1 MES系統基礎設施改造背景
為適應國際化經營及市場競爭的要求，中國石油提出了加快主營業務發展、實現低成本擴張、加大科技進步力度，并將信息技術作為提高中國石油經營管理水平，實現由傳統經濟向新經濟轉型的主要手段，通過信息技術的實施，實現中國石油業務流程的重組，優化管理，從而提高應變能力和市場競爭能力。
在總結多年信息工作經驗的基礎上，集團公司提出了“統一規劃、統一標準、統一設計、統一投資、統一建設、統一管理”的信息化建設原則。為了加快中國石油各業務領域的信息化建設，通過信息技術全面提升企業的整體管理水平，中石油統一規劃并實施了MES(生產執行系統)，它是信息化規劃工作中的重點基礎工作。
2004年8月，中國石油MES系統試點實施啟動，經過了大量的試點實施，確定方案后開始在全國分公司推廣。2006年11月24日，MES項目正式在烏石化正式啟動，經過緊張的現場安裝實施和數據調試后，投入了正式運行。經過兩年的現場運行，出現了一些新情況，如陸續新建的裝置需要納入系統管理、OPC接口的數據需要更多的安全保護、化驗數據的采集范圍需要擴大等等，因此烏魯木齊石化公司實施了對MES系統基礎設施進行改造的工作。
2 MES系統基礎設施改造的需求分析
結合企業MES系統的實際需要，解決該應用系統在生產運行管理中的突出問題，為企業MES項目配套正常運行升級改造基礎設施。
烏石化公司部分裝置DCS系統使用年限較早，無標準OPC接口，而MES接入的前提是DCS系統提供標準OPC接口，這種情況就給一些裝置的生產數據接入MES系統造成困難。
分析儀器自動數據采集接口開發，在MES系統的化驗分析子系統(LIMS系統)應用中，烏石化應用色譜儀器廠家眾多，接口和廠家提供數據的范同不同，不能與LIMS系統的數據命令集獲取并交換。
配套網絡建設和數采安全，根據中石油局域網項目組方案，要求辦公網絡和MES網絡采用雙核心交換機的星型結構，必須根據烏石化廠區的具體情況設計網絡物理鏈路，合理規劃路徑、覆蓋范圍，滿足MES和ERP應用要求，同時在各裝置DCS工程師站和MES數采站之間加裝工業安全網關設備，保證單向通訊，目前我公司狀況皆不能滿足項目的要求。
MES數據備份存儲系統研究，MES系統作為數據高度集中的系統，數據的安全是第一位的。必須從網絡、操作系統、數據庫、存儲設備等方面建立起一套嚴密的保障措施。當前急需解決MES存儲系統本地存儲帶庫易出現機械故障的問題。
3 MES系統基礎設施改造的目標
MES基礎設施改造設計目標如下：
(1)根據實際生產情況完成MES網絡建設，通過MES網絡與辦公網物理隔離確保裝置生產過程的安全性；
(2)MES系統各節點裝置數據通過標準OPC接口實現數據采集；
(3)完成LIMS網絡鏈路的建設，確保LIMS系統的全面投用，為MES提供可靠的生產數據，支持MES各業務模塊實現和優化，通過完善MES系統，為各上層系統提供統一的MES基礎數據。
(4)在運維中合理部署MES數據備份機制，確保MES系統的數據安全性。從而保證實現MES數據共享確保業務信息及時、準確和真實，實時掌握企業運營情況，為企業合理配置資源提供信息支持。
4 基礎設施改造整體設計架構
圖1 整體設計拓撲圖
從圖1中可以看出，在基礎設施的整體設計中，使用了工業網關設備一端連接裝置的DCS采集數據，另一端連接光纖收發器或交換機的光纖模塊將采集的數據上傳到光纖專網中，通過光纖專網將各裝置的數據采集后發送至中心機房內的實時數據庫服務器，實時數據庫服務器保存所有的實時數據，在同一局域網內的WEB服務器從實時數據庫中取得數據通過業務平臺呈現給各使用端客戶，實現了實時數據全網監控。
5 MES系統基礎設施改造進度
表1項目進度圖
對MES基礎設施改造項目的現場整體實施進行了規范化的管理，如圖2所示。
圖2項目整體工作流程圖
6 基礎設施改造內容
6.1 DCS標準OPC接口改造
根據烏石化分公司計控中心提供的DCS接口改造方案，焦化一二單元和焦化瀝青裝置需增加一臺安裝OPC的工作站，用于MES數據采集接口，解決原OPC服務器負荷較高的問題，二合成裝置和二尿素裝置各需要安裝一臺OPC的工作站。
6.2 LIMS化驗儀器自動數據采集接口改造
根據MES實驗室管理系統詳細設計報告，對MES所需的LIMS數據進行可匯總，要求實現絕大多數工作站類色譜儀與LIMS的數據傳輸；根據需要實現部分非工作站類色譜儀器的聯網，并通過CDS工作站與LIMS連接；根據需要實現帶有RS-232串口輸出功能的自動儀器與LIMS系統的連接。
色譜數據系統硬件部分包括模數轉換器和數據采集專用設備Data Server，其中模數轉換器為24位轉換器，數據采集頻率高，技術指標優良，Data Server具有數據緩存功能；軟件部分Atlas軟件具有豐富的數據分析方法，實驗結果可根據實驗室管理流程手動或自動發送。
與LIMS的連接采用Atlas LIMS Sequence Automation Module專用軟件模塊連接。
系統整體架構靈活，實施部署可根據實驗室的規模大小，彈性調整為單機版或是網絡版。
通過對烏石化各化驗室的實際調研，具備集成條件分析儀器的自動數據采集的色譜儀共18臺，分布在5個二級單位中。
6.3 MES網絡配套改造和增加安全保障
根據中石油局域網項目組對烏石化分公司MES網絡實施方案，烏魯木齊石化分公司網絡拓撲圖如下圖所示，其中MES網絡和辦公網絡拓撲設計為雙核心星形結構，辦公網絡和MES網絡通過干兆防火墻實現物理隔離。
網絡光纖鏈路建設需增加公司中心機房環保檢測站、煉油廠機房到芳烴控制室，煉油機房至中心化驗室、化纖廠機房化工廠化驗室、凈化水廠機房至凈化水廠一車間控制室；化纖廠質檢站、煉油廠化驗室、化肥廠化驗室、研究院、環保檢測站等處還要進行網絡綜合布線節點的增加。
圖3改造涉及的網絡拓撲圖
同時在各裝置DCS工程師站和MES數采站之間加裝工業安全網關設備，保證單向通訊，大大提高了安全性。根據現場統計共需在三個生產廠中安裝12臺工業網關機。
6.4 MES數據備份存儲系統
根據烏石化MES需求分析報告，對MES系統的備份需求要求較高，具體如下：
具有統一的操控界面，集中管理；支持SAN架構的高速備份；為集群系統提供快速災難恢復；支持多廠商的備份產品和介質； 自動負載均衡和故障線路切換；實時監控和調配存儲資源；盡量降低由于備份的進行而對應用系統性能造成的影響；具有可擴充性。
烏石化公司MES系統現有服務器設備17臺，LIMIS服務器設備3臺，后臺數據庫軟件包括SQL Server、Oracle、PHD，目前每日的數據完全備份大小約240G左右，每天約有1G的增量，按照實時數據采集點的全部接入計算，每天備份增量將增加至3-5G以上。
綜合以上要求和對目前適合需求的主流存儲產品(EMC、HP、DELL、NetApp等)進行綜合分析，最終選擇了EMC CX240建立一套MES存儲系統，通過該系統從而提高數據安全性，制定合理的數據備份策略。
建設數據存儲系統，將數據存儲系統中心MES系統數據根據制定策略進行備份管理，保證數據的安全性。該系統涵蓋多種數據庫平臺，用于MES業務應用信息系統數據統一進行備份管理，也為系統今后的后臺數據資源提供系統空間資源。
業務系統主機設備上使用了雙光纖卡分別連接到SAN交換機，鏈路實現FC的聚合，鏈路和鏈路設備全部實現冗余，保證了整個后臺環境的冗余性、可靠性、健壯性。保障了業務應用和數據庫服務不會因存儲系統而出現故障。整個后臺集中遠程備份系統保障了足夠的健壯性。
核心備份存儲上按照各個業務應用的需求規劃空間，保證系統有足夠5年數據增長的備份空間，并可根據系統數據的增長擴展系統容量。
存儲系統包括：存儲主機、SAN交換機、10TB存儲磁盤。
7 完成情況與基礎設施改造工作要求的對比
表2項目完成情況對比表
8 配套改造進行的用戶培訓
貫穿在整個的改造過程中，進行了多次應用和操作的培訓。在信息管理部、各廠等單位精心準備、組織下，項目各模塊負責人員工程師分別在2009年10月到2009年11月期間先后對系統涉及的所有單位的相關人員進行了系統應用的操作培訓，通過培訓使各單位人員熟悉和掌握系統的操作使用的方法和方式，同時各單位相關人員對系統應用也提出了自己的想法，通過一期的培訓使系統和參與系統使用的人員之間建立的溝通的橋梁，信息管理部項目人員也了解到系統實際運行過程中操作人員的實際需求，操作人員也清楚的了解到了該項目基礎設施改造的必要性。
9 改造后應用效果
該系統經過四個月的運行已經平穩過渡，在數據響應、鏈路完善等應用方面得到了很好的驗證，完全達到了初始設計目標，實現了OPC接口標準化接入，并利用工業網關加強了數據的安全保證。各新增化驗室色譜分析儀自動采集接口極大地加快的分析的進度，提高了工作效率。存儲系統使MES全部的生產數據得到了及時的保存以及大量生產數據長時間的存檔，為生產平穩和技術分析提供了技術支持。
10 總結
該基礎設施改造是公司領導層在“全面推進受控管理，嚴格落實安全責任，著力加速項目建設，共同構建和諧石化”思想要求下的一項實踐應用，項目按期完成了目標，系統符合建設的要求。技術創新點突出，各項技術配套、銜接性強、適合生產實際、可操作性強。
項目領導小組在負責整個工程的領導、組織、協調和重大問題的決策起到了至關重要的作用；各應用單位積極參與，對工程的技術路線、方案和產品功能等重要技術問題提出了很好的建議和指導；外協單位對系統項目實施的具體工作，包括調研、需求分析、規劃方案設計、推廣應用和培訓給予了積極的技術支持。這些都是基礎設施改造順利完成的關鍵因素。
各單位、各部門從項目建設的要求和專業管理方面提供指導、技術支持和應用環境的支持，各應用單位部門負責人、技術員等從操作應用等方面給予意見和建議，外協單位在各單位的緊密配合、嚴密組織下與需求單位的共同努力完成了項目的需求調研、分析、研發、組織實施的工作。為烏石化MES項目更好的應用創造有利條件，實現MES設備配備合理化、應用整體化控制奠定了基礎。
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本文標題：烏魯木齊石化MES系統基礎設施改造回顧
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