PI实时数据库在石化企业的应用

第５７卷　第１期２０２１年１月
石　油　化　工　自　动　化
ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＩＮＰＥＴＲＯ ＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ
Ｖｏｌ．５７，Ｎｏ．１
Ｊａｎ，２０２１
稿件收到日期：２０２００７１８，修改稿收到日期：２０２０１０１０。

作者简介：占叶勇（１９８９—），男，浙江绍兴人，２０１５年毕业于浙江
工业大学化学工程与技术专业，获硕士学位，现就职于浙江恒逸石
化有限公司，从事石油化工信息化智能化工作，任主任工程师。

ＰＩ实时数据库在石化企业的应用
占叶勇，朱浙军，徐江军，侯斌，李飞燕
（浙江恒逸石化有限公司，浙江杭州３１２０００）
摘要：以ＰＩ实时数据库在石化企业中的应用为例，从数据网的建立、系统范围、接口及系统集成、功能模块、系统安全策略、数据处理方面介绍了ＰＩ实时数据库的建设。

数据整合平台集成了ＤＣＳ，ＰＬＣ，ＳＩＳ，ＦＧＳ，ＳＣＡＤＡ等底层控制系统数据，以及ＬＩＭＳ系统数据，从而使企业决策人员、运行管理人员、生产执行人员准确地掌握生产装置动态。

同时通过ＡＰＩ接口向ＭＥＳ，ＡＭＳ，ＥＲＰ等上层管理系统提供数据，可进一步对企业的数据进行分析处理，为企业的节能降耗提供有力的支持。

关键词：ＰＩ实时数据库；接口；集成；数据
中图分类号：ＴＰ２７４ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００７７３２４（２０２１）０１００５９０４
犃狆狆犾犻犮犪狋犻狅狀狅犳犘犐犚犲犪犾 狋犻犿犲犇犪狋犪犫犪狊犲犻狀犘犲狋狉狅犮犺犲犿犻犮犪犾犈狀狋犲狉狆狉犻狊犲狊
ＺｈａｎＹｅｙｏｎｇ，ＺｈｕＺｈｅｊｕｎ，ＸｕＪｉａｎｇｊｕｎ，ＨｏｕＢｉｎｇ，ＬｉＦｅｉｙａｎ
（ＺｈｅｊｉａｎｇＨｅｎｇｙｉＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｈａｎｇｚｈｏｕ，３１２０００，Ｃｈｉｎａ）
犃犫狊狋狉犪犮狋狊：ＴａｋｉｎｇｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＰＩｒｅａｌ ｔｉｍｅｄａｔａｂａｓｅｉｎｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓａｓａｃａｓｅ，ｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＰＩｒｅａｌ ｔｉｍｅｄａｔａｂａｓｅｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｆｒｏｍｔｈｅａｓｐｅｃｔｓｏｆｄａｔａｎｅｔｗｏｒｋｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｓｙｓｔｅｍｓｃｏｐｅ，ｉｎｔｅｒｆａｃｅａｎｄｓｙｓｔｅｍｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ，ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｍｏｄｕｌｅ，ｓｙｓｔｅｍｓｅｃｕｒｉｔｙｓｔｒａｔｅｇｙａｎｄｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．ＴｈｅｄａｔａｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍｉｎｔｅｇｒａｔｅｓＤＣＳ，ＰＬＣ，ＳＩＳ，ＦＧＳ，ＳＣＡＤＡａｎｄｏｔｈｅｒｂｏｔｔｏｍｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｄａｔａ，ａｓｗｅｌｌａｓＬＩＭＳｓｙｓｔｅｍｄａｔａ，ｓｏｔｈａｔｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｄｅｃｉｓｉｏｎ ｍａｋｅｒｓ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎｍａｎａｇｅｒｓ，ａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｘｅｃｕｔｉｖｅｓｃａｎａｃｃｕｒａｔｅｌｙｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｄａｔａｉｓｐｒｏｖｉｄｅｄｔｏｔｈｅｕｐｐｅｒｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｓｕｃｈａｓＭＥＳ，ＡＭＳ，ＥＲＰｔｈｒｏｕｇｈＡＰＩｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｗｈｉｃｈｃａｎｆｕｒｔｈｅｒａｎａｌｙｚｅａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｔｈｅｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｄａｔａ，ａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｓｔｒｏｎｇｓｕｐｐｏｒｔｆｏｒｔｈｅｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇａｎｄｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：ＰＩｒｅａｌ ｔｉｍｅｄａｔａｂａｓｅ；ｉｎｔｅｒｆａｃｅ；ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；ｄａｔａ
ＰＩ实时数据库［１３］是流程工业智能工厂体系结构中的一个重要组成部分，作为面向工业过程的软件平台，该数据库不仅承担着过程数据的集成任务，而且还支持控制层和过程监控层的许多应用［４］。

本文将从数据网络的建立、系统范围、接口及系统集成、功能模块、系统安全策略、数据处理６个方面全面介绍某公司在文莱项目中ＰＩ实时数据库项目的建设。

１　数据网络建设
目前，石化企业一般都会建立生产控制网和办公信息网，但是两个网络之间是相互独立的，如果想真正实现智能工厂，则必须打通这两个网络。

所以首先需要建立一个数据网络来实现该功能，该公司在文莱项目的智能工厂数据网络拓扑结构如图１所示，建立全厂装置的实时数据采集平台［５］，采集点７万多点，流程图１．５×１０３张，报表２０张，以客户机与服务器架构（Ｃ／Ｓ）和浏览器与服务器架构（Ｂ／Ｓ）方式显示各生产装置、罐区、公用工程和热电等生产运行参数。

该项目全厂装置控制系统采用横河ＣＥＮＴＩＵＭＣＳ系统，该系统提供的ＤＣＳ接口包括：ＯＰＣ，Ｌ２／Ｌ３交换机。

２　接口及系统集成
ＰＩ实时数据库提供了丰富的接口，包括ＯＰＣ，Ｍｏｄｂｕｓ，ＷＥＢｓｅｒｖｉｃｅ，ＡＰＩ等［６８］，该项目根据ＤＣＳ的ＯＰＣ服务器的数量和性能，在数据采集机上运行采集接口软件，将采集的实时数据存入到实时数据库中，系统集成方式如图２所示，以ＯＰＣ服务器为界，ＯＰＣ服务器以下归仪控部负责，ＯＰＣ以上归信息部负责。

图１　全厂数据网络拓扑结构示意
图２　数据采集系统集成示意 Ｐ
Ｉ实时数据库通过ＯＰＣ接口集成了分散控制系统（ＤＣＳ），安全仪表系统（ＳＩＳ）
，火灾报警系统（ＦＧＳ），数据采集与监视控制系统（ＳＣＡＤＡ）
，通过ＯＤＢＣ接口向下集成实验室化验系统（ＬＩＭＳ）。

数据采集周期为５ｓ，这些数据存储后再通过ＡＰＩ
接口提供给制造执行系统（ＭＥＳ）
，仪表管理系统（ＡＭＳ），ＬＩＭＳ，企业资源计划系统（ＥＲＰ），一定程度上减弱了智能工厂各个系统间信息孤岛效应。

３　系统功能模块３．１　数据存储模块根据装置、罐区和公用工程等生产实时数据的位号，集中组态存储到实时数据库中，统一管理、访问和发布。

３．２　工艺流程画面开发模块
工艺流程画面的开发是系统实施过程中的一个要点，画面的标识用中英文。

具体包含以下几方面：
１）装置总览图。

在该画面上集中了全厂各主要的生产装置及其生产流程，点击相应装置的关联按钮，可以快速切换到相应装置的详细流程图画面，各主要生产装置间相互链接的主要生产数据可以及时反馈给操作员。

２）计调部管理画面。

为方便计划调度部统一０６石油化工自动化
第５７卷　
管理全厂生产运行，制作了全厂储罐监控图、氢气系统图、公用工程监控图、蒸汽系统图、风系统总图、除盐除氧水总图、全厂物料总貌图。

３）装置细节流程图。

参照ＤＣＳ画面进行开发，但又不完全相同，画面信息比ＤＣＳ画面更丰富，如在画面增加了流程画面之间的关联按钮，相关装置间的生产数据计算值等，能够帮助操作员了解更详尽的生产信息。

４）电力系统图。

电力系统监控图主要用于展示公司电力进线、汽轮机发电供往各车间的电力监控流程图，在流程图上实时显示各进线的电流、电压、功率等参数。

５）生产过程报警管理。

根据所提供的报警位号表，当生产数据超出报警上下限时提示报警，帮助用户及时发现生产中的异常情况并能追踪历史数据。

６）设备与运行监控。

设备运行状态监控实现设备运行状况实时监测、历史／实时数据趋势显示、历史数据对比分析等功能。

设备运行监控图实现了全厂关键设备的开停状态显示，运行参数的实时监控，重要设备的运行时间累积；并结合工艺设备管理规定，监视设备生产运行的关联参数和状态，辅助发现设备问题。

通过对设备的关键参数设置报警条件，实现异常状态设备的报警，提高设备的运行效率和使用率。

７）环保安全。

环保监控图用于实施显示全厂污染源排放监控，监控内容包括各装置污水排放、热电装置气体排放等。

对各排放的参数进行指标配置，超出指标能实时报警。

４　系统安全策略
４．１　物理访问
该系统全部硬件部署于厂区内，厂区有出入许可制度，外来访客需在员工陪伴下才可以进入厂区。

该系统全部服务器均部署于ＩＴ机房内，仅有相关员工及得到授权的供应商才可以进入ＩＴ机房操作服务器。

该系统全部接口机均部署于现场机柜或其他专用机柜中，钥匙由专人掌握，仅有相关员工及得到授权的供应商才可以接触到这些计算机。

４．２　环境安全
该系统全部服务器、接口机及网络硬件均部署于温湿度合适的环境中，周围有适当的防火措施，整个系统由ＵＰＳ供电。

４．３　生产系统安全
该系统优先使用ＯＰＣ协议连接自控系统，采用厂商提供的ＯＰＣ服务器并由厂商部署实施［９］。

ＯＰＣ服务器为唯一与自控系统连接的服务器，由设备厂商配置以确保底层自控系统的安全。

ＯＰＣ服务器中全部点位配置为只读，可以确保在任何情况下自控系统的数据均不会被上层系统所影响。

４．４　网络安全
除使用防火墙隔离生产网络和生产数据采集网络以外，在生产数据采集网络与办公网之间也部署防火墙，并且仅开放ＰＩ实时数据库相关端口，以确保生产数据采集网络的安全运行。

该项目中的其他服务器如Ｗｅｂ服务器等均设置于办公网络中，容易受到病毒和各种网络攻击等的影响，通过在操作系统中安装杀毒软件和使用软件防火墙来防范。

４．５　Ｗｉｎｄｏｗｓ系统安全
该系统全部计算机均安装厂商技术支持期之内的操作系统，并由ＩＴ部门及时安装各种补丁；均安装专用的杀毒软件，并定期升级，杀毒软件的例外规则由具体的系统软件指定，并需在设计文档中详细列出。

针对系统已发现的重要安全漏洞，在测试环境进行补丁更新，分别测试在安装补丁后的运行情况，通过测试后再在生产环境安装，以避免系统遭受已发现安全漏洞的威胁。

４．６　Ｗｉｎｄｏｗｓ登录控制
该系统的全部计算机均按照“最低权限”原则配置访问权限，其中，全部服务器及接口机均只接受指定管理员账户的本地登录及局域网内远程登录。

账户策略包括口令策略和账户锁定策略，设置合理的密码长度、密码存活期、启用密码复杂度，设置账户的锁定阈值和锁定复位时间。

防止用户设置弱密码，以阻止字典攻击和暴力破解［１０］。

４．７　ＰＩ实时数据库安全控制
ＰＩ实时数据库支持基于角色的用户权限管理，用户只能在相应的授权范围内管理或使用数据系统，并将这些数据用于分析、报表和可视化；具有运行管理功能、审计功能和日志功能；具有阻止计算机病毒入侵的严格措施，以及防止因人为因素造成的破坏数据库系统的容错能力，从而确保ＰＩ实时数据库的数据在全面的审计跟踪过程中的完整性。

ＰＩ实时数据库采用开放式体系结构设计，可支持系统多级热备冗余，在国内及国际均处于领先水平。

支持超过４５０种标准接口保证数据传输的稳定、可靠和有效。

ＰＩ实时数据库不仅能采集各类实时数据，还
１６
　第１期占叶勇等．ＰＩ实时数据库在石化企业的应用
支持标准接口采集事务／事件性数据。

事务数据的采集可通过周期方式和事件触发方式，其中周期方式的周期可低于１ｓ，事件触发方式可实时响应。

５　数据处理
ＰＩ实时数据库提供了一套强大的数据计算的工具，主要分布在以下几个软件中：ＰＩＤａｔａｌｉｎｋ，ＰＩＰｒｏｃｅｓｓｂｏｏｋ及后台位号组态工具计算。

充分利用ＰＩ实时数据库提供的计算工具，对生产数据进行处理，一定程度上帮助生产人员深入掌握生产状况。

５．１　罐容系统计算
根据液位查找油品物理容积，根据液位和密度计算压力修正，根据油品温度和环境温度计算储罐膨胀系数［１１］，则储罐储油量计算公式：修正体积＝（油品物理容积－压力修正体积）×膨胀系数，储罐储油量＝〔（修正体积－水的体积）×体积修正系数－浮盘体积〕×（油品密度－０．００１１）×（１－含水率／１００）。

５．２　回流比计算
回流比是精馏塔操作的重要参数，但ＤＣＳ上只有回流量的显示，通过回流比的计算公式：回流比＝回流量／采出量，然后对应各自的位号，可算出各精馏塔的回流比。

５．３　泵阀使用效率
泵阀使用效率＝泵阀的启动时间／总时间，泵阀启动时，其启停信号为１；关闭时，启停信号为零。

通过累计这些信号，就可准确地计算出泵阀的使用效率，给泵阀的检维修提供可靠的依据。

６　结束语
建立了一个集中的实时数据库（ＲＴＤＢ）系统，通过与石化生产装置、罐区、电厂等ＤＣＳ，ＰＬＣ等的集成，实现生产过程实时监控、报警、运行参数分析等功能，为企业的生产调度以及生产决策带来了便利，提高了企业的工作效率，必将给企业创造出巨大的经济效益和社会效益。

参考文献：
［１］　杨玲，漆永新．实时数据库概述［Ｊ］．冶金自动化，１９９６，２０（０３）：５１０．
［２］　张浩，詹辉红．持续开展ＰＩ实时数据的应用综述［Ｊ］．电力信息化，２００８，６（０６）：２６２８．
［３］　申妙芳．ＰＩ实时数据库综述［Ｊ］．信息通信，２０１２（０３）：１３０１３１．
［４］　王成光．流程工业大型实时数据库理论、技术与应用［Ｄ］．杭州：浙江大学，２００３．
［５］　赵岩，吴颐轩，曹广华．生产实时数据采集系统在石化企业的建立及应用［Ｊ］．工业控制计算机，２００５（０６）：１６１７．［６］　吕喆．基于ＯＰＣ技术的火电厂经济性在线监测系统的研究［Ｄ］．北京：华北电力大学（北京），２００６．
［７］　王永才．佛山供电局海量实时数据管理平台建设与应用［Ｄ］．保定：华北电力大学，２０１７．
［８］　杨海鹏．基于实时数据库的数据采集与监控系统［Ｄ］．北京：北京化工大学，２０１４．
［９］　罗刚．基于ＯＰＣ技术的工业控制系统的研究与开发［Ｄ］．南京；南京工业大学，２００５．
［１０］　王春晓．无线局域网中ＷＰＡ及预防字典攻击技术的研究与改进［Ｄ］．哈尔滨：哈尔滨理工大学，２０１０．
［１１］　冷绪林，王彦，简超明，等．接收站储罐罐容的计算方法［Ｊ］．油气储运，２００７，２６（０９）：１７１８．
櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄
（上接第５０页）
１）当ＬＮＧ发生泄漏时，泄漏孔径越大，气体扩散的影响范围也越大，形成的云团宽度和顺风距离也越大，所以在储罐选址的过程中，应优先选择通风良好的开阔地带。

２）冬季的气体扩散范围远小于夏季，大风天气有利于蒸气云团的扩散，可在储罐上风侧设置防爆风机等机械通风以加强空气流通。

３）在此仅针对一个储罐的泄漏扩散后果进行了模拟，实际中往往为多个储罐组成的储罐群，不同储罐之间的泄漏会造成一定协同或拮抗影响，今后应将Ｆｌｕｅｎｔ，Ｐｈａｓｔ等软件连用，解决储罐群泄漏评估问题。

参考文献：
［１］　云成生，韩景宽，张申远，等．石油天然气工程设计防火规范：ＧＢ５０１８３—２００４［Ｓ］．北京：中国计划出版社，２００４．［２］　ＡＰＩ．Ｒｉｓｋ ｂａｓｅｄｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ＡＰＩＲＰ５８１：２００８［Ｓ］．ＵＳＡ：ＡＰＩ，２００８．
［３］　俞志东，吴建林．大型ＬＮＧ储罐泄漏事故后果分析［Ｊ］．广东石油化工学院学报，２０１６，２６（０４）：９０９４．［４］　王坤．基于ＰＨＡＳＴ软件的液化天然气储罐泄漏事故模拟研究［Ｊ］．中外能源，２０１６，２１（０１）：８７９０．
［５］　王琳，华敏，贺宝龙，等．ＬＮＧ储罐泄漏危险性影响因素分析［Ｊ］．安全与环境学报，２０１５，１５（０２）：３５３７．［６］　张林，缪灿亮，尹洪波．ＰＨＡＳＴ软件对孔洞泄漏扩散危险区域的分析［Ｊ］．风险评价，２０１３，１３（０２）：４７４９．［７］　陈阵，王霁，刘馨泽．大型原油储罐扬沸事故热辐射伤害计算模型［Ｊ］．消防理论研究，２０１４，３３（０２）：１３１１３３．［８］　韦善阳，胡庆革，孙英峰，等．基于ＰＨＡＳＴ的池火灾安全距离与影响因素研究［Ｊ］．消防科学与技术，２０１５，３４（０３）：３００３０２，３０６．
［９］　冯禹，马凯，廖志国．基于ＰＨＡＳＴ软件的丙烯球罐泄漏模拟［Ｊ］．安全、健康和环境，２０１５，１５（０３）：４６４９．
２６石油化工自动化第５７卷　。