自控率监控系统的设计与应用

[摘 要] 本文结合PHD实时数据库和DCS控制系统的数据基础，采用VBA和HTML程序语言开发了一套自控率管理软件，以克石化公司实际情况为基础，介绍了该公司当前的自控率管理现状和软件的整体设计思路及具体实现方法。在设计时，充分考虑用户需求，采用了“一键自动化”，“傻瓜式”的功能设计，旨在建立一套对企业具体需求贴切好用的自控率管理软件，提高企业仪表自控率的监控管理水平，为精细化生产经营提供切实有效的服务。

[关键词] 自控率； VBA； PHD实时数据库；自动化

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 02. 037

[中图分类号] F272.7；TE9 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）02- 0071- 04

0 引 言

在炼化企业中，自控仪表的投用对生产装置安全平稳运行起着重要作用。提高生产装置仪表自控率，一方面可以降低操作工的劳动强度，实现高水平精细化管理，另一方面可以提高装置运行平稳率和创效能力，减少安全生产隐患。

克石化公司作为一个现代化炼化企业，一直致力于精细化生产经营，不断提高设备仪表自控率和设备的可靠程度。以强化产品质量合格率、仪表自控率和装置平稳率考核为手段，加强工艺技术、设备、安全环保管理。然而，以往的监控考核手段是通过检查车间是否有自控率台账，是否有检查记录来实现的，这样一方面增加了车间技术人员和机关管理人员的工作量，另一方面不能避免人工修改自控率数值的可能，有效保证所检查自控率台账是否准确。因此，实现仪表位号自控率的管理自动化既是业务需要，也是技术创新。

1 总体设计思路与关键技术

经调研，公司仪表DCS控制系统主要有横河西仪、浙大中控、霍尼韦尔等几种类型，对现场仪表的控制采用自动、手动、串级等方式。本次系统开发要解决以往人工统计自控率，手动记录台账的方式，实现自控率自动化监控统计和管理。对于基层车间工作人员，主要承担的是数据上传的工作，采用C/S模式设计，以Excle为平台，用VBA程序语言编程，为其提供一个可以自动采集、计算、上传自控率数据的软件。功能上力求简洁实用，一键式操作，减少人员工作负担。另一方面，为了方便机关处室的管理，采用B/S模式设计，用HTML程序语言编程，提供Web页面查询统计，功能上可以根据需要选择按位号、按日、按周、按月查询，力求纵观全局，一目了然，为管理提供方便。

本次系统开发涉及的技术主要有：数据采集技术、PHD实时数据库技术、Excel宏编程、JSP网页编程、数据桥接技术、数据结构设计。其中，数据准备工作是实施本次系统开发的第一步工作，是支撑整个系统的基础。PHD作为MES的实时数据库平台，发挥了承上启下的作用，不仅为MES提供数据支持，同时对全厂的数据进行存储和管理，还为其他上层应用系统提供数据支持。因此首先要做的数据准备工作有：收集所有自控率相关的仪表位号、进行位号组态。其他关键技术工作包括：实现实时采集相关位号数值、通过Excel实现数据采集分析和统计上传、实时数据库向SQL Server关系数据库实现定时转存、JSP实现对自控率的统计查询。

2 自控率管理软件的工作原理

自控率管理软件的数据基础源于实时数据库。实时数据库及应用子系统是MES的11个子系统中的一个基础子系统，主要实现了从各装置的DCS中获取的实时数据，并将各个生产单元的生产实时信息集成到统一的数据集成平台中，从而实现对生产操作的监控、分析生产条件、对事件进行预警和处理。使出现问题的地方能够立即地被发现，因此可以减少系统瘫痪的可能性并且优化工厂的生产操作。同时其他应用系统能够直接基于这个数据平台进行相应的业务处理和信息查询。

自控率管理软件的工作原理及流程如图1所示。

首先，由车间使用人员启动自控率管理软件的客户端（Excel界面），将现场DCS仪表的自控状态数值通过PHD实施数据库提取到Excel界面。仪表工作人员对DCS系统仪表位号的组态主要有AUT（自动）、AUT IMAN（自动）、CAS（串级）、1（自动）、-1（自动）、2（串级）、MAN（手动）、0（手动）等，其中，自动和串级状态的取值认为是仪表自动控制状态。根据机关管理处室的要求，每10分钟自动取1个点，通过后台程序排除-999999等无效数值，以1个班次为基本单位，以该班次内自控状态数值的个数为分子，所有有效状态数值为分母进行自动计算。分别按单个位号、整个班次进行计算和统计，并同时将结果上传到Web页面，根据需求提供按装置、按位号、按班次、按日、按月等功能查询为机关管理处室提供参考依据。

3 自控率数据上传软件的实现方法

如何设计出良好经典的应用模型是系统开发的关键，因此，设计出一个经典模式以备后期拓展灵活套用十分必要。经过分析研究，笔者认为MES实时数据库开发系统的模型特点需具备下面属性：

（1）具有良好的可视化用户界面；

（2）具有很强的用户易交互式操作特点；

（3）具有强大的数据展示、存储区；

（4）具有配置开放性和灵活性；

（5）具有配置、运行、统计、查询一体化功能；

（6）实现关键业务用户和查询用户界面分离，具有高效的性能和清晰实用的用户界面；

（7）关键用户界面功能集中、配置自由，查询用户界面统一、操作简洁、功能全面。

根据不同装置分别进行装置编码和装置名称编码。通过装置编码和位号名称及后缀的组合形成PHD位号，从PHD实时数据库取数，在Excel环境下进行功能设计，经过计算统计后，将位号、装置名称、自控率数值等字段值写入关系数据库，以装置名称编码进行区分，供后面的程序设计使用。自控率自动化统计上报界面如图2所示。

（1）同步所有的起止时间

克石化公司生产装置倒班班组采用五班三倒制，分别是早班10：00-18：00，中班18：00-03：00，夜班03：00-10：00。不同车间负责所属生产装置自控率的上报任务，根据不同车间的管辖范围，将相关生产装置各建立一个工作表，并设计在一个工作簿中。在程序中，设计同步所有起止时间功能，车间工作人员只需在自控率工具窗口中录入本班工作起止时间，即可同步工作簿所有工作表里开始时间和结束时间的数值。

（2）采集基础数据信息

基于前面已完成的数据准备工作，已具备了从现场采集实时数据的条件。在后台程序中，首先连接PHD实时数据库，然后通过装置编码、位号名称、最大行数等参数从中进行取值。重点在于如何与PHD数据库关联，然后通过判断、循环等程序设计手段，在Excel工作簿中展示采集上来的自控率状态值AUT（自动）、MAN（手动）、CAS（串级）、1（自动）、-1（自动）等。

（3）手动指定时间自控率

完成基础数据采集后，进一步对自控率状态值进行计算统计，手动指定时间自控率，并将计算统计结果写入到SQL Server关系数据库。这个过程中，需要注意每个仪表位号的自控率计算和整个装置的自控率加权计算的区别，合理设计SQL Server关系数据库中的表结构。

（4）启动自动时间自控率

为简洁软件操作界面，方便车间操作人员快速上手使用，在程序设计中对各个子功能进行整合，将前面所涉及的功能界面进行屏蔽，最后归纳成一键操作：“启动自动时间自控率”。在这个功能键里，实现了自控率采数、计算、统计、上传、更新等功能一键完成。通过设置采样周期参数，让软件每隔10分钟自动完成所有操作，实时更新上传。

4 自控率数据的页面展示

数据页面展示采用JSP技术实现对自控率的统计查询，并在炼油与化工运行MES系统平台上建立链接。基于车间技术人员已完成自控率的统计上传操作，关系数据库中已经产生装置仪表自控率的相关数据，下一步提取该数据，按时间、位号、装置、班组等进行分类，在Web页面上进行展示，形成整体查询筛选对比功能，为管理人员提供一目了然的自控率报表，如图3所示。