结构、网络结构、技术措施、设备选型等方面综合考虑,以确保系统的任何一个环节都没有单故障接点,系统各组成部分功能可靠、完善,不能因为局部出现问题而影响到整个系统的正常运行。
  5. 系统结构:系统由数据源、应用软件、人机界面、网络四个层次构成。
  6. 软件结构:采用模块化设计,具有较好的灵活性和通用性。
  7. 易用性:界面友好,使用简单。必须都为中文界面。
  8. 可扩展性:所有网络、服务器、存储设备、应用软件的设计必须遵循可扩展的原则,以实现随着业务的发展而扩展。

高性能:该系统中,从服务器处理能力、网络宽带传输能力、各软件系统效率等角度,合理设计、配置。

1.3系统总体架构

1.3.1系统组成

调度监控管理系统按功能分为三个子系统:前端数据采集子系统、调度监控子系统厂部综合管理子系统。系统结构如图所示:

 
   系统的最下层是前端数采子系统,主要的功能是进行数据采集并将数据送到实时数据库服务器;中层为调度监控子系统,利用实时数据库相关组态及配置,对采集点进行实时监控和统一调度,同时WEB服务器将生产流程及历史分析数据发布,供上层调用;上层为厂部综合管理子系统,利用IE浏览的方式提供给厂长及相关领导,可以实现实时监控和历史数据查询等功能。

1.3.2系统的信息流程

调度监控管理系统分为三个子系统,每个子系统负责完成不同的任务,但系统的核心内容就是‘数据处理’。

全厂监测调度管理系统的数据来源包括从生产装置的DCS或PLC输出数据、小型PLC装置、分散数控仪输出数据或从基层单位手动上传数据,但主要是DCS或PLC。前端数据采集子系统采集数据后将数据缓存并传送给实时数据库,也可以在上游网络故障时,暂存一段时间的历史数据,当网络恢复时,将数据转存到分厂级实时数据库。调度监控子系统根据实时数据库的数据,完成现场生产流程监控、历史数据查询、班组工艺指标考核等功能。调度监控子系统将数据通过WEB服务器发布,供厂级综合管理子系统调用查询。
 

信息流过程如图所示。

1.3.3系统总体架构

系统框图如下:

图、系统总框图

生产企业控制计算机种类较多,可分为DCS或PLC、PLC、智能表等,但主要是DCS或PLC。现场控制系统的数据本来可以通过原有的以太网将数据直接传送给实时数据库,但控制层网络和生产调度网络混合到一起,生产调度的数据流量比较大,会影响控制系统的运行。为了做到层次清晰,将系统之间的耦合降到最低,并考虑到现在计算机成本较低,本方案增加调度采集网络,用前端数采机从控制系统采集数据,将各种类型的过程控制计算机的实时数据汇总,通过调度采集网络一送往实时数据库。通过这种方式实现了控制系统和生产调度系统的隔离。另外,本方案考虑维护及建设成本,按照各流程分布地点,将物理位置接近或点数较少可以合并的单元共用前端数采机。  
  调度主机被布置在新建的调度采集网络上,实现和实时数据库的直接访问,系统效率及速度较高。

WEB发布服务器安装有两块网卡,实现了调度采集网和办公网的隔离。其中一个和调度采集网相联,从实时数据库读取实时和历史数据,并通过IIS发布。另一块网卡和办公网络相连,厂级领导及职能部门可以通过IE浏览和查询生产数据。
   下图为总调度室模拟效果图。
 

图、总调度室效果模拟图

 

1.4系统特点

1.2.1 结构的开放性和合理性

1.2.1.1网络结构的可靠性、开放性及先进性

新建调度采集网络,采用标准的100Mbps以太网(TCP/IP协议),可以与企业原有的管理网和控制网络直接相连;系统本身的故障不会影响原来的DCS或PLC控制系统和管理网络的运行。

1.2.1.2标准的数据库结构

为了保持操作数据的一致性和保持系统数据的安全性与大容量的要求,实时数据库服务器用来存储系统所有的实时数据、历史数据、操作记录、事件记录等。

1.2.1.3开放并且可靠的操作系统

操作系统采用WINDOWS系统,并提供OPC、DDE、ODBC等多种接口,保证系统软件的开放性和高性能的人机界面要求。

1.2.1.4标准的控制组态工具

系统采用组态软件和开发软件,开发工具界面友好,功能强大。

1.2.2 性能先进性和应用方便性

系统以其强大的网络体系和处理硬件支持非常强大的软件功能,达到所有用户满意。

1.2.2.1高速的网络体系:

调度采集网络速率为1000/100Mbps;

1.2.2.2强大的硬件处理能力:

实时数据库服务器及WEB发布服务器采用原装IBM服务器;数据采集机采用可长期运行的DELL商用机器。

1.2.2.3软件应用方便性

系统强大的组态软件功能和方便的汉字界面,可以实现任何监测、控制要求;

丰富的全汉字图形组态,可以实现复杂漂亮的图形界面,并支持动画技术、图形缩放技术、多级窗口技术、各种数据、曲线、棒图、各种仪表盘等的实时显示;

功能强大的控制组态可实现各种批处理流程、复杂回路、逻辑回路、混合回路以及先进控制算法和特殊的配方控制等;

报表组态与Excel相互转换,可以支持各种报表和图形打印功能;

丰富的历史记录分析和处理、日志记录处理、报警记录的统计报告等;

强大的系统逐级自诊断功能与故障报警功能;

支持SQL Server、Oracle数据库等。

1.2.3系统软件可靠性

系统在软件可靠性方面参照航天安全计算机系统设计标准,采取了大量的措施确保软件可靠性;整个软件系统设计完全采用模块化结构,层次清晰,并用面向目标的技术编程;系统提供丰富的自诊断显示信息;

1.2.5扩展性强

系统提供强大的管理功能,可以方便地实现控制-管理一体化系统方案,节省二次投资。


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