摘要:管理信息系统学科的出现为集散控制系统(以下简称DCS)行业机柜集成现代化管理提供了新的思维。文章介绍了DCS系统机柜的多样性,描述了机柜集成的现状和问题,提出了针对于DCS机柜集成的管理信息系统设计原则和总体框架设计概念,解决了开发机柜集成管理信息系统过程中的关键性问题。
关键词:集散控制系统;机柜集成;管理信息系统;专家数据库
中图分类号:TP291文献标识码:A
文章编号:1009-2374 (2010)22-0026-03
0引言
20世纪70年代后,信息技术的发展引起了多个技术领域的深刻变革,这场变革对传统自动化行业的影响也是巨大的,过程控制技术在这场变革中有了质的飞跃。经过几十年的发展,当前过程控制技术已有了巨大的进步。
虽然DCS技术有了巨大的发展,国内外很多企业都已掌握了成熟的技术,但是应用于DCS的机柜集成信息技术几乎依然处于空白状态。目前许多企业已经认识到利用管理信息系统对DCS机柜集成流程的改造,能够使传统DCS企业适应激烈竞争环境并取得主导地位。但是这些企业对于机柜集成的管理研究还处在起步阶段,在实现项目管理信息化的过程中,还存在许多认识和方法上的误区。
1DCS机柜特点分析
1.1DCS系统简介
DCS是一类分散控制、集中管理的仪表计算机控制系统。它具有连接方便、采用软连接方法使控制策略更改容易、显示方式灵活、显示内容多样和数据存储量大等优点。DCS由被控对象、用于生产过程的参数检测与变送仪表、控制站、执行机构和报警部件等组成。它的各组成部分是各自为政的自治和协调系统。自治系统指这些系统能完成自己的功能和独立工作,协调系统指这些组成部分用通信网络和数据库相互连接,信息数据相互交换,既有分工又相互制约,在系统协调下工作。
正是因为DCS系统的复杂程度高而导致了用于系统载体的机柜具有特殊性和多样性。
1.2控制站机柜多样性描述
现场控制站是一套可独立运行的计算机检测控制系统,由机柜、电源、I/O模块和控制处理器等组成。DCS系统的硬件基本上都安装在机柜中,不同厂商的DCS控制系统在硬件结构上相差很大,即使是同一厂商的产品也会不断升级换代,而且根据用户的需求,针对不同的用户在硬件配置上也不尽相同,这就需要不同的控制柜。
现场控制站的机柜内部均装有二次结构,以供安装I/O模块、电源、继电器及各种接线端子。控制站的机柜按照功能划分可以分为主机柜、I/O柜、继电器柜和端子柜等。不同类型的机柜都有各自的特点。主机柜内部的控制设备需要提供完善的电磁屏蔽,活动部分之间要保证有良好的电气连接;端子柜中交直流和信号线都需要隔离走线;本安机柜和非本安机柜的汇线槽和接线端子颜色需要区分开来。这些不同的技术规范就要求机柜内部结构多样化。
由于硬件配置原因,机柜内部结构很难做到标准化,这样造成了机柜多样性,使DCS项目机柜集成变得非常复杂和繁琐。
2机柜集成现状
目前机柜集成的时间节点是从销售部把拿到的订单移交给工程部开始,到制造部把集成后经过测试的机柜发运给用户结束。中间经过的主要环节有工程软硬件配置、材料清单确定、零部件采购和机柜装配与接线等。下面把以上提到的环节作展开说明:
2.1工程软硬件配置
这个过程一般由项目经理负责。其根据系统项目要实现的功能和信号来配置系统软硬件,但对于机柜和其他结构件不作选型,也就是说用于系统项目的控制类标准件比较容易确定,但是其他辅料等非标件难以定型,项目经理需要就这个问题不断和工艺工程师去讨论。如果有一个专家数据库系统,项目经理可以在软硬件配置阶段直接完成整个系统设计。
2.2材料清单确定
这个环节原来应由项目工程师完成,和上述工程软硬件配置以及下面要谈到的机柜二次结构设计一样,如果在软硬件配置阶段,有一个专家数据库,材料清单就可以产生。目前这个工作通常由工艺工程师完成,工艺工程师按照项目经理提供的典型图纸和自己的经验来完成详细材料的配置。
2.3零部件采购
目前机柜集成除了装配图纸生成和材料清单不能在很短的时间内完成之外,还有一个很大的问题就是缺料。由于DCS系统的特点,DCS系统所用到的机柜内部安装材料,包括控制器、I/O模块、电缆,风扇,空气开关和接线端子等,都具有小批量多品种的特征,这给采购带来了巨大的挑战。解决这个问题需要有一个管理系统,可以对交货期长的零件、项目之间材料调用、材料需求预测和库存看板进行统一管理。
2.4机柜装配与接线
在这里出现的问题主要是生产调度。在生产现场的每一个项目都不相同,生产调度无法做到一个静态调度,由于缺料、图纸更改和生产过程中的突发事件等各种原因,很难对生产资源、机柜集成次序、机柜集成过程和质量进行管理,要实现精益生产必须要有一个统一的管理系统。
3管理系统设计原则
对于上面描述的DCS机柜特点和目前DCS机柜集成中出现的问题,可以设计一套管理信息系统来解决。下面详细说明五条设计原则:
3.1系统性
机柜集成的管理是一个统一的整体,从母公司到子公司需要全局考虑,从工程部门到制造部门需要协同合作,管理信息系统在设计过程中必须从系统的整体角度出发进行设计。从整体角度考虑各个子系统的相互协调相互平衡的关系,可以使每个子系统的所有信息进行共享,设计的系统性必须按照机柜集成的电气规范、安全标准和各种防护等级。
3.2可变性
DCS系统项目本身是一个不断完善的系统,机柜集成同样如此。管理信息系统是个庞大的系统,它需要保持较长的生命周期,所以要求它具有很强的环境适应性,要具有较好的开放性和结构可变性。在管理系统设计中,按照机柜设计、生产流程、材料采购和质量管理进行模块化处理,并且要提高各模块的独立性,使各个模块之间的相互依存度降到最低。这样可以按照每个模块修改管理系统,以后可以单独增加功能。
3.3可靠性
DCS项目从和用户开工程会开始,留给集成供应商的时间并不很充裕,所以要求在做系统项目的过程中不能出差错。机柜集成管理系统也必须做到这一点,一定要有很强的抵御外界干扰的能力和失效后恢复正常使用的能力。
3.4高效性
DCS项目工期很短,机柜集成处于整个项目的前期,如果机柜集成效率低下,势必造成后期的系统组态和调试相当紧张,有可能造成延期发运。所以管理信息系统在规定的时间内处理事务的能力较强,能够迅速地对处理请求做出响应。
3.5经济性
在金融危机之下,每个企业都在提高工作效率,同时也在降低生产和管理成本。机柜集成管理系统要在满足需求的前提下,尽可能减少系统开销。一方面在硬件投入上做到简洁且符合系统要求;另一方面设计不要过于复杂,各个模块在保证功能的情况下减少开发费用。
4管理系统框架
系统设计原则确定下来以后,然后需要考虑管理系统的框架设计,这是管理信息系统开发过程中一个非常重要的阶段。
4.1总体布局
一般信息系统总体布局分为集中式和分布式两种,DCS系统机柜的管理系统设计必须按照分布式进行。分布式系统可以运用局域网、广域网、局域网和广域网混合形式及互联网、内联网、外联网及其混合形式,利用这些计算机网络把分布在不同地点的计算机硬件、软件和数据等资源联系在一起进行联机处理。
4.2专家数据库
由于机柜具有零件众多、装配工艺复杂和设计多样等特点,要成功开发一个管理信息系统必须要配备专家数据库系统。专家系统的数据库是经特别设计的计算机程序,用来复制自动化工程领域机柜集成专家的推理和决策过程。专家系统按照实际项目要求,可以对机柜集成知识库中的知识和数据库中的数据加以智能性分析、判断,得出结论以供设计人员参考。根据这个专家系统可以开发各种工具,如图纸生成器、材料清单生成器和工程更改通知单等一系列工具。有了这样一个面向应用者的专家系统数据库,相关机柜集成工程师可以很容易地利用它报价、选型和计算机模拟装配。
4.3硬件配置设计
由于机柜集成管理系统按照分布式设计,通过网络实现,所以在硬件上有两方面需求,即计算机系统配置和网络平台设计。关于计算机的选型要考虑系统未来的升级可能和第三方软件的支持,使管理系统具有延续性。另外硬件配置要考虑数据处理能力、存储功能和通信功能。由于管理系统是一个全球性的系统,每个子系统都要利用这个管理系统,所以网络平台要考虑实用性、先进性和开放性。
4.4软件设计平台
信息系统软件平台是指支持系统开发和运行的软件平台。开发一个全球性的庞大的信息系统要保证开发维护简单易行,而且开发的系统运行要高效可靠。机柜集成对于一个跨国公司来说,要做到标准化和统一性。软件平台必须符合开放式的发展方向,要与其他系统互联及互操作性。一个跨国公司花了大量的人力物力,要保证这个管理系统建设成功、生存和发展。这个管理系统所设置的软件平台必须支持必要的软件开发工具,比如数据库开发工具、界面开发工具和应用工具等。另外这个软件平台要有对新技术的支持能力。DCS技术还在不断发展之中,机柜集成也随着DCS的发展也在不断变化之中,管理信息系统也需要跟着改变。只有支持新技术能力的平台才能适应系统今后发展的需要。
5结语
由于DCS机柜集成的多样化和非标准化等特点,传统机柜集成孤岛模式已不适应当前快速响应的市场要求,因此应用管理信息系统已成了机柜集成发展的必然趋势。管理信息系统把项目运行过程中的信息技术、生产技术和企业的各种生产与经营活动有机高效地结合起来,能够保证机柜集成企业有效地运转,去创造最大的经济和社会效益。
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作者简介:戎洲汉(1973-),男,上海人,上海交通大学电子信息与电气工程学院工程师,硕士研究生,研究方向:工业工程与信息化。