Investigación y aplicación de la integración de datos en MES de la industria de procesos

En la actualidad, el sistema de automatización integrado de la industria de procesos está compuesto por un sistema de planificación de recursos empresariales (ERP), un sistema de ejecución de fabricación (MES) y un sistema de control de procesos (PCS).             Arquitectura compuesta por tres sistemas de soporte. ERP es responsable de la decisión comercial y la planificación de la producción de la empresa; MES es responsable de la programación de producción empresarial y la optimización de procesos del sistema; PCs es responsable del control del proceso de producción. La mayoría de las industrias de procesos tienen sistemas de control subyacentes y muchas empresas también han implementado sistemas ERP. Sin embargo, todavía falta una comunicación efectiva entre la dirección y el control. MES es el enlace clave del sistema de automatización integrado de la industria de procesos.

Desempeña un papel de conexión en todo el sistema de automatización integrado de la industria de procesos y es el puente de integración de información de las actividades de producción y gestión empresarial. Es muy necesario planificar uniformemente los datos para todo el proceso de producción e implementación desde la perspectiva de la situación general de la empresa. La integración de datos es la base del subsistema funcional de MES. De acuerdo con las características y la importancia del módulo de integración de datos, este artículo propone un método de integración de datos basado en una plataforma de datos.                            I. importancia y dificultad de la integración de datos en MES             1. Importancia de la integración de datos MES                            MES recopila los datos de producción y operación, integra los datos de almacenamiento de materias primas y productos, integra la información del estado del equipo y combina, resume, estandariza, compara y analiza esta información. Por un lado, proporciona la base para la planificación y programación de la producción y, por otro lado, también proporciona información de referencia oportuna, confiable y precisa para la toma de decisiones de producción y operación para ERP.             La integración de datos es la base para la implementación de MES. Resume y procesa la producción y el funcionamiento, la calidad del producto, la materia prima y el transporte del producto, el consumo de energía y otros datos de la capa de PC, de modo que la información en tiempo real del proceso de producción inferior y todo tipo de información del recurso empresarial superior la gestión está integrada en la capa MES, y la programación o instrucciones como el control óptimo, la programación óptima y la toma de decisiones óptima se forman a través de la integración de la información. Al mismo tiempo, el módulo de integración de datos también es responsable de transmitir algunos datos en el sistema superior (como el valor de optimización, el valor establecido, etc.) a las PC.             2 dificultades en la integración de datos MES                            Las empresas de procesos tienen procesos de producción complejos, amplias fuentes de datos, diversos métodos de recopilación y almacenamiento de datos, y los sistemas de control subyacentes están cerrados entre sí, y existen grandes diferencias en las redes, sistemas y bases de datos utilizados.

Cómo realizar la integración integral de datos de redes heterogéneas, sistemas heterogéneos y bases de datos heterogéneas es la mayor dificultad en la integración de datos MES.             II. Características y funciones de la plataforma de datos.             Uno   Propuesta de plataforma de datos                            El desarrollo y la operación del sistema de aplicación informática tradicional se basa directamente en el sistema operativo, la red y el sistema de base de datos. Debido a la fuerte dependencia del sistema de aplicación anterior del entorno de soporte subyacente, el sistema de aplicación y el entorno integrado carecen de buena apertura y portabilidad. Al mismo tiempo, también es difícil resolver el problema de integración de información heterogénea y entorno heterogéneo, lo que afecta el beneficio general del sistema de aplicación. Por lo tanto, se propone la integración basada en plataforma de datos.             Dos   Estructura de la plataforma de datos                            La plataforma de datos en tiempo real RTDP (es decir, base de datos en tiempo real) realiza las funciones de recopilación de datos en tiempo real en el sitio, administración, archivo histórico, mantenimiento, registro y generación de alarmas, registro de eventos, sincronización de tiempo, etc. Al mismo tiempo, como plataforma en ejecución, proporciona servicios de datos históricos/en tiempo real para varias aplicaciones de software que se ejecutan en ella.

Su estructura general se muestra en la Figura I.

Tres   Funciones principales de la plataforma de datos.                                        (1) Función de comunicación de datos: se comunica principalmente con software de monitoreo, programas de aplicación y varias bases de datos a través de interfaces OPC, DDE y ODBC para leer los datos inferiores en la plataforma de datos en tiempo real; La información de comando de la capa superior se envía de vuelta al sistema correspondiente a través de estas interfaces.                            (2) Procesamiento de entrada y salida de datos: procesar los datos que ingresan a la plataforma de datos en tiempo real. Tales como conversión de formato de datos, conversión de rango, configuración de alarmas, estadísticas de datos, archivo de datos históricos, etc.                            (3) Monitoreo y reconexión de la red: para garantizar la transmisión normal de datos, la plataforma de datos en tiempo real tendrá la función de monitoreo fácil de la red y reconexión automática. Cuando la red falla, puede avisar o alarmar a tiempo. Cuando la red se recupera, puede detectar y volver a conectarse automáticamente.                 (4) Mantenimiento, configuración y consulta en línea: para garantizar la continuidad de los datos, la plataforma de datos en tiempo real proporcionará la función de mantenimiento en línea; Se puede configurar de acuerdo con los diferentes requisitos de los usuarios; Proporcionar función de consulta.                            (5) Garantía de seguridad de los datos: debido a que la plataforma de datos involucra la conexión con el sistema de control inferior y está relacionada con la información de producción de la empresa, y también puede estar conectada a Internet, se debe establecer un mecanismo de seguridad para evitar absolutamente la operación no autorizada y garantizar la seguridad de todo el sistema de información.             En tercer lugar, el modelo de estructura de integración de datos basado en la plataforma de datos en tiempo real                 Teniendo en cuenta las características de la integración de datos real, se propone un modelo de integración de datos como se muestra en la Figura 2. A la derecha está la división de tres niveles del modelo de integración, y a la izquierda está la relación correspondiente con el modelo de integración de información empresarial de tres niveles.

Toda la estructura se divide principalmente en tres niveles.:                            (1) La capa inferior es la capa de entorno, que se refiere a varias redes de control especiales y un entorno de red Ethernet industrial basado en varios buses de campo, DCS, varios sistemas operativos y varios sistemas de bases de datos. Puede proporcionar servicios de datos en tiempo real y no en tiempo real para la capa superior y proporcionar varias interfaces de datos (como OPC,             ODBC, DDE, CORBA, etc.) es el intermediario entre la plataforma de datos y el dispositivo de fondo para el intercambio de información.                            (2) La capa intermedia es la capa de la plataforma de datos. Por un lado, utiliza los métodos correspondientes para comunicarse con él de acuerdo con la interfaz proporcionada por la capa inferior para completar las funciones de servicio, como la integración y gestión de datos, el servicio de datos y la comunicación de red. Cuando hay instrucciones de programación y optimización de la capa superior, se transforman en los datos correspondientes y se envían al sistema correspondiente; Por otro lado, proporciona algunos servicios públicos de soporte de integración para la aplicación superior, forma los datos de la capa inferior en un formato unificado y proporciona información en tiempo real y no en tiempo real para otros módulos de la capa MES (como -monitoreo de datos de tiempo, simulación de procesos, programación de producción, análisis de datos, gestión de equipos, seguimiento de inventario, control de calidad, control de optimización, etc.) y ERP de la capa superior.                 (3) La capa superior es la capa de aplicación, que incluye otras funciones en MES excepto la función de adquisición de datos, así como algunas funciones relacionadas con ERP.                                Las características de la integración de datos basada en plataforma de datos son las siguientes:                            (1) El intercambio de datos y la integración de aplicaciones entre diferentes sistemas de aplicaciones se pueden realizar a través de la plataforma de datos. La plataforma de datos proporciona un entorno de integración unificado para otros módulos en MES y ERP superior, lo cual es conveniente para el desarrollo y la integración de aplicaciones.                            (2) Apertura. DDE, ODBC, web, OPC y otras interfaces estándar realizan la conexión entre MES y otras aplicaciones e Internet/Intranet, y proporcionan recursos de sistema unificados y recursos compartidos para el desarrollo de aplicaciones.

(3) Transparencia. Basado en la integración de datos de la plataforma, el trabajo de desarrollo se simplifica. Los desarrolladores pueden avanzar directamente hacia la plataforma sin tener en cuenta la estructura o el modo de comunicación de los datos subyacentes. Todos estos trabajos son completados por la plataforma de datos.                            (4) La plataforma de datos proporciona funciones compartidas, como gestión de datos, servicio de datos y comunicación de red, y admite una variedad de servicios de aplicaciones al mismo tiempo, lo que puede acortar el ciclo de desarrollo del sistema de información, mejorar la eficiencia del desarrollo y realizar de manera más efectiva la integración de la estructura de tres niveles de la empresa.             IV. análisis de caso de integración                 Partiendo de la situación actual de una planta de gas coquizable, este artículo analiza cómo utilizar la plataforma de datos en tiempo real para lograr el propósito de integración.             1 estado del sistema existente                            Toda la planta tiene 8 sistemas de monitoreo de producción a nivel de taller (en lo sucesivo denominados subsistemas) que incluyen un sistema de preparación de carbón completamente automático, un sistema de monitoreo de producción de coque, un sistema de monitoreo de producción de la estación de suministro de gas a presión, un sistema de monitoreo de producción de generador de turbina de vapor y caldera, pico de fuente de gas sistema de monitoreo de producción de estación de afeitado, sistema de monitoreo de producción de estación bioquímica, sistema de monitoreo de producción de soplador de gas y sistema de automatización integrado de suministro y distribución de energía; Existen tres sistemas de pesaje: báscula camionera, báscula ferroviaria y báscula torre de carbón; Existen dos sistemas discontinuos: identificación del número de horno empujador de coque y medición de la temperatura del horno de coque. Para hacer un uso completo de los recursos existentes y compartir recursos, es necesario realizar la integración de información de 13 subsistemas, establecer una red de gestión de producción que cubra todos los sistemas de monitoreo de toda la planta, completar la construcción y el desarrollo del sistema de programación de gestión de producción (en lo sucesivo denominado sistema de programación) y realizar el control y la gestión centralizados de los datos de producción de toda la planta por parte del centro de programación.                 Dado que el desarrollo de toda la planta ha pasado por décadas, existen grandes diferencias en varios sistemas, desde el antiguo hasta el nuevo, que se reflejan principalmente en los siguientes aspectos.                 (1) Plataforma de hardware. Existen varios tipos de computadoras: estación de trabajo, computadora personal, computadora industrial y servidor; Desde la perspectiva de la red de comunicación, hay puerto serie, bus de campo, red de control industrial, LAN, etc.                 (2) Sistema operativo. Hay cuatro tipos de Windows 98, Windows NT, Windows 2000 y Windows XP.                 (3) Base de datos. Hay base de datos de texto (AXT), acceso, SQLSERVER7.0, sqlserver2000,             Paradoja 5.0, Excel, etc.                 (4) Herramientas de desarrollo: lenguaje ensamblador, turboC, VC, VB, Delphi, etc.                 Por lo tanto, la dificultad en la integración de sistemas es cómo unificar la información basada en varios entornos heterogéneos (redes heterogéneas, sistemas operativos heterogéneos, bases de datos heterogéneas, etc.) para cumplir con los requisitos de integración.             2 método de integración del sistema                 De acuerdo con las características del sistema a integrar, adoptamos el método de integración basado en el modelo de integración anterior. La estructura de la red adopta la LAN centrada en el conmutador. El intercambio de información específico de cada parte es el siguiente:                            (1) Sistema de preparación de carbón completamente automático, sistema de monitoreo de producción de coque, sistema de monitoreo de producción de estación de suministro de gas a presión, sistema de monitoreo de producción de generador de turbina de vapor y caldera, sistema de monitoreo de producción de estación de afeitado pico de fuente de gas, sistema de monitoreo de producción de estación bioquímica, monitoreo de producción de soplador de gas El sistema y el sistema de automatización integrado de suministro y distribución de energía se proporcionan con un servidor OPC y una interfaz OPC estándar,