乙烯工厂的操作数据系统与智慧化管理

任永

(中国石化工程建设有限公司，北京 100101)

智慧化管理是利用智能科学的理论、技术、方法和信息、通信及自动化技术工具，通过智能感知、云计算、物联网、移动互联、大数据挖掘、专家系统等手段，实现企业核心业务智能化，经营管理、决策和服务智能化，资源调配和优化利用智能化，实现信息流、资金流、物流的集成与融合，进而提升企业的社会经济效益。为了挖掘“石化装置实时大数据”带来的价值，让企业管理部门基于实时数据做出决策，实现企业智慧化管理，操作数据系统(ODS)应运而生。ODS是以实时生产数据为基础，基于先进信息技术和生产管理理念，实现对装置生产运行数据的动态跟踪监视与分析，对装置的运行平稳率、产量及能耗进行记录和统计，对班组的工作状况进行客观、准确而公平的考核，进而成为企业智慧化管理的基础平台。

1 ODS工作原理

ODS是一个面向主题的、集成的、可变的、当前的数据集合，支持企业对于实时的、集成的信息需求。ODS包括四个部分： 各个业务数据区、ODS数据缓冲区、ODS信息视图区、各个业务系统。ODS的原理如图1所示。

图1 ODS原理示意

从图1中可以看出ODS数据缓冲区是业务数据流的第一个存储区，各个业务数据从数据源中被抽取出来，装载到ODS数据缓冲区，实现统一的数据平台。对于数据量大的数据源采用增量的方式抽取，对于变化更新频率高的数据采用全量的方式抽取。ODS信息视图区的数据从ODS数据缓冲区中抽取，有选择地集成各业务源数据，对数据进行分类和组织，用户通过信息视图区获得相关的实时性数据。各业务系统与ODS信息视图区可相互访问，能生成实时操作报表及查询某一主题的近期全部信息。ODS数据缓冲区和ODS统一信息视图区的主要区别是数据抽取、清洗、转换、加载的转换规则和数据存储的方式不同。前者一般只进行简单的汇总、计算，或者从操作型数据库中直接抽取而不进行任何中间转化；而后者则是完全按照主体的方式进行数据的存储，向用户提供快速的报表展示和数据实时查询的功能。

2 ODS功能

根据乙烯工厂对信息管理和大数据处理的需求，同时兼顾实用性和可操作性，ODS 应具备如下功能： 收集DCS 实时数据；收集用于维护工厂的当前及历史数据和设备性能数据；提供有效及安全的过程数据存取方式，将过程数据存储到历史数据库；提供用于排错和监视的趋势图；提供用于工厂管理的流程图和报表；具有在线自诊断，能检查OPC通信是否故障；系统可扩容。

对ODS的功能从分层角度划分，其功能结构可分为三层： 数据层、应用层、显示层，功能结构如图2所示。

图2 ODS功能结构示意

从图2中可以看出，ODS有别于传统的2层Client/Server架构，采用3层的Browser/Server架构，把事务处理逻辑模块从客户端的任务中分离出来，由中间应用层来完成。应用层的负荷被均衡地分配给Web服务器，从而减轻了客户端的负荷压力。系统所有报表及流程图均通过Web用户平台方式进行浏览。采用这种方式，灵活性强、界面友好、适用范围广、易于维护。

3 ODS的网络结构

以某乙烯工厂为例，网络拓扑结构如图3所示。

图3 ODS网络拓扑结构示意

从图3中可以看出，实时数据库是ODS的基础，它实现对生产过程数据的采集和存储。实时数据库支持分布式的结构，设置实时数据库主服务器、缓存服务器，从而降低网络负荷和防止因网络故障引起数据丢失，保证数据的安全。

ODS通过两级数据备份的方式，实现对各装置的生产实时数据的采集、存储。各装置设置缓存服务器与DCS实时数据服务器集成，实时数据库主服务器从各装置缓存服务器获取实时数据进行存储归档。

ODS基于实时数据库的生产数据处理，使以往工艺操作管理的许多难题迎刃而解。比如操作采样频率从原来1 h提高到30 s，超标明细可记录下每个超标点的时间、超标值，使班组的考核管理工作有了更细的依据，超标次数普遍降低，操作平稳率显著提高。

ODS采用模块化结构，各个装置、功能模块可独立设置，各个报表内容可根据实际需要进行定义设置。在扩展性方面，用户只需进行简单的系统设置，即可方便地把系统应用扩展到新的生产装置上，不需要进行编程开发。

ODS的程序运行由两部分构成： 前台程序和后台程序。后台程序为系统的核心，每天定时运行，从实时数据库中读取各装置当天的实时数据，并按倒班表的倒班时间统计，自动生成每天各个班的生产日数据，并将各个班的生产日数据保存在关系数据库(SQL Server)中。前台程序实现对装置各类报表的项目设定、系统管理以及装置生产报表的查询。

4 ODS智慧化管理

ODS可实现班组操作平稳、物料平衡、物料能耗、装置台账等统计计算功能及流程图的浏览，企业生产管理人员在授权情况下，可通过浏览器访问、查询系统的各种实时和历史信息，为企业的智慧化管理提供准确无误的信息。

4.1 操作平稳率

操作平稳率统计是对重要操作指标进行动态实时跟踪监视，在发现超出正常操作范围时自动记录超标时间，根据面积积分原理统计出超标时间与超标幅度造成的超标影响值，并在数据库中保存。

根据装置主要过程参数，结合不同过程参数对装置影响程度以及实际操作超标统计次数，统计计算出生产装置的操作平稳率。班组操作平稳率考核流程如图4所示。

考核数据的来源主要来自三个方面： 过程实时数据、计算数据和手动输入数据。数据的计算主要在数据库中利用虚拟位号的功能完成，计算结果被存放在数据库中，以位号形式被调用，还有些计算数据可以在客户端的Excel中完成。

图4 操作平稳率考核流程示意

班组平稳考核是以班组的日统计和月累计为基础，基于实时数据库，分别对各个班组的操作状况进行统计，自动生成班组操作平稳报表。这些报表反映了各班组当班时装置的运行平稳状况。通过该报表，可对各班组操作水平进行客观公平的考核，达到降低能耗、提高产品合格率的目的。

4.2 物料平衡统计

班组物料管理，是自动统计各班组当班时间内的投入原料、产出产品量，进行以装置为单位的收率、损失、月累的自动运算，为上层应用提供可靠的信息，实现班组的智慧化管理。数据主要基于实时数据库系统，定时自动采集，数据发布和报表生成，主要包括日报、月报等。

4.3 物料能耗计算

物料能耗计算是对各能耗介质进行产出、消耗统计，确定装置的加工量，根据运算规则计算单耗，通过报表形式展示出来，包括日报、月报等。

根据装置每个班组的公用工程能耗消耗，系统自动计算每吨主产品的能量消耗，即单耗，这是对班组操作水平进行考核的一项重要指标，能有效促进降低生产能耗。

4.4 工艺台账

工艺指标台账以装置为单位进行设计，可查看所属的装置、指标描述、仪表位号、单位、规定的操作范围及定点时间的仪表读数；自动记录关键仪表读数，该读数可按周期采集；超过操作范围的数值可标注醒目颜色，提示操作及管理人员关注。工艺台账数据从实时数据库中获取，可查询装置一天的技术数据，也可追溯历史数据。

根据用户定义的技术参数指标(温度、压力、流量、液位等)自动生成各装置各单元的工艺台帐，ODS自动计算每个定义好的位号，每天内的最大值、最小值、平均值等，同时具有趋势查看功能。

4.5 工艺流程图

ODS通过Web方式，发布生产装置的工艺流程图，具备权限的管理者通过企业内部网络，查看装置关键的过程参数指标(温度、压力、流量、液位等)以及历史趋势，了解生产状况。

5 结束语

ODS由计算机自动采集实时数据，并根据用户定义的数学公式进行统计，实现统计工作自动化，使人力资源从重复的工作中和复杂的计算中解脱出来，使工艺管理人员有更多的时间用在分析数据、工艺优化上，使考核工作具有高度的客观性、准确性和可靠性。

ODS中所有报表均有报表维护功能界面，有权限的操作或管理人员可根据实际工艺流程自行定义和配置报表的内容；利用数据导出功能，还可将各个报表的数据读入到Excel中，进行分析和利用；导出的数据还可导入到数据挖掘软件中，对大数据进行数据挖掘，为生产操作人员和企业管理者服务。

ODS是乙烯工厂实现数字化、信息化、智慧化管理的基础。该系统充分挖掘“石化装置实时生产大数据”的潜在巨大价值，让企业生产管理者更多地基于信息数据做决策，提高了石化企业的智慧化管理水平，增强了石油化工企业的核心竞争力。

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