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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(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)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(shí)、直觀地了解生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)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(diǎn)，生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)只能通過手工方式抄送，無(wú)法及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的綜合分析，同時(shí)也不便于運(yùn)行值長(zhǎng)對(duì)生產(chǎn)及設(shè)備運(yùn)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(shí)現(xiàn)全廠“管控一體化”的生產(chǎn)運(yùn)行管理模式，擬選用北京和利時(shí)信息技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱和信公司）的HiRIS實(shí)時(shí)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(dòng)水泥壓力試驗(yàn)機(jī)兩種設(shè)備，原材料、水泥成品的計(jì)量統(tǒng)計(jì)通過汽車衡。

    企業(yè)計(jì)量、質(zhì)量分析設(shè)備及自動(dòng)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(shí)、直觀地了解生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況；管理網(wǎng)和控制網(wǎng)數(shù)據(jù)無(wú)法共享；多個(gè)控制系統(tǒng)各自獨(dú)立，無(wú)法進(jìn)行綜合分析，統(tǒng)一規(guī)劃全廠資源，無(wú)法對(duì)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行更深層次的挖掘，造成大量數(shù)據(jù)浪費(fèi)。在這種情況下，企業(yè)就需要一套方便實(shí)用的實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)，它可以連接現(xiàn)場(chǎng)的控制系統(tǒng)及其它計(jì)量、質(zhì)量分析設(shè)備，采集這些系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，使集團(tuán)或公司的管理者在辦公室里就可以監(jiān)測(cè)到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況及報(bào)警信息；并可以對(duì)取得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化、分析，從而為保證生產(chǎn)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)、降低生產(chǎn)成本、提高工作效率、獲取更大利潤(rùn)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(shí)際需求，和信公司設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)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(tái)實(shí)時(shí)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(jìn)行壓縮、計(jì)算、分析后存入數(shù)據(jù)庫(kù)，向管理網(wǎng)的其他用戶提供歷史數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的查詢功能。根據(jù)該公司的實(shí)際情況，向?qū)崟r(shí)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(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

3  系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)功能

    HiRIS主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)表創(chuàng)建、網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)接收、模擬圖及報(bào)表組態(tài)、實(shí)時(shí)信息分析和WEB服務(wù)模塊等六個(gè)模塊。

    (1)  數(shù)據(jù)庫(kù)表創(chuàng)建模塊

    該模塊用于構(gòu)筑數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)平臺(tái)。使用此模塊將系統(tǒng)用到的數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)中，用以存儲(chǔ)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(yùn)行的基礎(chǔ)。

    (2)  網(wǎng)關(guān)模塊

    該模塊運(yùn)行于網(wǎng)關(guān)機(jī)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(yàn)機(jī)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(jī)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(jī)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(jì)算機(jī)連入企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)，使得控制系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)單向傳送到實(shí)時(shí)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(duì)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(yàn)數(shù)據(jù)

    質(zhì)量檢驗(yàn)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(yàn)等，各種分析檢驗(yàn)項(xiàng)目如下：

    原材料的化學(xué)分析  檢驗(yàn)項(xiàng)目為：Loss、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、Cl^－、K₂O、N₂O、SO₃等。

    熟料的化學(xué)分析  檢驗(yàn)項(xiàng)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(yàn)  檢驗(yàn)項(xiàng)目為：安定性、稠度、初凝、終凝、細(xì)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(yàn)  檢驗(yàn)項(xiàng)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(jì)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(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)管理，需要編寫接口程序，每天定期將地秤分類計(jì)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(jì)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(jī)以及各分析儀及地秤網(wǎng)關(guān)及傳送上來(lái)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理、優(yōu)化后，存入數(shù)據(jù)庫(kù)，用以進(jìn)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(bào)表組態(tài)模塊

    該模塊包括實(shí)時(shí)模擬圖組態(tài)和報(bào)表組態(tài)兩大功能，模擬圖組態(tài)功能主要完成對(duì)DCS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模擬圖上需顯示的DCS信息點(diǎn)及其顯示位置、顯示形式的定義，包括定義模擬量的實(shí)時(shí)數(shù)字顯示、開關(guān)量的實(shí)時(shí)圖形顯示，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的棒圖顯示、列表式顯示以及計(jì)算點(diǎn)的顯示等；并可定義各信息點(diǎn)的報(bào)警上下限值，實(shí)現(xiàn)報(bào)警顯示。

    報(bào)表組態(tài)功能實(shí)現(xiàn)企業(yè)實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)報(bào)表的組態(tài)工作。用戶可根據(jù)本企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)情況定制生產(chǎn)報(bào)表，靈活設(shè)置報(bào)表的樣式，使報(bào)表的每列數(shù)據(jù)可以是DCS的某一項(xiàng)指標(biāo)，也可以是某幾項(xiàng)指標(biāo)的運(yùn)算表達(dá)式，并可在報(bào)表內(nèi)進(jìn)行計(jì)算、匯總等操作；報(bào)表相關(guān)聯(lián)的指標(biāo)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(shí)的瞬時(shí)值。

    (5)  實(shí)時(shí)信息分析模塊

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

    ?  實(shí)時(shí)模擬圖監(jiān)測(cè)功能以系統(tǒng)模擬圖的方式顯示生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際情況，實(shí)時(shí)觀測(cè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)指標(biāo)。數(shù)據(jù)的顯示方式包括模擬量的實(shí)時(shí)數(shù)字顯示，開關(guān)量的實(shí)時(shí)圖形顯示、實(shí)時(shí)棒圖顯示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的列表式顯示等；當(dāng)數(shù)據(jù)超過規(guī)定的限值時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)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(cè)各車間的實(shí)時(shí)生產(chǎn)情況，并可在同一畫面綜合監(jiān)測(cè)幾個(gè)車間的相關(guān)指標(biāo)；實(shí)時(shí)畫面的每一個(gè)模擬量點(diǎn)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(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)兩大功能。歷史數(shù)據(jù)曲線功能可以觀察某項(xiàng)指標(biāo)某一天的點(diǎn)值變化曲線及其報(bào)警線的顯示，并可同時(shí)顯示多條指標(biāo)曲線，用來(lái)進(jìn)行對(duì)比顯示，可以放大曲線的任意區(qū)域，查看曲線在各取點(diǎn)時(shí)間精確的點(diǎn)值信息，可以查看圖中各項(xiàng)指標(biāo)曲線的報(bào)警限值，統(tǒng)計(jì)每項(xiàng)指標(biāo)在給定時(shí)間段內(nèi)的最大值、最小值及其各自的取值時(shí)間，瀏覽超過報(bào)警限額運(yùn)行的時(shí)間點(diǎn)及其點(diǎn)值并進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)；歷史曲線可以自由組合，且可以查詢?nèi)我?/SPAN>24小時(shí)內(nèi)的曲線以及月曲線。超限額運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)功能可以查看任意區(qū)間內(nèi)某項(xiàng)指標(biāo)超過報(bào)警限值運(yùn)行的時(shí)間累計(jì)情況，包括查詢區(qū)間內(nèi)各小時(shí)超過報(bào)警值上限、下限的時(shí)間以及時(shí)間的累計(jì)。

    ?  報(bào)表查詢功能實(shí)現(xiàn)企業(yè)的生產(chǎn)報(bào)表查詢功能，包括日?qǐng)?bào)查詢和班報(bào)查詢功能，報(bào)表的種類和樣式由報(bào)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(shí)監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)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(shí)時(shí)模擬圖監(jiān)測(cè)、歷史數(shù)據(jù)分析、靈活報(bào)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(jī)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，使管理者在辦公室里就可以監(jiān)測(cè)到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況及報(bào)警信息；并可以對(duì)取得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化、分析，從而為保證生產(chǎn)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)、降低生產(chǎn)成本提供重要基礎(chǔ)。本系統(tǒng)主要特點(diǎn)如下：

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

    (2)  靈活、簡(jiǎn)便的組態(tài)功能，包括實(shí)時(shí)模擬圖、報(bào)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(bào)，同時(shí)Windows NT的平臺(tái)也使系統(tǒng)的安裝與維護(hù)更加容易；

    (4)  高速的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理功能；

    (5)  高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式；

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

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

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

    (9)  靈活方便的數(shù)據(jù)查詢工具。