MES 系统实施建设与创新技术应用

宋 扬，阿福东

（中国石油大庆炼化分公司，黑龙江 大庆 163414）

1 总体实施背景

1.1 MES 系统应用情况

大庆炼化公司MES（Manufacturing Execution System）面向制造企业执行层的生产信息化管理系统于2006 年实施投用至今，共计覆盖生产装置48 套，采集实时数据21 000 余点，可运算平稳率指标1 700 余个。MES 系统采用BUF－SHADOW（客户机－服务器）结构，在生产装置DCS（Distributed Control System，分布式控制系统）控制站安装BUF、OPC（Object Linking and Embedding for Process Control）与DCS 系统进行数据通信。BUF 服务器机采集DCS 数据上传至信息中心SHADOW 端服务器，数据进行处理后，发布网页供生产及技术部门查看使用。

1.2 MES 系统设备现状及实施目的

MES 实施初期购置的BUF／OPC 服务器、客户机已经不能满足生产需要，设备老化，故障频发。系统软件与行政办公系统兼容性差，数据采集故障率高，部分模块用户体验不佳。通过对MES 1.0 的实施经验进行总结，在对系统各模块需求调研的基础上，分析MES 1.0 的功能差距解决MES2.0 存在的问题。将MES 1.0 原有的14 个功能整合为9 个功能模块，并进行功能提升；新增化工生产批次管理、生产绩效管理、生产运行信息平台、计量管理4 个功能模块。

2 项目的设计目标

2016 年底，通过内部项目先期会议，建立了项目的基本网络架构方案，对新方案的技术创新性、网络安全性、系统稳定性、用户体验性等进行了充分的论证并征询了外部专家的意见，确定了MES 2.0 系统在炼化企业信息化架构地位。

2.1 技术创新性设计

通过公司原有HP 服务器及VMware 系统在MES 1.0 虚拟化服务器的实施经验，采用虚拟化设计，在MES 原有技术架构下实现了BUF 的虚拟化集成。此项技术为中石油MES 2.0 整体实施中的创新设计，在大幅提高了系统稳定性的同时降低了项目整体投资。

2.2 系统稳定性设计

服务器均采用Windows Server 2012 R2 系统后性能整体提升20%。可在虚拟化技术的支持下采用VMware 虚拟服务器方式运行，备份机制更加完善，可通过虚拟快照实现系统迅捷恢复。同时平台配置机房UPS 电源支撑电力供应，降低因BUF 机分散于各装置时因厂区电力波动导致的宕机概率。

2.3 网络安全性设计

该设计在MES 虚拟化平台上配置北京力控工业安全网关及华为多业务以太网防火墙设备，提高了网络安全防范性能。同时增加微软补丁分发服务器为整个系统定时发布安全漏洞补丁，统一对虚拟BUF 进行360 天擎系列企业级防病毒软件安装。

2.4 用户体验性设计

MES 系统采用霍尼韦尔新一代PHD 实时数据库软件实现装置DCS 数据的采集，数据采集频率由过去的120 秒更新至30 秒甚至是5 秒，提高了MES 数据的实时性。同时对运行管理模块进行程序优化提高了平稳率数据的准确性，经过对MES 系统用户调研，发现用户对新系统操作性和数据的准确率非常满意。

3 大庆炼化MES 实施中采用的新技术

3.1 采用虚拟服务器硬件升级技术方案

为了降低采购费用及未来的维护成本，MES 硬件升级项目中采用虚拟化技术，改变原有网络结构。采用虚拟服务器代替BUF 机，通过新增硬件防火墙、安全网关设备保障各装置MES 接口完全隔离，防止病毒通过MES 网络进行传播，同时在虚拟化服务器集中部署杀毒软件，通过同步更新系统补丁等方式提高MES 系统整体安全性，在信息中心机房进行统一管理。该方案的核心技术在于VMware 技术进行虚拟交换机的链路创建，以及通过具备三层交换功能的华为防火墙实现BUF 端口的网络隔离，向下配置工业安全网关保证BUF／DCS 数据交换的安全性，实现MES 系统与DCS 系统接口安全。

3.2 新技术的应用效果

此前BUF 机器及OPC 机器均放置于同一操作台，现场操作环境差。此次实施的虚拟化方案可以明显改善现场操作环境，降低BUF 机、OPC 服务器、DCS 操作站的故障率，保证实时数据的稳定传输。

经过此次改造，所有BUF 机均以虚拟化形式放置于信息中心机房服务器，便于系统调整、备份恢复及时处理故障，并且由机房提供稳定电源可保障MES 系统稳定运行。同时每年可减少BUF 机维修费用，在新建MES 项目时，可减少购置BUF服务器费用。

3.3 实现PHD 与DCS 画面1∶1

在项目实施过程中，按照DCS 流程图绘制MES 流程图并保证完全一致，各装置提供DCS 流程图电子版，MES 项目组建立DCS 原图数据库。在原有MES 流程图基础上增加燃气动力、氢气、瓦斯、蒸汽等汇总流程图。绘制装置总貌图和公司总貌图，罐区系统流程图。

在MES 项目建设中，共完成公司、分厂、装置、罐区实时数据库流程图绘制900 余幅，建立位号23 000 余个。

4 MES 部分应用模块实施情况

通过MES 项目的实施，目前大庆炼化MES 系统已经达到了项目的预期效果，具体实现的主要功能模块如下。

4.1 实时数据库

用于存储和管理实时生产过程数据以及长期的历史生产数据，对生产操作进行监控，为公司生产管理者分析生产条件对事件进行快速反应和处理提供依据。实时数据库的使用，可以使管理者及时的监测到生产过程中的异常变化，及时调整生产方案或相关工艺指标。使企业经营管理者能够随时掌握生产运行状况，发现问题及时处理。

4.2 平稳率计算和运行管理

对生产运行整个过程进行协调和管理，包括装置平稳率和工艺台账、操作监控、操作指令、班组日志。

4.2.1 平稳率计算

能够针对装置在自定义的时间段内进行位号超出限定值的数据概率统计，以百分率形式、图形化方式显示装置在生产过程中的运行状况，便于装置操作人员与管理层的实时管控，用户可以通过Web 页面，进行相应的操作，对装置的运行平稳程度进行评估与监控。

4.2.2 工艺台账

工艺台账模块可以通过简单的配置，使用户在应用中方便快捷地生成自己需要的电子操作记录报表，以实现管理层面对不同对象管理的个人定制，取代过去需要手动填写的纸质工艺台账，从而减少查询历史报表时的时间。MES 工艺台账模块采用新的提取实时数据的接口和函数，提取实时数据速度大幅提高，用户可以根据需要调整提取实时数据的频率和需要保留工艺参数的小数位数。

5 MES 实施效果

增强系统对IT 新技术的支持，提高系统运行的速度及稳定性，在新系统架构及高性能虚拟化服务器的支撑下，预计数据采集频率可提高一倍，大容量服务器可保障生产历史数据存储由过去的1 年增加到5 年。

增加对高版本浏览器的支持，新系统浏览实时数据流程图不再需要加入域，通过优化系统插件的方式增强了与OA、合同管理等系统的兼容性。工业控制实时流程图界面除温度流量液位压力等数据外，还可对控制点手动、自动模式状态，阀门开度，操作人员手动对控制点的修改、位号异常波动的超标报警信息直接在流程图进行显示，可灵活组态的系统界面使之更接近DCS 现场画面。

6 结论

此次MES 项目达到了总体目标要求，大庆炼化MES 项目组完成900 张1∶1 流程图的绘制工作，23 000 余个工业控制位号的梳理工作。MES 系统在涉及炼油及化工的35 套生产装置及动力储运等13 套辅助装置得到全面应用。

在现场具备DCS 工业控制系统的基础上通过MES 项目建设实现提升工业自动化控制及生产优化管理系统功能和架构，深化模块间集成应用，优化炼化生产及管理业务流程，实现生产业务对计划、调度、工艺、执行、统计、分析全过程的闭环管理，实现系统功能对生产、能耗、计量、质量、安环、设备等领域的基本覆盖，基本实现炼化生产统计业务“班跟踪、日平衡”，充分发挥信息化系统在炼油化工企业生产运行管理中的核心作用。增强管理层对生产现场的动态监控与生产指挥能力，提高生产运行效率和协同管理水平。