一种回路性能评估用的全厂监控系统及监控方法与流程

[0001]
本发明涉及工业自动控制领域中pid回路性能评估方法，尤其涉及一种回路性能评估用的全厂监控方法。


背景技术：

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据统计90％以上的自动控制回路均采用了pid(proportion-比例、integral-积分、differential-微分)控制策略。随着工业自动化水平的逐步提高，以分布式控制系统(distributed control system，dcs)为核心的大规模集散控制系统已成为工业生产必备。
[0003]
在流程控制领域中，借助pid性能评估软件，可有效地解决装置运行状态难以实时监控的不足。但是，现有的pid性能评估软件，评估对象主要停留在车间级别，在功能上暂不支持对散布在各个车间的多套装置进行集中监控的目的。如果一个厂规模较大，它有多个分厂、多个车间，每个车间下又有多个作业部，每个作业部下又可能包含一个或多个pid工作站，如果不能实施全厂评估和监控管理，各作业部装置的评估结果被分散在各个孤立的评估系统中，会给上层管理人员的实时监控和管理带来了很大不便。
[0004]
如公开号为cn106774243a的中国发明专利，是本申请人提出的“pid性能评估方法”。它是属于车间级性能评估算法，整个控制算法涉及：被控制装置、dcs、数据平台、评估算法和性能评估软件等部分。其中所述的被控装置、dcs和数据平台负责获取控制回路的生产数据；评估算法基于生产数据，通过过程模型采用迭代更新方式，来降低因人工维护导致的性能恶化的可能性并将最终评估出的结果记录在数据库中；评估软件为ui交互界面，负责将评估结果展现在前端，供用户实时查阅各个回路的评估和统计结果。
[0005]
另一方面，从先进控制和精细加工的角度出发，为了实现对产品质量的最优控制，需要将各分厂或作业部中的控制装置耦合起来进行相关性分析，先汇总并提炼各个分厂装置的实时评估与统计信息，然后利用专业级的性能评估算法，来实现对整个工厂的投运情况进行实时评估、历史统计和趋势分析，以达到提前预测产品质量的目的。


技术实现要素：

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为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种全厂级分布式pid性能评估装置及方法，在单节点pid性能评估基础上，采用分布式部署方式，将分散在不同作业部下的多套装置的实时评估与统计结果进行汇总并集中展示，来解决当前单节点pid性能评估软件难以实现全厂监控的不足。
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为此，本发明的第一目的是提供一种回路性能评估用的全厂监控系统实施例，该系统包括通过数据通讯组件实现通讯连接的全厂监控服务器和pid性能评估工作站；所述全厂监控服务器包括组态软件模块和全厂监控服务模块；所述全厂监控服务器用于通过数据通讯组件，向pid性能评估工作站发出命令请求，所述pid性能评估工作站用于根据请求，将被控装置相关数据采集后，通过数据通讯组件返回给全厂监控服务器，所述全厂监控服
务模块用于根据组态软件模块下发的组态信息，对pid性能评估工作站返回的数据进行分析处理。
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进一步的，所述全厂监控服务器包括上级应用系统，用于对全厂或分厂pid性能评估工作站返回的数据经过分析处理后的结果进行展示和监控。
[0009]
进一步的，所述组态信息包括pid性能评估工作站的分组管理与节点配置信息；所述全厂监控服务器包括节点管理器，用于统一管理各个节点的在线状态和运行信息；所述组态软件模块设有分组管理单元和节点管理单元，其中：分组管理单元用于通过pid性能评估节点管理器，对pid工作站和全厂监控服务器中pid性能评估节点之间的映射关系进行配置，并对各个节点按作业部的所属关系进行重新组态，按所属关系将pid工作站划分到对应的分组区域节点中；节点管理单元用于对分组管理中的不同pid性能评估节点的站点访问地址进行统一配置并生成对应的关系映射表。
[0010]
进一步的，所述全厂监控服务模块包括计划任务单元、任务调度器、计算引擎、全厂评估与分析模块；所述计划任务单元，用于接受组态软件模块下发的组态信息，生成对应计算任务并推送到任务调度器中，所述任务调度器将计算任务投递到计算引擎中，所述计算引擎根据计算任务向pid工作站发出数据访问请求并通过调用全厂评估与分析模块对请求到的pid工作站数据展开评估和处理。
[0011]
进一步的，所述全厂监控服务器还包括全厂监控服务接口，全厂监控服务器负责接收上级应用系统访问请求，通过全厂监控服务接口将pid性能评估工作站返回的数据经过分析处理后的结果返回给上级应用系统。
[0012]
进一步的，所述的对pid性能评估工作站返回的数据进行分析处理包括对pid性能评估工作站运行状态进行报警监控、基于历史数据的性能评估、基于评估报告的二次统计和对问题回路或装置进行在线诊断中的至少一种。
[0013]
本发明第二目的是提供一种回路性能评估用的pid全厂监控方法实施例，其包括如下步骤：全厂监控服务器组态软件模块负责配置包括制定全厂监控计划的组态信息，并将组态信息下发给全厂监控服务器的全厂监控服务模块，全厂监控服务模块按照组态配置信息对全厂装置执行监控计划；全厂监控服务器通过数据通讯组件，向pid性能评估工作站发出命令请求，pid性能评估工作站用于根据请求，将被控装置相关数据采集后，通过数据通讯组件返回给全厂监控服务器，全厂监控服务器的全厂监控服务模块根据组态软件模块下发的组态信息，对pid性能评估工作站返回的数据进行分析处理。
[0014]
进一步的，所述组态信息配置包括如下步骤：通过pid性能评估节点管理器，创建与pid性能评估工作站对应的虚拟pid节点，为每个虚拟pid节点配置ip地址和端口号，将虚拟pid节点与pid性能评估工作站的访问连接地址进行绑定并生成一个节点访问映射表，完成全厂监控装置的节点配置；对全厂区域范围设置访问权限；制定全厂监控计划；将分组、权限、监控计划等组态信息保存到组态文件中。
[0015]
进一步的，所述监控任务执行包括如下步骤：全厂监控服务模块中的计划任务单元，在获取到组态软件模块提交过来的组态信息之后，根据任务类型，创建计算任务并将计算任务投递到任务调度器中；任务调度器将计算任
务投递到计算引擎中；计算引擎根据具体执行任务的内容，通过数据通讯组件向pid工作站发出数据访问请求，计算引擎接收到pid性能评估工作站返回的数据后调用全厂评估与分析模块，对请求到的pid工作站数据进行分析处理；通过数据访问器，将分析处理后的结果存储到关系数据库中。
[0016]
本发明的有益效果在于：提供一种回路性能评估用的全厂监控系统，借助数据通讯组件，将散布在各分厂的pid节点服务器并网，形成一个全厂级pid监控系统，并利用内置的全厂评估与分析模块，对各分厂pid节点推送上来的实时评估结果，进行全厂级二次评估与统计分析，解决现有pid性能评估软件难以实现对跨厂区装置进行集中评估与统计的不足。其优越性在于：通过该方法实现了将各分厂的pid评估系统并网组成一个全厂监控系统，可同时实现对全厂所有装置的实时投运情况进行集中监控以及对全厂装置的整体投运指标（如：自控率、平稳率、报警次数和最大无报警时间等）进行实时统计，帮助上层管理人员及时了解全厂装置的整体投运情况，为后期班组工艺参数的调整提供重要的统计指标数据。
附图说明
[0017]
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]
图1是本发明实施例的全厂监控系统业务流程示意图；图2是本发明实施例的组态软件模块业务流程示意图；图3是本发明实施例的全厂监控系统框架结构示意图。
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附图中各模块编号说明：100-全厂监控服务模块；200-组态软件模块；300-数据通讯组件；400-pid工作站访问器；500-工作站上线管理模块；600-上级应用系统；101-全厂评估与分析模块；102-计算引擎；103-任务调度器；104-计划任务单元；105-关系数据库；106-数据访问器；107-全厂监控服务接口；201-分组管理单元；202-节点管理单元；203-权限管理单元；204-组态管理单元。
具体实施方式
[0020]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更为清楚，下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行详细描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0021]
如图1所示，本实施例的回路性能评估用的pid全厂监控系统，包括全厂监控服务器、数据通讯组件和若干pid性能评估工作站（简称pid工作站，附图中标记为pid工作站）。所述全厂监控服务器包括全厂监控服务模块100和组态软件模块200。所述全厂监控服务器通过数据通讯组件，向指定的pid性能评估工作站发出命令请求；所述指定的pid性能评估工作站根据调用请求，将被控装置相关数据采集后，通过数据通讯组件返回给全厂监控服务器；所述全厂监控服务模块根据组态软件模块下发的监控任务和评估任务等组态信息，对pid性能评估工作站返回的数据进行分析处理。
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所述被控装置相关数据包括被控装置实时投运信息、回路或装置的评估报告、基于回路或装置评估报告的统计报告之至少一种。
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所述的对pid性能评估工作站返回的数据进行分析处理包括对pid性能评估工作站运行状态进行报警监控、基于历史数据的性能评估、基于评估报告的二次统计和对问题回路或装置进行在线诊断中的至少一种。
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图中示出本实施例的pid全厂监控系统包括1#、2#、3#三个pid性能评估工作站，每个工作站下有1#、2#.....m#等多个被控装置。pid性能评估工作站里面安装有pid性能评估软件，pid性能评估软件的数据来自于opc服务器；数据平台，为pid性能评估软件内置的小型实时数据库，负责对外提供数据的读写访问服务：将设备上回路里面的仪表、器件等实时数据采集过来并存储在里面，之后工作站根据这个数据平台的实时和历史数据去做分析，会得出一个结果，这个结果包括装置的评估报告、统计报告和报警信息等，这些信息后面通过数据通讯组件，发给全厂监控服务器；opc接口层，为实时数据库与底层dcs套件之间的中间数据通讯层，按照opc协议，将dcs实时数据采集到上层应用程序端。
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所述全厂监控服务模块对pid性能评估工作站返回的数据进行全厂评估与统计后的计算的结果存储到后台关系数据库中。
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本发明实施例的pid全厂监控系统还包括上级应用系统，所述上级应用系统600可以包括大屏监控、web端、移动端、报警监控等监控终端，用于对全厂pid工作站被控装置运行情况、评估和统计结果等信息进行展示和监控。如图3中的web大屏监控终端，可负责对全厂下面所有参与评估装置的整体运行情况、评估报告和二次统计分析处理后的结果进行集中展示，以及单套装置及其所属回路的详细评估报告和二次统计详细报告的查看等进行操作。
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本实施例的全厂监控系统，其数据通讯组件负责将pid性能评估工作站数据读取上来，发送给全厂监控服务器，再由全厂监控服务器通过内置的全厂监控服务模块，对上送过来的各分厂的pid性能评估工作站数据进行评估与统计，最终实现对全厂各个作业部装置运行情况进行集中监控的目的。
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本实施例的全厂监控系统，全厂监控服务器与pid性能评估工作站之间还设置有节点管理器，所述节点管理器用于配置全厂各分厂或作业部的pid性能评估工作站对应的虚拟pid节点，以及虚拟pid节点名称与pid性能评估工作站点地址之间的映射关系表，以及用于管理pid节点映射关系以及对这些节点运行状态进行在线监控和数据交互等操作。本实施例的全厂监控系统的组态软件模块200包括分组管理单元201、节点管理单元202、权限管理单元203和组态管理单元204。分组管理单元201，用来对各个分厂或各作业部所属的pid工作站和全厂监控服务器中pid性能评估节点之间的映射关系进行配置，同时，为了便于管理，提供对各个节点按作业部的所属关系进行重新组态，按所属关系将pid工作站划分到对应的分组区域节点中。权限管理单元203，用于负责用户的增、删、改等操作以及对用户的访问权限、登录用户名、密码、所属作业部等信息进行设置。节点管理单元202，用于对分组管理中的不同pid性能评估节点的站点访问地址进行统一配置并生成对应的关系映射表。组态管理单元204，用于制定并下发全厂监控计划和生成组态文件等工作。
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图2是本发明实施例的组态软件模块业务流程示意图。具体实施方式如下：1）分组管理与节点配置：根据组态软件模块的操作向导，展开分组管理工作，通过pid
性能评估节点管理器，依据全厂各分厂或作业部的层级关系，创建与pid性能评估工作站对应的虚拟pid节点，即图2所示的pid节点1、pid节点2
……
pid节点n；接着，为每个虚拟pid节点配置分厂pid性能评估服务的ip地址和端口号，将刚刚创建的虚拟pid节点与具体分厂作业部中的pid性能评估工作站的访问连接地址进行绑定并生成一个节点访问映射表，最终完成全厂监控中各作业部的分组配置工作。
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2）用户权限配置：超级管理员用户利用组态软件模块中的权限管理单元，新建一个操作管理员用户；依据该操作管理员用户负责的区域范围，为其绑定相关区域的访问权限，如：访问区域包括全厂、分厂作业部和pid工作站三种类型区域。完成配置之后，还可以通过测试连接功能，对刚刚配置的访问权限进行校验，判断当前用户的访问权限是否得到有效配置。
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3）保存并提交组态信息，完成分组管理、访问权限配置和和制定监控计划之后，可通过在线提交工具，将这些组态信息保存到组态文件中，并通过调用全厂监控服务的组态接口，将组态信息下发给全厂监控服务模块，让全厂监控服务模块按照组态配置信息对全厂装置执行监控计划。
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全厂监控服务器负责对全厂装置的整体投运情况，进行在线监控、实时评估、二次统计，辅助管理人员实时了解全厂装置的总体运行情况。
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全厂监控服务模块100主要由：全厂评估与分析模块101、计算引擎102、任务调度器103、计划任务单元104、关系数据库105、数据访问器106等部分组成。具体原理和全厂监控系统模块框架如图3所示，其中：全厂监控服务启动之后，将发布节点上线注册事件，所有的pid性能评估工作站节点启动之后，将订阅该事件并自动地向全厂监控服务器的工作站上线管理模块500，注册pid性能评估工作站节点上线消息，一旦上线成功之后，全厂监控服务模块将与安装在pid性能评估工作站里的pid性能评估软件的后台服务构建心跳应答机制，对当前节点的运行状态进行实时监控。
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当发现节点异常之后，节点管理器将在关系映射表中，将该节点的运行状态信息更新为离线状态并给出报警提示。
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全厂监控服务在任务调度时，将根据节点名称对应的链接地址，直接跳转到指定pid性能评估工作站服务器中，从该服务器中获取当前节点下所属装置的实时运行状态、评估报告和统计信息等。
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全厂监控服务模块通过内部的计划任务单元104，负责接受组态软件模块下发的监控任务和评估任务等组态信息，根据任务类型，生成对应的计算任务并推送到任务调度器103中。
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所述任务调度器103根据任务执行周期，为计算引擎102提供计算任务包，将计算任务投递到计算引擎102中。
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所述计算引擎102根据具体执行任务的内容，依次通过数据访问器106、pid工作站访问器400、工作站上线管理模块500和数据通讯组件300，向pid工作站发出数据访问请求；随后，计算引擎102通过调用全厂评估与分析模块101，对请求到的pid工作站数据，开始周期性的性能评估和实时监控任务；最后，再通过数据访问器106，将计算的结果存储到关系数据库105中。
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所述关系数据库105负责存储全厂监控服务的评估与统计结果。所述全厂监控服务接口负责接收上级应用系统访问请求，从关系数据库105中查出全厂装置的投运信息和评估结果并返回给上级应用系统。
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所述全厂评估与分析模块101主要负责对全厂各作业部pid性能评估工作站运行状态进行报警监控、基于历史数据的性能评估和基于评估报告的二次统计等。
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所述pid性能评估工作站负责提供作业部中被控装置的包括运行状态、自控率、平稳率等实时投运信息，这些信息主要用于报警监控；基于历史数据的回路或装置的评估报告，这些信息后面用于在线诊断提供评判依据；基于回路或装置评估报告的二次统计结果的统计报告，用于对整个工厂的运行状态进行统计分析。所述被控装置包括多个回路，单个回路进行评估，得到回路评估报告，然后将多个回路耦合起来进行装置级评估，可得到装置评估报告。pid工作站只能提供单节点装置的评估与统计报告，全厂监控服务器需要对这些信息进行汇总，展开二次统计分析处理。
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本发明实施例的全厂监控系统的监控方法具体流程如下：1）组态信息的配置：首先，超级管理员通过组态软件模块新建作业部分组名称，完成该操作之后，将在组态软件上生成一个树状根节点；之后，在该根节点下创建作业部节点并设置该作业部节点的名称及其关联的pid工作站的ip和端口，配置成功之后，系统将自动生成该节点的访问连接地址；接着，创建用户，通过权限管理模块，新建一个用户并完成用户名、登录密码、访问权限的设置；在完成上述操作之后，可通过测试连接功能，分别对新建的作业部、用户访问权限、pid工作站以及pid工作站节点之间的通讯状态进行测试，确认上述操作过程是否正确配置；最后，通过提交操作，将组态信息提交到全厂监控服务中的计划任务单元中。
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2）执行任务：全厂监控服务模块中的计划任务单元，在获取到组态软件模块提交过来的组态信息之后，将根据任务类型，创建相应类型的计算任务如：实时监控任务、基于历史数据的评估任务和基于评估报告的二次统计任务等，并将计算任务投递到任务调度器103中；接着，任务调度器103根据任务执行周期，将计算任务投递到计算引擎102中；计算引擎102根据具体执行任务的内容，依次通过数据访问器106、pid工作站访问器、工作站上线管理模块和数据通讯组件，向pid工作站发出数据访问请求；随后，计算引擎102通过调用全厂评估与分析模块101，对请求到的pid工作站数据进行数据分析；最后，再通过数据访问器106，将计算的结果存储到关系数据库105中。
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3）数据展示：上级应用系统，包括web端、移动端、报警监控等终端，依次通过全厂监控服务接口107、数据访问器106和关系数据库105，将全厂装置的监控信息、评估与统计结果实时地展现在前端用户界面，最终实现对全厂各个作业部装置运行情况进行集中监控的目的。