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Hana ProWeb生产过程数据集成平台系统


1.   概述

1.1. 背景

目前我国流程行业大多数企业生产过程控制、生产、计划、质量化验、设备、安全环保等信息化系统并没有得到有效的系统集成,数据不能共享,信息流通不畅,包括RTDB实时数据库系统、LIMS实验室信息管理系统、MES生产执行系统、APC先进过程控制系统、EM设备管理系统、ERP系统、仪表电子巡检系统、视频监控系统等等。需充分发挥实时数据库及其系统平台的作用,即:数据集成、平台集成、功能集成。

流程行业企业信息化、智能化系统建设,通常利用实时数据库系统完成生产过程数据的采集及存储。通过LIMS系统建立实验室人员基础、技术、方法、产品和整体解决方案。通过关键设备管理系统,实现设备集中计划管理,维修保养计划管理,保证设备质量,降低设备故障率和事故率。通过DCS报警管理平台、APC监控平台、环保溯源监控平台等实现对DCS报警、APC投用率、环保关键指标等KPI指标的快速监控。由此形成的是分厂、车间、装置技术管理人员(班长、技术负责人等)每天的工作都需要多次登录多个业务平台并且实时监控各项关键指标数据,企业亟需一个综合业务集成监控展示平台,技术管理人员可通过统一的入口访问多个业务系统实时数据,实现“拿数据、找问题、做分析”,具体业务仍然由专业系统实现。

1.2. 目标

Hana ProWeb建立流程行业统一的生产过程数据专业集成平台,以流程图为入口,实现对生产过程数据的统一访问。Hana ProWeb具有健壮的系统框架及安全架构,可依据系统平台,灵活地对流程行业现有各业务系统进行系统集成或数据接入,实现拿数据、找问题、做分析,具体业务仍然由专业系统实现。

2.   软件介绍

已经在多家石化企业进行长期应用的Hana ProWeb生产过程数据专业集成平台,是汉中诺开发的以实时数据库系统为基础,辅以质量、设备、环保等业务系统数据的生产过程数据专业集成监控展示平台。Hana ProWeb生产过程数据专业集成平台快速、简便、准确、直观地展示生产过程数据及各业务系统数据,实现对生产过程数据的实时监控和历史分析,通过对生产情况进行现状与历史的对比分析,提高企业级的自动化、现代化、精细化管理水平。用户可在Hana ProWeb平台之上进行客户化定制开发,对特定的需求进行二次开发即可完成整个系统应用。

系统平台目前与共10多个业务系统的数据集成,以数据比对分析,实现问题导向,基于业务系统数据进行数据比对分析。

3.      总体设计原则

3.1. 先进性和成熟性

系统采用符合计算机软硬件技术发展趋势的主流技术,符合当今先进技术发展的方向,采用标准化产品,有较高的性能,遵循业界规范。

3.2. 安全性和可靠性

系统提供基于利用严密的身份验证、访问控制、多层次的保密手段等措施,确保系统和数据的安全性和完整性。保证在系统中传输数据的身份识别、预防篡改。保证其信息流转和发布的严肃性、准确性和安全性。因此,系统提供有效的安全保密措施,确保整个系统的安全运行。

系统要求不可中断,采用成熟可靠的技术和体系结构,采用具有质量保证体系的产品。当系统一旦出现意外,能提供快速、有效的恢复手段,确保数据的完整。系统提供运行监视机制,建立系统运行的日志文件,跟踪应用系统的所有操作。

应用系统具有高可靠性和高容错能力,保证局部出错不影响全系统的正常工作。

3.3. 开放性和灵活性

系统的设计和建设具有开放性,提供相应的接口,可以方便地与相关业务系统进行数据交换。特别加强系统设计的前瞻性、预留系统扩充和扩展能力,在不影响业务运行的情况下,进行系统的平滑升级。

系统提供灵活的定制机制,业务种类和流程应可自定义,当业务扩展或变动时,无需修改代码即可满足新的需求。可以通过用户定制灵活地配置业务流程、业务模型、报表、组态、指标等。

另外,系统预留灵活、方便的报表配置,供用户按照具体的需求快速地定制新的报表。

3.4. 实用性与方便性

系统结构具有实用性,经过实践检验,在考虑实用性的同时也考虑用户经常使用和熟悉的环境以及系统操作的方便性,系统结构是当今的主流方式。

系统处理速度快,功能坚持以需求为导向,紧紧围绕企业生产管理应用。系统有相应的措施,以帮助用户避免操作上的错误。此外,系统具有任务导航及催办功能。能够根据不同流程的特点,为信息提供个性化的录入和处理模式,根据不同的流程,自动将工作任务分配到人进行业务处理。

系统的方便性主要表现在系统的操作流程应符合实际工作,并能够真正地减轻工作人员的劳动强度。要求提供清晰友好的在线帮助,使操作人员在短时间内掌握系统的使用,并可以随时获取在线指导。

要求用户界面友好。采用交互式人机会话操作,显示画面清晰明了,操作简便,人工输入数据量应尽量少,要求数据输出格式美观、易读、适用,具有灵活的输出时间及输出内容的选择性,提供完善的联机帮助。对用户的操作顺序、输入的数据进行正确性检查,并以显著方式提供错误信息。

系统集成文字处理、报表工具、与实时数据库连接等,体现人性化的特点。

3.5. 易维护性

用户的需求随着时间的推移及业务的发展,有可能发生变化,或者增加了新的需求,因此所选的结构应该是有良好的可维护性。在设计开发过程中选用通用软件及工具。

系统提供良好的管理和维护工具,降低管理和维护要求,基础数据要代码化并编制数据字典,规范数据类型,便于数据维护。系统选用通用软件及工具,模块化设计与开发,完善技术文档,简化后期的维护与管理工作。

3.6. 采用统一标准

采用符合国际标准化组织指定的统一协议与标准,符合行业规范与标准,实现网间透明,易于快速访问。

4.   应用架构

Hana ProWeb生产过程数据专业集成平台的功能应用主要包括基础功能-生产监控以及扩展功能(限值报警、平稳率、质量监控、DCS报警、设备监控、环保监控、APC监控、视频监控、仪表巡检、BI调度大屏及移动应用)。系统应用架构图如下:

系统平台框架基础架构功能如下表:

表 1 Hana ProWeb生产过程数据专业集成平台框架架构表

序号 分类 组件名称 备注
1 数据源 平台数据中心 Hana ProWeb系统平台关系型数据库(支持Oracle DB、SQL Server等)
实时数据库 企业实时数据库系统(支持AspenTech InfoPlus.21、Honeywell PHD等)
人工录入 无法实现自采的数据源
其他系统 开放的其他系统访问,包括MES、LIMS、设备管理系统、视频监控系统、环保溯源系统、先进控制系统等
2 数据访问 数据访问接口 统一的数据访问接口
3 业务逻辑 及服务 业务逻辑处理 业务逻辑层
RTDB数据服务 封装的RTDB数据服务,实现数据访问
应用服务 封装的各应用数据服务,实现数据交互与共享
报表服务 统一的报表应用服务
消息服务 统一的消息机制服务
4 功能集成 公告反馈 系统公告及问题反馈
计算公式 计算公式引擎可实现从任意数据源中获取数据,并实现公式计算的功能
单点登录 可与企业已有单点登录平台集成或集成其他应用系统
AD域集成 与企业AD域集成,实现域用户身份认证
5 安全体系 系统安全 实现用户、角色、权限的分配,包括应用权限、业务权限、罐区权限等
系统统计 在线用户统计、系统日志统计等
系统标准 系统设计标准、通讯标准、数据标准等
事件日志 系统事件、系统日志等

5.   系统架构

Hana ProWeb生产过程数据专业集成平台依托企业骨干网络,集成各数据源系统,同时又可与各应用系统进行数据交互。网络架构如图所示:

6.   功能模块

表 2 Hana ProWeb生产过程数据专业集成平台功能列表

序号 功能 模块名称 模块子功能描述
1 生产监控 (基础) 流程图 实时展示现场工艺流程状态,涵盖流量、温度、压力、液位等重要工艺参数信息实时跟踪罐区资源的动态,包括压力、液位、温度、罐量等,同时也展示储罐的静态数据实时监控水、电、气、风等公用工程数据信息实时监控实验室采样分析点相关信息,包括采样点状态、分析项目数据、历史采样情况等实时监控大型机组等关键设备运行状态、工艺资料等实时监测关键生产现场视频监控信息
历史曲线 方便地监控数据库中的历史点在任意一个时刻的状态方便地查询某个位号的历史曲线,分析某一液位点、温度点、压力点、流量等的运行情况并打印实现生产工艺指标多曲线对比提供对位号历史的追溯,帮助工艺人员对具体参数的历史数据进行分析和总结
工艺台帐 查询各时间点工艺台帐记录,动态生成电子工艺台帐报表,替代传统的纸质台帐是进行工艺技术改进和历史追溯的重要依据电子工艺台帐可随时导出至Excel文件或生成相应台帐报表在线抄表模式:内操在工艺流程图中对重要位号进行在线抄表,在兼顾监管作用的同时,替代外操户外抄表
位号报警 实时数据库层面报警数据集中管理和展示,可方便快捷地查询浏览到生产运行过程中的报警状态报警类型 — 位号超限报警 — 位号直线报警 — 位号变化率报警 生成Excel报警台帐报警信息实时提醒关键用户
在线报表 随时获取生产过程实时数据与历史数据利用报表插件,结合平台权限,实现报表数据的生成、管理、维护及输出围绕企业个性化需求定制各种不同类型的报表
数据文档 实现基础数据文档( Word/Excel/PDF等)的存储、分类和检索实现数据文档的归档、在线浏览、多人共享
系统监控 实现分布式系统监控以及网络监控监控各种服务器资源、性能参数及网络参数,确保服务器系统及应用系统的安全运行提供灵活的通知机制以让系统管理员快速定位/解决存在的各种问题,提高系统可用时间
2 限值报警 (扩展)   基于设备安全设计参数,包括正常操作限值(NOL)、安全操作限值(SOL)和安全设计限值(SDL)实现报警统计值班长在交接班记录中详细记录NOL/SOL/SDL偏离事件的经过和初步的原因分析生产工程师每天确认交接班记录中的NOL/SOL/SDL偏离事件和查看DCS系统中相应的报警记录,并将确认后偏离事件及原因及时发送给相关人员异常工况自动剔除安全限值随生产方案而切换
3 平稳率 (扩展)   评估装置运行状况,是考察操作工的量化指标,促进了装置平稳运行,降低生产能耗,提高生产效益实现平稳率多级限值统计 — A/B/C级 — 公司级/分厂级/装置级 平稳率限值随生产方案而切换异常工况自动剔除装置平稳率统计可随时导出至Excel文件或者生成相关平稳率报表并推送至关键用户
4 BI调度 大屏应用 (扩展)   生产运行监控生产流程监控生产调度看板生产工艺技术看板
5 移动应用 (扩展)   流程图历史曲线位号报警位号查询

6.1. 生产监控

6.1.1  图形展示

  • 实时展示企业现场工艺流程状态,涵盖流量、温度、压力、液位等重要参数信息;
  • 实时跟踪罐区资源的动态,包括压力、液位、温度等,同时也展示储罐的静态数据,如罐高、安全罐容、设计罐容、设计制造时间等信息,通过罐区跟踪及时了解罐存情况(MES系统);
  • 实时监控当前全厂公用工程数据信息,数据主要包括:水、电、气、风等相关数据,通过这些数据实时在线分析生产能耗情况;
  • 实时监控大型机组等关键设备运行状态;
  • 实时监控实验室采样分析点相关信息,包括采样点状态、分析项目数据、历史采样情况等;
  • 第一时间掌握生产一线的实时数据,把控生产方向,指导生产过程, 满足用户对生产现场情况的监控需求;
  • 支持HTML5技术,无需软件辅助。

6.1.2  历史曲线

  • 方便的观察数据库中的历史点在任意一个时刻的状态,方便的查询某个位号的历史曲线,分析某一液位点、温度点、压力点、流量等的运行情况,并打印趋势。方便生产管理人员掌握过去生产的变化趋势;
  • 实现了生产工艺指标多曲线对比功能;
  • 提供了对位号历史的追溯,帮助工艺人员对具体参数的历史数据进行分析和总结。

6.1.3  工艺台帐

  • 查询各时间点工艺台帐记录,动态生成电子工艺台帐报表,替代传统的纸质台帐;
  • 在线抄表模式:内操在生产流程图中对重要位号进行在线抄表,在兼顾监管作用的同时,替代外操户外抄表;
  • 是进行工艺技术改进和历史追溯的重要依据;
  • 电子工艺台帐可随时导出至Excel文件或生成相应台帐报表。

6.1.4  位号报警

  • 系统提供报警数据点集中管理和展示功能,通过该功能用户可以方便快捷的查询浏览到生产运行过程中的报警状态,及时调整生产运行指令;
  • 组态位号报警信息,对于位号不同的报警情况采用不同颜色来区别,报警类型包括位号超限报警、位号离散报警、位号直线报警、位号变化率报警、位号方差报警;
  • 对重要参数的超限情况发出报警处理,与生产流程监控模块联动,通过图形颜色的变化提醒岗位操作人员;
  • 报警信息可随时导出至Excel文件或者生产相关报警报表;
  • 报警信息可根据权限设置,与短信平台进行集成,将报警信息发送至关键用户。

6.1.5  在线报表

  • 基于实时数据库系统,随时获取生产过程实时数据与历史数据;
  • 利用微软VSTO插件,结合平台权限,实现报表数据的生成、管理、维护及输出;
  • 围绕企业需求定制各种不同类型的报表。

6.1.6  数据文档

  • Word/Excel/PDF等基础数据文档的存储、分类和检索;
  • 数据文档的归档、在线浏览、多人共享。

6.1.7  系统监控

  • 实现分布式系统监控以及网络监控;
  • 监控各种服务器资源、性能参数及网络参数,确保服务器系统及应用系统的安全运行;
  • 提供灵活的通知机制以让系统管理员快速定位/解决存在的各种问题,提高系统可用时间。

6.2. 限值报警

  • 根据对监控位号配置的NOL、SOL、SDL等参数,对位号进行监控,当位号超过上下限范围时,在限值实时报警页面进行展示。以每天班次为周期统计每个班的限值报警信息,结合值班长交接班记录生成班报,以班报为基准统计周报和月报;
  • 当有个别位号或者装置所有位号出现故障或者停工检修时,可以剔除单个位号或者装置所有位号,使剔除位号不统计入班报、周报或者月报。
  • 正常操作限值(Normal Operating Limits,NOL)

正常操作限值确定了工艺参数正常操作范围的上限和(或)下限值,从而保证生产装置稳定有效运行并满足装置长期运行目标。

  • 安全操作限值(Safe Operating Limits,SOL)

安全操作限值是安全操作范围的上限和(或)下限值,当工艺参数达到安全操作限值(即上限或下限),应该启动立即预设的行动。

  • 安全设计限值(Safe Design Limits,SDL)

安全设计限值是安全设计范围的上限和(或)下限值,它常常由设备制造商规定。工艺参数超出安全设计限值会造成灾难性后果,包括大量泄漏、爆炸、环境损害及大量人员伤亡等。

  • 基于正常操作限值(NOL)、安全操作限值(SOL)和安全设计限值(SDL)实现限值报警,配合于相关管理流程及规定,进一步加强操作管控。

6.3. 平稳率

  • 评估装置运行状况,是考察操作工的量化指标,促进了装置平稳运行,降低生产能耗,提高生产效益。
  • 实现平稳率多级限值统计

— A/B/C级

— 公司级/分厂级/装置级

  • 平稳率限值随生产方案而切换。
  • 异常工况自动剔除。
  • 装置平稳率统计可随时导出至Excel文件或者生成相关平稳率报表并推送至关键用户。

6.4. 质量监控

6.4.1  质量KPI

根据质量分析结果,以月为单位,在模块必威体育展示全公司质量合格率概览。

6.4.2  LIMS数据查询

查询装置下选定采样点的LIMS分析数据的详细信息。

6.4.3  LIMS数据分析

根据工艺生产质量分析的需求,将采样点组分与工艺位号像关联,关联完成后以曲线图的方式展示采样点组分与工艺位号的关联关系:

  • 相同时刻组分与相关工艺位号对比分析;
  • 不同时刻相同组分对比分析;
  • 相同组分不同采样点对比分析;
  • 临时增加工艺位号进行对比分析;
  • 临时增加分析组分进行对比分析;
  • 质量分析数据趋势展示;
  • 质量分析数据与相关位号进行关联分析并展示。

6.4.4  在线分析比对

根据组态的组分与在线分析仪位号的关联关系,以曲线图的展示组分与位号的比对结果。曲线图界面可以设置曲线的时间段、时间间隔、在线分析仪位号的数据类型,也可以新增临时位号、临时组分加入曲线图进行对比分析。

6.4.5  采样点合格率

在采样点合格率中进行采样点合格率的查询,同时可查看该采样点的详细信息。

6.4.6  组分合格率

在组分合格率中进行采样点合格率的查询,同时可查看该组分的详细信息。

6.4.7  软仪表比对分析

通过软仪表测量数据与质量数据(LIMS质量数据或在线分析仪数据)的对比分析功能进行软仪表精确性监控,以此作为软仪表模型升级优化的依据。

将实时数据库中的软仪表位号与对应采样点组分相关联,根据采样点实际采样时间提取软仪表位号对应时间的位号值进行比对,并以表格以及曲线图展示比对结果。

7.   系统特点

  • 高效率:     可实时展示生产数据,刷新速度与数据采集同步;
  • 应用丰富: 具有多种不同的基于实时数据库的上层应用模块,可从多方面对整个生产过程进行掌控;
  • 灵活性强: 可连接多个实时数据库,也可连接多种不同厂家的实时数据库;
  • 稳定性高: 采用最新.NET Framework框架技术,技术Windows操作平台,保证了应用模块的稳定运行;
  • 客户化:     用户可在平台上进行客户化定制开发,对特定的需求进行二次开发即可完成整个系统应用;
  • 无需插件: 图形展示、历史曲线功能已完全支持HTML5技术,无需安装任何Java / ActiveX 的插件,直接使用浏览器即可访问;
  • 跨平台性: 功能已完全支持在多平台Windows、iOS、Android上展示;
  • 节约成本: 将多个业务部门、多种不同类型的访问需求,集中在统一的DBWEB系统平台上进行功能实现,可有效地减少客户端对实时数据库系统的访问连接,减少客户端用户数,降低人工成本与费用成本;多家实时数据库产品针对上层平台用户访问进行数量限制,DBWEB系统平台可大大减少企业在平台用户数方面的费用投资。

8.   运行环境

8.1. 软件基础配置

表 3 软件基础配置表

序号 名称 描述
1 ProWeb系统平台 HanaTechONE v2.0 含1年系统免费维保
2 Oracle数据库 Oracle 11g
3 VSTO Visual Studio Tools for Office 用于提取实时数据库中的实时/历史数据

8.2. 硬件基础配置

表 4 软件基础配置表

序号 名称 描述及最低配置
1 WEB站点发布服务器 系统主Web平台 系统:Windows Server 2008 R2及以上 CPU:双核 内存:至少4G 硬盘:至少500GB
2 APP应用服务器 系统服务、计算服务、数据接口等 系统:Windows Server 2008 R2及以上 CPU:双核 内存:至少4G 硬盘:至少500GB
3 Oracle服务器 系统主数据仓库服务器 系统:Windows Server 2008 R2及以上 CPU:双核 内存:至少8G 硬盘:至少1TB
4 移动应用服务器 用于移动应用支持,可选 系统:Windows Server 2008 R2及以上 CPU:双核 内存:至少4G 硬盘:至少500GB
5 客户端 用于访问DBWEB系统平台 系统:Windows 7及以上 CPU:双核 内存:至少4G

9.   性能评估

表 5 性能评估表

序号 项目名称 参数
1 支持访问方式 B/S,C/S
2 数据访问速度 <5s
3 月平均正常运行时间 ≥98%
4 模块化能力 平台模块可通过组态方式任意扩充
5 安全性 系统级和用户级
6 OPC支持 使用各种OPC规范和标准对OPC兼容的应用程序进行集成
7 用户数支持 支持至少100个并发用户