工业互联网在仓储油库生产管理中的应用

2021-10-09 10:48| 发布者: http://www.daoteng56| 查看:

摘要: 工业互联网在仓储油库生产管理中的应用情况,可以从现场感知设备、自控系统、MES和信息化系统几个方面说明。以某石化仓储企业为例,阐述了工业互联网应用效果,打通上下业务流、信息流,加强过程风险管理,提高生产数据利用率,同时降低员工劳动强度。 ...

0 引言

目前, 石油仓储油库的生产作业, 大多数已经使用了自动化系统和信息化系统, 包括DCS、SCADA、ERP、MES等系统。但由于自动化层与信息化层缺少连接, 上层的信息化作业计划和指令数据大都不能下传到自动化层, 形成了“信息孤岛”。在现实情况中, 部门间审批存在纸质单据过多、人工录入劳动大、错误风险高等问题。因此从仓储油库工业互联网整体统一考虑, 合理规划系统之间的数据集成、应用集成和接口标准, 达到自动化与信息化融合, 显得十分重要。
按照国际ISA95标准 (见图1) , 工业生产企业系统可以分为5个层次, 自下而上为Level 0:实际生产流程和设备, Level 1:监控层, Level 2:检测和控制, Level 3:生产运营管理层, Level 4:业务规划与管理[1]
同时, 近年来工业互联网理论和应用发展迅速, 产生了很多应用案例, 很好地指明了制造企业自动化、信息化系统建设方向。
工业互联网平台架构包括见图2。
(1) 边缘层:主要是设备感知层, 由设备接入、协议解析、边缘数据处理构成;
(2) 资源层:主要是云基础设施和云基础软件, 构成了工业互联网私有或公有云服务;
(3) 平台层:主要是工业PaaS, 由通用PaaS平台资源部署管理 (设备管理、资源管理、运维管理、故障管理) 、工业大数据系统、工业数据建模与数据分析、应用开发平台、工业微服务组件库组成;
(4) 应用层:主要是工业SaaS, 由业务运行、应用创新构成。
下文分别就自动化层、制造执行层、ERP应用层阐述工业互联网的应用。

1 自动化系统架构

1.1 DCS系统功能与组成

某仓储企业自动化系统建设时间较早, 后期也经过了多次改造优化, 形成了ExperionPKSDCS上层搭建油品移动系统 (MA) 组成的原油自动化系统和成品油自动化系统, 其系统架构见图3。DCS系统包括Experion高性能服务器、ES-F/C操作站、C300过程控制器和FTE容错以太网。各控制站通过C300控制器、I/O LINK电缆和I/O卡件实现对输油泵、电动阀门、搅拌机及油品的温度、压力、流量等过程信号的采集、处理、控制, 并将各个分散的监测单元的数据, 例如油罐的液位等实时数据集中采集监测。
图1 ISA95国际标准对自动化信息化层次划分图1 ISA95国际标准对自动化信息化层次划分   下载原图
 
图2 工业互联网应用架构图2 工业互联网应用架构   下载原图
 
图3 霍尼韦尔DCS系统架构图3 霍尼韦尔DCS系统架构   下载原图
 

1.2 MA (Move Automation) 系统功能与组成

MA系统提供一个将要执行移动任务的列表, 使移动任务相关的设备得到优化, 在移动流量开始前, 确保其路径得到合理贯通。MA监视移动的状态, 确保所有移动相关数据得到完整、精确的记录。MA为调度员、操作员、统计员提供协同作业的平台, 指令性移动数据只需输入一次, 不用重复输入, 而且数据的恢复非常快, 也非常容易。
MA系统提供的移动实际执行结果信息可以被用于与移动计划相比较, 根据由此得到的绩效指数, 持续改进移动操作。涉及的移动任务类型有:
(1) 装油任务:将油品从储罐送到油船的移动任务;
(2) 卸油任务:从油船将油品卸到储罐的移动任务;
(3) 倒罐任务:从储罐到储罐的移动任务;
(4) 循环任务:从储罐回到储罐的循环搅拌任务;
(5) 混兑任务:将不同储罐的油品进行混兑的任务;
(6) 顶管任务:对某个管线内的物料进行置换的任务。
MA的控制原理为:
(1) 控制:自上而下, 将油品移动任务细化成简单设备指令, 提供高度自动化的价值。移动任务下达给泵、阀门等设备开关指令。
(2) 管理:由下而上, 对现场原始过程数据进行加工, 提供更多富有意义的信息。例如:通过液位、温度数据计算出罐量, 从而计算出移动量。
MA集管理 (SQL Server) 与控制数据 (RTDR) 于一体, 是MES与DCS之间的纽带。

2 MES信息系统

MES是处于Level 3层的计划层和现场自动化系统之间的执行层, 主要负责车间生产管理和调度执行。良好的MES系统可以在统一平台上集成诸如生产调度、产品跟踪、质量控制、设备故障分析、网络报表等管理功能。使用统一的数据库和通过网络连接可以同时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门等提供车间管理信息服务[2]。罐区的MES系统起到承上启下的作用, 向上衔接企业总部ERP系统, 向下采集罐区生产、安防、消防实时数据[3]。罐区MES管理信息系统包括:数据库、库存管理、管网管理、计量管理、作业管理、收发货管理、合同管理、绩效管理, 库区生产执行统计分析及报表管理等, 见图4。

3 系统集成 (应用、架构、数据集成)

对于库区系统集成构建, 从整体上可以搭建如图5所示。
对于集成范围, 可以根据系统之间功能需求、业务流程、接口规范, 从以下几个方面进行考虑:
(1) ERP与MES的船舶和车辆收发货、计量等功能集成;
(2) ERP与设备管理系统集成;
(3) MES与自动化系统集成;
(4) MES与设备管理系统集成;
(5) 设备管理系统与HSE管理系统集成;
(6) OA与ERP报销模块的集成;
(7) OA、Notes系统与EHR人力资源系统的集成。
库区系统接口技术规范如图6所示。
图4 MES业务处理流程图4 MES业务处理流程   下载原图
 
图5 库区系统整体架构图5 库区系统整体架构   下载原图
 
图6 库区系统接口技术规范图6 库区系统接口技术规范   下载原图
 

4 某仓储企业工业互联网应用

以装卸油、倒灌、过驳此类操作作为业务场景, 来说明ERP、MES、自动化的融合和流程信息。
(1) ERP中创建石油储库装卸、倒灌、过驳等业务订单, 其中利用ERP中无价值的采购销售模块功能, 经过审批;
(2) 在MES中创建作业订单, 订单中的合同信息、船舶信息等通过与ERP接口自动关联获取;
(3) 作业订单形成后下达生产自动化系统执行, 之后计量商检量或自主检测量通过MES计量模块录入, 并把数据传送到ERP中, 维护实时库存;
(4) ERP与MES系统集成后, 业务订单及作业计划的流程如图7所示;
(5) ERP中创建石油储库装卸、倒灌、过驳等业务订单, 其中利用ERP中无价值的采购销售模块功能, 经过审批;
(6) 在MES中创建作业订单, 订单中的合同信息、船舶信息等通过与ERP接口自动关联获取;
(7) 作业订单形成后下达生产自动化系统执行, 之后计量商检量或自主检测量通过MES计量模块录入, 并把数据传送到ERP中, 维护实时库存。

5结语

仓储油库自动化系统和信息化系统给油库管理带来的变革日益增强, 基于工业互联网架构设计是生产制造企业信息化规划的趋势。本文以某仓储企业为例说明系统融合集成的效果和规范要求, 为生产制造企业工业互联网建设提供参考。
图7 装卸油、倒灌、过驳作业集成流程图7 装卸油、倒灌、过驳作业集成流程