製程資訊整合實廠建置經驗談
葉瑞萍副研究員
工研院環安中心
前言
國內的大型石油化學工廠,因為生產製程的方法複雜且設備及儀表均分散廠區各地,故大部分都採用連續式的自動控制系統,然而其所使用的控制系統及設備種類繁多,各家工廠及製程區都有不同的選擇,目前在工業界所使用的控制系統及設備為數眾多,諸如:分散式控制系統(Distributed Control System,DCS)、可程式控制系統(Programming Logic Controller,PLC)、個人電腦控制系統(PC-Base Controller)、監督控制及數據擷取系統(Supervisor Control And Data Acquisition)…等不勝枚舉,而每個種類的控制系統又有多家的設備廠商,因此為求有效改善使用不同系統間獨立運作之缺點,進而強化各生產線之控制系統能連結達到提升操作監控效能,首先必須將廠區內各廠家之監控應用系統操作數據加以收集整合,藉由網路平台之架設及介面技術與數據擷取系統之應用,將操作數據即時提供各個使用者介面並儲存於資料庫中,以便進一步的執行數據處理及分析、參數重調、操作最適化、安全監控,進而達到高等程式控制之高階應用的目的,使得生產自動化的多元目標能進一步落實,並能代替及分擔部份操作員之操作負荷,終至達到高效能的操作目標。
目前國內提供製程操作資訊系統平台整合的軟體約3~5家,且佔有率較高者則為OSI Software公司的PI(Plant Information
)與Honeywell公司的PHD(Process History Database
),以下兩家工廠皆以Honeywell公司的PHD平台為整合基底之實廠經驗,期望能作為提供國內更多石化廠家推廣服務之標竿,並希望對各位會有些許幫助。
實廠一:工廠A
一、 背景介紹:
工廠A—工安與環保組之環境管理課辦公室內已建置了獨立的四套環境監測管理系統:空氣品質監測系統、噪音監測系統、煙道排放監測系統、氣象與廠區周界空氣品質監測系統。此四項監測管理系統,共架設在三部電腦主機上運作,除了上述之三部監測電腦主機外,尚有一台現場伺服器電腦,作為環境監控四項子系統與現場偵測訊號間的溝通。
1.空氣品質監測系統:本監測系統共負責13個監測站,程式採視窗操作介面但資料庫則是用DBASE Ⅳ來管理。
2.噪音監測系統:本監測系統屬於澳洲EARS(Environment Analysis and Reporting System)系統,共有5個監測站,而其資料庫採用Data Access 2.0來管理。
3.煙道排放監測系統:本監測系統共有15個監測站,每個測站共有10個測點,而資料庫是廠商自行定義的*.SDT檔案。
4.氣象與廠區周界空氣品質監測系統:與空氣品質監測系統同一部監測電腦主機,同空氣品質監測系統。
二、整合建置:
由於環境監測管理系統的四套獨立系統,乃經由三家不同的承包商獨自承攬,故其系統間之資料結構及傳送方法均有所不同,於是在環境管理課辦公室內另外建置了一套PHD的現場伺服器,作為現場數據資料傳輸回主伺服器電腦之中繼站,並撰寫OPC伺服器驅動程式,將各個系統不同之資料結構整合並使數據資料傳送的效率能達到即時之目標。但噪音監測EARS系統為一封閉系統,無法開放給另一台電腦做數據資料擷取,故擷取之對象改為原有的即時同步備份數據資料之現場伺服器電腦,再藉由PHD伺服器電腦之RDI(Real-time Data Interface
)介面,將透過OPC伺服器驅動程式所擷取的現場數據資料,傳回主伺服器電腦的資料庫(Oracle)中。
OPC伺服器驅動程式撰寫完成後,需針對各個不同系統作逐一的連線測試。然而可利用OPC協會網站免費提供的使用端執行程式,來執行OPC使用端與OPC伺服器端及PHD伺服器端與OPC伺服器端的交叉比對測試,並檢視此測站測值是否與設備端傳輸進來的值相同?如果程式撰寫無誤,則可得到完全相同的數據資料測值,同時檢測數據資料是否有達到同步更新測值的工程建置目標。
實廠二:工廠B
一、背景介紹:
工廠B—生產工場之現場操作即時資料及化驗室系統資料,欲透過資訊平台PHD軟體及架設全廠區域性網路,將所有數據資料蒐集至PHD即時資料庫內,達到集中管理與資料共享的目的。並藉由本中心建置的動態即時監視圖/表,提供廠內高階主管作為遠端(包括Internet 之Web端)的即時監視工廠狀況。
所涵蓋內容之各生產工場全廠區,目前透過Honeywell公司的DCS將全廠即時數據資料蒐集至尚未建置完整之PHD伺服器電腦,並同時進行擷取現場的即時數據資料。而化驗室系統資料,目前則採定時採樣化驗,定時人工輸入數值,並透過電話報值來達到資料傳送的目的。
二、整合建置:
由於現場控制室已購置一台PHD伺服器電腦(版本:140),因此添購另一台PHD主伺服器電腦及相關資訊軟體使用授權,並將目前現場控制室舊有的PHD伺服器140版本升級為150版本。現場控制室舊有的PHD伺服器為定義Buffer伺服器電腦,而於MIS辦公室再新建置的PHD伺服器定義Shadow主伺服器電腦。將PHD伺服器上已存在之資料庫進行檢視、更新並補足現場數據資料點數,且把這些數據資料點分類,繼而建置三組RDI程式來管理,這些近5000個監控數據資料點。由於大部分資料點數的名稱均由DCS端提供,以致於有許多資料點與PID或GUS圖面不符、或未測量及未控制之空點、或參數設定及命名錯誤、或為不需建置於PHD資料庫的資料點……等,經過篩選整理建置了三組RDI介面程式來管理。
將製程每一廠區之PFD圖配合DCS之GUS圖面,繪製成以廠區設備為主的製程流程底圖;另一方面亦將廠方所提供的表格利用自行開發的延伸工作表模組軟體來製作,再將PHD軟體所提供的Companion物件把資料庫(Oracle)內的資料點嵌入所完成的監控圖/表中,最後撰寫Visual Basic程式整合操作介面及完成之製程動態監視圖/表,並利用Visual Basic程式將動態監視軟體包裝成人性化及易操作化,且設定一些密碼及權限管制,整合後的PHD製程動態監視軟體,使得只要連結得上全廠之區域性網路,就可即時監視全廠區之製程最新動態數據,提供了廠內高階主管們最新的製程狀況。
結論與展望
隨著工業自動化程度的提昇與電腦通訊技術的進步,以往在化學製程工業中,被認為極難取得與保存應用的製程操作數據資料,如今都已能經由製程資訊整合系統輕鬆取得並傳送到個人電腦上加以運用。由於目前全球應用發展已朝向高等程序控制(Advanced Process Control,APC)的製程自動化生產趨勢,然而為了達到此一目標,則必須從最基礎的製程操作資訊系統整合開始,經由這些蒐集的所有廠內數據資料的分析結果,偵測與診斷全廠製程動態趨勢,真實反應工廠的現況,達到製程預警與最適化的要求,另一方面亦可將製程數據資料集中管理與共享,使得各部門可輕易的取得製程資訊,並依據各部們的特殊需要加以個別利用分析。總之,如何在安全穩定的生產操作前提下,使得各生產線間之控制應用系統能夠緊密的聯繫與整合,以達到資訊共享與整廠性監控的效能,進而利用即時預警的分析與建置,減少操作人員的誤動作及避免製程異常損失,並進而提高產能及良率,誠為國內產業發展的必然趨勢。
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