Honeywell生产管理系统在化工企业的应用

胡稷帆

[摘 要] 本文介绍化工企业如何基于霍尼韦尔的Uniformance平台构建生产管理系统，该系统实现了实时数据采集、生产监控、报表等方面的有效管理，将装置工艺实时数据与业务管理相结合，进一步降低了化工企业的运行风险与生产成本，提升了企业生产管理水平及产品质量。

[关键词] 实时数据；分布式；控制系统；报警；生产管理系统；化工企业

[中图分类号] F270.7；TP315 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）19- 0038- 04

石化行业作为典型的流程制造业在国民经济中占主导地位，其特点是以处理连续物料流、能量流为主，产品多以大批量的形式生产出来，与离散制造工业有显著不同。随着全球经济一体化的发展，化工企业面临着日益激烈的竞争，而提升企业核心竞争力的要素都体现在石化产品上，生产制造是形成产品的主要过程，生产制造能力是构成石化企业核心竞争力的关键内容，而生产管理系统则是提高企业生产制造管理能力的重要手段。

实时数据库系统将实时数据处理与数据库技术相结合，解决了过程控制系统DCS数据存储能力有限，无法进行有效的数据共享，而关系数据库数据处理速度低，无法对生产过程数据进行高效存储的问题。因此，为企业提供统一而完整的企业级实时数据库服务平台，使企业经营管理决策层能够对生产过程进行实时动态监控与分析，及时发现问题并进行处理，保证装置“安、稳、长、满、优”运行，降低生产运营成本，提高产品质量和生产效率，全面提高企业经济效益和市场竞争能力势在必行。

中国海洋石油总公司旗下全资子公司中海化学是国内化肥生产领军企业，在2005年实施了基于霍尼韦尔公司Uniformance平台的数据采集、WPKS组态工艺流程图和生产管理报表的管理系统，并进行了多年的深化应用。该系统实现了企业重要生产数据的自动采集以及所有单元流程图的网上发布，基于实时数据的生产报表的自动生成、关键装置报警事件的采集、分析化验结果网上发布等功能。本文就Honeywell生产管理系统在中海化学的部署内容和应用情况进行介绍。

1 Uniformance平台

霍尼韦尔公司的Uniformance是一套成熟的石化行业生产实时数据库系统，同时也可作为生产实时数据库系统开发和应用的平台，它采集、集成、保存历史数据，包括连续的和离散的生产数据、过程性能以及过程相关数据，将实时数据、历史数据和业务数据集成在一起，以满足高级控制、优化和精细化生产管理的需求，从而将企业资产管理和生产管理相关联，真正提高企业的运作效率，从而提高企业价值。与PI系统和InfoPlus等市场主流的应用产品相比，它具有以下优点：

（1）系统的分布式多级结构增加了数据安全性，降低了系统和网络负荷。

（2）具备很强的信息处理功能，能将采集的原始数据经过业务处理变成适合最终用户管理需要的信息。

（3）提供多个客户端工具软件，方便管理人员访问更多、更高精度的历史信息，以完成过程分析、故障查找、过程改善、事故分析及跟踪和生成各种报表等多项任务。

（4）实现了实时数据库PHD与Oracle关系数据库的一体化管理，用户在关系数据库中直接通过位号即可调用生产实时数据。

（5）霍尼韦尔公司以其在DCS控制系统开发方面丰富的经验，开发了统一的数据采集基础结构和连接多种系统的实时数据库的产品化接口RDI（Real-time Data Interface），使其像DCS一样长期可靠地运行提供多种实时数据接口RDI，可靠性高。

（6）对采集的实时数据点数没有数量限制，用户数不限，能与多种型号的DCS系统互联，扩展性好，具备较高的性价比。

（7）丰富的上层应用模件和开放的数据库接口，为ERP（企业资源计划系统）、MES（制造执行系统）、PCS（过程控制系统）三层结构的“数字工厂”等应用打下基础。

总之，Uniformance为全厂范围数据采集、存储和管理建立了一套单一、开放、集成的体系结构开放的数据库系统，它集成所有工厂数据、业务数据并支持相关应用，保障工厂的管理部门使用一致的数据，从实时过程数据库或关系型数据库中检索数据，并将其转化成有价值的决策支持数据信息。

2 系统应用架构

实时生产管理系统的整体应用架构如图1所示，系统分为数据采集层、数据应用层、数据展示层。整个架构是基于Uniformance PHD实时数据库，由实时数据库服务器和客户端两大部分组成。服务器部分由数据库管理系统、RDI（Real-time Data Interface）、历史数据库以及Oracle数据库等组成；客户端可根据用户的需求，利用数据库管理系统开发适用于SQL Server关系型数据库输入的接口应用程序。

在数据采集层，中DCS位于实时生产管理系统的底层，是系统的数据来源，实时数据库负责集成从DCS系统抽取的生产数据，并为位于应用层的功能模块提供数据。数据应用层建构于实时数据层之上，包括物料平衡、能耗平衡等模块，能够帮助企业生产管理人员及时解企业生产运行状况。数据展示层直接与最终用户交互，向企业管理人员快捷、直观展示关注信息，方便调度人员了解生产运行状况，更快地做出合理决策。

2.1 数据采集层

实施实时数据库关键是如何采集过程控制系统产生的数据，即接口标准。但由于控制系统DCS来自不同的厂商，而且多使用自己的API方式存取数据，无法做到算法的通用，使系统之间的相互通讯非常复杂。因此厂商协会提出了一个标准的存取接口（OLE for Process Control，OPC），OPC作为硬件和软件之间的一个中间件，方便不同系统之间的工业数据通讯。Honeywell（PHD）实时数据库使用RDI通过OPC与其他控制系统交换数据，实现对所有监控系统的数据采集工作。

2.2 数据应用层

系统提供多种工具方便系统应用。过程趋势和统计分析工具Process Trend提供基于Windows界面分析历史数据的图形化界面，具有趋势分析、同位号数据对比、输出Excel进行数据分析等功能；实时数据库提供了多种手工录入工位数据的方法，使用API允许用户开发各种形式的手工录入界面，方便用户操作使用。

2.3 数据展示层

系统采用基于IE的浏览器展示技术。通过OPC将DCS的数据取出，放入历史数据PHD服务器中，将绘图工具（WPKS）自动绘制的棒状图，阀位、机泵等的动态流程图和趋势图发布到网页（Web）服务器，所有企业管理部门通过网页服务器以浏览网页的形式了解生产的实际情况。这种方式方便快捷，省掉了中间环节的报送，各个管理层可以在不同地点、同一时间看到生产过程的实际状态，实时进行生产、控制与管理。

3 网络拓扑组成

由于过程控制系统DCS部署于工控网内，生产管理系统部署于办公网由，两网是相互独立的网段。为保证生产控制系统的安全，防止受到病毒和黑客的攻击，在办公网和工控网之间设置了防火墙，防止管理网终端直接进入工控网。

4 系统应用效果

中海化学基于Uniformance的WPKS系统实现对化肥（一、二期）和甲醇（一、二期）装置过程控制数据全部采集，涉及的过程控制系统包括横河CS 3000、霍尼韦尔TPS 3000等过程控制系统，实现工艺流程图及趋势、生产分析报表、生产分析评估、分析化验数据、生产智能诊断等生产管理功能，为后期物料消耗统计分析、工艺分析与控制、设备停机时间分析等业务提供基础数据，为生产调度决策提供辅助信息，从而实现生产管理的透明化和科学化。

4.1 工艺流程及趋势

生产管理人员可以随时获得生产装置的工艺状况，用户通过简单的操作就可以查看趋势图。在系统流程图上，对各关键设备设定正常阀值区间，且系统中各设备的阀值区间可根据安全生产管理需求及各设备生产运行状态的不同，自行设置合理阀值区间。多位号趋势图可以提供将多个工艺位号放在一个趋势图内的功能，便于工艺人员进行分析。

4.2 生产分析报表

生产报表提供各装置的相应报表查询功能，主要包括厂控工艺指标执行情况、部控工艺指标执行情况、操作平稳考核报表、产量及消耗报表、质量考核报表、尿素考核报表、班组直接生产成本报表、自定义报表等，尤其是自定义报表，工艺人员根据管理需求自行定义报表的内容，然后在此基础上进行审核修改，准确快速出具生产月报，大大提高了用户的工作效率。

4.3 生产分析评估

生产分析评估提供各装置的相应分析评估功能，这也是中海化学深化应用的重点。系统上线时功能主要包括工艺点评估报表、报表审核评估、装置报警事件等。后期持续进行了深化应用，开发了开停车过程曲线、开停车进度跟踪、天然气组分波动分析、工艺指标偏差统计等功能。如为了开展工艺偏差统计，加强生产工艺指标监控能力，通过系统自动工艺参数运行趋势向上或向下偏离，解决手工统计工艺参数多，工作量大，容易出现偏差和遗漏等问题。

4.4 分析化验数据

集成实验室信息管理系统LIMS，提供各装置的相应分析功能，主要包括化验单查询、化验数据列表、天然气台账、化验单统计、分析化验统计等。生产工艺技术人员可以通过化验单查询，不用登录LIMS就能获得最新的化验单数据，方便快捷的同时也减少了化验室工作人员送单的工作。

此外，考虑中海化学已实施了ERP系统，但是和DCS系统之间没有直接信息交互，对现场生产和管理决策缺少实时指导，为此从2008年中海化学开始“数字工厂”建设。“数字工厂”是立足于已有ERP系统和自动化控制系统DCS，深化信息枢纽“生产管理系统WPKS”的建设，实现将ERP中的生产计划下传到WPKS系统中，由WPKS做物料平衡转为生产指令指导操作人员现场控制系统进行生产，最后装置实时生产数据又通过WPKS系统上传至ERP系统，为管理人员提供决策信息。例如实现了ERP PM模块从WPKS系统读取设备实时设备运行数据，实现了基于运行时间的预防性维修管理，降低了基于日历时间预防性维修的不确定性，大大提高了设备保养的效率，保障设备可靠稳定运行。

5 生产系统应用趋势

信息技术在化工装置上的广泛应用，对提升生产管理精细化水平，降低生产运营成本，提高效率起到了积极作用。为了进一步提升管理决策水平，世界大型跨国能源巨头的生产管理系统正朝着集成化、协同化、可视化等方向发展。

（1）集成化。通过与企业装备管理系统、安全管理系统、企业资源计划ERP、实验室信息管理系统等系统集成，实现生产经营信息的全方位集成。

（2）协同化。以生产管理系统为基础，建设生产营运控制中心，通过与企业核心生产、经营信息系统集成，实现了上中下游产业链生产业务的信息协同共享，实现生产调度管理、决策分析等功能，支撑公司的集中营运管控模式。

（3）可视化。生产信息数据的可视化实现对生产过程、装置运行、产品质量、物流配送、库存，以及生产运行绩效等动态跟踪，使决策者和管理者实时跟踪生产计划完成情况，第一时间掌握突发事件的细节，及时制订解决方案进行决策和管理，实现了生产的实时调度管理。

6 结束语

中海化学基于霍尼韦尔Uniformance平台已经完成了化肥（一、二期）、甲醇等6套装置生产管理系统实施工作，经过多年的持续深化应用，整个系统极大地方便了管理人员，在这个数据平台的基础上实现了关键数据的趋势分析、对比，提高了企业的生产精细化管理水平。

主要参考文献

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