长庆石化：PHD系统保证数据的及时与准确

管宁静

中国石油长庆石化公司（下称“长庆石化”）十分重视工业信息化系统的生产数据处理分析，早在2005年就通过与北京中海迅通科技发展有限公司合作，搭建了一套在.NET环境下基于J2EE架构开发的生产管理信息系统（简称MIS），它由生产管理、装置操作、油品运行、化验查询、系统管理五个部分组成。通过各生产岗位人员手工将生产重要数据录入系统来实现数据处理分析，生成报表，为管理层和技术人员分析生产情况提供支持。然而该系统并未建立与DCS、PLC系统的接口，因此存在无法自动采集实时生产数据，对生产情况的分析无法做到及时、全面和准确。

2009年5月，中国石油炼油与化工运行系统（简称MES）将长庆石化作为第二批推广单位开始实施。该系统采用了霍尼韦尔公司的MES（Manufacture Execute System）作为工厂信息化的基础结构，将生产过程数据、物料数据等各种数据采集、存储并处理加工成新的信息资源，通过网上生产实时系统提供给管理、销售、技术等各层次人员，解决了各个部门信息不一致的问题，帮助他们做出及时有效的决策。建立MES系统，首先就是要建立实时数据。

霍尼韦尔过程历史数据库PHD（Plant History Database）作为MES系统的一个子模块，也可称作实时数据库，是生产信息化工作的基础，确保了其他信息系统模块能够发挥作用。PHD将工厂装置的温度、压力、液位、流量等实时信号值传输并保存到实时数据库，通过内置的与其他模块的接口，完全保证了数据采集的及时和准确性，技术人员和管理层可以及时地掌握生产现状及以前的生产过程，更好地组织、指挥生产，提高绩效，这对长庆石化公司的生产运行产生了积极的作用和重要的影响。

建立实时数据库

如果要建立PHD数据库系统，首先应该搭建好一个基础网络平台，经过前期的调研，长庆石化公司生产过程控制系统共有催化原料预处理、常减压、催化裂化、加氢裂化、制氢、重整PSA、二联合装置、硫磺回收、连续重整等9套DCS系统，轻质岗、原油岗、液化气站等3套外围小型PLC系统及15万方罐区1套总线系统需要接入实时数据库进行数据采集。

长庆石化根据数采实际需求搭建生产网络，DCS、PLC系统交换机、Buffer数采机、生产网汇聚层交换机、核心交换机、专网防火墙等硬件设备通过生产网将采集数据上传至位于办公网络的PHD服务器，PHD服务器又作为MES的服务器群中的一台将生产数据传送给其他应用服务器进行数据分析，最后通过WPKS服务器提供给终端用户，根据装置实际分布情况长庆石化设计铺设了4条冗余生产链路到相关装置的机柜间，建立了三级交换的MES生产网。

由于生产网络安全性极高，数据采集后要传送至办公网络的PHD服务器存储处理，因此，考虑到系统可能感染病毒等不安全因素，长庆石化在Buffer机上做了数据采集设定，只允许从DCS、PLC系统中单向取数，不允许往DCS、PLC系统中写数。

数据采集实现方式如下：

1、PHD服务器和Buffer机搭建

PHD数据库最重要的功能就是实现数据的采集，数据采集主要的设备是PHD服务器和Buffer机。根据网络设计要求长庆石化在办公网MES服务器群中搭建了一台PHD服务器，在13套装置的现场机柜间搭建了Buffer数采机。其中Buffer机作为数据缓冲区，承担了从DCS、PLC系统将数据传送给PHD服务器的任务，是数据采集重要的中间环节，Buffer机采用了双网卡设计。

2、Buffer机与DCS通讯配置

长庆石化公司过程控制主要采用ABB AC800F DCS系统、ABB AC460 DCS系统、西门子S7-300 PLC系统、Modicon PLC系统、Bristol Babock PLC系统及SAAB总线系统。各套系统基本支持标准的OPC 2.0接口对外通讯，因此我们采用OPC底层通讯方式。将Buffer机作为DCS、PLC的一个终端操作站，并在上面安装相应系统厂家的OPC Server软件或者使用第三方厂家的OPC Server软件如Matrikon公司的OPC通信软件MatrikonOPCSimulation。但长庆石化公司的ABB Freelance 2000 DCS系统比较特殊，需在DCS的工程师站上进行组态配置，作为专门的OPC Server站，然后安装F2K OPC Server软件。

此外，虽然长庆石化公司Buffer机软件和OPC Server软件都安装在一台终端电脑上，但是为了实现Buffer机与OPC Server的本机通讯还得进行DCOM配置（分布式组件对象模型）。配置完成后进行连接测试，在连接的时候需要在Server Node一栏填入DCS操作站的IP，刷新清单（Refresh List）查找DCS提供的OPC服务，成功搜到服务，连接可得到动态数据（与在DCS操作相同），说明测试成功，Tag列表所显示的Value应该和DCS画面上一致。

3、数据采集传输方式

根据PHD技术架构图，Buffer机作为数据缓冲区，将DCS、PLC采集的数据存储在自己的数据库中，然后将数据传输到与它连接的PHD服务器。

霍尼韦尔的Uniformance PHD作为一体化应用平台提供了连接多种系统的产品化接口RDI（Realtime Date Interface），RDI是PHD系统采集传输实时数据的通道，也是Buffer机与PHD服务器之间交换数据的通道。

长庆石化公司实时数据库采用了PHD-PHD的数据采集传输模式：首先将PHD服务器配置成Shadow PHD服务器，即主PHD服务器；然后在各装置现场的Buffer机上配置Buffer PHD，作为远程PHD，两台PHD采用相同的安装配置，它们使用相同的关系数据库；然后通过RDI接口配置文件分别给远程PHD和主PHD服务器配置相关联的IP地址和RDI端口，这样Shadow RDI与Buffer RDI建立传输通道，RDI接口需要用到固定的偶数端口来实现数据通讯，该偶数端口不能重复且不能与系统常用端口冲突，必须根据RDI接口数量合理的规划，长庆石化公司的RDI端口从54200开始依次往上增至54224。

应用PHD系统效果显著

首先，作为DCS的辅助查看工具，PHD数据库系统方便了技术人员和管理层在办公室实时了解生产操作状态，PHD将DCS数据按照2分钟一次的频率采集到服务器，技术人员在办公室查就能看到工艺流程图上每个位号的最新生产数据。

其次，由于通过PHD数据库，系统将采集的数据存储，并进行校正、补偿，剔除跳变值、死值，确保数据的高可靠性，可作为生产分析的依据。因此，技术人员可使用电子工艺台账根据设定时间导出工艺参数报表，制作周报月报，进行数据统计分析和上报。另外可使用平稳率设定功能作为考核操作工对装置生产工艺操作的依据，提高了生产调控的管理。

最后，PHD系统完善了数据的历史记录，在DCS中由于数据量很大，单单通过DCS控制器的缓存和上位机的硬盘存储，很快就会空间不足，因此长庆石化公司的DCS系统只能记录最近15天的历史数据。这对于技术人员和管理层往往需要查看某个位号的1个月甚至更长的历史数据和趋势是远远不够的，而霍尼韦尔的实时数据库软件可以将数据进行压缩，并且PHD服务器将数据存储在大容量的服务器磁盘阵列上，然后按照调度计划设定存储在了HPMSL6000磁带机内，保证了数据查询最长可以达到3个月，有利于技术人员和管理层对一段时间数据的分析和制定生产决策。

总的来说，PHD系统作为MES的一个子模块，发挥了承上启下的作用。在13套装置投用后，数据通讯可靠，未出现影响相关软件取数的情况，整套系统实现了应有的数据采集、存储及桌面应用等功能，同时可以很好地和LIMS系统、物料平衡、运行管理、物料移动等模块兼容和数据交换，达到了预期效果，很好地为生产操作服务。