利用实时数据对装置设备运行状态进行监测的改进方法
摘要：在石化行业中，广泛采用了自动化的生产装置和设备，并通过自动化技术实现了对生产装置及设备运行状态的实时监控。
由自动化设备采集到的实时数据是大量的，其中通常含有一些“噪音”数据，从而在一定程度上影响了对设备运行状态的判断，并进一步影响了设备维护管理及使用效率。
作者通过对实时数据的深入分析，重新定义了设备运行状态的判别指标，利用PHD数据库及其接口进行了二次开发，提高了对装置及设备实时监测的准确性和可靠性。
下载论文网 关键词：设备状态；实时数据；采集；监测 1引言 随着MES系统（Manufacturing Execution System，生产运行系统）在石化行业应用的成熟，其在生产过程中发挥的管理作用日益显现。
为确保企业主要生产设备以最佳状态、长时期地实现安全可靠运行，可以通过运用关键设备状态监测技术，对企业重要机泵设备实施运行状态监测，实时了解掌握机泵运行状态，以提升企业设备管理水平。
关键设备状态监测系统是利用DCS系统（Distributed Control System，离散控制系统）中现有的对重要机泵的状态进行自动监测、判断和存储的数据信息，通过企业MES系统中PHD（Process History Database）实时数据库采集到的DCS系统的实时数据，实现报表生成及网页浏览功能。
该系统的主要目的是充分利用现有数据，通过信息技术手段进行加工和处理，使设备管理人员一方面可以实时、准确地掌握设备运行状态，同时又可以掌握各机泵的运行时间及停机次数，保障生产的安全、可靠和稳定运行。
2系统设计与实现 利用实时数据对主要设备的运行状态实施监测，需要从实时位号的选取、实时数据的采集、逻辑判断、服务器自动执行、网页展示、计算统计及后台数据库等几个方面考虑。
2.1 PHD实时数据库访问方法 在Honeywell的PHD实时数据库中提供了可供应用程序调用的动态链接库Phdapinet.dll，该动态链接库包含了Uniformance.PHD基类[1]，利用该基类下的子类可以实现对PHD的访问、实时数据的读写以及PHD服务器状态参数信息与RDI（Real—time Data Interface，实时数据库接口）信息的查询，并能实现实时数据点的新建、历史数据的修改和删除等操作，还可以实现与DCS的通信。
调用该动态链接库访问PHD时需要注意以下几点： （1）访问PHD的可选参数有：ServerVersion （PHD版本）、HostName（PHD服务器IP地址）、UserName （PHD服务器用户名）、Password （PHD服务器密码）、WindowsUsername （PHD服务器登录用户名）、WindowsPassword （PHD服务器登录密码）、Port（服务器端口）。
（2）如果应用程序与PHD服务器同处于本地网络段，那么访问PHD时只需要提供ServerVersion、HostName、UserName、Password以及Port五个参数，本地网络访问PHD服务器的端口号默认为3100。
（3）如果应用程序与PHD服务器处于不同的网络段，那么访问PHD时除了需要提供ServerVersion、HostName、UserName、Password以及Port这五参数以外还必须提供WindowsUsername和WindowsPassword，远程访问PHD服务器的端口号默认为3150。
利用PHD实时数据库实现主要设备运行状态监测时，将主要设备运行状态相关的各项控制点通过实时数据位号对应，没有位号的，采用替代位号与设备对应；根据业务人员提供的设备位号，对应到MES系统的实时数据的位号，将用于判断设备停机还是启用的逻辑关系等数据进行收集、存储并加工成新的信息资源，在Web上展示以供设备管理人员进行统计分析。
PHD实时数据库的数据来自各生产装置的DCS系统的实时信息，以网页形式展现各个装置的关键设备运行状况，例如机泵的当前运行状态、停机次数、停机时间等，帮助设备管理人员实时掌握第一手现场信息，指导生产。
2.2系统实现方法 主要设备运行状态监测系统采用两种方式来实现对设备运行状态信息的监测，一种方式是定制WINDOWS服务，这种方式是将实时数据从PHD服务中提取出来，通过位号的配置信息实现位号值的判断，得出当前状态是停用还是启动状态；另一种方式是定制Web页面，数据结果通过Web页方式展示。
（1）定制WINDOWS服务，开发设备运行状态服务程序，定时从后台数据库读取设备信息，提取PHD服务器实时采集值，根据配置信息，获取计算逻辑，判断出当前设备是运行/停用状态，与数据库表对照，看设备状态是否相同，如果状态不同则更新记录信息，并做出相应处理；如果状态相同，则保持原状态不变。
（2）定制Web页面浏览，软件架构采用B/S模式，利用成熟的Web浏览器技术在Web页面上给出用户查询界面，为管理员用户提供数据维护、用户权限及位号配置等功能。
2.3身份认证 系统要求用户使用统一的PTR域进行单一认证。
用户在登录信息系统运行监测平台时，用户权限配置所用的用户名统一使用公司邮箱，可以避免用户在多个系统之间切换时产生用户名和密码混淆的问题，与企业信息门户、MES系统等公司推广使用的信息化建设系统保持一致。
3关键技术与实现 3.1设备运行状态判别 企业的设备监测数据很多，表1中仅列出有代表性的位号。
通过表1中的数据可以看出： （1）在监测主要设备的运行情况时，一部分设备有监测位号（如表中的2、3、4、5、8、9），对于有监测位号的设备，又可分为采集值设备与采集开关量设备这两种。
对于采集值设备，根据设备的采集值与该设备位号所对应的设备启用和停用的临界值进行比较来判断此设备的启用或停用状态；对于开关量设备，将采集到的值与配置信息中的状态值进行对比，即可判断出设备的启用或停用状态。
（2）位号属性一般可分为正逻辑位号和负逻辑位号，如正常运行状态值为ON、OPEN、1、2，故障停机状态值为OFF、0的位号，属于正逻辑位号（如表中2、4、5、8、9）；如正常运行状态值为0，故障停机状态值为1的位号，则属于负逻辑位号（如表中3）。
（3）还有一部分设备没有监测位号，需要通过替代位号来监测机泵的状态，这些位号大部分是采集值位号（如表中1、6、7）。
判断方法是：当属于正逻辑位号值时（如表中1、7），当采集值大于等于启动设置值时，则判断此设备是启用状态，相反，当采集值小于停用状态设置值时，则判断此设备为停用状态；当属于负逻辑位号值时（如表中6），当采集值小于等于启动设备值时，则判断此设备是启用状态，相反，当采集值大于停用状态设置值时，则判断此设备为停用状态。
3.2采集数据处理 主要设备运行状态监测的位号大多数是开关逻辑变量（即0，1值）。
实时数据库中的数据是由各装置点的BUFFER机上的实时数据同步而来的，如果BUFFER机发生异常，那么BUFFER机上的实时数据就不能有效地同步到实时数据库中；同时，如果实时数据库发生异常，则数据库中会产生一个默认值（这个默认值可能并不是实际值，只有待数据同步后，才能变换成实际值）。
这期间的位号采集值会发生波动，而这个波动是无效的，不能进行统计，需要把这部分的数据剔除掉。
因此，在系统设计时，需要将这部分数据进行处理。
具体处理方法如下。
首先设置一个表，表里面存放一个阈值，这个阈值设定了系统采集的次数，系统会按照这个阈值所设定的次数来提取实时数据（每隔三分钟自动采集一次），将这些数据信息放到缓存表中（缓存表的表结构与记录表信息的表结构一致）。
记录表中记录了每个位号的当前运行状态、状态变更的次数以及状态标志等信息。
根据系统每三分钟一次采集的数据，将每次采集的数据情况往缓存表中写入设备状态值信息（运行或停机）。
当系统取到阈值设定的次数时，对缓存表中的数据进行统计与分析，并得出设备的当前状态是运行或停机的结论，即如果这几次取得的数据都显示停机状态，则需要在记录表中将状态信息由运行状态变更为停机状态，并在设备记录表中记录设备停机时间；如果这几次写入缓存表的数据为运行状态，则不改变记录表中的设备状态信息；当运行和停机这两种状态都有时，则判断哪种状态出现的次数多，以出现次数多的状态作为设备的当前状态。
当记录表中的前次状态值与本次的状态值不同时，更新当前记录表的标志信息。
记录表的设备状态信息完成更新后，清除缓存表中所记录的停机或运行状态波动信息。
3.3机泵停用情况判别及次数统计方法 按照用户的要求，机泵从运行状态转变成停用状态，算一次停机，而机泵如果一直处于停机状态，则不能算一次停机，同时机泵如果从停用状态变成运行状态时，也不能算一次停机。
因此，只有当机泵在统计时间范围内，由运行状态转变成停用状态时，才计算出有效次数。
在主要设备运行状态监测平台中，机泵停机次数的统计分三种情况：即在主界面上显示的当月停机次数和全年停机次数统计，以及在历史停机查询中的累计停机次数的统计。
在了解用户需求的前提下，数据库表结构的设计方案对数据的统计也起到了十分关键的作用。
系统在记录表中记录了每个设备的每次状态变更的时间点、当前状态等信息，这样当月停机次数的统计、全年停机次数的统计以及累计停机次数的统计很容易实现。
系统在最初运行时，统计结果总是与现场的实际情况不甚相符，这可能与数据采集过程的诸多环节出现异常而导致数据准确性下降有关。
当开发人员在系统中设计并实现数据处理后，数据统计的准确率得到大大的提高。
4应用效果 利用实采数据实现对设备运行状态的监测，与其他一些实时数据库的应用开发有所不同，无论是实时数据采集技术还是设计方案都做了很大的改进，主要体现在： （1）数采连接机制不同。
一般的实时数据采集是借助于Oracle数据库技术及PHD实时数据库接口所提供的函数包来实现实时数据的提取，而本监测系统则是通过PHD提供的PHDAPINET动态链接库访问实现实时数据采集，后者通过直接访问PHD实时数据库，减少了Oracle数据库服务器、Applications应用服务器等访问环节，同时动态链接库中对采集数据失败所给出的判断更加完善，返回信息更直接、迅速，采数效率高。
（2）采数频率实现方法不同。
一般的数据采集频率借助Oracle数据库的定时任务作业调度【2】方法实现，而本监测系统采用了制作WINDOWS服务的方法实现，将采集实时数据部分专门做成WINDOWS服务，时钟自动包含其中，安装在服务器上，这样做无论是程序的安全性、环境依赖性还是运行效率都做了改进。
通过采用动态链接库方式与WINDOWS服务技术实现实时数据采集和设备状态监测，可以使系统维护工作量大大减少。
同时，这些技术在后续的其他实时数据库类的应用开发中得到持续应用，减少了开发成本，提高了研发效率。
参考文献 [1]黄永松等.基于HoneyWell PHD的应用开发技术研究.软件.2011年32卷第4期. [2]路川等.oracle 10g宝典.北京.电子工业出版社.2006.