1 概述

    現(xiàn)有的化工油品罐區(qū)一般都有SCADA系統(tǒng)(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))，該系統(tǒng)基本上可以滿足罐區(qū)生產(chǎn)過程自動化的日常需求。但是，綜合自動化水平的提高單純依靠對生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)進(jìn)行更新改造并不能取得實質(zhì)性的效果，它僅僅是整個生產(chǎn)系統(tǒng)的末端單元，不具備高層次的管理、分析、決策能力。因此為滿足有效提升罐區(qū)儲運(yùn)生產(chǎn)管理自動化水平的要求，有必要在所需的控制系統(tǒng)架構(gòu)之上，引入并構(gòu)架以罐區(qū)生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System，簡稱MES)為核心的罐區(qū)綜合自動化體系。

    從目前大多數(shù)的管理應(yīng)用系統(tǒng)來看，大多數(shù)儲運(yùn)罐區(qū)的上層管理應(yīng)用系統(tǒng)與生產(chǎn)工藝脫節(jié)，這些系統(tǒng)僅注重罐區(qū)業(yè)務(wù)的產(chǎn)生過程與最終結(jié)果。而對于業(yè)務(wù)作業(yè)的具體過程信息不關(guān)注或者滯后，從而造成企業(yè)整個儲運(yùn)過程中很難進(jìn)行精細(xì)控制和成本控制；很難針對儲運(yùn)過程的信息變化改變業(yè)務(wù)處理的具體策略；當(dāng)企業(yè)規(guī)模逐漸增大、業(yè)務(wù)功能逐漸擴(kuò)展時，具體儲運(yùn)工藝管理的難度也將呈幾何級數(shù)增長。MES系統(tǒng)的引入可以使罐區(qū)儲運(yùn)的管理提升一個臺階。

2 MES系統(tǒng)介紹

    以罐區(qū)生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)為核心的罐區(qū)綜合自動化整體解決方案，通過規(guī)范生產(chǎn)指令和物料移動操作流程，采用控制系統(tǒng)的精確數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)活動進(jìn)行及時引導(dǎo)和控制，對隨時可能發(fā)生變化的生產(chǎn)狀態(tài)和條件做出快速反應(yīng)，監(jiān)控、管理罐區(qū)的生產(chǎn)活動，重點消減不會產(chǎn)生附加值的活動，從而推動有效的工藝運(yùn)行和過程。本系統(tǒng)能夠有效地改善油品移動、調(diào)度指揮、設(shè)備運(yùn)行、統(tǒng)計查詢、及時交貨、庫存周轉(zhuǎn)、毛利和現(xiàn)金流通等性能。整個罐區(qū)的生產(chǎn)活動以及供應(yīng)鏈中以人物作為關(guān)鍵因素的信息，以上層企業(yè)資源計劃系統(tǒng)(ERP)和物流系統(tǒng)所制定的訂單或者計劃為驅(qū)動，通過雙向交互，對生產(chǎn)提出要求，通過底層實時控制系統(tǒng)信息及時響應(yīng)罐區(qū)生產(chǎn)活動，又可以完成罐區(qū)各種業(yè)務(wù)活動的管理，使企業(yè)的信息技術(shù)向過程集成和企業(yè)集成發(fā)展。其主要特點如下：

    (1)全面實現(xiàn)罐區(qū)業(yè)務(wù)處理和管理活動信息化、標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范性的管理；

    (2)通過合理的授權(quán)機(jī)制訪問控制系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)、狀態(tài)監(jiān)視，從而實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、查詢、分析、處理等功能；

    (3)根據(jù)生產(chǎn)需要，優(yōu)化選擇作業(yè)路徑，模擬作業(yè)流程，有效地避免誤操作；

    (4)結(jié)合敏捷物流理論，保證各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)作業(yè)同步監(jiān)控數(shù)據(jù)的高可靠性、時效性和全面性，從而實現(xiàn)罐區(qū)精細(xì)管理和提高罐區(qū)生產(chǎn)力；

    (5)采用工藝流程管理與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理相結(jié)合、計劃控制與流程控制相結(jié)合的管理模式，確保罐區(qū)管理在事務(wù)層和生產(chǎn)層均得到有效管控；

    (6)通過實時狀態(tài)監(jiān)測，依靠先進(jìn)可靠的設(shè)備和監(jiān)測技術(shù)，對罐區(qū)設(shè)各運(yùn)行狀況、設(shè)備檢驗、設(shè)備維修進(jìn)行管理，提供罐區(qū)資產(chǎn)管理解決方案；

    (7)提供罐區(qū)油品計量方面的相關(guān)內(nèi)容，可以利用標(biāo)準(zhǔn)的API方法進(jìn)行儲罐計量和油品質(zhì)量計算；

    (8)提供可操作性強(qiáng)、人性化的系統(tǒng)界面，可以方便簡單的完成各種業(yè)務(wù)操作，從而提高罐區(qū)管理整體工作效率，降低工作強(qiáng)度；

    (9)系統(tǒng)具有良好的開放性，軟件重構(gòu)、重用能力強(qiáng)，為今后業(yè)務(wù)擴(kuò)容、改進(jìn)打好基礎(chǔ)，減少系統(tǒng)今后再次開發(fā)的成本，根據(jù)用戶的功能要求，可以非常便捷、迅速進(jìn)行定制開發(fā)和業(yè)務(wù)流程變更。

3 MES系統(tǒng)架構(gòu)

    如下圖，整個罐區(qū)MES系統(tǒng)處于ERP系統(tǒng)及物流信息系統(tǒng)與罐區(qū)控制系統(tǒng)之間。MES系統(tǒng)根據(jù)整體需求按照服務(wù)模塊劃分功能，各大模塊之間通過整體的應(yīng)用平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，協(xié)同完成整個系統(tǒng)的所有功能。

圖1 系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

    MES系統(tǒng)是一個開放的管理應(yīng)用平臺，可以根據(jù)業(yè)主的實際需求，開發(fā)出相應(yīng)的功能模塊。圖中僅列出與罐區(qū)密切相關(guān)的4個核心功能模塊：罐存信息系統(tǒng)、訂單生產(chǎn)管理、設(shè)備管理和統(tǒng)計查詢。

    MES系統(tǒng)在計劃管理層與底層控制之間架起了一座橋梁，填補(bǔ)了兩者之間的空隙。一方面，MES可以對來自ERP軟件的生產(chǎn)管理信息進(jìn)行細(xì)化、分解，將計劃層操作指令傳遞給底層控制系統(tǒng)，使得生產(chǎn)計劃更加快速準(zhǔn)確的被生產(chǎn)部門所執(zhí)行：另一方面，MES系統(tǒng)可以采集設(shè)備、儀表的狀態(tài)數(shù)據(jù)，以實時監(jiān)控底層設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，再經(jīng)過分析、計算與處理，從而方便、可靠地將控制系統(tǒng)與信息系統(tǒng)整合在一起，并將生產(chǎn)狀況及時反饋給計劃層，讓計劃和管理人員全面地了解生產(chǎn)情況。

4 實施方案論述

    4.1 系統(tǒng)現(xiàn)狀

    以某罐區(qū)的現(xiàn)狀為例，來說明如何在現(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)基礎(chǔ)上引入MES系統(tǒng)。下圖為某罐區(qū)的系統(tǒng)現(xiàn)狀圖。

圖2 系統(tǒng)現(xiàn)狀圖

    該罐區(qū)生產(chǎn)區(qū)域主要由輕油罐區(qū)、原油罐區(qū)、中轉(zhuǎn)罐區(qū)、航煤罐區(qū)、十萬罐區(qū)、空壓站和泊位區(qū)域組成。每個分區(qū)都有一套B&R PCC(PLC)控制站對本分區(qū)生產(chǎn)及設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。每個分區(qū)都設(shè)置一套本地操作站點，用于監(jiān)控本分區(qū)的生產(chǎn)及設(shè)各。專門設(shè)置控制中心站點一處，用于監(jiān)控生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的所有分區(qū)的生產(chǎn)活動及設(shè)備。調(diào)度室設(shè)置在控制中心站點旁，方便調(diào)度指揮人員隨時通過控制中心的電腦獲取所有生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的工藝狀況，以便發(fā)出合理的調(diào)度指令(調(diào)度指令的發(fā)出完全由調(diào)度指揮人員的經(jīng)驗判斷來做出響應(yīng))。設(shè)置生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一套。用于存儲生產(chǎn)的數(shù)據(jù)，以及為其他需要生產(chǎn)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)提供接口。設(shè)置生產(chǎn)及設(shè)備監(jiān)控數(shù)據(jù)接口機(jī)一臺，用于為需要生產(chǎn)及設(shè)各原始實時數(shù)據(jù)的系統(tǒng)提供接口。在控制中心除了用于監(jiān)控生產(chǎn)及設(shè)備的SCADA操作站外，還有算量操作站、報表操作站、交接班操作站、設(shè)備運(yùn)行記錄操作站、調(diào)度指令執(zhí)行操作站、公司web網(wǎng)信息站、消防監(jiān)控操作站和視頻監(jiān)控操作站等。

    4.2 MES系統(tǒng)實施步驟

    4.2.1 引入OPC實時數(shù)據(jù)平臺

    在罐區(qū)內(nèi)，下位控制器品牌眾多，并且各個控制器之間聯(lián)系非常少，基本上是各自獨立控制一個區(qū)域。各個控制器往往使用不同的傳輸協(xié)議在操作站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在這種情況下，要在MES層和底層控制層之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸會有諸多不便。因此在這MES層和下位控制層之間引入OPC實時數(shù)據(jù)平臺，這樣就使得MES層對下有一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源平臺，簡化了MES層和底層控制層的數(shù)據(jù)傳輸。架構(gòu)如下圖所示。

圖3 OPC實時數(shù)據(jù)平臺引入

    OPC是基于OLE/COM/DCOM技術(shù)的，它采用客戶/服務(wù)器模式，把開發(fā)訪問接口的任務(wù)放在現(xiàn)場設(shè)備的生產(chǎn)廠家，以O(shè)PC服務(wù)器的形式提供給用戶即OPC客戶端。OPC服務(wù)器收集現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，通過標(biāo)準(zhǔn)的OPC界面提供給OPC客戶端使用。

    在整個系統(tǒng)中，OPC實時數(shù)據(jù)平臺作為實時數(shù)據(jù)交互模塊的主要組成部分，他不僅向?qū)崟r數(shù)據(jù)庫提供實時數(shù)據(jù)，還將流程調(diào)度模塊所發(fā)出的設(shè)各執(zhí)行指令下發(fā)給下位控制系統(tǒng)�？偠�言之，OPC實時數(shù)據(jù)平臺是一個透明雙行的數(shù)據(jù)信道，是MES與控制層的實時數(shù)據(jù)交換的唯一手段。

    4.2.2 引入數(shù)據(jù)庫

    數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的引入對MES系統(tǒng)的實施至關(guān)重要，要實現(xiàn)管理、分析和執(zhí)行，需要歷史數(shù)據(jù)來參考。由定制的系統(tǒng)功能模塊收集歷史數(shù)據(jù)，存儲到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫的引入有如下優(yōu)點：

    (1)存檔海量信息，歷史數(shù)據(jù)隨時可查。

    (2)提高記錄和檢索信息的效率。

    (3)減少重復(fù)工作。數(shù)據(jù)庫里所需要錄入的資料通常只需要錄入一次即可，所有數(shù)據(jù)信息都可以根據(jù)需要歸納、整理、調(diào)用。

    (4)管理方便，數(shù)據(jù)庫中可以加入流程管理，將審批流程納入進(jìn)去。

    (5)有效地集合企業(yè)資源，并合理分配使用。

    (6)高效跟蹤業(yè)務(wù)。

    (7)數(shù)據(jù)庫加密管理，可減少人員流動帶來的資料或者技術(shù)損失。

    (8)流程規(guī)范化，可減少對某些崗位人員的依賴，減少人員流動導(dǎo)致的崗位資料缺失帶來的損失。

    (9)可實現(xiàn)業(yè)務(wù)與財務(wù)同步，即時發(fā)生的成本可以快速反應(yīng)到財務(wù)報表上。

    4.2.3 其他功能塊的引入

    (1)罐存信息系統(tǒng)

    功能包括根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)API及各種算法進(jìn)行儲罐各種油品質(zhì)量的計算、儲罐信息檢索與維護(hù)、儲罐實時信息的檢索以及罐容靜壓信息的檢索與維護(hù)等功能。

    (2)訂單生產(chǎn)管理

    生產(chǎn)部門根據(jù)作業(yè)訂單，將生產(chǎn)作業(yè)指令通過手動或者電子方式進(jìn)入MES系統(tǒng)，處于MES系統(tǒng)下層的控制系統(tǒng)根據(jù)MES下發(fā)的指令確定油品移動的具體路線，然后由控制系統(tǒng)進(jìn)行自動控制油品移動的作業(yè)。作業(yè)過程相關(guān)信息傳輸給MES系統(tǒng)，這樣就形成從生產(chǎn)工藝到具體作業(yè)一整套標(biāo)準(zhǔn)可以控制的流程。

    (3)設(shè)備管理

    對罐區(qū)作業(yè)涉及的各類閥門、泵、儀表、管線、儲罐、裝車鶴位等設(shè)備的相關(guān)性能、狀況，以及監(jiān)測、檢修信息等內(nèi)容進(jìn)行管理；

    (4)統(tǒng)計查詢

    系統(tǒng)需要的各類作業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、報表生成及查詢都可通過該模塊實現(xiàn)。

    以上僅列舉了四個功能模塊，在實際的系統(tǒng)中�？梢愿鶕�(jù)需求定制功能塊，來完善系統(tǒng)及用戶的需求。

5 可預(yù)見的益處

    罐區(qū)MES系統(tǒng)是高起點、高要求的集數(shù)據(jù)采集傳輸、監(jiān)控、企業(yè)管理于一體的具有完整業(yè)務(wù)管理與數(shù)據(jù)監(jiān)控功能的綜合性系統(tǒng)。是多個硬件和軟件產(chǎn)品通過集成建立的開放、多層次的、模塊化的、分布式的、透明的綜合自動化應(yīng)用管理信息系統(tǒng)，且具有擴(kuò)充能力及容錯性的。通過罐區(qū)MES系統(tǒng)的應(yīng)用，罐區(qū)能夠：

    (1)最大限度地提高生產(chǎn)效率從而增加收益；

    (2)通過延長設(shè)備的無故障運(yùn)行時間提高資產(chǎn)利用率；

    (3)模擬作業(yè)過程，提高作業(yè)質(zhì)量并保持作業(yè)質(zhì)量的一致性；

    (4)減少作業(yè)損耗并達(dá)到業(yè)務(wù)考核指標(biāo)；

    (5)整個企業(yè)及生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)輕松獲取生產(chǎn)控制層的實時數(shù)據(jù)；

    (6)改善及時交貨、庫存周轉(zhuǎn)、毛利和現(xiàn)金流通性能。

    (7)全面實現(xiàn)罐區(qū)業(yè)務(wù)處理和管理活動的信息化、標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。

6 綜述

    通過以上的探討，罐區(qū)在現(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)上引入MES系統(tǒng)，則需要引入0PC實時數(shù)據(jù)平臺，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，再根據(jù)實際需求定制一些功能模塊，即可完成MES系統(tǒng)的實施。通過MES系統(tǒng)的加入。整個罐區(qū)生產(chǎn)經(jīng)營管理水平會有一個較大的提高。

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本文標(biāo)題：引入MES的油品罐區(qū)綜合自動化系統(tǒng)

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