1 概述
现有的化工油品罐区一般都有SCADA系统(数据采集与监视控制系统)，该系统基本上可以满足罐区生产过程自动化的日常需求。但是，综合自动化水平的提高单纯依靠对生产过程控制系统进行更新改造并不能取得实质性的效果，它仅仅是整个生产系统的末端单元，不具备高层次的管理、分析、决策能力。因此为满足有效提升罐区储运生产管理自动化水平的要求，有必要在所需的控制系统架构之上，引入并构架以罐区生产执行系统(Manufacturing Execution System，简称MES)为核心的罐区综合自动化体系。
从目前大多数的管理应用系统来看，大多数储运罐区的上层管理应用系统与生产工艺脱节，这些系统仅注重罐区业务的产生过程与最终结果。而对于业务作业的具体过程信息不关注或者滞后，从而造成企业整个储运过程中很难进行精细控制和成本控制；很难针对储运过程的信息变化改变业务处理的具体策略；当企业规模逐渐增大、业务功能逐渐扩展时，具体储运工艺管理的难度也将呈几何级数增长。MES系统的引入可以使罐区储运的管理提升一个台阶。
2 MES系统介绍
以罐区生产执行系统(MES)为核心的罐区综合自动化整体解决方案，通过规范生产指令和物料移动操作流程，采用控制系统的精确数据，对生产活动进行及时引导和控制，对随时可能发生变化的生产状态和条件做出快速反应，监控、管理罐区的生产活动，重点消减不会产生附加值的活动，从而推动有效的工艺运行和过程。本系统能够有效地改善油品移动、调度指挥、设备运行、统计查询、及时交货、库存周转、毛利和现金流通等性能。整个罐区的生产活动以及供应链中以人物作为关键因素的信息，以上层企业资源计划系统(ERP)和物流系统所制定的订单或者计划为驱动，通过双向交互，对生产提出要求，通过底层实时控制系统信息及时响应罐区生产活动，又可以完成罐区各种业务活动的管理，使企业的信息技术向过程集成和企业集成发展。其主要特点如下：
(1)全面实现罐区业务处理和管理活动信息化、标准化和规范性的管理；
(2)通过合理的授权机制访问控制系统实时数据、状态监视，从而实现历史数据的统计、查询、分析、处理等功能；
(3)根据生产需要，优化选择作业路径，模拟作业流程，有效地避免误操作；
(4)结合敏捷物流理论，保证各种业务数据、业务作业同步监控数据的高可靠性、时效性和全面性，从而实现罐区精细管理和提高罐区生产力；
(5)采用工艺流程管理与业务数据管理相结合、计划控制与流程控制相结合的管理模式，确保罐区管理在事务层和生产层均得到有效管控；
(6)通过实时状态监测，依靠先进可靠的设备和监测技术，对罐区设各运行状况、设备检验、设备维修进行管理，提供罐区资产管理解决方案；
(7)提供罐区油品计量方面的相关内容，可以利用标准的API方法进行储罐计量和油品质量计算；
(8)提供可操作性强、人性化的系统界面，可以方便简单的完成各种业务操作，从而提高罐区管理整体工作效率，降低工作强度；
(9)系统具有良好的开放性，软件重构、重用能力强，为今后业务扩容、改进打好基础，减少系统今后再次开发的成本，根据用户的功能要求，可以非常便捷、迅速进行定制开发和业务流程变更。
3 MES系统架构
如下图，整个罐区MES系统处于ERP系统及物流信息系统与罐区控制系统之间。MES系统根据整体需求按照服务模块划分功能，各大模块之间通过整体的应用平台进行数据交换，协同完成整个系统的所有功能。
图1 系统功能架构图
MES系统是一个开放的管理应用平台，可以根据业主的实际需求，开发出相应的功能模块。图中仅列出与罐区密切相关的4个核心功能模块：罐存信息系统、订单生产管理、设备管理和统计查询。
MES系统在计划管理层与底层控制之间架起了一座桥梁，填补了两者之间的空隙。一方面，MES可以对来自ERP软件的生产管理信息进行细化、分解，将计划层操作指令传递给底层控制系统，使得生产计划更加快速准确的被生产部门所执行：另一方面，MES系统可以采集设备、仪表的状态数据，以实时监控底层设备的运行状态，再经过分析、计算与处理，从而方便、可靠地将控制系统与信息系统整合在一起，并将生产状况及时反馈给计划层，让计划和管理人员全面地了解生产情况。
4 实施方案论述
4.1 系统现状
以某罐区的现状为例，来说明如何在现有的SCADA系统基础上引入MES系统。下图为某罐区的系统现状图。
图2 系统现状图
该罐区生产区域主要由轻油罐区、原油罐区、中转罐区、航煤罐区、十万罐区、空压站和泊位区域组成。每个分区都有一套B&R PCC(PLC)控制站对本分区生产及设备进行监控。每个分区都设置一套本地操作站点，用于监控本分区的生产及设各。专门设置控制中心站点一处，用于监控生产区域内的所有分区的生产活动及设备。调度室设置在控制中心站点旁，方便调度指挥人员随时通过控制中心的电脑获取所有生产区域内的工艺状况，以便发出合理的调度指令(调度指令的发出完全由调度指挥人员的经验判断来做出响应)。设置生产数据库系统一套。用于存储生产的数据，以及为其他需要生产数据的系统提供接口。设置生产及设备监控数据接口机一台，用于为需要生产及设各原始实时数据的系统提供接口。在控制中心除了用于监控生产及设备的SCADA操作站外，还有算量操作站、报表操作站、交接班操作站、设备运行记录操作站、调度指令执行操作站、公司web网信息站、消防监控操作站和视频监控操作站等。
4.2 MES系统实施步骤
4.2.1 引入OPC实时数据平台
在罐区内，下位控制器品牌众多，并且各个控制器之间联系非常少，基本上是各自独立控制一个区域。各个控制器往往使用不同的传输协议在操作站之间进行数据传输。在这种情况下，要在MES层和底层控制层之间进行数据传输会有诸多不便。因此在这MES层和下位控制层之间引入OPC实时数据平台，这样就使得MES层对下有一个统一的数据源平台，简化了MES层和底层控制层的数据传输。架构如下图所示。
图3 OPC实时数据平台引入
OPC是基于OLE/COM/DCOM技术的，它采用客户/服务器模式，把开发访问接口的任务放在现场设备的生产厂家，以OPC服务器的形式提供给用户即OPC客户端。OPC服务器收集现场设备的数据信息，通过标准的OPC界面提供给OPC客户端使用。
在整个系统中，OPC实时数据平台作为实时数据交互模块的主要组成部分，他不仅向实时数据库提供实时数据，还将流程调度模块所发出的设各执行指令下发给下位控制系统。总而言之，OPC实时数据平台是一个透明双行的数据信道，是MES与控制层的实时数据交换的唯一手段。
4.2.2 引入数据库
数据库系统的引入对MES系统的实施至关重要，要实现管理、分析和执行，需要历史数据来参考。由定制的系统功能模块收集历史数据，存储到数据库系统中，数据库的引入有如下优点：
(1)存档海量信息，历史数据随时可查。
(2)提高记录和检索信息的效率。
(3)减少重复工作。数据库里所需要录入的资料通常只需要录入一次即可，所有数据信息都可以根据需要归纳、整理、调用。
(4)管理方便，数据库中可以加入流程管理，将审批流程纳入进去。
(5)有效地集合企业资源，并合理分配使用。
(6)高效跟踪业务。
(7)数据库加密管理，可减少人员流动带来的资料或者技术损失。
(8)流程规范化，可减少对某些岗位人员的依赖，减少人员流动导致的岗位资料缺失带来的损失。
(9)可实现业务与财务同步，即时发生的成本可以快速反应到财务报表上。
4.2.3 其他功能块的引入
(1)罐存信息系统
功能包括根据标准API及各种算法进行储罐各种油品质量的计算、储罐信息检索与维护、储罐实时信息的检索以及罐容静压信息的检索与维护等功能。
(2)订单生产管理
生产部门根据作业订单，将生产作业指令通过手动或者电子方式进入MES系统，处于MES系统下层的控制系统根据MES下发的指令确定油品移动的具体路线，然后由控制系统进行自动控制油品移动的作业。作业过程相关信息传输给MES系统，这样就形成从生产工艺到具体作业一整套标准可以控制的流程。
(3)设备管理
对罐区作业涉及的各类阀门、泵、仪表、管线、储罐、装车鹤位等设备的相关性能、状况，以及监测、检修信息等内容进行管理；
(4)统计查询
系统需要的各类作业数据统计分析、报表生成及查询都可通过该模块实现。
以上仅列举了四个功能模块，在实际的系统中。可以根据需求定制功能块，来完善系统及用户的需求。
5 可预见的益处
罐区MES系统是高起点、高要求的集数据采集传输、监控、企业管理于一体的具有完整业务管理与数据监控功能的综合性系统。是多个硬件和软件产品通过集成建立的开放、多层次的、模块化的、分布式的、透明的综合自动化应用管理信息系统，且具有扩充能力及容错性的。通过罐区MES系统的应用，罐区能够：
(1)最大限度地提高生产效率从而增加收益；
(2)通过延长设备的无故障运行时间提高资产利用率；
(3)模拟作业过程，提高作业质量并保持作业质量的一致性；
(4)减少作业损耗并达到业务考核指标；
(5)整个企业及生产执行系统(MES)轻松获取生产控制层的实时数据；
(6)改善及时交货、库存周转、毛利和现金流通性能。
(7)全面实现罐区业务处理和管理活动的信息化、标准化和规范化。
6 综述
通过以上的探讨，罐区在现有的SCADA系统上引入MES系统，则需要引入0PC实时数据平台，数据库系统，在此基础上，再根据实际需求定制一些功能模块，即可完成MES系统的实施。通过MES系统的加入。整个罐区生产经营管理水平会有一个较大的提高。
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本文标题：引入MES的油品罐区综合自动化系统
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