大型油库业务计划系统与生产执行系统无缝连接的设计与实现

大型油库业务计划系统与生产执行系统无缝连接的设计与实现中化兴中石油转运（舟山）有限公司2011年完成罐区自动化改造项目，选用霍尼伟尔公司的DCS（集散型控制系统）、MA（油品移动自动化系统）、MES（生产执行系统），组建管控一体化的自动控制系统。为实现业务计划系统ERP的计划系统）与生产执行系统的融合，减少计划指令的重复下达，实施了两套系统对接软件的设计和二次开发，解决业务计划与生产执行系统之间的断层问题。一、引言中化兴石油转运（舟山）有限公司岙山库区现拥有储罐55座256万立方米，3000吨一30万吨级油码头5座，年吞吐能力达到4100万吨，集存储原油、柴油、汽油、航煤、燃料油等油品和石化产品功能于一体，是目前国内最大的商用石油储运企业和油品保税库。中化兴中岙山油库罐区自动化项目的实施使得中兴罐区总体水平与国内同行业相比，具有一定的领先地位。罐区生产作业实现系统优选移动路径并执行，相关数据实时浏览，报表系统自动生产的功能，这套管控一体化控制系统由三套子系统构成，DCS系统对整个罐区能够及时的监控、MA系统的实现明显减少人为误操作提高安全性、MES系统的成功实施不但能快捷地了解现场设备实时运行情况及历史生产信息，更为生产调度决策提供可靠的数据支持。然而，兴中优酷罐区作业与业务之间依然在采用原始的作业方式，即通过传真、电话等传统手段来下达指令，成为整个罐区管理的软肋。如何将其融合到自动化项目中就成为当务之急，下面将重点阐述罐区业务与作业如何实现无缝连接。二、系统架构自动化系统的系统架构如下：系统架构简要说明整个系统网络结构包括DCS和MA网络、MES网络及办公管理网络，其中：DCS系统包括：5个操作站和两个远程RTU站、各个操作站配置独立的控制单元，采用容错型控制器。每个操作站都带有独立的计算机主机，操作站之间具备工作冗余的功能。冗余的设备，能在下故障诊断报警、自动切换及维修提示。网络中构建了多通路的冗余容错结构，在顶部链接，在单网络中构建了多通路的冗余容错结构，本项目中的交换机均为冗余配置，每个FTE节点有2个端口与每个树状结构网络中的交换机链接，并行树状网络在FTE节点和任何企业节点之间提供多条路径，同时允许每个以太网节点与其他以太网提供多条路径，同时允许每个以太网节点与其他以太网节点进行通信，系统自动选择最有路径（流量最通畅），任意路径的切换都为无扰切换；路径的通讯状态都可以在操作员画面进行实时监控。MA系统包括：两个操作站、一台服务器。MA系统将与DCS系统（ExperionPKS）紧密集成，DCS系统的5台操作站将全部用作移动控制操作站，每台操作站兼具油品移动操作和DCS常规操作功能，每台操作站均可互换，即每台操作站既可用移动人机界面对原油罐区进行操作，可可用DCS常规人机界面对成品油库进行操作。5台操作采用双网卡结构，位于冗余控制网上。MES系统包括：WEB、PHD、BUSINESSHIWAY、MES等服务器。服务器之间通过网络交换机构成相与之间的通讯，对外部的数据传输用硬件防火墙进行防护，保证工控系统与外部信息的安全性。如果需要实现业务与作业的无缝连接，就必须将MES系统MA系统无缝连接，局部改造后的系统架构如下：改造后系统说明：MA部分在原有基础上增加了MA备份服务器，保证作业单的顺利进行；提高MA系统的冗余性，使得整套系统的可靠性得到有效提高。MES部分没有增加任何硬件，只是需要在现在的软件条件进行开发功能。三、业务流程设计根据上述的系统架构，针对实际的业务流程，借鉴与ERP系统的集成，优化出新的业务流程，见下图：流程图说明：1.由业务人员在MES系统中填写作业单，填写完成后向ERP传送相应的数据，用来创建相关的业务订单，同时该订单的编号返回给MES系统；2.业务人员对生产好的作业单下达至MA系统；3,在下达过程中，MES对该作业单进行条件判断是否可以下达给MA系统；判断条件如下：♦是否是免确认的作业单，即需要后补手续的作业单，如果是则直接通过MES系统传送至MA系统；♦如果不是免确认的作业单，即需要后补手续的作业单，如果是则直接通过MES系统传送至MA系统；♦财务部分通过后，仍需要业务部门进行确认，如果业务部门为确认则无法下达该作业单，直至业务部门确认后；♦在财务部门的业务部门都确认的条件见方可下达该作业单。MA系统在接到作业单后，生产部门根据现场情况合理的安排该作业，改作业完成后，由MA系统生成相应的生产数据后传送至MES系统；MES系统将MA系统传送过来的作业数据，通过ERP的订单编号传送至ERP系统，从而完成该作业单的数据回填工作，至此该作业单完成。四、系统的实现ERP层。中化兴中公司ERP采用的是当前流行的SAP系统，在流程行业和离散行业来说有较高的应用，而对于罐区管理来说缺少相应的经验。针对ERP系统对生产数据需求的迫切性来说，与MES的生产数据交互是必不可少的。所以对于本系统来说，提供给ERP的数据接口也必须考虑到。与ERP层面的数据交互主要由如下三个接口来完成♦基础数据同步接口，主要完成MES系统与ERP系统之间基础数据的统一性。♦业务订单创建接口，主要为ERP系统中相对应的订单创建提供数据。♦业务订单完成接口，主要为创建的业务订单量终完成提供实际的生产数据。该接口主要通过BusinessHiway来实现，这里不做赘述。MES层。MES主要负责业务流程的流转及生产数据的上传下达功能，流转的功能具体由后台的进程来实现。根据生产实际和ERP需要此次将信息输入界面分为船舶信息、油品信息、作业信息、合同信息四类：♦船舶信息为生产作业提供船只靠泊作业时需要的数据，例如：船名、船长度、最大流量等；♦油品信息保证了在生产作业过程避免混油，也为提高安全生产提供可靠的数据。涉及名称、密度、倾点等参数；♦作业信息则是为生产部门提供生产作业的数据，即业务人员下达的作业指令，将作业的源头及作业的目的告知调度人员。♦合同信息主要为ERP及业务统计提供相应的数据。但其中的合同编号、计划数量、抵港时间等信息都会流转到MA系统中，但出油提单号、销售订单号等无生产作业无关的信息均直接进入ERP系统。4.3MA层。业务数据在MES系统中编制完成后，通过BusinessHiway无缝下达到MA系统，MA系统在接受到MES下达的数据后，由操作员根据业务指令编制生产作业计划，完成相关操作。在完成整个作业时，生产数据将保存在实时数据库和历史数据库中，关键数据会自动的被提取到MES系统，再通过MES系统整理和加工后上传到ERP系统。整个生产数据流始于MES，经过MA，终于ERP，保证了罐区业务和生产的无缝连接。五、系统的使用计划系统与生产执行系统尤缝连接整合完成后，业务与生产之间不再需要通过电话或传真形式进行操作，而是直接通过网络将执行数据下达到MA系统中，生产操作人员选择优化的管线流程进行操作，MES系统从MA系统获取生产管理数据，进行数据的加工和处理，生成各类报表和与ERP系统的数据对接，实现了信息化一体化的目标。本项目的成功实施，解决了常见的数据输入问题（如某些数据输入错误可能导致重大的经济损失），如果ERP系统不与MES进行集成，企业需要填写众多的电子表格，费时费力。大量的数据输入使得企业不得不减少数据更新的频度，这只会导致ERP系统数据不及时、不准确（如库存量等）。通过业务计划系统与生产执行系统无缝连接，避免因过多的手工数据录入而导致的数据错误风险，提高生产自动化系统与ERP系统的运行效率。整个技术架构与流程对接还是比较清晰与明确的，但在进入试运行后还是存在一定的不足之处，究其原因是由于前期与生产操作人员沟通不足，操作人员对软件界面设计不理解造成的，主要表现有以下几点：♦业务下达后，没有提醒通知。在当期生产作业繁忙时，还需要定时查看订单通知，对于加急订单还必需业务人员下达指令后，再电话通知生产操作人员，使得业务下达指令效果打折。♦界面中对于复杂作业的流程强调不明显，例如：30万吨外轮油品过驳其它码头船只后，再卸油至多个储罐中，操作界面的内容显示不如纸质传真清楚。♦计划指令下达后，指令内容在休息时段发生变化，以前采用先用电话更改指令内容，后补书面指令更改单的方式，而现在休息时段无法实现业务下单界面前的即时操作，生产作业与执行计划变更相冲突。前两点软件工程师对相关程序进行了针对性更改，改动量较小也容易实现。最后一点存在管理流程的因素，相关部门进行会议讨论，明确计划指令的变更流程。采用人员授权的方式进行操作，在业务人员休息的时候，业务指令的更改可以由当班调度长执行，值班领导流程审核后，操作人员进行实施，保证了业务情况变化时生产作业的连续性。经过试运行和从新修正，使得业务下单流程与生产作业更加结合紧密。结束语两套系统经过无缝对接，总体而言解决了业务与生产作业之间用纸质传真方式下达指令的历史。为油库的安全生产、平稳运行提供了可靠的保证，