浅谈过程数据系统在石油化工行业的应用

华福工程有限公司天津分公司　袁汉福



浅谈过程数据系统在石油化工行业的应用

华福工程有限公司天津分公司袁汉福

1　前言

在石化行业，随着信息化的进程加快，生产过程不断产生庞大的数据信息量，迫切需要对石化工业中实时数据进行快速存取和有效管理。现有的生产过程实时数据管理方法存在着一定的局限性，无法很好地满足生产过程中实时数据管理高效、稳定、可靠的要求。因此，对生产过程实时数据管理方法及其系统进行研究，提高数据管理的可靠性、实用性，具有重要的理论意义和应用价值。

一般情况下，在石油化工企业中，控制系统都设置OPC服务器，作为过程数据的采集接口，但只是对OPC服务器硬件做出了要求，对软件没有具体要求，例如OPC数据库软件的具体要求等。在工程建设期，建设方的管理体系和管理模式没有完全确定的情况下，建设方对ODS（过程数据系统，Operation Data System）的规划和应用需求不能提出完整要求，基础没有打好。有的项目只是采集过程数据，没有实施具体应用。上述问题是导致ODS不能很好应用的部分原因。本文在ODS的硬软件配置、网络结构、基本应用上阐述了一些观点。

2　ODS特点

过程数据系统是石油化工生产过程数据的管理系统，实现各类过程数据的存储、归档、分类、检索、传送、应用等，可与工厂管理系统连接。其特点如下：

•提供实时过程数据，有效及安全地存取过程数据。

•实时性要求高，数据更新频繁，访问频率高。

•ODS数据库可创建多个装置模型。

•为其它系统提供数据接口，例如：化验室系统、其他设备管理接口等。

•为实现装置操作管理功能提供实施平台，为生产管理系统MES提供实时数据。

3　ODS网络构成

ODS网络结构图如图1所示。ODS的网络结构，在控制层和数据服务层分别设置网络，连接ODS服务器（Server）、ODS客户端（Client）。在控制层网络为C/S结构，在数据服务层网络为C/S和B/S结构。

ODS接口服务器即OPC服务器，通过OPC服务器采集过程控制系统的生产过程数据。以现场机柜间或DCS为一个分区，OPC服务器按分区进行配置，OPC服务器连接到ODS LAN网，向设置在数据服务层的中心服务器传送数据。

在中心控制室设置数据服务层网络。设置数据服务层主要是为保证控制系统的安全而增设的保护层，用于连接中心ODS服务器和若干台ODS客户端、WEB服务器以及其他网络设备。在每套装置的DCS操作台上从数据服务层连接配置一台ODS客户端，用来显示其它装置与本装置的关联数据、化验室的分析数据、操作管理数据、生产管理系统MES数据、调度命令或工厂办公信息等。

数据服务层独立设置OPC服务器，负责向工厂管理网传输数据。OPC访问的授权数据量应能满足MES和ERP等系统的要求。具有安全接口和VPN功能（支持NAT的防火墙配置、支持PPTP协议、支持GRE数据加密）。OPC同时可以支持批量数据服务器Batch功能。

OPC服务器应与DCS时钟系统自动同步。

为保证控制系统的安全，在控制层向数据服务层之间设置硬防火墙，在数据服务层与工厂管理网之间设置硬防火墙，在数据服务层设置防病毒服务器进行防病毒。

中心服务器可以存储过程数据、操作和生产管理软件和数据、应用软件等，使用中心服务器也可以用于ODS网络的管理。

可以将机柜间控制层的OPC服务器连接到操作层的网络上。

上述网络及子网络结构由独享的物理设备和物理链路组成。

可以将机柜间控制层的OPC服务器连接到数据服务层上，通过数据服务层网络采集过程数据，这样的网络结构简单。如果采集数据量比较大，会影响DCS的网络负荷。在物理分区多的情况下，交换机需要具有VLAN功能，实现使用虚拟局域网技术对网络分区。 物理子网比虚拟局域网要安全可靠，但是在相同网络规模下，投资也相对较高。

在数据服务层ODS网络可以独立设置，如果控制系统DCS也设置有数据服务层网络，ODS也可以与DCS的数据服务层网络合用。当系统规模比较大时，数据服务层的网络可以冗余配置。数据服务层OPC服务器可以与ODS主服务器合用。设置WEB服务器，可以提供网络查看浏览数据功能。

在数据服务层的ODS客户端，依照需要安装在工厂的管理部门，例如生产调度、计划、技术等部门。

本结构图是多套生产装置的工厂结构，网络结构可以依据具体要求及工厂管理要求，在保证安全可靠的前提下进行调整设置。

图1　ODS网络结构图

4　软件要求

ODS提供实时数据库和通信接口，从DCS LAN网采集数据，并存贮长周期数据到历史数据库。

OPC协议应满足：连接方式支持本地连接和远程连接；信息读取方式支持主动读取和订阅读取；提供数据通过防火墙的方案。OPC需要支持DA（实时数据访问，Data Access Custom Interface），A&E（报警和事件，Alarms and Events），HDA（历史数据访问，Historical Data Access Custom Interface）功能。信息规模一般不小于20,000点。

ODS应具备绘图功能和DCS画面流程图转换功能，DCS上进行的组态信息修改通过OPC接口自动刷新到ODS数据库，保证ODS的数据始终与DCS采集的数据内容一致性，减少了对数据库的维护工作。采集过程数据具有时间标签和数据品质判别。

ODS能够生成操作管理报表。

5　硬件要求

数据服务层交换机应设置VLAN的功能，需要时可以对不同控制层划分子网。ODS控制层、数据服务层的网络带宽不小于1Gbps，使用工业级交换机。交换机的背板带宽不低于所有端口最大通讯速率总和的2倍。

ODS服务器的配置不低于DCS网络管理服务器或工程师站的配置，数据存储介质可为磁盘阵列，其容量也要根据存储的数据量和储存时间来确定。

控制层和数据服务层在不同建筑物之间的连接采用光纤连接。

防火墙采用硬件型并独立配置，最大并发连接数不小于100000，数据吞吐量不小于100Mbps。防火墙技术分类采用数据包过滤型。

6　ODS数据库的基本要求

ODS数据库的基本要求如下：

系统支持C/S、B/S结构，采用分布式系统架构，系统是模块化的软件系统。

具有自诊断功能。能提供链路的网络判断和DCS状态判断。

数据存储的方法：周期性存储和突发性存储。具有高效的实时压缩算法，并保持数据的高精度，保证较小的存储空间存储大量的数据。实现自动备份，手动随时备份或恢复历史数据文件。

管理和配置工具要具有易管理性，具有在线修改和远程维护功能，可远程进行系统的管理和配置，可在线修改数据库组态内容，随DCS的数据改变自动刷新数据。

可以实现多台服务器、操作系统和管理都可统一到一个控制台的全系统管理 ，支持时钟同步。

实现与其他关系型数据库的无缝连接。具有高扩展性，在不停止数据库的情况下，增加数据源而不影响数据库的正常操作。

支持多种标准的开放接口，如：TCP/IP、API接口、COM控件、OPC服务器、DDE服务器、ODBC等。

系统应有完善的数据维护功能，可以在线导入导出数据，可以使用常规的软件观察数据，例如WORD、EXCEL等，应有良好的数据压缩功能。

7　ODS的生产操作管理

ODS的生产操作管理包括：

•数据获取及处理

ODS自动从DCS中收集所有的数据，ODS系统采用实时数据采集模式，在线进行过程数据整合，计算各类统计值（标准差、最大、最小、平均等），累计计算（如班组日月年产量统计）。采集频率可组态设定，数据采集应具有历史数据恢复功能，保证数据不会丢失。

•计算功能

ODS能够提供工厂质量平衡和产品数据控制的工具，用于平衡数据以便实现计划的模式。

•图形显示

ODS可以显示全部工艺流程图画面，并显示ODS信息，图形可以显示实时数据及历史数据。

ODS提供用于分析的工艺数据趋势画面，提供用户自组态趋势工具，一个窗口可以显示多个趋势画面。ODS趋势应包括各种设定功能、实时/历史性、更新速率，数据品质可以在趋势图中显示。

在ODS客户端（C/S，B/S）进行DCS实时数据显示，利用流程图、趋势图以及其他多种分析手段监视管理生产装置运行情况。

•报表生成

ODS便于设计和生成报表，提供预格式化报表和用户定义报表（如日操作总结，质量和能量平衡，工厂产量和性能）。

•操作管理

ODS应用于班组操作平稳率的考核及交接班日志，可以为每个班组的操作平稳率进行考核和生成报表，生成班组交接班日志的表格。

操作平稳率的考核应该包括超标时间统计、次数统计、恢复时间统计、综合考核操作员水平。

ODS的一些功能也可以在MES完成，同时为MES提供数据，为实现管控一体化、提高控制和管理品质提供平台。

参考文献：

[1]刘毅斌.生产过程执行系统MES中的数据管理[C].工业仪表与自动化学术会议论文集,2006.

袁汉福（1953-），男，浙江人，高级工程师，本科，现就职于华福工程有限公司天津分公司，主要从事炼油化工自动化控制工程设计工作。

摘要：本文介绍了过程数据系统（ODS）在石油化工行业中的应用，ODS网络的构成和网络特点，ODS硬软件的基本要求等。

关键词：过程数据系统；网络；数据库；存储

Discussion on the Application of ODS System in Petrochemical Industry

Abstract:This paper introduces the application of ODS system in petrochemical industry,the structure of ODS network and the characteristics of the network,the basic requirements of ODS system hardware and software,etc..

Key words:ODS; Network; Database; Storage

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