新一代DCS的三维操作画面设计和应用探讨.pdf
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1、工程设计及标准Jul,2023AUTOMATIONIN PETRO-CHEMICAL INDUSTRY2023年7 月石自Vol.59,No.4动油化化第59 卷第4期新一代DCS的三维操作画面设计和应用探讨王旭,李磊,黎生林,王国庆(1.中国石化工程建设有限公司,北京10 0 10 1;2.北京达美盛软件股份有限公司,北京10 0 193;3.浙江中控技术股份有限公司,浙江杭州310 0 53)摘要:针对石油化工行业工艺流程长、操作画面多、操作负荷高、人机交互性差的问题,在传统生产运行的工厂二维操作画面的基础上,有效挖掘工程建设数字化交付资产价值,使分散控制系统(DCS)与数字化工厂深度集成
2、融合。将虚拟三维工厂、二维DCS操作画面和实体工厂相结合,在操作员站创造一个新型的交互式智能化3D人机界面,实现在中心控制室对厂区的精准管控,协助内操指导外操人员现场处理异常情况。关键词:分散控制系统;三维操作画面;数字化工厂;虚拟三维工厂;数字李生中图分类号:TP273文献标志码:B文章编号:10 0 7-7 32 4(2 0 2 3)0 4-0 0 2 2-0 5Discussion on Design and Application of New Generation 3D DCS Operation ScreenWang Xu,Li Lei,Li Shenglin,Wang Guoqi
3、ng(1.Sinopec Engineering Incorporation,Beijing,100101,China;2.Beijing DMSSoftware Co.Ltd.,Beijing,100193,China;3.Zhejiang SupconTechnology Co.Ltd.,Hangzhou,310053,China)Abstracts:Considering the problems of long process,many operation interfaces,high operationloads and poor human-machine interaction
4、s(HMI)in petrochemical industry,based on 2Doperation screen of traditional production operation,the value of digital delivery assets inengineering construction is effectively excavated,which makes the DCS and digital factorydeeply integrated.The virtual 3D factory,2D DCS operation screen and actual
5、factory arecombined.A new interactive and intelligent 3D HMI in OPS is created.The precise control forthe factory is realized in central control room,and which can assist the internal operator toguide the external operator to deal with abnormal conditions on site.Key words:distributed control system
6、;3D operation screen;;digital factory;virtual13Dfactory;digital twin现代化大型石油化工工厂,特别是千万吨级炼油和百万吨级乙烯工厂的DCS操作画面往往高达数千幅,由于现代企业越来越精简的人员需求和越来越高的运行平稳率要求,单纯依靠传统DCS操作画面操作需要丰富的经验并付出巨大的工作量。另一方面,工程建设数字化交付往往被看作是一项工作,并没有作为数字资产来挖掘其内在价值,有效支持工厂的操作运维。目前,石油化工工厂建设运行通常模式是:设计图纸指导施工最终建立实体工厂,设计资料指导组态最终建立生产运行的动态虚拟工厂,而生产运行的动态虚
7、拟工厂与实体工厂的联系仅为人员的沟通,尤其是内操人员与外操人员的沟通。显然,在移动互联网、大数据、云计算、物联网、5G通信等新一代信息技术高速发展的今天,该运维模式过于简单传统化。企业现代智能工厂建设围绕“整合数据资源、深化系统应用”的工作主线,以信息化建设为重点,贴近和服务生产,促进“两化”稿件收到日期:2 0 2 3-0 2-2 3,修改稿收到日期:2 0 2 3-0 5-0 5。作者简介:王旭(198 2 一)男,汉族,2 0 0 6 年毕业于浙江大学控制理论与控制工程专业,获工学硕士学位,现就职于中国石化工程建设有限公司仪表自控室,主要从事石油化工自动化及仪表专业的设计工作,任高级工程
8、师。通讯作者:李磊(197 1一),男,汉族,1994年毕业于北京联合大学自动化工程学院自动控制专业,获工学学士学位,现就职于中国石化工程建设有限公司仪表自控室,主要从事石油化工自动化、智能工厂相关课题研究工作,任部门主任。23王旭等.新-代X三维操作画面设计和应用探讨第4期深度融合,持续推进数字工厂、数字企业建设,稳步推进工厂数字化李生系统和工业控制系统试点实施。鉴于此,提高工厂的数字化和智能化水平,建立更直观智能的人机操作界面,最终提高装置的操作、运维效率是必要的。1目标有效利用工程建设数字化交付资产,实现DCS与数字工厂的集成。工程建设在交付实物工厂的同时,提供以集成数据库为基础的虚拟工
9、厂;利用虚拟与现实结合的数字李生工厂,将虚拟三维工厂、二维DCS操作画面和实体工厂相结合,实现内操和外操的紧密结合和互动,快速便捷获取数字工厂设计信息,提升工厂操作、运维与巡检的安全性和智能化。最终创造一个新型的人机界面,实现过程监控结合数字工厂提供一站式操作、运维服务。2整体架构虚拟工厂大数据平台分为过程控制系统数据库(包括过程检测数据、报警信息、操作画面等)、三维模型数据库、设备信息数据库(工程数字化移交数据,包括工厂信息和制造厂信息),以设备编号为关键字通过关联数据库建立数据链接。实现分散控制系统(DCS)与虚拟工厂的深度融合,二、三维联动。为实现工业控制系统与数字化平台无缝集成,采用数
10、字化专用网络、平台专有轻量化的三维染处理技术,配置防火墙硬件设备等保证生产运行数据的稳定和安全,保证系统整体架构的安全,包括网络数据传递、信息存储等。系统整体架构如图1所示。智能化业务应用三维操作画面三维实时浏览多维数据展示虚拟漫游虚拟工厂大数据平台关联数据库DCS历史数据库虚拟工厂三维模型数据库设备管理数据库共享信息数据库工厂运行数据平台三维模型数据平台DCS,SIS工程设计数字化交付平台现场感知数据平台工艺工艺数据表和仪表及电气供应商三维智能设计系统流程图位号索引表设计数据文档基础数据三维数据设备数据图1系统整体架构示意3典型网络架构及软硬件配置数字化集成应用在本文中作为DCS的高级应用,
11、部署在网络的操作管理层,为了确保DCS控制网的安全性和稳定性,服务器与操作员站单独建立专用网络,通过严格的网络安全策略配置保证数据传输安全,数字化集成应用和DCS控制网分开。大数据平台整体网络架构如图2 所示。如图2 所示,操作监控层与数据服务层之间的网络线为数字化集成应用网络,并增加了三维云染服务器、设备管理服务器、高级应用服务器,新增的服务器和指定数字化集成应用的操作员站处于同一个局域网(LAN)内。根据装置规模和操作员班组设置,以局域网为单元设置各自的数字化集成应用服务器是合理的,以尽可能提高软硬件配置效率并节省投资。硬件配置及功能说明如下:1)三维云煊染服务器。主要负责模型的轻量化云染
12、,并根据操作员站发出的请求,定位相应的设备位置,根据设备所需展示的实时数据、报警数据传递给高级应用服务器,设备数据传递给设备管理服务器,接收返回的数据并发送给操作员站进行显示。2)设备管理服务器。主要负责移交平台的数据存储,保存设备的静态数据,并根据三维云谊染服务器的请求,将需要展示的数据发送至三维画面。3)高级应用服务器。为不影响DCS数据库的安全,防止三维工厂的数据请求影响DCS数据服务的操作,设置该服务器进行实时数据转发服务,相当于DCS数据服务的克隆。24第59 卷石油化工自动化生产运行管理Web用户InternetWeb数据管理管理端层服务器服务器生产应用设备管理云端信息病毒防护DM
13、Z服务器平台服务器服务器数据应用防火墙层三维云谊染设备管理高级应用数据服务器服务器服务器服务层防火墙DCS数据工程师站工程师站操作员站操作员站操作员站GPS时钟同步操作服务器服务器蓝控层DCS控制DCS控制单元单元过程控制层图2大数据平台整体网络架构示意4)网络负荷。集成方案的二维、三维数据均采用专用网络传输,不占用控制网络带宽;操作员站仅负责三维图像的显示工作。5)CPU负荷。现有操作员站均采用多核CPU,在该方案中,将操作员站其中一到二核指定给三维工厂浏览,其余留给DCS,保证计算机的CPU负荷不超过总的50%,确保CPU资源安全。6)数据传递。通过高级应用服务器及高级应用数据库转存及发送
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