在流程型工業中實時數據原本是指存在于生產現場的生產參數如溫度、流量、壓力、物(液)位等,在現代化生產中這些實時數據已經被變送器采集并轉換為數字量而存于DCS或PLC系統的局部實時數據庫中。這些數據,按數據的類型分,實時數據可分為模擬量、累計量和開關量。模擬量可以是溫度、壓力、瞬時流量、物位、產品度量、產品質量等,模擬量的特點是僅與時刻有關;累計量可以是累計流量、產品產量、原料消耗量、庫(罐)存量等,累計量的特點是不但與時刻有關而且與時間段的起始與結束時刻有關;開關量如電力開關的位置、閥門的開閉、設備的在線與備用、生產控制中的操作條件等,開關量的特點是二位式數據。實時數據的最大特點是時效性,實時數據在模擬系統中僅僅在某一時刻有效,在數字系統中由于實時數據存在時間上非連續的模數轉換,實時數據只在本采樣周期內有效,過了有效期的數據便失效。
實時數據庫即存儲實時數據的數據庫。由于實時數據的時效性,實時數據庫中存儲的實時數據應該能盡量跟上現場實時數據的變化,否則實時數據庫中存儲的是無效數據。事實上,數字系統不可能像模擬系統那樣幾乎沒有滯后地跟隨現場的變化,數字系統的滯后主要取決于DCS(或PLC系統)的數據采集的采集周期,數據采集周期的選擇又與數據載體參數的變化速率(載體的時間常數)有關。一般的數據采樣周期數量級在0.1秒至1秒左右,用于閉環控制的采集周期可能小些,僅用于測量的采集周期可能大些。從方便觀察的角度說,數據的變化周期又不可太快,在DCS或PLC系統的人機畫面上,實時數據的刷新周期在1~2秒。如果實時數據庫能以2秒的周期跟上實時數據的變化,則用于流程型工業的企業級實時數據庫的實時性能就可以得到保證。但是由于種種原因,現場運行的實時數據庫系統包括使用進口實時數據庫的系統只有個別系統能達到這一指標,大多數數據都要延遲和滯后。但是這種延遲和滯后除了類似于安全閥起跳這一類情況有影響以外,對其它控制反應并沒有多大影響。相反的如果控制反應太敏感了,反到會使生產裝置運行不平穩。
我們篩選實時數據中事關安全的數據,對這些數據進行分析和處理,包括對數據合理性的判斷、數據濾波等。而數據處理是計算機的“強項”,就看怎樣去建立數學模型,怎樣去對異常的數據變化,有效的進行適當的反應、報警和處理,這方面應該是在信息管理方面突出安全信息的核心工作。
另外在信息系統中采集上來的有關安全的數據是可以存儲在磁盤上的,這些存儲在磁盤上的有關安全的歷史數據,又是我們在萬一發生事故后,分析和處理事故的重要證據之一,有了這些第一手的現場實時數據,何愁事故不好分析,事故原因不好查。
目前在石化企業內采樣TCP/IP的應用層協議的Web、HTTP、FTP應用比比皆是,內部網絡的速度越來越快,在此基礎上我們應該加入視頻應用,在一些對保障生產安全至關重要,而人又不能時刻監控到的現場都安上攝像頭,和常規的工業電視不一樣,這種視頻監控點,視頻畫面不一定要很連續,但要有畫面的智能分析。圖像智能分析系統可以發現畫面的嚴重異常,例如位移、火災、泄漏、爆炸等,發現畫面異常后可以采樣聲、光、電報警,還可以使用即時通訊系統,例如QQ、MSN自動通知相關人員,甚至可以自動打電話、發移動短信報警。而建立這種系統,費用又不是很高的,因為網絡系統是現成的,就像QQ視頻聊天一樣,在生產現場安裝的攝像頭無非就是要求防爆,如果規模采購價格也不會高多少的。
在以上應用的基礎上,還可以建立安全專項數據庫,至少可以建立一個事故追溯數據庫,在這個數據庫中不光有事故的記錄,還應該有實時數據的分析系統,要集中處理,力求實用,最好能夠通過數據庫找出事故的臨界值來。
3、建立石化企業集中統一的數據采集與監視控制系統SCADA
SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition),數據采集與監視控制系統)是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統。它對現場的運行設備進行監視和控制,以實現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等各項功能。
其實SCADA系統也不是新鮮東西,它的發展自誕生之日起就與計算機技術的發展緊密相關。國內電力系統、鐵路系統很早就有使用,現在已經廣泛使用。石油、石化系統近幾年也開始重視SCADA。
在這里不妨看一看SCADA的發展簡史:
第一代是基于專用計算機和專用操作系統的SCADA系統,開始到70年代。
第二代是80年代基于通用計算機的SCADA系統,在第二代中,廣泛采用VAX等其它計算機以及其它通用工作站,操作系統一般是通用的UNIX操作系統。第一代與第二代SCADA系統的共同特點是基于集中式計算機系統,并且系統不具有開放性,因而系統維護,升級以及與其它聯網構成很大困難。
第三代是90年代按照開放的原則,基于分布式計算機網絡以及關系型數據庫技術的能夠實現大范圍聯網的SCADA系統。這一階段是各種最新的計算機技術都匯集進SCADA系統中。
第四代SCADA系統的主要特征是采用Internet技術、面向對象技術、神經網絡技術以及JAVA技術等技術,繼續擴大SCADA系統與其它系統的集成,綜合安全經濟運行以及商業化運營的需要。
我們目前剛好趕上第四代SCADA系統發展的大好時機。
首先,石化企業各個生產裝置的DCS、PLC等已經可以給我們提供大量的實時數據,SCADA系統的建立正好是水到渠成,我們利用這些數據,除了進行安全分析和控制以外還可以進行生產控制、計量控制、調度控制以及擴展到經營管理和控制。集中了這些數據,今后令人頭痛的仿真模擬和仿真培訓系統也不是無源之水了。
其次,目前石化企業都已經建立了比較完善的計算機網絡,信息化方面,企業的辦公系統、生產調度、銷售、供應、人、財、物等各方面都已經有比較完善的數據庫系統,所欠缺的就是都是各自為政,把這些孤島連接起來,為我所用,是建立集中統一的數據采集與監視控制系統SCADA的主要工作之一。
要把現有的各種實時數據,和其它數據庫數據整合到SCADA下面,就要充分利用第四代SCADA的技術,用好面向對象技術(OOT)、Internet技術、神經網絡技術及JAVA技術。
面向對象技術(OOT),就是是以認識論為基礎,用對象來理解和分析問題空間,并設計和開發出由對象構成的軟件系統(解空間)的方法。由于問題空間和解空間都是由對象組成的,這樣可以消除由于問題空間和求解空間結構上的不一致帶來的問題。簡言之,面向對象就是面向事情本身,面向對象的分析過程就是認識客觀世界的過程。面向對象方法的主要優點是:符合人們通常的思維方式;從分析到設計再到編碼采用一致的模型表示具有高度連續性;軟件重用性好。例如,在財務方面,經理、員工、顧客、帳本、打印機,直接作為對象出現的程序中。他們相互通信,完成諸如存取款、會計結算、打印報表等業務。以往的編程技術只用數據結構和算法來模擬要完成的業務,雖然可以得到所需計算,但經不起修改。如果增加某項業務,如代營股票,則程序幾乎要重編。而現在只要把增加的業務加到顧客、帳本、員工、打印機這些對象上就可以了。
Internet技術,就是TCP/IP的應用層協議下的Web、HTTP、FTP等應用,一般客戶機都不用裝其它專門軟件,只需要使用瀏覽器就可以訪問數據庫,和進行各種操作,目前這些應用已經十分成熟。
神經網絡技術,是指一類新的計算模型,它是模仿人腦神經網絡的結構和某些工作機制而建立的一種計算模型。這種計算模型的特點是,利用大量的簡單計算單元(即神經元)連成網絡,來實現大規模并行計算。神經網絡計算技術的優勢是魯棒性、適應性和并行性。神經網絡計算技術的特點是,利用大量的簡單單元進行大規模的并行計算。我們知道,傳統計算機的計算原理則是集中在少數處理單元上進行的串行計算,神經網絡計算和傳統計算有著根本的區別。所以神經網絡計算技術的優勢也就表現在它的特點上,即表現在兩個“大”字上。一是“大”量的簡單計算單元,它保證了計算的魯棒性和適應性,二是網絡的“大”規模并行計算,它保證了計算的快速性。
JAVA技術,最大特點就是跨平臺,不管是什么操作系統,都可以在虛擬JAVA平臺下集成起來,我們可以把不同廠家,不同版本的DCS、PLC以及其它數據利用JAVA語言,統一在一個平臺下,最大限度的解決各種接口帶來的麻煩。
綜合面向對象技術、Internet技術,以及神經網絡技術和JAVA技術,我們就可以把復雜的問題簡單化,因此掌握和應用好以上技術,開發自己的SCADA系統就不會那么太難,關鍵就是需要熟知國內外本行業發展動態并且頭腦清晰的技術領頭人,還需要培養一大批即懂計算機又懂生產流程和具體業務的復合型人才,要逐步建立一個二次開發的工程技術隊伍,這只隊伍不只是能夠干DCS和干石化企業的信息化工程,而是要具備系統的擴展、集成和二次開發能力。要朝著開發石化企業自動化控制和信息工程中間件這個方向努力,將來要實現一般技術人員,利用我們開發的不同的中間件,就可以像搭積木那樣,在現場搭建SCADA。
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