1 MES系统基础设施改造背景
为适应国际化经营及市场竞争的要求,中国石油提出了加快主营业务发展、实现低成本扩张、加大科技进步力度,并将信息技术作为提高中国石油经营管理水平,实现由传统经济向新经济转型的主要手段,通过信息技术的实施,实现中国石油业务流程的重组,优化管理,从而提高应变能力和市场竞争能力。
在总结多年信息工作经验的基础上,集团公司提出了“统一规划、统一标准、统一设计、统一投资、统一建设、统一管理”的信息化建设原则。为了加快中国石油各业务领域的信息化建设,通过信息技术全面提升企业的整体管理水平,中石油统一规划并实施了MES(生产执行系统),它是信息化规划工作中的重点基础工作。
2004年8月,中国石油MES系统试点实施启动,经过了大量的试点实施,确定方案后开始在全国分公司推广。2006年11月24日,MES项目正式在乌石化正式启动,经过紧张的现场安装实施和数据调试后,投入了正式运行。经过两年的现场运行,出现了一些新情况,如陆续新建的装置需要纳入系统管理、OPC接口的数据需要更多的安全保护、化验数据的采集范围需要扩大等等,因此乌鲁木齐石化公司实施了对MES系统基础设施进行改造的工作。
2 MES系统基础设施改造的需求分析
结合企业MES系统的实际需要,解决该应用系统在生产运行管理中的突出问题,为企业MES项目配套正常运行升级改造基础设施。
乌石化公司部分装置DCS系统使用年限较早,无标准OPC接口,而MES接入的前提是DCS系统提供标准OPC接口,这种情况就给一些装置的生产数据接入MES系统造成困难。
分析仪器自动数据采集接口开发,在MES系统的化验分析子系统(LIMS系统)应用中,乌石化应用色谱仪器厂家众多,接口和厂家提供数据的范同不同,不能与LIMS系统的数据命令集获取并交换。
配套网络建设和数采安全,根据中石油局域网项目组方案,要求办公网络和MES网络采用双核心交换机的星型结构,必须根据乌石化厂区的具体情况设计网络物理链路,合理规划路径、覆盖范围,满足MES和ERP应用要求,同时在各装置DCS工程师站和MES数采站之间加装工业安全网关设备,保证单向通讯,目前我公司状况皆不能满足项目的要求。
MES数据备份存储系统研究,MES系统作为数据高度集中的系统,数据的安全是第一位的。必须从网络、操作系统、数据库、存储设备等方面建立起一套严密的保障措施。当前急需解决MES存储系统本地存储带库易出现机械故障的问题。
3 MES系统基础设施改造的目标
MES基础设施改造设计目标如下:
(1)根据实际生产情况完成MES网络建设,通过MES网络与办公网物理隔离确保装置生产过程的安全性;
(2)MES系统各节点装置数据通过标准OPC接口实现数据采集;
(3)完成LIMS网络链路的建设,确保LIMS系统的全面投用,为MES提供可靠的生产数据,支持MES各业务模块实现和优化,通过完善MES系统,为各上层系统提供统一的MES基础数据。
(4)在运维中合理部署MES数据备份机制,确保MES系统的数据安全性。从而保证实现MES数据共享确保业务信息及时、准确和真实,实时掌握企业运营情况,为企业合理配置资源提供信息支持。
4 基础设施改造整体设计架构
图1 整体设计拓扑图
从图1中可以看出,在基础设施的整体设计中,使用了工业网关设备一端连接装置的DCS采集数据,另一端连接光纤收发器或交换机的光纤模块将采集的数据上传到光纤专网中,通过光纤专网将各装置的数据采集后发送至中心机房内的实时数据库服务器,实时数据库服务器保存所有的实时数据,在同一局域网内的WEB服务器从实时数据库中取得数据通过业务平台呈现给各使用端客户,实现了实时数据全网监控。
5 MES系统基础设施改造进度
表1项目进度图
对MES基础设施改造项目的现场整体实施进行了规范化的管理,如图2所示。
图2项目整体工作流程图
6 基础设施改造内容
6.1 DCS标准OPC接口改造
根据乌石化分公司计控中心提供的DCS接口改造方案,焦化一二单元和焦化沥青装置需增加一台安装OPC的工作站,用于MES数据采集接口,解决原OPC服务器负荷较高的问题,二合成装置和二尿素装置各需要安装一台OPC的工作站。
6.2 LIMS化验仪器自动数据采集接口改造
根据MES实验室管理系统详细设计报告,对MES所需的LIMS数据进行可汇总,要求实现绝大多数工作站类色谱仪与LIMS的数据传输;根据需要实现部分非工作站类色谱仪器的联网,并通过CDS工作站与LIMS连接;根据需要实现带有RS-232串口输出功能的自动仪器与LIMS系统的连接。
色谱数据系统硬件部分包括模数转换器和数据采集专用设备Data Server,其中模数转换器为24位转换器,数据采集频率高,技术指标优良,Data Server具有数据缓存功能;软件部分Atlas软件具有丰富的数据分析方法,实验结果可根据实验室管理流程手动或自动发送。
与LIMS的连接采用Atlas LIMS Sequence Automation Module专用软件模块连接。
系统整体架构灵活,实施部署可根据实验室的规模大小,弹性调整为单机版或是网络版。
通过对乌石化各化验室的实际调研,具备集成条件分析仪器的自动数据采集的色谱仪共18台,分布在5个二级单位中。
6.3 MES网络配套改造和增加安全保障
根据中石油局域网项目组对乌石化分公司MES网络实施方案,乌鲁木齐石化分公司网络拓扑图如下图所示,其中MES网络和办公网络拓扑设计为双核心星形结构,办公网络和MES网络通过干兆防火墙实现物理隔离。
网络光纤链路建设需增加公司中心机房环保检测站、炼油厂机房到芳烃控制室,炼油机房至中心化验室、化纤厂机房化工厂化验室、净化水厂机房至净化水厂一车间控制室;化纤厂质检站、炼油厂化验室、化肥厂化验室、研究院、环保检测站等处还要进行网络综合布线节点的增加。
图3改造涉及的网络拓扑图
同时在各装置DCS工程师站和MES数采站之间加装工业安全网关设备,保证单向通讯,大大提高了安全性。根据现场统计共需在三个生产厂中安装12台工业网关机。
6.4 MES数据备份存储系统
根据乌石化MES需求分析报告,对MES系统的备份需求要求较高,具体如下:
具有统一的操控界面,集中管理;支持SAN架构的高速备份;为集群系统提供快速灾难恢复;支持多厂商的备份产品和介质; 自动负载均衡和故障线路切换;实时监控和调配存储资源;尽量降低由于备份的进行而对应用系统性能造成的影响;具有可扩充性。
乌石化公司MES系统现有服务器设备17台,LIMIS服务器设备3台,后台数据库软件包括SQL Server、Oracle、PHD,目前每日的数据完全备份大小约240G左右,每天约有1G的增量,按照实时数据采集点的全部接入计算,每天备份增量将增加至3-5G以上。
综合以上要求和对目前适合需求的主流存储产品(EMC、HP、DELL、NetApp等)进行综合分析,最终选择了EMC CX240建立一套MES存储系统,通过该系统从而提高数据安全性,制定合理的数据备份策略。
建设数据存储系统,将数据存储系统中心MES系统数据根据制定策略进行备份管理,保证数据的安全性。该系统涵盖多种数据库平台,用于MES业务应用信息系统数据统一进行备份管理,也为系统今后的后台数据资源提供系统空间资源。
业务系统主机设备上使用了双光纤卡分别连接到SAN交换机,链路实现FC的聚合,链路和链路设备全部实现冗余,保证了整个后台环境的冗余性、可靠性、健壮性。保障了业务应用和数据库服务不会因存储系统而出现故障。整个后台集中远程备份系统保障了足够的健壮性。
核心备份存储上按照各个业务应用的需求规划空间,保证系统有足够5年数据增长的备份空间,并可根据系统数据的增长扩展系统容量。
存储系统包括:存储主机、SAN交换机、10TB存储磁盘。
7 完成情况与基础设施改造工作要求的对比
表2项目完成情况对比表
8 配套改造进行的用户培训
贯穿在整个的改造过程中,进行了多次应用和操作的培训。在信息管理部、各厂等单位精心准备、组织下,项目各模块负责人员工程师分别在2009年10月到2009年11月期间先后对系统涉及的所有单位的相关人员进行了系统应用的操作培训,通过培训使各单位人员熟悉和掌握系统的操作使用的方法和方式,同时各单位相关人员对系统应用也提出了自己的想法,通过一期的培训使系统和参与系统使用的人员之间建立的沟通的桥梁,信息管理部项目人员也了解到系统实际运行过程中操作人员的实际需求,操作人员也清楚的了解到了该项目基础设施改造的必要性。
9 改造后应用效果
该系统经过四个月的运行已经平稳过渡,在数据响应、链路完善等应用方面得到了很好的验证,完全达到了初始设计目标,实现了OPC接口标准化接入,并利用工业网关加强了数据的安全保证。各新增化验室色谱分析仪自动采集接口极大地加快的分析的进度,提高了工作效率。存储系统使MES全部的生产数据得到了及时的保存以及大量生产数据长时间的存档,为生产平稳和技术分析提供了技术支持。
10 总结
该基础设施改造是公司领导层在“全面推进受控管理,严格落实安全责任,着力加速项目建设,共同构建和谐石化”思想要求下的一项实践应用,项目按期完成了目标,系统符合建设的要求。技术创新点突出,各项技术配套、衔接性强、适合生产实际、可操作性强。
项目领导小组在负责整个工程的领导、组织、协调和重大问题的决策起到了至关重要的作用;各应用单位积极参与,对工程的技术路线、方案和产品功能等重要技术问题提出了很好的建议和指导;外协单位对系统项目实施的具体工作,包括调研、需求分析、规划方案设计、推广应用和培训给予了积极的技术支持。这些都是基础设施改造顺利完成的关键因素。
各单位、各部门从项目建设的要求和专业管理方面提供指导、技术支持和应用环境的支持,各应用单位部门负责人、技术员等从操作应用等方面给予意见和建议,外协单位在各单位的紧密配合、严密组织下与需求单位的共同努力完成了项目的需求调研、分析、研发、组织实施的工作。为乌石化MES项目更好的应用创造有利条件,实现MES设备配备合理化、应用整体化控制奠定了基础。
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