【论文摘要】本文主要介绍了应用PIMS软件来实现石化企业生产管理系统的一种方法，介绍了其总体设计思想与功能模块，及以此为基础开发的生产信息管理系统在某石化企业的开发步骤及应用情况。
一、前言
石化工业是国家的支柱产业之一，在信息技术的驱动下，正由传统工业向高度集约化、高度知识化、高度技术化工业转变。基于中国石化行业的现状和发展的需求，浙大中控以生产信息管理系统构架为核心，推出了面向石化行业的全面解决方案，以帮助石化企业实现管理的信息化。
PIMS生产信息管理系统，是一套用于生产管理的软件系统。它提供了一个信息集成和管理的平台，主要用于企业网络环境下的全厂生产数据的采集、数据存储、数据查看、数据处理和数据管理。它真正实现了办公室和生产现场的信息沟通，实现了企业网络环境下的实时数据的管理、实时流程查看、实时趋势浏览、报警记录与查看、开关量变位记录与查看、报表数据存贮、历史趋势存贮与查看、生产过程报表生成、生产统计报表生成等功能，从而实现企业过程控制系统与信息系统的网络集成与综合管理。用户可以通过微软IE浏览器登陆PIMS Web Server浏览生产过程的信息。
PIMS有近百个应用实例，下面以石化行业的一个例子说明PIMS解决方案的基本框架、实现方法及在该企业应用的具体情况。
二、在某石化企业生产信息管理系统的应用情况
某石化企业为了适用不断变化的市场需求，及时调整生产策略，也为了便于全厂生产的统一调度和加强企业内部管理，采用了PIMS生产管理系统。某石化企业有4个生产分厂，目前有8套控制系统：1套横河CS3000系统控制树脂生产装置、1套浙大中控的JX－300X系统控制环氧生产装置、1套浙大中控的JX－300X系统控制35T锅炉装置、1套万利达电力控制系统控制热电厂生产装置、1套万利达电力控制系统控制变配电装置、1套西门子PLC系统控制氮气生产装置、1套智能仪表系统控制炼油厂生产装置、1温度巡测仪系统监控公用工程，为了便于全厂生产的统一调度和加强企业内部管理，于2003年开始使用PIMS软件。该厂控制系统的种类多，情况比较复杂。
2.1石化企业生产信息管理系统的结构
生产信息管理系统的服务器放在工厂的调度中心，完成数据采集、数据处理、Web发布等功能。在工厂管理层与过程控制层之间，通过工业以太网和RS-485总线进行通讯。在企业管理层、工厂管理层之间，通过以太网进行通讯。在企业管理层配置有用于企业管理的关系数据库，还有统计报表生成软件模块，用于生成统计报表。
该生产信息管理系统的系统结构可以划分为三个层次，自下而上依次为：过程控制层、工厂管理层、企业管理层。其中企业管理层完成管理者和各职能科室生产管理报表生成的任务；工厂管理层完成各职能科室实时监控的任务，它对下连接现场控制层，对上通过网络连接企业管理层，它不仅负责现场控制设备的实时数据采集，而且在系统中起到上传下达的重要作用；过程控制层由DCS、PLC、智能仪表等控制器组成，是整个生产管理系统的基础。[5]
2.2石化企业生产信息管理系统模块划分
石化行业生产信息管理系统是一套综合化、全方位生产的信息管理系统；该系统从石化生产实践出发，结合石化企业实际管理制度，采用当前先进的开发工具与系统结构模式进行开发。为了能够灵活地实现多样化的功能，软件的体系结构也相应地比较复杂。
PIMS系统包括如下几个功能模块：
1）分布式实时数据库模块；
PIMS的实时数据库系统由实时数据库、实时数据库管理器、实时数据库运行系统组成。实时数据库是指相关数据的集合（包括组态数据、实时数据、历史数据等），以一定的组织形式存储在介质上；实时数据库管理器是管理实时数据库的软件，可以生成实时数据库的基础组态数据；实时数据库运行系统完成对数据库的各种操作，包括：实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警处理、数据服务请求处理等。
PIMS的实时数据库系统同时也是一个分布式数据库系统。由于许多情况要求将数据库存储在地理上分布在不同位置的不同计算机上，通过计算机网络实现物理上分布、逻辑上集中的数据库，具有分布式的透明性。用PIMS创建的数据库，数据在物理上分布在不同的地理位置或同一位置的不同的计算机上，但在用户操作时感觉不到数据的分布。用户看到的似乎不是一个分散的数据库，而是一个数据模式为全局数据模式的集中式数据库。
2）组态系统及运行系统软件模块；
组态系统主要用于组态实时数据库和流程图，而PIMS的运行系统用来运行由开发系统创建的画面工程。运行系统为可独立运行的程序。在缺省情况下，运行系统提供了标准菜单。运行系统在运行时，涉及到许多系统参数，这些参数会对运行系统的运行性能产生影响。运行系统的系统参数需要在开发系统中指定。
3）Web Server网上发表模块；
PIMS的B/S模式功能是通过PIMS Web Server功能实现的。PIMS Web Server功能是指从浏览器直接查看PIMS中的流程图画面、趋势图画面、实时数据画面、历史数据画面、报表画面。在远程浏览器上可以直接访问Web Server中的数据，无须在远程客户端PIMS工作站上安装PIMS软件。PIMS Web Server具有Web服务器的功能，可以不依赖于系统的IIS等Web服务器。所以对于操作系统的要求比较低，一般不需要安装Win NT/Win 2000 Server 版的操作系统。可以为用户节约开支。
4）SQL、DDE、OPC、COM接口模块；
PIMS SQL访问功能是为了实现PIMS通过ODBC和其它管理型数据库之间的数据传送。其中，SQL访问管理器可以建立数据表模板和数据绑定表。通过SQL函数可以建立同管理库的连接，并可对数据库进行操作。PIMS实时数据库支持OPC（OLE for Process Control）标准，可以作为OPC客户端程序，从多个OPC服务器程序中访问数据。当PIMS数据库作为客户端访问OPC服务器程序时，是将OPC服务器程序当作一个I/O设备。数据库中的点参数通过I/O数据连接与OPC服务器程序进行数据交换。PIMS同样支持DDE标准，它既是DDE服务器端程序，可以为其它程序提供数据，同时它也是DDE客户端程序，从其它程序获取数据。
5）脚本编译执行模块；
PIMS提供动作脚本以增强对应用程序控制的灵活性。所有动作脚本都是事件驱动的。事件可以是数据改变、条件、鼠标或键盘、计时器等等。处理顺序由应用程序指定。不同类型的动作脚本决定在何处以何种方式加入控制。执行动作与图形对象直接相关的脚本，称作对象动作脚本。对象动作脚本分为触敏性动作脚本和一般性动作脚本。触敏性动作脚本在图形对象被左键点击时执行。一般性动作脚本在图形对象所在窗口被打开、打开期间和关闭时执行，既使窗口被隐藏或被覆盖时仍然执行，在窗口被关闭后，停止执行。另一种类型的脚本是命令型动作脚本，包括：窗口、应用程序脚本、数据改变脚本、键脚本和条件脚本等。
6）生产报表生成功能模块；
数据报表是工业生产中不可缺少的统计工具，它能将生产过程中的各类信息(如：生产数据、统计数据)以直观的表格形式反映出来，为生产管理人员提供有效的分析手段。这是比较简单的报表功能模块。另外，PIMS还提供统计报表软件包，结合实时数据库技术、关系数据库技术、Web技术、JAVA技术等，产生较复杂的统计报表，实现数据挖掘功能。
7）I/O设备驱动模块；
PIMS可以与多种I/O设备进行通信。目前支持的I/O设备包括：DCS、可编程控制器、智能模块、板卡、智能仪表、变频器等。PIMS与I/O设备之间通过以下几种方式进行数据交换：串行通信方式(支持Modem远程通信)、板卡方式、网络节点方式、适配器方式、DDE方式、OPC方式等。
2.3 系统实现方法
2.3.1 控制系统的网络拓扑结构及连接方法
各种系统的连接方式不同，在下面的表格中列出：
2.3.2 系统开发步骤：
系统开发分为系统组态、实时信息网上发布、I/O驱动开发、统计报表开发几个步骤，每一步都包含很复杂的内容。
1）系统组态
系统组态包括实时数据库组态、I/O数据连接组态、历史数据库组态、流程图组态、实时趋势历史趋势组态、实时报警历史报警组态、动画及脚本组态。组态过程比较复杂，下面以实时数据库组态、实时趋势历史趋势组态为例加以说明。
a)实时数据库组态：
在数据库中，操纵的对象是点（TAG）的概念，系统也以点为单位存放各种信息。点存放在实时数据库的点名字典中。实时数据库根据点名字典决定数据库的结构，分配数据库的存储空间。在点名字典中，每个点都包含若干参数。一个点可以包含一些系统预定义的标准点参数，还可包含若干个用户自定义参数。
引用点与参数的形式为“点名.参数名”。如“TAG1.DESC”表示点TAG1的点描述，“TAG1.PV”表示点TAG1的过程值。
点类型是实时数据库Db对具有相同特征的一类点的抽象模型。抽象的依据是不同类型的点所完成的功能。Db预定义了一些标准点类型，利用这些标准点类型创建的点能够满足各种常规的需要。对于较为特殊的应用，您可以创建用户自定义点类型。
标准点类型有许多，例如：模拟I/O点、数字I/O点、累计点、控制点、运算点等。
b)实时趋势历史趋势组态：
PIMS界面系统提供了几种类型的趋势曲线：实时趋势、历史趋势。实时趋势和历史趋势都允许使用多达八支趋势画笔。
实时趋势是变量的实时数据随时间变化而绘出的变量-时间关系曲线图。其横坐标为时间，纵坐标为变量的过程值。实时趋势图由以下几部分构成：标题、边框、网格、趋势曲线、游标、时间标记、数值标记、数值显示、当前系统时间等。
历史趋势是根据保存在实时数据库中的历史数据随历史时间变化而绘出的二维曲线图。历史趋势引用的变量必须是数据库型变量，并且这些数据库型变量所连接的数据库点参数必须已经被组态为保存历史数据。历史趋势图横坐标为时间，纵坐标为变量或表达式的值。我们可以灵活地指定趋势图的外观尺寸。如可以象处理其它图形对象那样指定趋势图位置，尺寸，颜色。还可以对趋势图显示的时间范围，数值范围，网格数量，颜色，刻度数，采样周期，趋势笔进行指定。每个趋势图最多能显示八支笔。对趋势图可以加控制对象。历史趋势由以下几部分构成：标题、边框、网格、趋势曲线、游标、时间标记、数值标记、数值显示、当前系统时间。如下图所示：
2）实时信息网上发布
PIMS信息模型是以动态采集数据、传输在线设备数据为核心，通过动态交互及相应的分析处理，完成系统数据的输入输出及系统内部各部分间的信息共享。在该系统中，客户端通过浏览器，浏览页面内容、生成报表，还可以动态提交设备故障报告单、设备采购计划单等动态数据给web服务器，而服务器端则可以根据用户的不同请求调用相应的程序及方法，并通过建立ODBC与数据库连接，这样，可以将用户登录的数据和生产数据存入关系数据库并用于生成统计报表，或根据用户请求调用数据库的相应数据，并通过一定的处理放在浏览器上供用户浏览、打印，使设备信息的传输变得异常简单、迅速，提高了企业的工作效率。在设备数据在线传输方面，主要采用客户机／服务器模式，利用ActiveX插件实现数据的实时传输。
3）I/O驱动开发
由于驱动程序与具体设备相关，所以给驱动设备的统一带来了一定的难度。下面以万利达控制系统的驱动开发为例加以说明。
万利达控制系统支持本机CDT协议通讯，即可通过系统设定将信息包从串口传出来。这样我们制作一条串口通讯线，将万利达控制系统PC机的两个串口对接起来，COM1口发送数据COM2口接收数据，用VC编写接收数据的驱动程序、及网上传输数据包的程序。从而实现了该系统的数据采集。
使用I/O驱动程序的注意事项：
A、及时处理来自I/O驱动的系统报警。I/O驱动发出的报警都是重要的系统报警，如设备掉电、物理链路损坏、通信适配器故障等，必须及时处理，否则会引起更为严重的后果。
B、正确设置I/O驱动的采样周期。这是因为对于有些设备，如果采样周期太快，会引起设备死机或工作不正常；如果采样周期太慢，又会影响数据刷新速度。
I/O驱动必须设置安全密码，以防止非法退出。
C、对于有回写数据功能的驱动程序，要慎重使用此功能，因为回写数据的正确性关系到生产的安全。界面系统的回写数据频率不要大于采样周期的3倍。因为I/O驱动都是写优先的，当实时数据库有回写数据的任务时，I/O驱动会优先处理，而将采集任务作为次要任务拖后处理。当实时数据库频率频繁不断地将大量回写数据送给I/O驱动时，I/O驱动将无暇进行数据采集，只能疲于应付数据回写任务。
4）统计报表开发
应用基于Web技术、JAVA技术、SQL Server关系数据库的PIMS统计报表软件包，开发编写了以下报表模块：
A）到货登记报表，包括原油登记、原油查询、常渣油登记、常渣油查询。
B）值班日记报表，包括供能日记查询、石化日记查询、化工日记查询、值班日记查询、供能日记录入、石化日记录入、化工日记录入、产品完成情况表、质量合格率表、装置运行情况表、供能用能情况表、设备运行情况表、生产品种型号表、常渣油查询、原油登记。
C）蒸汽用量报表，包括：蒸汽表数查询、蒸汽用量月表、实际用量月表、统计用量月表、蒸汽表数录入。
D）生产进度报表，包括：计划表查询、追加表查询、生产进度班报、生产进度月表、计划表录入、追加表修改。
报表需要的实时数据一般通过SQL功能从实时数据库得到。
三、结束语
PIMS系统在该石化企业投运以来，产生了显著的效果。集成了企业中各不相同的专有过程控制系统，生产管理人员通过此系统实时跟踪过程信息和设备信息，从而更好地进行生产管理，大大提高了工作效率。其次，计划调度人员运用本系统对全厂的生产情况进行调度，计算机管理人员使用本系统所收集的生产数据以及其提供的开放性数据接口（ODBC、VBA等）进行其它报表处理、成本分析等用途，真正达到了对生产数据的综合应用。通过本系统达到在生产经营管理和实时过程控制之间的沟通，使整个企业真正成为一个整体。该系统是PIMS系统与生产控制系统相结合的成功案例，对该企业的信息化建设起了较大的作用，具有很好的推广前景。
[参考文献]
[1]Roger S.P.《软件工程－实践者的研究方法》机械工业出版社，1999年。
[2]马国华《监控组态软件及其应用》清华大学出版社，2001年。
[3]张晨艳《实时数据库系统特征及事务处理》于《仪器仪表》，2001年第4期。
[4]《国际通用管理标准－生产管理系统》北京大学出版社，2003年。
[5]邵裕森《过程控制及仪表》上海交通大学出版社，1995年。
