MES系统在海上油气田的实施与应用_0
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  一、前言

  一个完整的企业信息管理系统,应包括控制层、中间层和企业级核心系统。中国海洋石油总公司(以下简称中海油公司)的信息管理系统主要包括两部分,即海上油气田的控制系统和公司管理系统。由于缺少中间层系统,两大系统一直不能实现有机的结合,严萤影响了企业信息化效率和经济效益。随着公司生产规模的快速发展和信息技术的不断提高,根据海上油气田生产特点和借鉴吸收国内外同行业的管理经验,在设计公司信息管理体系中引入了中间层MES系统,不但实现了能为上层系统及时提供设备技术状况的实时数据,满足远程监控设备运行的需求,保证控制层和管理层系统的优化集成,也实现了对生产状况和设备运转等有关数据进行存储和分析的目的。

  二、海上油气田信息管理系统的现状与问题

  海洋石油行业是典型的技术密集型产业,随着企业精细化管理要求的进一步提高和信息化建设的不断完善,企业越来越重视对工作业绩和生产过程的实时分析。实施信息技术和自动化系统管理的综合利用和开发,及时发现生产中的各类问题并制定整改措施,是进行生产安全管理的主要丁作。中海油公司的信息系统主要由两大部分组成:一部分是海上油气田的控制系统(主要采用DCS和PLC系统软件),另一部分是公司的管理系统(主要采用SAP、Maximo系统软件等),二者是相互独寺的。主要生产没备虽然实现了DCS和PLC的集中监控,但由于没有建立实施信息化管理的平台,管理部门需要的数据采集是由人工完成的。不仅工作效率低,而凡极易出错。给各级管理人员实时了解设备运行状况、生产运行参数等都带来极大不便,甚至影响到对生产过程的及时分析、判断和指挥。

  1.管理结构现状

  中海油公司的生产组织结构大体分为3个层次,即作业区、中心平台和井口平台。有天津、湛江、深圳和上海4个分公司,每个分公司不仅下辖多个作业区,而且每个作业区又下辖多个中心平台,每个中心平台又分别包含着若干个井口平台等。不但生产组织结构复杂,而且设备台数多和管理困难。

  2.信息系统及网络现状

  由于海上油气田生产的特殊性,中海油公司的信息管理系统及网络现状大体分为两大部分:即海上平台网络及信息系统和陆地基地刚络及信息系统,两者之间是通过卫星或微波通信网络连接的。其中,生产现场的控制系统(如DCS系统软件)是部署在海上平台上的,而食业经营管理系统(如SAP系统)则部署在陆地基地上,控制系统仅限在海上平台的工业以太网中运行,与承载经营管理系统的企业以太网相互隔离,不能实现信息和数据的直接交换。

  3.存在问题

  根据中海油公司对海上油气生产管理的要求,工作人员需定时从海上:油气田的控制系统中读取或抄取诸多类型的数据.再通过人工:输入到企业管理信息系统中,用于对油气生产及运营情况的综合分析,为公司进行统计分析和决策制定等提供必要的参考数据。需要的数据主要包括设备日报和生产日报。设备日报主要包括:设备技术状态和运行时间,设备巡检记录报告,关键、重要设备的运行参数等;生产日报主要包括:生产工艺流程中的关键计量、检测数据等。维修人员每天要定期巡榆设备的运行情况,通过观察各种仪器、仪表的显示判断设备的运行状况,并记录相关的技术参数等。不但工作量大,而且容易出现抄报不及时,或发生错抄、漏抄等现象。数据不仅难以统计,而且准确性不高。

  三、MES系统的引入

  为将上层业务管理系统和底层生产控制系统相连接,需要建立具有承上启下作用的中间层控制系统。采用MES系统既町以接收上层管理系统的生产任务指令,又可实时收集生产过程中的各类数据,及时反馈生产现场设备的运行状况及生产进行情况等,实现对整个生产环节的优化管理。

  1.实施MES系统的意义

  中海油公司是以油气田的勘探、开发和生产为主营业务的企业。海上油气田的主要职能是负责油气的生产,主要业务包括:油气生产中的运行管理、设备维护以及相关的安全与成本管理等。公司根据海洋石油行业的生产特点,充分了解并分析生产业务流程和相关要求,以及生产和综合管理部门的意见,结合Maximo系统的实际功能和应用情况,采取统筹兼顾各项数据的统计规范、业务流程和管理指标等原则,提出建立以适合海油行业生产需求的MES系统实施架构,使之成为连接控制层、中间层和企业级核心系统的优化平台。

  2.对设计系统的要求

  在设计信息体系中,要求MES能为上层系统提供设备的实时数据,实现控制层(DCS系统)和管理层(Maximo系统)的优化集成。通过选型与论证,中海油公司选用德国SIMENS公司的MES解决方案中专门用于数据采集、数据处理和分析的组件Historian,作为中海油公司MES系统的核心技术平台。Historian组件可在整个组织机构内发布业务信息。实现对自动化生产设备的数据采集,并建立实时数据库。将来自不同系统的数据进行统一的存储、分析和利用,不仅要满足企业对设备技术数据的自动采集和分析利用,也要实现Maximo系统的数据自动采集功能,能有效支持公司的决策制定和优化企业的业绩管理。中海油公司MES系统的整体架构,主要是针对中心平台、井口平台、油轮和陆上终端等进行的统一设计。MES系统平台的服务端是由关系数据库服务器和实时数据库服务器组成。根据生产现场的网络连接情况,可在企业的某些生产环节上部署系统平台等。例如,如果中心平台与其所属的井口平台之间可以实现光纤连接的情况下。网络通信只要符合MES系统的要求,就可在中心平台上部署MES系统平台,把井口平台作为中心平台的Area层进行管理。

  3.MES系统应实现的目标

  鉴于上述现状与实际工作需求,海上油气田MES系统应实现以下设计目标。

  (1)实现与设备管理系统的集成。借助MES系统支持设备管理工作,实现预防性维修:单的自动生成。包括仪表参数、设备运行时间以及停机时间记录、KPI(关键绩效指标)运算等。

  (2)实现与底层生产自动化系统(如HoneywellPKS)集成。保证能够准确地采集到生产现场的实时数据,实现生产过程的快速反应以及报警、关断等信号的管理和记录。并将记录数据准确地传送到上层系统Maximo中。

  (3)实现生产数据和设备运转状况历史的可追溯性,具有对生产过程的历史数据进行存储和分析等功能。

  (4)实现在MES层面上对生产统计分析的多种功能。如记录多种列表、图形显示方式、实现生产统计分析等。主要包括:本期生产完成情况、同期生产情况对比以及趋势分析等,具有报表打印和输出的功能。

  (5)实现生产过程中对设备管理和维修决策的最优化功能,如KPl分析等。

  四、应用效果

  MES系统给底层和上层系统带来了优化整合的契机,不但提炼了上层系统(Maximo)的需求,而且结合了控制层(HoneywellPKS)的数据结构,实现了上层系统对以设备管理为核心内容的有效补充和扩展支持等。在MES系统不断完善的同时,也在不断地补充和挖掘上层系统的需求,使中海油公司的整个信息化体系更加趋于完善和高效。例如,深圳分公司某油田,通过实施MES系统实现了以下功能。

  (1)实现了与底层生产自动化系统的集成。实现了能随时查看和分析设备运行状况的功能,最终达到实时监控并及时指导维修的目的。生产运行中的设备支持系统能及时把控制系统中所有的设备信息准确、实时地采集上来,进行加工处理和存储,并绘制出实时和连续的趋势图,供各级管理人员检查和分析设备的运行情况,达到实时监控和及时指导维修的目的。实现了历史数据查询,以及为自动生成生产日报提供所需的技术数据等。主要包括:生产数据和设备运转历史状况的可追溯性和历史数据存储;生产报表数据的自动采集;生产过程中的设备实时状况监测和趋势分析等。实现了与设备管理系统与其他管理系统的集成。

  (2)实现了对设备技术状态的实时监控。对海上油气田的设备管理:作来说,实施设备状态监控是比较重要的。以前各类数据的收集都是由现场工作人员定期通过手工录入的,不但工作量大,而且缺乏实时性,也不能实现与PLC和DCS等控制系统的数据连接,设备技术状况无法共享,不能根据设备的实际运行情况实施动态地生成预防性维护丁单。通过建立MES系统。不但能把控制系统所需的数据实时、准确地反映到设备管理系统中来,而且保证设备预防性维修:单的自动生成。

  五、结语

  通过对海上油气田MES系统的开发与应用,建立以作业区为单位的实时信息集成平台,将每套DCS控制系统或PLC系统中的各种数据上传至该信息管理平台,实现了现场设备数据和生产过程数据的统一管理;通过对生产过程和设备关键参数的监控,使公司的生产运行情况一直保持在平稳状态,极大减少了生产装置及设备的非计划停机次数。通过MES与Maximo的系统接口,不但完成设备运行和KPI数据的相互传递,也实现了与现有设备资产管理系统的全面集成,逐渐体现出IT管理系统在生产管理中的综合效益和重要作用。

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