MES系統配套功能拓展

康周 王洪剛 翟勇杰

[摘 要] 本文首先介紹了MES生產運行系統實施的背景及目前應用的情況，然后分析了克拉瑪依石化公司目前公用工程系統的管理現狀及業務需求，為了更深入地應用MES系統的子模塊功能，同時解決目前管理難題，減輕員工負擔，本文詳細闡述了關鍵參數實時報警、系統優化切換及查詢、自動生成統計平衡報表這3個系統軟件的設計思想及解決過程，實現了對MES系統功能進行拓展延伸的目的，更好地滿足了企業具體需求。

[關鍵詞] 公用工程；MES系統；拓展

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 03. 027

[中圖分類號] F270.7 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）03- 0055- 04

1 引 言

2008年5月中石油總部在克拉瑪依石化公司統一組織實施了生產運行系統（MES系統），經過大半年的實施，系統于2008年底成功上線運行。其中PHD實時數據庫子系統完成了全公司30多套生產裝置的DCS和PLC系統的接口改造工作，使得自動數據采集覆蓋率達到90%以上，成功搭建起生產運行監控管理平臺。

鑒于實施MES系統之前，公司的很多生產過程管理系統使用已經比較深入，在新的實施數據庫環境下，如何延續和發展PHD實時數據庫的高級拓展應用是運維組研究的重要課題。經過一段時間的摸索探究，通過技術攻關和試驗，我們探索出較為合理、便捷、高效、實用的實時數據庫應用新模式。

2 公用工程系統的業務流程及需求分析

公用工程計量統計在克拉瑪依石化公司涉及的主要部門為生產運行處節能科、一聯合車間、二聯合車間、三聯合車間、四聯合車間、聚丙烯車間及熱電廠。公用工程業務可分為數據錄入及審核、統計平衡、統計報表3部分。首先由生產裝置或生產運行處節能科的操作人員進行數據錄入和確認，并由生產處節能科進行數據的審核；然后進行全廠統計管理；最后形成能源生產、消耗的各個周期的統計報表和平衡報表。

目前的這種管理模式并沒有減輕公用工程系統管理人員的工作負擔，對信息管理系統的個性化功能要求也沒有得到滿足。鑒于這種情況，生產運行處節能科提出了開發一系列符合本公司實情的MES系統配套軟件，從而能更好地管理公用工程系統的要求。

3 MES中公用工程計量與統計模塊的不足

MES公用工程計量與統計子系統實施后，可以通過人工錄入方式實現水、電、汽、風、燃料油、燃料氣等公用工程能源儀表數據的收集。公司有幾十個裝置，上千個能源位號，由于MES公用工程計量與統計子系統的自動采集功能并沒有實現，因此人工錄入數據的方式給操作人員帶來了巨大的工作量，沒有實現通過信息化減少人員大量低級重復勞動的目的。同時，該系統提供的報表功能架構模式呆板，維護方式復雜，而公司能源位號變動頻繁，因此也給信息維護人員增加了很大工作量。

經過分析發現，公用工程系統管理的工作量主要集中在人工錄入數據這一部分，而目前公司自動數據采集覆蓋率達到90%以上，能源位號基本都實現了自動采集，如何結合PHD實時數據庫子系統，將自動數據采集全面引入到數據錄入是本次開發需要解決的主要問題之一。此外，管理部門還提出了一系列個性化要求，如：增加關鍵參數實時報警功能，系統優化切換及查詢功能，自動生成統計平衡報表功能。因此，設計出一款功能實用，維護方便，可由操作人員自行個性化定制修改的系統顯得十分必要。

4 公用工程拓展功能的技術架構

公用工程拓展功能主要分為3個部分：關鍵參數實時報警系統，系統優化切換及查詢系統，能源計量報表統計平衡系統。它的自動數據采集是基于MES實時數據庫模塊。

實時數據庫及應用子系統是MES的11個子系統中的一個基礎子系統，主要實現了從各裝置的DCS中獲取實時數據，并將各個生產單元的生產實時信息集成到統一的數據集成平臺中，從而實現對生產操作的監控、分析生產條件、對事件進行預警和處理，使出現問題的地方能夠立即被發現，因此可以減少系統癱瘓的可能性并且優化工廠的生產操作。同時其他應用系統能夠直接基于這個數據平臺進行相應的業務處理和信息查詢。這3個系統的Excel后臺程序通過PHD平臺將所需數據自動采集到界面，根據各自功能需求采用VBA語言進行進一步功能設計，所產生的數據存入SQL Server數據庫。技術架構圖如圖1所示。

5 公用工程實時報警及專家指南系統的具體實現

5.1 關鍵參數報警的需求分析

公用工程關鍵參數實時報警系統面向生產運行處調度部門，其負責公司內原油來料、潤滑油產品以及蒸汽、燃料氣、工業水、電力等能耗系統的運行管理和實時監控，協調解決各系統生產運行中出現的各類問題，下達安排各個裝置操作人員生產運行計劃、生產方案調整和裝置加工量。依賴于基層裝置數據分析，從整體監控裝置生產狀態。設計此報警系統關注分布于各個生產裝置的公用工程關鍵參數，隨著裝置的新建和停用，能通過增刪關鍵參數實現對裝置或各生產系統的監控（參見圖2）。

5.2 設計思路

設計兩重報警狀態，高低報警狀態提醒調度人員關注，出現高高報或低低報的警報，調度人員就必須處理此關鍵參數所反映的生產物料，通知相關車間操作人員調整操作或排查儀表故障。對于出現諸如生產裝置臨時停工或計劃性更換設備等狀況時，關鍵參數的實時數據必然不在正常數值范圍，持續的報警反而會干擾調度人員的注意力，故設置每個關鍵參數的報警開關，在此參數關注程度降低時，關閉報警，只查看其實時數值，不讓此參數出現報警。針對同一個關鍵參數的歷史報警記錄和歷史數據趨勢，可查看此參數的報警狀態是偶發性還是持續性，以便判斷是否需要檢查現場儀表或設備是否出現故障苗頭，及時通知裝置操作人員查看現場，避免可能發生的設備事故，保證裝置的正常生產運行。

此系統設計有手動/自動開關，可以讓調度人員手動更新實時數據，并在此狀態時，查看報警參數、處理報警信息、做其他一些相關工作。正常運行時，切換到自動狀態，此系統即處于實時監控報警狀態，操作人員可離開此監控電腦進行別的工作，只需在系統發出報警聲后進行關注。報警分為聲光兩種方式，同時進行。當系統出現關鍵參數的實時數值超出規定的高低報警限值時，畫面中出現紅色提示，根據預先設定的4種限值分為低低報、低報、高報、高高報，調度人員根據不同級別的報警做相應的處理。同時，出現聲音報警提醒調度人員。此報警聲音為第三方音頻文件，存于監控電腦的物理分區，方便使用者更換，以免聽習慣后形成惰性心理降低注意力。

系統報警后，調度人員該怎樣處理或者說第一時間做些什么很重要，因為對于出現的緊急狀況，人的大腦有可能出現應激的“短路”現象，雖然不像司機開車般出現生命危險，但在煉化裝置的連續生產中，早一分鐘的處理就可以減少以萬元計量的經濟損失。故設計出小型的專家系統，由各裝置技術人員和生產調度技術人員編寫出相關參數出現報警后的處理建議，匯集成專家知識庫。此專家知識庫在系統處于手動狀態時可自由隨時添加修改，幫助使用的調度人員在出現報警后能通過點擊頁面的操作指南，獲得處理此報警的專家建議操作，避免調度人員出現誤操作釀成事故或造成損失。

5.3 功能實現

公用工程關鍵參數實時報警系統實行從MES采集實時數據，用Excel界面操作，通過VBA編程和ODBC數據接口連接SQL Server數據庫，存儲報警數據。實現用戶任意添加監控參數，自由開關監控報警狀態，查詢關鍵參數的實時、歷史數據和歷史曲線，查看其歷史報警記錄，實現手動、自動監控，可匯總報警參數、集中處理。此系統比對不同級別報警參數，通過顏色的變換和聲音的調用實現差異報警，通知監控人員，并提示其查看對應的專家指南，供操作參考。專家指南功能由用戶根據需要自由錄入。

6 公用工程系統優化切換及查詢系統的具體實現

6.1 調度切換工作簡介

在公用工程能源計量中，燃料氣和循環水存在不定時生產方案切換的需求，即天然氣和干氣的切換，天然氣進脫硫和天然氣出脫硫的切換，三循和一、二、四循的切換。本系統需要實現生產方案自動切換，并實現不同生產方案下的數據變化統計，自動保證統計隨生產方案的變化而變化。

6.2 設計實現過程

以Excel為數據展示區，以VBA為開發語言，通過對字體顏色的變化實現生產方案的切換。在工作簿的不同工作表之間切換時，通過功能按鈕實現數據自動采集、自動更新、自動統計。生產方案切換采用雙擊指定顏色單元格實現，每次雙擊單元格會彈出相應的對話框供用戶選擇，為防止用戶錯選，特意將方案按鈕根據實際情況量身設計，只能選擇正確的方案功能按鈕才會有效，實現了一鍵式操作、傻瓜式操作。Excel工作簿每次初始化時（包括重新打開Excel、切換工作表、單擊單元格），相關單元格顏色都會同步更新。為方便用戶自行定義設置新單元格，將特定的顏色作為模板放在工作表中，只需用格式刷即可設置。

功能按鈕的設計盡量簡潔實用，包括自動更新統計數據（每隔3分鐘自動運行一次）、手動更新、調度切換記錄及歷史趨勢圖等（參見圖3）。

6.3 功能描述

該系統包含4個具體功能：

（1）調度方案動態配置。實現調度方案的隨時創建和生成，用戶具有動態配置調度方案的功能界面。

（2）調度方案自由切換。實現調度方案方便靈活的切換功能，并提供圖形化的突出分類顯示，便于用戶隨時查閱當前某公用工程的調度方案。

（3）相關統計隨方案切換而實現自動統計。隨著調度方案的變更，相應的計量統計也應發生變更，實現計量統計的自動化，這將大大降低統計人員的勞動強度，提高管理效率。

（4）調度方案動態歷史查詢。由于調度方案會隨時發生變化，不同方案下的生產狀況也不同，作為歷史追溯，調度方案的歷史查詢必不可少，實現電子化調度方案的查詢。

7 公用工程能源計量報表統計平衡系統的具體實現

7.1 能源消耗平衡報表簡介

能源消耗平衡報表的工作是由生產裝置或生產運行處節能科的操作人員對自動或手動位號的數據進行錄入和確認，然后由生產處節能科進行數據的審核，每日的審核后數據將通過統計報表功能生成能耗日報。另外節能科在每月月末，遵循“供需平衡”的原則，以表正常計量的數據為準，并附加相應損耗量。之后對數據分析，根據生產量、公用系統調整、計量表運行實際情況，逐一對計量數據進行月度平衡?；谄胶夂蟮墓霉こ虜祿赡芎慕y計月報；生產運行部門、規劃計劃處和管理層可以通過統計報表掌握能耗數據，進而指導生產。可以看出，工作量主要集中在數據的收集和報表的平衡計算，耗費人力、物力和時間。所以依托于信息系統便捷快速高效的特性，將以上工作流程實現電子化，能極大節省人力、物力、提高效率。

7.2 報表架構及實現方法

能耗報表系統設計立足于原能耗報表模板界面，根據客戶需要制作成日報、周報、月報和臨時報表等類型，但報表結構相同，后臺數據庫相同，所以可實現一個數據源多個報表使用。在SQL Server中設計并建立數據表，在Excel中利用VBA編寫存儲過程，并把功能按鈕集成到Excel菜單，方便操作（參見圖4）。

實現在Excel文件中采集MES底層數據，查看、修改、保存實時數據。通過手動輸入所需的平衡數據，利用此電子化平臺，可即時查看平衡結果，并最終生成自動平衡報表。在月報平衡表中，通過后臺的自建數據庫，用戶選取歷史時間，即可調取出歷史月報平衡表。制作新的平衡表時，選擇“PHD取數”即可調取MES中歷史DCS數據，再人工錄入平衡數值，得到平衡結果，保存后即時寫入數據庫。通過“圖表頁面”，可羅列出選擇的幾個參數單位時間內的歷史數據，并生成歷史曲線，以便于查看和對比查詢。

8 結束語

公司通過實施公用工程配套功能拓展，可以有效地提高數據處理的準確性，及時掌握公司公用工程生產和消耗情況，并快速生成報表，從而實現公司能耗的精細化管理。

主要參考文獻

[1]蓋江南，王勇. Excel 2003高級VBA編程寶典[M].北京：電子工業出版社，2008.

[2]任長權.靜態網頁制作技術[M].北京：中國鐵道出版社，2009.