某鉛鋅廠生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)MES的實施方案

引言

    某集團(tuán)公司年生產(chǎn)能力10萬t的鉛鋅廠2009年進(jìn)行一期技術(shù)改造，對其主體生產(chǎn)車間焙燒、硫酸進(jìn)行了工藝與擴(kuò)能改造，2011年底啟動了二次技改，將針對其它主體車間進(jìn)行工藝與擴(kuò)能改造。根據(jù)集團(tuán)公司要求，在二次技改中，該廠將實施MES(生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng))項目，與集團(tuán)公司的ERP(企業(yè)資源計劃)項目對接，針對此要求，經(jīng)過調(diào)研，我們?yōu)樵搹S制定了MES項目實施方案。

2 MES系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    在一次技改中，該廠在焙燒、硫酸車間實施了DCS系統(tǒng)，完成了基礎(chǔ)過程自動化生產(chǎn)數(shù)據(jù)(工藝數(shù)據(jù)、設(shè)備控制狀態(tài)、材料能源消耗等)的采集，實現(xiàn)的DCS系統(tǒng)留有標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口協(xié)議0PC，能將車間全部數(shù)據(jù)傳到廠生產(chǎn)控制中心。同時該廠在一期技改中完成了全廠光纖網(wǎng)絡(luò)的預(yù)布設(shè)，為二期技改與廠MES項目的實施做好了網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)備工作。

    根據(jù)我們的調(diào)研結(jié)果，該廠的MES信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將分為兩層：基礎(chǔ)過程自動化控制系統(tǒng)(PCS)層和MES兩層，PCS系統(tǒng)將隨著二次技改在各車間分步實施，在完成各車間PCS系統(tǒng)的實施后，再統(tǒng)一實施全廠MES系統(tǒng)，且與集團(tuán)公司ERP項目銜接。

2.1 PCS層

    PCS層完成基礎(chǔ)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時采集，在車間控制室實現(xiàn)對工藝參數(shù)的控制，對關(guān)鍵設(shè)備、成套裝置的控制與監(jiān)視，并對主要原料與能源消耗進(jìn)行秒級采集及統(tǒng)計分析，所有各類數(shù)據(jù)都保存在實時數(shù)據(jù)庫，通過OPC數(shù)據(jù)接口遠(yuǎn)傳至廠生產(chǎn)控制中心。PCS最重要的功能就是實現(xiàn)車間一級的生產(chǎn)調(diào)度、設(shè)備、材料能源及中間產(chǎn)品的質(zhì)量控制。

2.2 MES層

    MES數(shù)據(jù)服務(wù)器平臺設(shè)在廠生產(chǎn)控制中心，接受各車間傳輸來的不同類數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)歸檔在廠級實時數(shù)據(jù)庫。MES層與PCS層間采用工業(yè)以太網(wǎng)連接，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)接口OPC，通訊協(xié)議采用最流行的ProfibusDP和ProfibusNET。MES層生產(chǎn)控制中心擁有最高權(quán)限，不僅完成對PCS層的控制，同時也實現(xiàn)對各職能部門的調(diào)度指揮。各職能部門通過Internet網(wǎng)協(xié)議TCWIP與MES數(shù)據(jù)服務(wù)器連接，按不同職能與管理權(quán)限實現(xiàn)對MES層數(shù)據(jù)資源的管理與調(diào)度配置。

    MES層通過遠(yuǎn)程光纖交換機(jī)與集團(tuán)公司實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

3 MES系統(tǒng)的功能

3.1 MES與ERP和PCS之間的信息關(guān)系

    MES根據(jù)底層控制系統(tǒng)采集的與生產(chǎn)有關(guān)的實時數(shù)據(jù)，進(jìn)行一定周期生產(chǎn)作業(yè)的計劃調(diào)度、監(jiān)控、資源配置和生產(chǎn)過程的優(yōu)化等工作。MES與ERP層和PCS層的信息交互關(guān)系如圖1。

圖1 MES與EPR層和PCS層的信息交互關(guān)系

    MES層采集生產(chǎn)過程和投產(chǎn)裝置的生產(chǎn)控制系統(tǒng)過程數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)進(jìn)行秒級刷新，匯總在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺，模擬顯示全廠生產(chǎn)流程工況，完成實時／歷史曲線的分析統(tǒng)計顯示，監(jiān)控生產(chǎn)、關(guān)鍵設(shè)備的運行情況，對異常狀況警示報警，實現(xiàn)生產(chǎn)流程和主體設(shè)備的安全聯(lián)鎖，完成各類報表等功能性開發(fā)應(yīng)用。

    MES系統(tǒng)屏蔽了不同控制系統(tǒng)、層級之間的差異，避免數(shù)據(jù)的冗余，提高數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)速度，并針對下層與上層、現(xiàn)狀及未來需求，可定制開發(fā)相關(guān)應(yīng)用，并對外提供統(tǒng)計、分析等功能。根據(jù)該鉛鋅廠生產(chǎn)現(xiàn)狀與管理模式，結(jié)合MES與生產(chǎn)調(diào)度及資源優(yōu)化的模型，確立該鉛鋅廠的MES系統(tǒng)信息傳輸流程關(guān)系如圖2。

圖2 MES系統(tǒng)信息傳輸流程關(guān)系

3.2 設(shè)計MES系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能

    根據(jù)該鉛鋅廠的需求，MES系統(tǒng)設(shè)計了生產(chǎn)管理、物料調(diào)度管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、信息查詢及能源管理等模塊。

    3.2.1 生產(chǎn)管理

    生產(chǎn)管理是MES系統(tǒng)的核心部分，主要包括：

    生產(chǎn)計劃的制定與執(zhí)行；生產(chǎn)能力計劃的預(yù)測與制定；監(jiān)視和組織來自人員、儀器和底層控制操作數(shù)據(jù)以及工序，物料信息；生產(chǎn)過程與產(chǎn)品管理、質(zhì)量管理；實時查詢、統(tǒng)計各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)；生成相關(guān)報表，實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的展現(xiàn)。

    3.2.2 物料調(diào)度管理

    該模塊能實現(xiàn)該鉛鋅廠內(nèi)物流的動態(tài)管理。系統(tǒng)從車間需求、采購計劃、人庫管理、出庫管理、庫存盤點等主要環(huán)節(jié)進(jìn)行動態(tài)信息化管理，從而使相關(guān)人員動態(tài)掌握庫存信息和車間需求，及時制定計劃，滿足企業(yè)需求，減少庫存時間，降低成本，提高效率。

    3.2.3 質(zhì)量管理

    質(zhì)量管理模塊提供對從制造過程收集來的數(shù)據(jù)實時的測量分析，來確保產(chǎn)品質(zhì)量控制以及標(biāo)記需要被注意的問題。它可以提出一些建議來糾正問題，包括一些有關(guān)聯(lián)的癥狀、操作和結(jié)果來確定問題的來源。

    3.2.4 設(shè)備管理

    設(shè)備管理包括設(shè)備臺帳、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、設(shè)備運行管理、設(shè)備預(yù)防性維護(hù)管理、設(shè)備巡檢、故障分析等。通過設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)的建立，對關(guān)鍵設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，保證設(shè)備運行在正常狀態(tài)；使得企業(yè)可以不斷完善設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)項目和周期，逐步建立起良好的設(shè)備預(yù)防維修機(jī)制，提高設(shè)備的保障能力。通過規(guī)范設(shè)備故障維修管理，建立設(shè)備維修支持系統(tǒng)，提高設(shè)備維修水平。同時充分利用各種設(shè)備數(shù)據(jù)，加強(qiáng)對設(shè)備狀態(tài)的分析研究，進(jìn)一步提高企業(yè)設(shè)備管理水平。根據(jù)生產(chǎn)線設(shè)備運行情況，自動記錄各設(shè)備的運行時間、停機(jī)時聞、設(shè)備的故障類型、各類型故障時間、事故、巡檢、點檢、精度檢驗、運行狀態(tài)監(jiān)測等幾個方面的內(nèi)容。

    3.2.5 信息查詢

    信息查詢模塊可以提供的查詢包括：物料信息、生產(chǎn)信息、原材料信息、銷售出庫信息等基本資料。

    3.2.6 能源管理模塊

    通過建立網(wǎng)狀能源計量體系，全面監(jiān)控企業(yè)能源消耗及管網(wǎng)運行情況，實現(xiàn)能源監(jiān)測和計量自動化，達(dá)到信息共享、自動數(shù)據(jù)處理和分析的目標(biāo)。主要包括能源基本信息、計量、平衡、監(jiān)控等內(nèi)容。通過能源的管理和考核，挖掘節(jié)能潛力，提高能源利用率，促進(jìn)企業(yè)節(jié)能降耗增效。完成生產(chǎn)線的能源計劃、分配消耗等工作。

4 MES系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)

    MES系統(tǒng)軟件實現(xiàn)主要在兩個方面。

4.1 對PCS層

    利用圖形組態(tài)軟件和實時數(shù)據(jù)庫進(jìn)行開發(fā)，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的可視化顯示，圖形組態(tài)工具提供監(jiān)視與控制手段，系統(tǒng)以模擬圖的方式顯示生產(chǎn)現(xiàn)場系統(tǒng)運行實際情況，包括物料消耗、生產(chǎn)狀態(tài)、設(shè)備運行參數(shù)等，實時預(yù)測生產(chǎn)現(xiàn)場的各項指標(biāo)。數(shù)據(jù)的顯示方式包括模擬量的實時數(shù)字顯示，開關(guān)量的實時圖形顯示、實時棒圖顯示等，實時數(shù)據(jù)的列表式顯示以及實時數(shù)據(jù)的計算結(jié)果顯示等；當(dāng)數(shù)據(jù)超過規(guī)定的限值時，系統(tǒng)可自動產(chǎn)生報警信息，反映出生產(chǎn)現(xiàn)場系統(tǒng)運行的實際情況。

4.2 對MES層

    開發(fā)統(tǒng)一的生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理、設(shè)備管理、材料消耗動態(tài)管理、產(chǎn)品質(zhì)量管理及資源調(diào)度計劃模塊，對各類數(shù)據(jù)加工整合，模塊間無縫集成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息與物流實態(tài)的同步變化，實時管控一體化，消除管控過程中信息孤島及滯后性，并具有可預(yù)測性、可控制的資源管理和調(diào)度。

5 結(jié)語

    根據(jù)鉛鋅廠的實際情況，生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)的實施，其快速的數(shù)據(jù)采集能力、高效的數(shù)據(jù)壓縮效率、友好的數(shù)據(jù)存取界面、高可靠性和易管理性能夠給企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營帶來極大的改善，能夠消除生產(chǎn)工序之間的信息阻斷，能對工序間的操作變化做出及時調(diào)整。在將來與ERP系統(tǒng)集成時能夠很好的與過程控制系統(tǒng)(PCS)之間的信息進(jìn)行交流，使管理者能及時準(zhǔn)確地掌握生產(chǎn)一線的信息，協(xié)調(diào)暢通，決策迅速。有效地對生產(chǎn)資源進(jìn)行分配，同時具有高效的生產(chǎn)能力分析和生產(chǎn)排產(chǎn)手段。MES系統(tǒng)如在該鉛鋅冶煉廠實施其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會效應(yīng)，將會影響和帶動企業(yè)信息化建設(shè)的步伐。合理有效的規(guī)劃資金投入，帶來生產(chǎn)管理水平的全面提升，企業(yè)生產(chǎn)組織理念的轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)過程信息化的全面介入，為企業(yè)的科技進(jìn)步與推動企業(yè)生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變發(fā)揮不可替代的作用。

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