基于油港工艺流程调度可视化技术的方法研究

传统的油港流程调度主要由工艺设计人员和调度人员执行。工艺设计人员负责工艺流程图的整体布局设计和工艺流程指令的编制，调度人员负责工艺菜单的提交和生产现场的监视。虽然工艺人员完成了全部调度指令的设计，所有的调度令都依赖于纸张,但在实际工作中，因工作疏忽造成的查询或填写失误也在所难免，特别是生产现场出现紧急状况时，传统方式无法满足快速生成合理的工艺指令的需要。因此，采用可视化技术，确保油港安全生产，让调度人员在最短时间内进行及时处理，最大限度地防止火灾、爆炸以及人身伤害事故的发生。

设计思路

油港工艺流程调度系统包括5个部分：用户管理模块、图形绘制模块、路径搜索模块、生产调度模块和动态监视模块。其中，用户管理模块位于管理层，主要解决用户权限的配置问题，后4个模块属于可视化内容，系统结构原理框图如图1所示。系统通过与组态服务器的连接，建立与数据库的信息交换，使作业现场传感器采集的相关参数通过工业以太网传到组态服务器中，实现动态监视功能。

1、图形绘制

油港中转的油品较多，管线输送变化频繁。因此，可视化系统应具有较好的适应性。系统在设计时，把油罐、阀门、管线、泵等设备元件制作成“块”并进行拼装，便于工艺人员绘制线路。

2、路径搜索

油港管线连接复杂，工艺人员编制指令时出错的概率也较大。因此，系统需具备路径搜索功能，工艺流程能直观显示，方便用户从诸多路径中选出一条较为理想的线路。

3、生产调度

传统的工艺调度依赖于文本形式，即调度人员收到总部调度要求后，手工查阅工艺指令表，找出合适的工艺流程，手工填写工艺指令菜单，完成生产调度。根据生产实际需要，采用信息化技术使油港工艺流程生产调度整个环节可视化，要求系统具备如下功能：首先，要求生产调度指令可以在工艺人员或调度人员事先存储的常用路径表中直接选取获得；其次，系统能够完成工艺指令菜单的提交，无需进行手工填写，增强工艺流程操作的安全性。

4、动态监视

根据油港生产作业现场传感器采集的信号，调度室可直接从组态服务器中读取。为了提高系统的直观性，在流程图中需直观地显示油罐的液位、管线油温及油压等值。因此，应建立系统与组态服务器的连接，方便地读取变量数据。

方案实现

系统采用Visual C++ 6.0作为应用程序开发平台，数据库选择Microsoft SQL 2000。

1、界面设计与绘图功能的实现

界面设计应包含主工具栏、绘图工具栏和修改工具栏3个工具栏，绘图区使用文档视区。创建多文档MFC应用程序，并使界面优化。

建立工艺元件的总类――CCompo类，并在类中创建元件的属性与方法。元件应具有坐标、类别、内部ID号、工业编号等属性，并以此为基类，为每种元件派生一个类，如CCompoTank油罐类、CCompoPipe管线类、CCompoCode结点类等。

在元件子类中，创建各自的绘图方法Draw( ) ，主要使用CDC直接绘图法和CBitmap贴图法进行图形元件的绘制。

使用动态创建指针的方法动态添加元件，添加一个CobArray对象，用于存储用户建立的工艺元件。

采用自定义重绘函数方便调用绘图指令。在此函数中，可按绘图区域的大小自动清屏，实现元件加入后指针对象的绘制操作。

油港工艺流程涉及工艺元件较多，全部绘出元件需要较长时间，特别是在重绘响应比较频繁时，由于重绘的累积，造成占用过多的CPU资源使程序出现“假死”现象。因此，在视类中添加一个新的绘图线程，利用此线程函数调用自定义重绘函数，在重绘元件的循环中加入转出判断，完成重绘，解决内存资源累积和程序“假死”的问题。

复杂流程图无法在一个用户视区中绘制完成。为让用户了解流程图的全貌，需要添加缩略预览图。采用添加对话框并创建相关类，将该类与视类设计成友元类。用户添加的图形在内存中一次绘制完成后，调用CDC:: StretchBlt( ) 缩放，在对话框中实现缩略预览图效果。

新建CCompoLink连接类，用于记录相邻两个元件的连接信息。为防止连接记录重复，定义连接结构为：“compoLink：第一元件编号，第二元件编号，第一元件的连接位置，第二元件的连接位置”。为了方便存取各连接信息，连接指针由一个CobArray对象保存。

2、工艺路径搜索

在一条完整的工艺流程图中，两个元件之间的可行线路可能有多条，但最合理的只有一条。系统提供三种不同的路径搜索模式――自动搜索模式、手工逼近搜索模式和手动选择模式进行处理。

自动搜索模式旨在找出两个元件之间所有的可行线路。该搜索模式用递归算法，找出全部线路，以CSV形式存储在m_patharray对象中。适用于元件较少的工艺流程图。

手工逼近搜索模式旨在找出两个元件之间的一条可行线路，其算法流程与自动搜索相似，不同之处在于手工逼近搜索模式仅需找到一条通路，根据用户点击的元件进行逐步逼近，最终找到合适的通路。适用于含有较多元件的工艺流程图搜索。

手动选择模式即手动查找路径模式，此模式适用于所有的工艺流程图。通过点取节点处相应元件予以实现。适合对常用的工艺流程搜索。

完整的工艺菜单除包括工艺流程的路径外，还包括工艺指令（即需要开启的阀门和需要关闭阀门的编号）。对于前者而言，仅需保证通过该条路径的所有阀门和泵的开启即可，而对后者主要对三通或多通元件（即对图形中的结点元件）进行分析。

设某条线路中包含了结点集合C = {c1，c2，c3，c4，c5}，该条路径上的阀件集合为Von。首先从每个结点进行查找与其直接相通的所有阀件，其算法与自动搜索算法相似，不同之处是终止条件m_end为不固定的，即在递归进口前需判断该元件的种类是否为阀。若是，则将其作为m_end终点处理；反之，继续比较，判断其是否具备进入递归的条件。

设集合C对应需关闭阀件的集合为 Von={V1，V2，V3，V4，V5}；

与该条路径上的结点相关联的阀件集合为 Voff ′ = V1 ∪ V2 ∪ V3 ∪ V4 ∪ V5；

则需要关闭的阀件集合为 Voff= Voff ′ - Voff ′ ∩ Von 。

3、生产调度

在路径较长的调度工艺中，最容易出现线路窜管，导致严重的经济损失。在系统设计时，采用对调度人员正在使用的流程线路进行记录，再与其它将要使用的工艺线路进行比较，若出现问题能够及时提醒调度人员。

系统将路径分为常用路径和正在使用路径两种。常用路径与传统工艺流程调度系统中的总指令表相类似，用于保存使用频率较高的路径，并按使用次数进行排列；对正在使用路径，系统能记录当前的工艺流程路线，标识现场作业状态，可使调度员方便地提交指令菜单。提交的工艺指令菜单通过ADO写入数据库。对于远程接令人，可直接访问服务器的WEB页面实现接单操作。

4、OPC技术状态监控

采用OPC技术实现系统与组态服务器的通信。OPC 即OLE for Process Control,是基于Microsoft公司的 Distributed interNet Application （DNA） 构架和 Component Object Model （COM）的技术，扩展性能好。OPC定义了一个开放的接口，在这个接口上，基于PC的组件能交换数据。它是基于Windows的对象链接和嵌入（OLE）、部件对象模型（COM）和分布式技术（DCOM）。因此，OPC技术为典型现场设备连接工业应用程序和办公室程序提供了一个理想的方法。

OPC接口既可以适用于通过网络把最下层的控制设备的原始数据提供给作为数据的使用者（OPC应用程序）的HMI（硬件监督接口）／SCADA（监督控制与数据采集）、批处理等自动化程序，以至更上层的历史数据库等应用程序，也可以适用于应用程序和物理设备的直接连接。基于OPC技术开发的软件包控制结构如图2所示。

对开源版的KepWare OPC客户端进行二次开发，得到OPC动态库，直接嵌入到系统中便可使用。其核心函数如下：

BOOL OnOPCSet();//OPC初始化对话框，完成OPC服务器的连接设置和添加

void AddGroup ();//添加一个新的OPC变量组

void AddItems(CObArray &cList, DWORD dwCount);//添加多个变量到变量组

void RemoveItems(CObArray &cList, DWORD dwCount);//删除指定的多个变量

void RemoveServer (CKServer *pServer);//删除指定服务器连接

以下函数用于本系统的OPC初始化：

void OnInitialServer( CString progid, CString remoteip);

//根据ProgID和IP连接OPC服务器

void OnInitialItem( CString item);//根据变量名添加一个变量

CString GetItemValue(CString lpName); //获取指定变量的值(字符串形式返回)

结论

将可视化技术引入到油港企业，旨在保证工艺流程调度系统的安全性，改变传统的港区工作模式。工艺人员在编制工艺流程指令时，可通过直观的图形描述实现工艺流程设计方案的优化；工艺调度人员可以根据现场实际情况方便地修改工艺流程图，实时现场监视，防止灾难性事故的发生，确保油港安全生产。

（第一、第二作者单位：南京港股份有限公司；第三、第四作者单位：武汉理工大学）

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文