SDAS石化实时数据采集整体解决方案
关键词：实时数据采集、实时数据库 SDAS石化实时数据采集系统
1． 现状和背景概况
当前，信息化已成为石化企业提高生产管理效率、降低生产管理成本的有效手段，并正在不可避免地形成一种趋势。近年来，随着ERP、MES等应用系统的实施，如何及时掌握全面有效的数据信息，成为了各石化企业所面临的一个新的挑战。
对于石化企业而言，基础数据的全面性、实时性、准确性直接决定了MES的应用效果及企业效益的提高。信息系统基础数据的自动化数采率以及自动采集数据的有效率直接制约了信息系统的可用性，否则即使拥有信息化系统，企业仍然需要投入大量的人力去做基础数据校验工作，信息系统无法发挥最大效能。
凭借近二十年来在石化行业的工程实践经验，上德公司（www.sdtime.cn)推出了面向石化企业的实时数据采集和数据存储整体解决方案及相关产品《SDAS石化实时数据采集系统》，该系统能够实现石化企业现有的各种类型仪表、电气、设备等的过程测量数据、运行状态数据采集问题，并最终以一个统一的数据库平台，为企业的信息化系统提供数据支持。
2． 系统建设内容
《SDAS石化实时数据采集系统》以实时数据库为核心，系统主要分为六大部分：数据展示平台、实时数据库、数据采集接口机、数据采集模块、数据采集对象以及通讯网络。系统的最终目的是要将采集上来的数据用于生产管理中去，SDAS除了提供一个统一的数据库平台外，也在该平台基础之上开发了多种应用功能，满足用户生产管理需求。
针对石化企业的特点，把与企业息息相关的数据归纳为八大板块：生产装置DCS、罐区监控、设备监控、可燃有毒气体报警、环保在线监测、电量计量、公用工程计量、包装秤地秤计量。不同的板块数据来源，《SDAS石化实时数据采集系统》均能有效的实现稳定可靠的实时数据采集，以备上层应用系统提供数据服务。
3． 系统主要功能
3.1生产流程监视
系统对企业生产状况进行实时监视，通过生产模拟图、趋势图、棒状图和参数分类表等多种监视方式实时显示各单元机组及辅助车间等的主要运行参数和设备状态。系统监视画面基本风格以各生产控制系统的原有画面风格为准，适当添加了一些新的功能。
在客户机终端上能查看实时工艺流程图，这些流程图包括各单元机组DCS、辅助车间控制系统、电气网络控制系统（NCS）等的画面，显示信息与各实时监控系统的画面同步。这些画面是只读的，任意操作不会影响DCS/PLC的正常运行。
3.2实时报警
实时报警功能模块对DCS中设置的报警数据点以及其他系统中的重要数据点进行实时监视。利用不同的颜色、闪烁、声音等手段实现报警功能，报警消除后，数据点显示恢复正常。
3.3实时趋势曲线
实时趋势曲线功能主要提供用户浏览数据趋势的功能，为用户提供了方便快捷的实时趋势曲线查询显示功能。可选择不同的数据点，可提供不同数据点的曲线相互比较，数据点的实时时间可随意调节更改并不断更新，在趋势图中可滑动时间光标以显示不同时刻该数据点的数据，通过移动时间光标可在每一支笔上出现一个工具条提示，用以显示数据值、时间、日期。
3.4历史趋势分析
对历史数据库中所记录的所有数据都可以用曲线的形式显示出来，以供参考和分析。提供的趋势曲线控件功能强大，所有操作都以Web方式进行，在客户端上有适当的权限可自行修改显示环境设置，如增加或修改显示画面，服务器自动保存并维护这些设置，以后用户无论在哪里登录服务器只需提供正确的帐户服务器即会根据用户的个性化设置显示。
3.5丰富数据接口
SDAS提供了丰富的数据接口，包括ODBC、OPC、API等接口通讯方式，可与其他系统进行数据交互。
SDAS的ODBC功能使桌面应用，如 Microsoft Excel、Microsoft Access、Crystal Report、Microsoft Visual Basic 等，可以查询实时数据库中的数据。
SDAS既支持OPC Server也支持OPC Client，可与同样支持OPC通讯的系统，如DCS、PLC、组态软件等实现无缝连接。
SDAS还提供了具有完善功能的API开发工具，用于开发各种接口和集成应用系统，而不需要原代码。
同时SDAS提供SQL查询，即应用SQL直接对实时和历史数据库进行查询这一极其强大的报告编辑工具为用户带来了极大的方便。
4． 技术特点
4.1全面性
数据集成范围涵盖了石化企业方方面面生产、计量、安全、环保数据。
4.2实时性
采用实时数据库软件作为后台数据库应用平台，较关系型数据库而言数据存储效率更高。根据不同采集对象及重要程度，采集周期最快可以达到1秒钟。
4.3可靠性
所采用软硬件设备均为经过工程实践检验的成熟产品，故障率极低。
4.4安全性
采样专用通讯网络，搭配硬件防火墙及网络管理设备，确保网路安全。
4.4灵活性
分布式结构部署，可随时扩展，适应企业发展需求。
5． 应用的效益
实时数据采集系统在世界范围内获得了大量的应用，在中国也有多家企业应用，取得了很高的经济效益和社会效益。
应用该产品将带给用户的主要好处有：
l 建立了一个标准的实时数据库平台，为先进控制和优化提供了保证。在流程工业，特别是石化企业，应用先进控制和优化技术以提高企业的效益已成为一种必然的趋势，而实时数据库是先进控制和优化的基础，而且它与其他产品，如在线仿真和流程模拟软件，一起应用会给企业带来更大的效益。
l 由于实时数据库系统的集成作用，即不仅可以将工厂控制层与管理信息系统集成起来，而且也可以将不同的控制设备如DCS、PLC等集成起来，使得工厂的管理层可以实时地得到来自过程的实时数据。这样就为管理信息系统的开发与应用提供了一个理想的平台，使管理信息系统实时、高效地运行。
l 由于实时数据库系统具有很短的实施周期，用户可以很快地从应用中获得投资的回报。
6． 经济效益：
应用SDAS的经济效益是十分显著的，特别是对大型流程工业。其主要的经济效益来源于对过程的监控、以及对实时变化的过程进行及时的响应、快速地决策。特别是对管理层，利用实时数据库可以对生产过程进行快速准确的分析，以采取正确的分析方法提高经济效益。
6.1 减少非计划停车时间
通过对影响过程的运行状态的关键参数的监控，使生产的运行状态保持平稳，当状态发生变化时，可以及时地作出反映，避免装置及设备停车，这方面的效益是十分巨大的。
6.2 减少原材料和公用工程的消耗
通过对影响原材料用量的过程以及公用工程中水、电、汽、风的用量的监测，你可以及时的发现问题，特别是对生产调度人员来说，可以利用实时数据库及时地平衡公用工程及物料供应系统，减少单耗，提高经济效益。
6.3 优化生产过程，提高产品的产量及质量
你可以利用实时数据优化你的生产过程。生产管理人员以及工艺管理人员可以利用当前的和历史的数据对生产的工艺过程进行在线的分析，进一步发现过程运行的规律，及时地调整工艺参数，使过程处于优化状态。同时也可以通过对影响产量及质量的过程参数的监控，达到提高产量及产品质量的目的。你甚至可以根据统计规律对产品的质量数据进行在线的分析，预测产品的质量，从而达到提高质量的目的。
6.4 动态地监控生产成本
成本控制人员可以利用实时数据动态地监控生产成本，使成本控制发生在生产过程中，而不是在生产完成后，以达到降低成本的目的。
6.5 分析事故原因
当发生事故时，你可以利用当前的和长期的历史数据，对事故进行及时的分析，精确地定位事故发生的原因，以避免事故的再次发生。
7． 技术实现
SDAS采用当今在石化企业中应用最为广泛的实时数据库软件，实时数据库软件是整个系统的核心部分，承担着海量数据的实时采集和存储，以及数据的后期处理和发布共享功能。
采用分布式网络结构，由企业级服务器、分厂级服务器和数据机组成系统框架。
7.1通讯网络建设
通讯网络是《SDAS石化实时数据采集系统》的重要组成部分，是整个系统的骨架。根据不同的数据采集对象主要采用两种网络类型：
一是光纤网络，通过敷设有线的光缆，形成高速的数据通讯网络。主要用于生产装置DCS、罐区监控、设备监控、可燃有毒气体报警、电量计量、包装秤地秤计量的数据采集。此类数据源的特点是单点采样参数较多，相对比较集中，且数据通讯量较大，对实时性要求较高。
二是无线网络，通过GPRS或无线局域网，形成便捷的数据通讯网络。主要用于环保在线监测、公用工程计量的数据采集。此类数据源的特点是单点采样参数较少，数据通讯量较少，但采样点（监测点）分布范围广且极为分散。
《SDAS石化实时数据采集系统》根据企业不同的应用需求，从实时性、通讯量、可靠性、安全性角度选择合适的网络建设方案。
7.2数据采集子模块
在石油化工企业，数据采集来源多种不同设备、仪表，根据我们总结的经验，分为八个子模块实现，不同的企业根据实际情况，既可以统一实现也可分步实现。
7.2.1 生产装置DCS系统的数采子模块
随着自动化程度的提高，DCS系统已经成为主要的生产控制系统，系统内所存储的数据也是与生产息息相关的关键数据。SDAS的DCS数据采集子模块主要由数采接口机和接口驱动程序来实现对DCS系统数据的实时采集和上传到数据库服务器。
SDAS根据不同厂家、不同型号DCS的通讯接口类型和通讯协议，开发适合的接口驱动程序CIM-IO，安装于数采接口机上，用于采集DCS的实时数据信息并通过数采专网将数据上传到厂级服务器。已实现数采的DCS类型包括横河、霍尼韦尔、FOXBORO等多个厂家、多种DCS型号。
本模块主要采集温度、压力、液位、流量等进入DCS系统的生产数据信息。
7.2.2 罐区监控系统的数采子模块
SDAS利用组态软件和工控机首先建立本地罐区监控系统，采集罐区内各储罐的液位、温度、压力信息以及主要泵、阀的状态信息、流量计的信息等。
SDAS根据罐区监控系统组态软件的通讯接口类型和通讯协议，开发适合的接口驱动程序，安装于数采接口机上，用于采集罐区监控系统的实时数据信息并通过数采专网将数据上传到实时数据库服务器。
7.2.3 设备监控系统的数采子模块
石化企业中大型机组设备、机泵等目前主要还是通过PLC实现自动化控制。通过上位软件可以查看机组、机泵的各参数指标、运行状态等。
SDAS根据设备监控系统的PLC类型以及上位软件的通讯接口类型和通讯协议，开发适合的接口驱动程序，安装于数采接口机上，用于采集设备监控系统的实时数据信息并通过数采专网将数据上传到实时数据库服务器。
7.2.4 可燃有毒气体报警系统的数采子模块
SDAS可燃有毒气体报警系统数据采集子模块主要用于采集石化企业中要害部位的报警器信息，用于安全应急指挥，及时响应突发事件。
由于要害部位一般比较分散，因此在SDAS中，统一采用分布式I/O模块搭配以太网转换器和数采监控机的方式来实现采集，各厂分别建立一套厂级报警器数采监控系统，由其实现对现场报警器的数据采集，并将报警信息转发到实时数据库服务器中。
7.2.5 环保在线监测系统的数采子模块
环保是目前石化企业以及政府、市民都比较关心的，随着企业各种环保在线监测系统的投用，实时分析环境大气、排放污水、排放烟气等成为可能。采集的主要参数包括大气中的PM10、SO2、CO、NO、NO2、O3等，水质的COD、PH等以及烟气的SO2、粉尘浓度、O2含量等。
SDAS采用分布式I/O模块搭配以太网转换器和数采监控机的方式来实现采集，按照监测区域分别建立一套环保在线数采监控系统，由其实现对现场在线监测设备（环境大气、排放水质、排放烟气）的数据采集，并将数据信息转发到实时数据库服务器中。
7.2.6 电量计量系统的数采子模块
SDAS实现了石化企业各配电室、变电所电量表的数据采集，包括电能、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因素等电量信息。
采用分布式I/O模块搭配以太网转换器和数采监控机的方式来实现采集，各厂分别建立一套厂级电表数采监控系统，由其实现对现场电能表的数据采集，并将电量信息转发到实时数据库服务器中。
7.2.7公用工程计量系统的数采子模块
SDAS实现了石化企业主要关键流体计量仪表如水、蒸汽包括一些进出装置、进出厂主要物料的流量信息，这些都是关系到企业投入产出以及能源消耗等的关键性指标数据。采集的参数包括瞬时流量、累积流量以及温度、压力补偿数据等。
SDAS采用分布式I/O模块搭配以太网转换器和数采监控机的方式来实现采集，各厂分别建立一套厂级计量数采监控系统，由其实现对现场流量计的数据采集，并将数据信息转发到实时数据库服务器中。
7.2.8包装秤地秤计量系统的数采子模块
SDAS包装秤地秤计量系统采集主要实现石化企业固态物料、产品的数据采集。以便完成企业内全面性的物料平衡计算、能源消耗核算。采集的参数包括单袋/单车重量、袋数/车数、累积重量等。
SDAS利用组态软将建立本地包装监控系统，并根据监控系统上位软件的通讯接口类型，开发适合的接口驱动程序，安装于数采接口机上，用于采集监控系统的实时数据信息并通过数采专网将数据上传到实时数据库服务器。
8． 系统应用案例
燕山石化数据中心实时数据库系统建设
东方石化实时数据库采集系统与应用集成
中石化三菱聚碳酸酯（北京）公司实时数据库采集系统建设