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摘要：本文介绍了利用过程控制系统DCS、生产运行系统MES相关功能，实现了实时计算各装置及全厂的自控率，并利用MES系统的平稳率监控功能对自控率进行平稳率的监控及统计，为炼化企业装置自控率的在线监控与考核提供了实现方法，促使装置提高自动控制应用水平，从而提升装置效益。
关键词：DCS;MES;实时监控;自控率;平稳率
1引言
随着先进控制系统（APC）的深入建设与应用，要求企业尽可能地提高装置自控率，装置自控率高，先进控制系统的作用才能显著地体现出来，装置自控率已成为衡量装置操作管理水平高低的指标之一，也是先进控制系统能否稳定运行的关键。因此对装置自控率的在线监控及考核成为企业较为迫切的需求。
炼化企业装置过程控制系统以DCS系统为主，各控制回路在DCS系统中均有实时的回路状态参数，用以标记回路实时状态，但传统炼化企业各装置DCS系统型号、品牌多样，各装置DCS系统大多是相互独立的系统，仅依靠DCS系统大多炼化企业无法完成全厂自控率的计算与监控。
生产运行系统（MES系统）是炼化企业生产运行管理层面的核心系统，其功能涵盖了实时数据库、平稳率监控等许多功能，其生产运行管理方面发挥了巨大作用。MES系统的实时数据库子系统可以将各装置过程控制系统数据实时进行采集，将全厂各装置生产数据集中到一个统一的平台中。
利用过程控制系统DCS，配合MES系统实时数据库功能，可以在MES系统实现各装置及全厂自控率的在线计算与监控。利用MES系统平稳率监控功能，对各装置自控率设定监控目标，自动监测自控率达标情况，统计装置自控率的平稳率，为考核提供数据支持，促使基层装置不断提升自动控制水平，从而提升装置运行效益。
2 自控率数据在线采集与计算
2.1 DCS系统控制回路状态参数标准化
炼化企业装置控制回路分为简单PID控制回路以及复杂控制回路，如串级控制回路、比值控制回路、选择控制回路等等。在控制系统中，控制回路投自动控制时状态为自动，复杂回路投自动控制时其参数也有对应的状态，如串级控制状态等等，而当控制回路处于手动控制时，回路状态均为手动。在不同品牌的DCS系统中，自动控制状态、复杂控制状态、手动控制状态对应的值可能不一样，如自动控制状态，有的DCS系统标记值为A，有的标记值为AT等等，为便于MES系统进行数据采集与自控率的计算，在DCS系统中对每个控制回路的状态参数进行标准化处理。
1） 为每个控制回路建立回路状态计算位号（参数），位号结果值为0或1，0代表控制回路处于手动控制状态，1代表控制回路处于自动控制状态。
2） 控制回路状态计算位号的值，根据控制回路所处状态实时计算，在DCS系统中可通过逻辑判断计算来实现。
3） 将新位号参数下装到DCS系统的OPC服务器中，MES系统将通过OPC服务在线采集控制回路状态数据。
2.2 控制回路实时状态数据采集
MES系统实时数据库由实时数据库服务器集群、数据采集缓存机（BUFFER机）及安全防护设备如防火墙、隔离网闸等组成，某炼化企业MES系统实时数据采集架构示意图如图1所示。
DCS系统通过OPC接口的方式对外提供实时数据，OPC接口在DCS系统中以OPC服务器的形式存在。MES系统实时数据库采用BUFFER-SHADOW结构进行数据采集。BUFFER机作为OPC客户端从OPC服务器获取控制系统的实时数据，然后通过生产网将采集到的实时数据传输到实时数据库服务器（SHADOW）中。通常，BUFFER机部署在OPC服务器所在地，SHADOW部署在企業管理网段。当BUFFER机和SHADOW服务器之间网络发生故障时，前端BUFFER机实时数据采集无影响，当网络恢复后数据可以从buffer机续传到SHADOW服务器中，保证数据的完整。在OPC服务器和BUFFER之间通过隔离网闸实现数据单向传输，保障控制系统安全。同时，在生产网和管理网之间通过防火墙进行加固隔离，加固生产网安全。
数据采集时在MES系统实时数据库中建立与DCS系统控制回路状态位号一一对应的位号来采集控制回路实时状态数据，由于在DCS中进行了标准化处理，MES系统实时数据库配置的位号采集到的控制回路状态值为0（手动控制）和1（自动控制），极大方便了MES系统中自控率的计算。
2.3自控率的计算
1） 单装置自控率计算
单装置自控率计算公式如下：
[单装置自控率=装置投自动的控制回路总数装置总回路数*100%]
对于炼化装置，装置总回路数一般是固定数据，根据公式，计算出该装置投自动的控制回路总数即可计算装置自控率。装置投自动的控制回路总数可以通过该装置所有控制回路状态位号值进行加和计算得出。实施过程中，对每个装置在MES系统实时数据库中建立2个虚拟计算位号，分别用于计算装置投自动的控制回路数和装置自控率，并在虚拟位号中配置相应的计算公式，即可利用实时数据库实时计算每个装置投自动的回路总数及装置自控率。
2） 全厂总自控率计算
全厂总自控率计算公式如下：
其中， 全厂装置投自动的控制回路总数可通过各个装置投自动的控制回路总数位号加和计算得出，全厂装置总回路数一般为固定值。在MES系统实时数据库中建立相应的计算位号，配置计算公式便可自动计算全厂总自控率。
对于全厂总自控率，有时需要将某些停工的装置排除在外，需要在装置停工时手动去更改计算参数，将计算公式中某个装置的投自控的回路数和总回路数给去掉，这就引起维护不及时，计算结果不能正确反映实际自控率的情况。在实际实施过程中，可通过增加相应的逻辑判断来确定装置的开停工状态，然后在计算时将该装置数据剔除掉。 ① 各装置总回路数通过位号来体现，在MES系统实时数据库中建立手动位号分别代表各个装置总回路数，通过给位号赋值，计算中使用位号代替常数参与计算。
② 增加装置开停工逻辑判断，通过装置进料位号等参数值来判断装置开停工状态，当装置处于开工状态时，正常进行计算，当装置处于停工状态时，计算全厂总自控率时，将代表该装置投自动的回路数及总回路数的位号值置0处理。
通过上述处理，全厂总自控率计算的及时性和正确性得以解决，避免了维护不及时造成的问题。
3 自控率数据监控与应用
3.1可视化流程图
自控率数据计算完成后在实时数据库中以位号的形式存在，需将数据通过直观的方式展现出来，使企业各个层面的人员能够方便快捷获取装置自控率数据情况。此时可通过MES系统实时数据库的流程图应用，将自控率数据在企业办公内网中可视化地呈现出来，给企业生产调度等人员了解各装置及全厂总实时自控率提供了便利，如图2为某炼化企业自控率可视化流程图示例。
3.2 自控率的平稳率监控
自控率数据的实时采集和计算，极大方便了企业人员对装置自控率数据的感知，但对考核来说，自控率属于瞬时数据，其数值仅代表了某一时刻装置或全厂的自控率，在月度考核中取某一时刻的自控率来进行考核，可能有失偏颇。某炼化企业提出，通过利用MES系统平稳率监控统计功能，将自控率作为平稳率指标进行监控，设定自控率的平稳率指标。通过平稳率监控，可统计一个时间段内自控率达标时长、不达标时长，计算出该时间段内自控率的平稳率。并据此对装置进行考核。显然，使用自控率的平稳率来对装置进行考核，比单纯使用瞬时值的自控率数据来考核更显公平和合理。
4 总结
通过利用DCS、MES系统等功能，实现了炼化企业自控率在线计算及可视化展示，为企业快速了解装置及全厂自控率提供方法与途径。通过对自控率的平稳率进行监控与统计，为企业自控率考核提供数据支持，最终促使基层装置采取措施，提高或稳定装置自控水平，取得了较好的应用效果。
参考文献：
[1] 王振新，沈岩.横河CS3000系统自控率自动计算的实现[J].设备管理与维修，2020（4）：99-100.
[2] 梁飞.自控率实时监控系统的开发及应用[J].石油化工技术与经济，2018，34（5）：33-37.
【通聯编辑：梁书】
关键词：DCS;MES;实时监控;自控率;平稳率
1引言
随着先进控制系统（APC）的深入建设与应用，要求企业尽可能地提高装置自控率，装置自控率高，先进控制系统的作用才能显著地体现出来，装置自控率已成为衡量装置操作管理水平高低的指标之一，也是先进控制系统能否稳定运行的关键。因此对装置自控率的在线监控及考核成为企业较为迫切的需求。
炼化企业装置过程控制系统以DCS系统为主，各控制回路在DCS系统中均有实时的回路状态参数，用以标记回路实时状态，但传统炼化企业各装置DCS系统型号、品牌多样，各装置DCS系统大多是相互独立的系统，仅依靠DCS系统大多炼化企业无法完成全厂自控率的计算与监控。
生产运行系统（MES系统）是炼化企业生产运行管理层面的核心系统，其功能涵盖了实时数据库、平稳率监控等许多功能，其生产运行管理方面发挥了巨大作用。MES系统的实时数据库子系统可以将各装置过程控制系统数据实时进行采集，将全厂各装置生产数据集中到一个统一的平台中。
利用过程控制系统DCS，配合MES系统实时数据库功能，可以在MES系统实现各装置及全厂自控率的在线计算与监控。利用MES系统平稳率监控功能，对各装置自控率设定监控目标，自动监测自控率达标情况，统计装置自控率的平稳率，为考核提供数据支持，促使基层装置不断提升自动控制水平，从而提升装置运行效益。
2 自控率数据在线采集与计算
2.1 DCS系统控制回路状态参数标准化
炼化企业装置控制回路分为简单PID控制回路以及复杂控制回路，如串级控制回路、比值控制回路、选择控制回路等等。在控制系统中，控制回路投自动控制时状态为自动，复杂回路投自动控制时其参数也有对应的状态，如串级控制状态等等，而当控制回路处于手动控制时，回路状态均为手动。在不同品牌的DCS系统中，自动控制状态、复杂控制状态、手动控制状态对应的值可能不一样，如自动控制状态，有的DCS系统标记值为A，有的标记值为AT等等，为便于MES系统进行数据采集与自控率的计算，在DCS系统中对每个控制回路的状态参数进行标准化处理。
1） 为每个控制回路建立回路状态计算位号（参数），位号结果值为0或1，0代表控制回路处于手动控制状态，1代表控制回路处于自动控制状态。
2） 控制回路状态计算位号的值，根据控制回路所处状态实时计算，在DCS系统中可通过逻辑判断计算来实现。
3） 将新位号参数下装到DCS系统的OPC服务器中，MES系统将通过OPC服务在线采集控制回路状态数据。
2.2 控制回路实时状态数据采集
MES系统实时数据库由实时数据库服务器集群、数据采集缓存机（BUFFER机）及安全防护设备如防火墙、隔离网闸等组成，某炼化企业MES系统实时数据采集架构示意图如图1所示。
DCS系统通过OPC接口的方式对外提供实时数据，OPC接口在DCS系统中以OPC服务器的形式存在。MES系统实时数据库采用BUFFER-SHADOW结构进行数据采集。BUFFER机作为OPC客户端从OPC服务器获取控制系统的实时数据，然后通过生产网将采集到的实时数据传输到实时数据库服务器（SHADOW）中。通常，BUFFER机部署在OPC服务器所在地，SHADOW部署在企業管理网段。当BUFFER机和SHADOW服务器之间网络发生故障时，前端BUFFER机实时数据采集无影响，当网络恢复后数据可以从buffer机续传到SHADOW服务器中，保证数据的完整。在OPC服务器和BUFFER之间通过隔离网闸实现数据单向传输，保障控制系统安全。同时，在生产网和管理网之间通过防火墙进行加固隔离，加固生产网安全。
数据采集时在MES系统实时数据库中建立与DCS系统控制回路状态位号一一对应的位号来采集控制回路实时状态数据，由于在DCS中进行了标准化处理，MES系统实时数据库配置的位号采集到的控制回路状态值为0（手动控制）和1（自动控制），极大方便了MES系统中自控率的计算。
2.3自控率的计算
1） 单装置自控率计算
单装置自控率计算公式如下：
[单装置自控率=装置投自动的控制回路总数装置总回路数*100%]
对于炼化装置，装置总回路数一般是固定数据，根据公式，计算出该装置投自动的控制回路总数即可计算装置自控率。装置投自动的控制回路总数可以通过该装置所有控制回路状态位号值进行加和计算得出。实施过程中，对每个装置在MES系统实时数据库中建立2个虚拟计算位号，分别用于计算装置投自动的控制回路数和装置自控率，并在虚拟位号中配置相应的计算公式，即可利用实时数据库实时计算每个装置投自动的回路总数及装置自控率。
2） 全厂总自控率计算
全厂总自控率计算公式如下：
其中， 全厂装置投自动的控制回路总数可通过各个装置投自动的控制回路总数位号加和计算得出，全厂装置总回路数一般为固定值。在MES系统实时数据库中建立相应的计算位号，配置计算公式便可自动计算全厂总自控率。
对于全厂总自控率，有时需要将某些停工的装置排除在外，需要在装置停工时手动去更改计算参数，将计算公式中某个装置的投自控的回路数和总回路数给去掉，这就引起维护不及时，计算结果不能正确反映实际自控率的情况。在实际实施过程中，可通过增加相应的逻辑判断来确定装置的开停工状态，然后在计算时将该装置数据剔除掉。 ① 各装置总回路数通过位号来体现，在MES系统实时数据库中建立手动位号分别代表各个装置总回路数，通过给位号赋值，计算中使用位号代替常数参与计算。
② 增加装置开停工逻辑判断，通过装置进料位号等参数值来判断装置开停工状态，当装置处于开工状态时，正常进行计算，当装置处于停工状态时，计算全厂总自控率时，将代表该装置投自动的回路数及总回路数的位号值置0处理。
通过上述处理，全厂总自控率计算的及时性和正确性得以解决，避免了维护不及时造成的问题。
3 自控率数据监控与应用
3.1可视化流程图
自控率数据计算完成后在实时数据库中以位号的形式存在，需将数据通过直观的方式展现出来，使企业各个层面的人员能够方便快捷获取装置自控率数据情况。此时可通过MES系统实时数据库的流程图应用，将自控率数据在企业办公内网中可视化地呈现出来，给企业生产调度等人员了解各装置及全厂总实时自控率提供了便利，如图2为某炼化企业自控率可视化流程图示例。
3.2 自控率的平稳率监控
自控率数据的实时采集和计算，极大方便了企业人员对装置自控率数据的感知，但对考核来说，自控率属于瞬时数据，其数值仅代表了某一时刻装置或全厂的自控率，在月度考核中取某一时刻的自控率来进行考核，可能有失偏颇。某炼化企业提出，通过利用MES系统平稳率监控统计功能，将自控率作为平稳率指标进行监控，设定自控率的平稳率指标。通过平稳率监控，可统计一个时间段内自控率达标时长、不达标时长，计算出该时间段内自控率的平稳率。并据此对装置进行考核。显然，使用自控率的平稳率来对装置进行考核，比单纯使用瞬时值的自控率数据来考核更显公平和合理。
4 总结
通过利用DCS、MES系统等功能，实现了炼化企业自控率在线计算及可视化展示，为企业快速了解装置及全厂自控率提供方法与途径。通过对自控率的平稳率进行监控与统计，为企业自控率考核提供数据支持，最终促使基层装置采取措施，提高或稳定装置自控水平，取得了较好的应用效果。
参考文献：
[1] 王振新，沈岩.横河CS3000系统自控率自动计算的实现[J].设备管理与维修，2020（4）：99-100.
[2] 梁飞.自控率实时监控系统的开发及应用[J].石油化工技术与经济，2018，34（5）：33-37.
【通聯编辑：梁书】