MES系统实时数据库的设计与实现
内容摘要：大连石化公司的生产运行系统（MES）采用了Honeywell公司软件包实现的，PHD 实时数据库是生产运行系统（MES）的基础。本文介绍了PHD实时数据库的结
构设计，通过标准的OPC 接口技术与PHD的Buffer/Shadow技术结合完成了数
据采集，满足了生产运行系统（MES）的总体目标。
关键词：生产运行系统（MES）、PHD实时数据库、集散控制系统（DCS）、OPC接口
1、前言
中国石油为了加快各业务领域的信息化建设，2004年，生产运行系统（MES）列入股份公司年度信息技术项目计划，最后选择了大连石化公司为试点单位，开始进行试点实施工作。目前中国石油生产运行系统（MES）已经进入了第三期推广中，预计2009年底完成推广，大连石化公司试点的MES系统已于2005年12月份正式上线运行，目前运行稳定，为公司信息化建设奠定了基础。
2、PHD实时数据库的开放性
现代化炼厂大量采用了DCS等自动化仪表及控制设备进行生产过程、公用工程、罐区等自动化控制。Honeywell公司的实时数据库软件包具有与这些常用设备的接口和数据采集能力，而且该软件包具有接口软件的开发工具，以便为特殊设备开发接口。同时，还能采集非连续的数据，如实验室的分析数据，物料的移动数据等。PHD实时数据库最终是供用户或应用程序使用的，PHD实时数据库为用户提供了与外界进行数据传输的途径：API函数库、OPC接口、ODBC和SQL接口、Automation OLE Server以及ActiveX控件等接口方式。
3、大连石化公司PHD数据库的设计方案
1）PHD实时数据库设计目标
PHD实时数据库应用平台不仅可以管理实时数据，还能进行事件信息、事务性数据和应用数据的管理，分别将相关测量值存放于过程实时数据库；将操作变化、报警信息、过程变化等事件存放于事件数据库；将物料移动记录、化验室分析数据、操作规程、工艺卡片存放于事务性数据库；将物料平衡、操作管理、先进控制等基于数据库应用的运行结果数据存放于应用数据库，在系统内部实现实时数据库和关系数据库的无缝连接，以方便应用开发。它的设计目标如下：
①存储数据，保证原始信号在一定的约束条件下再现，优化存储和支持时间序列平均值。
②允许手工录入那些分布式信息源，非连接的装置或地理上分布很远的信息点数据。
③接口或集成到其他实时系统、第三方实时历史数据库产或者现有的客户解决方案中。
④提供收集、跟踪、分析、响应和报表支持、流程图和趋势图。
⑤提供执行简单计算和对象类型平衡的功能，结合用户开发实现复杂、高级计算功能。
⑥提供PHD实时数据库与ORACLE关系数据库的动态连接。
⑦提供灵活的用户接口选项，最终用户通过LAN/W AN进行配置等。
2）PHD实时数据库体系结构
大连石化公司的MES系统采用Honeywell公司的MES系统套件，该软件是专门针对炼油化工行业的特点所设计的整体的、集成的解决方案，包含了流程工业的最佳实践。MES 系统是以PHD 数据库作为实时数据采集中心，系统被设计成三层结构，即数据采集层、数据的存储和处理层以及桌面应用层。如图１所示：
①数据采集层是各装置的DCS系统等和接口组成，通过接口将实时、非连续的信息输入到实时数据库系统中。
②数据的存储和处理层是由实时数据库系统与其之上的应用程序组成，应用程序基于来自数据采集层的信息，提供操作管理应用。
③桌面应用层由客户端软件和浏览器组成，客户端软件为实时数据库管理及应用提供应用平台，浏览器用于发布操作管理的实时信息、组态界面以及计算结果。
数据的存储数据的采集
和处理
桌面应用
图1 实时数据库系统结构图
3）OPC 接口实现数据采集
大连石化公司的MES 系统实时数据采集采用了标准OPC 接口方式，数据来源有DCS 、PLC 以及第三方实时数据库等。流程工业生产过程都是连续的，MES 系统与装置生产紧密地联系在一起，生产数据信息也必定是连续的，一旦异常造成数据中断，就严重的影响了MES 系统的应用。Honeywell 公司的Buffer/Shadow 技术，将物理上分散的数据源设置成多个独立的PHD 服务器，实现同机数据的采集，这样保证了实时数据的连续性。
PHD 实时数据库采集了全公司33套装置的数据，根据总部相关的编码规则，共设计了17个实时数据采集接口，累计共采集2万多点实时数据。如表1所示：
4）PHD实时数据库内部数据结构
将实时数据信息通过软件包的TPI组态工具预组态到系统中，并下载到PHD数据库中。PHD实时数据库中的数据信息包括：实时点位号、手动点位号、虚拟点位号以及用于存储相同属性的父点位号等。数据库中的各类点位号定义以第一联合车间的三催化装置为例。
①实时点位号的设计
采集控制系统的实时点信息，以装置代码前缀、控制系统位号的关键字段以及.PV后缀进行定义。
②手动点位号的设计
生产或管理数据存在离线的数据，需要手动录入；生产的监视点数据需要有对应的工艺卡片上、下限指标的手动位号。手动录入位号以装置代码前缀、工艺代码以及.MANUAL后缀进行命名；上、下限指标的手动位号以装置代码前缀、控制系统位号的关键字段以及.HILMT（上限）和.LOLMT（下限）后缀进行定义。
表3 PHD实时数据库手动点位号定义表
③虚拟点位号的设计
在PHD数据库中定义关键绩效指标（KPI）、工艺参数、平稳率计算等公式，计算按装置分类，进行监视。虚拟点位号以装置代码前缀、关键字代码以及.KPI后缀进行定义。
表4 PHD实时数据库虚拟点位号定义表
④父点位号的设计
各类点的相同属性通过父点统一定义实现，主要分成两类父点：一类是实时位号的父点；一类是手动位号的父点。其中实时位号的父点分成五类：FLOW-流量，PRESS-压力，TEMP-温度，LEVEL-液位，OTHER-其他类型，系统中共建立了89个父点位号；手动位号的父点定义一个父点即可。父点位号以装置数采接口前缀、各类父点代码、_PARENT后缀进行定义。
5）PHD实时数据库应用
PHD实时数据库保罗了生产、管理、实验室等各类数据，基于这些数据进行应用也是MES系统实施的最终目标。具体实现了如下的数据库应用：
①实现了工艺台帐的电子化。
②以B/S或C/S的方式组态查询的流程图界面和趋势图界面。
③手动数据录入界面，以B/S方式进行，支持物料平衡应用、物料跟踪、和其它应用
需要的手工录入数据。
④实现装置的平稳率考核算法，将监控的目标分成厂级、车间级和班组级，方便于进
行装置的成本核算。
⑤实现生产装置的能耗计算，根据数据库中的基础数据进行装置的单耗计算，根据装
置的单耗计算出装置的综合能耗和平均单耗，并且能按班次、日及任意时间段进行
汇总计算，能查看趋势图。
4、结束语
MES系统的实施为供应链优化提供最为基础的地区分公司物料平衡及库存动态，并对优化的结果进行反馈和验证，促进供应链优化的应用。MES系统的建立集成了生产过程信息和生产管理信息，为ERP系统提供准确、及时的物料平衡、公用工程消耗、质量分析等生产集成信息。在MES系统成功实施后，使企业的信息技术向过程集成和企业集成发展，消除了制约的瓶颈，优化了资源的分配利用，优化了生产，降低了成本，提高了企业的经济效益、经营和管理水平。
通过MES系统的几年来的持续建设、不断完善，已经成功实现了物料平衡、物料移动管理、装置运行平稳率的考核、操作日志的完全电子化、工艺台帐的电子化等功能。为公司生产提供了一整套信息化工具，也为公司生产和管理带来了理念上的转变，同时为ERP层的财务管理、销售管理、物资管理等决策提供可靠的数据，为实现“信息化带动工业化”的目标迈出了重要一步。
参考文献：
[1] 徐晓光.集成化MES若干关键技术研究：硕士学位论文.湖北：华中科技大学，2003.
[2] 田颖颖，孟杰．褚健：MES成就中国节能经济.中国制造业信息化，2005(6):21-22
[3] 赵元旭.信息资源――炼油企业节能降耗的重要支点. 数字石油和化工.2006,3:18-21