節(jié)能環(huán)保安全一體化MES在氯堿行業(yè)的應用

李春江

（新疆天業(yè)（集團）有限公司，石河子 832000）

氯堿行業(yè)主要以燒堿和聚氯乙烯產(chǎn)品為主，該類化工企業(yè)的生產(chǎn)過程存在環(huán)境污染、危險性高、能耗高等問題，而且每個單元相互獨立，無法共享數(shù)據(jù)和信息。另外，企業(yè)管理者無法全面統(tǒng)計分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)提出更節(jié)能增效的解決方案，也無法及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的安全隱患，如有毒氣體的泄露、泄露點和泄露現(xiàn)場情況。以下針對某氯堿行業(yè)兩化融合示范企業(yè)的生產(chǎn)過程特點，從裝置的工藝指標、安全環(huán)保指標、能耗指標等多層次指標管理出發(fā)，在現(xiàn)有DCS基礎上，進行數(shù)據(jù)集中采集、監(jiān)控和管理，開發(fā)適合氯堿行業(yè)的以節(jié)能、環(huán)保和安全為核心的制造執(zhí)行系統(tǒng)MES，為氯堿企業(yè)安全、節(jié)能、高效生產(chǎn)提供有力工具。

1 MES在企業(yè)管理中的地位和作用

對于大多數(shù)企業(yè)來說，DCS與ERP系統(tǒng)都是相互獨立的，由于ERP系統(tǒng)的服務對象是企業(yè)管理的上層，一般對車間層的管理流程不提供直接和詳細的支持。而現(xiàn)場自動化系統(tǒng)的功能主要在于現(xiàn)場設備和工藝參數(shù)的監(jiān)控，它可以向管理人員提供現(xiàn)場檢測和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，但是本身并非真正意義上的管理系統(tǒng)。所以，ERP系統(tǒng)和現(xiàn)場自動化系統(tǒng)之間出現(xiàn)了管理信息方面的“斷層”，對于用戶車間層面的調(diào)度和管理要求，它們往往顯得束手無策或功能薄弱[1]。

如果企業(yè)管理以DCS與ERP系統(tǒng)為主，則無法將兩個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行有效自動關聯(lián)，更無法進行快速分析，從而給出解決方案[2]。采用MES可以起到承上啟下的作用，貫通整個數(shù)據(jù)鏈，通過集中監(jiān)控實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)和安全環(huán)保數(shù)據(jù)，主動推送危險源預警信息和應急預案，自動獲取物料平衡和成本效益核算數(shù)據(jù)，綜合評估統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的安全、節(jié)能、高效運行[3-4]。

2 MES關鍵技術

2.1 工廠建模技術

從示范企業(yè)的實際業(yè)務流程環(huán)節(jié)中提取出模型要素和結構特征，分別對人員、設備、物流和能流進行抽象建模，構建了MES的工廠建模平臺。它作為統(tǒng)一建模平臺框架，將為MES的各個應用套件提供符合ISA95標準和統(tǒng)一共享的工廠模型、業(yè)務模型以及數(shù)據(jù)接口服務。因此工廠建模平臺是MES產(chǎn)品的核心組成部分。

工廠建模工具支持統(tǒng)一的物理工廠和邏輯對象工廠數(shù)據(jù)模型建模，主要包括區(qū)域、車間、裝置、管線、物料、介質(zhì)、儀表、庫區(qū)、化驗分析樣點、關鍵技術指標、產(chǎn)率模型等元素，為各個MES應用系統(tǒng)提供完整統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，并為上層業(yè)務模塊提供基礎數(shù)據(jù)支撐。

為了將工廠中的物理裝置設備、組織管理機構、生產(chǎn)物料等多元信息集成到工廠模型之中，實現(xiàn)統(tǒng)一的物理工廠和邏輯對象工廠數(shù)據(jù)模型體系的建立，構建了多層次遞階工廠模型，如圖1所示。

圖1 多層遞階工廠模型層次Fig.1 Level graph of multi-layer hierarchical plant model

2.2 數(shù)據(jù)集成及可配置化平臺技術

MES不僅要解決生產(chǎn)系統(tǒng)中的信息孤島問題，還要形成一個可互操作、快速反應的信息交換平臺。由平臺負責各個應用系統(tǒng)的信息集成，規(guī)范企業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的信息，形成生產(chǎn)信息中心，對企業(yè)各個層次的應用系統(tǒng)提供信息支撐，上至ERP相關管理數(shù)據(jù)源頭，下至DCS/PLC現(xiàn)場數(shù)據(jù)的匯聚，將企業(yè)各個層次信息有效聯(lián)系在一起。所提出的氯堿行業(yè)數(shù)據(jù)集成平臺具有以下特征：提供統(tǒng)一的信息互訪服務，B2MML支持、Web Services等；對基礎信息進行管理，如組織機構管理、用戶管理、權限管理；提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集成接口，實時數(shù)據(jù)庫、關系數(shù)據(jù)庫、平面文件。

3 MES主要功能與應用效果

組根據(jù)氯堿企業(yè)的生產(chǎn)特點和運行要求，采用工廠建模、數(shù)據(jù)集成與可配置化平臺等技術，配置適合的業(yè)務模塊，設計了適合氯堿行業(yè)的先進信息化MES，實現(xiàn)了以下目標：①實時監(jiān)測不同獨立系統(tǒng)的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，方便分析各系統(tǒng)之間關鍵參數(shù)的相互影響，便于領導及時指揮調(diào)度；②整合自定義工藝參數(shù)，效驗生產(chǎn)運行的平穩(wěn)性，快速分析其平穩(wěn)率低下的因素；③通過危險源GIS地圖，即時通知危險情況、發(fā)送對應的應急預案，通過視頻直觀的了解現(xiàn)場實際情況。

MES基于“三層兩庫”（即數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)應用層；實時數(shù)據(jù)庫、關系數(shù)據(jù)庫）的信息化模型設計，通過管理網(wǎng)和控制網(wǎng)實現(xiàn)信息 “自下而上、自上而下”的雙向通訊。針對國內(nèi)某氯堿行業(yè)示范企業(yè)，整個MES包括能源監(jiān)控、產(chǎn)耗預測、生產(chǎn)計劃、調(diào)度、統(tǒng)計、安全、質(zhì)量、設備和成本管理、實時報警、領導查詢等子系統(tǒng)，將分散的數(shù)據(jù)通過平臺得到集中的展示與管理。系統(tǒng)整體構架如圖2所示。

圖2 MES產(chǎn)品總體構架Fig.2 Overall framework of MES product

1）過程監(jiān)控

基于大型實時數(shù)據(jù)庫軟件ESP-iSYS和圖形化組態(tài)平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)各車間裝置流程圖監(jiān)視、關鍵參數(shù)實時監(jiān)控、位號實時趨勢瀏覽和位號歷時數(shù)據(jù)查詢等功能，使企業(yè)各級用戶看到一致、實時、準確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。過程監(jiān)控界面如圖3所示。

圖3 過程實時監(jiān)控界面Fig.3 Interface of real-time process monitoring

2）安全管理

由于氯堿生產(chǎn)過程中涉及到有毒易爆輻射性強的高危險源物質(zhì)，例如氯氣、氫氣、二次鹽水、氯化氫、乙炔等介質(zhì)，一旦發(fā)生泄露或突發(fā)事件很容易造成人員死亡及環(huán)境破壞。為此，建立了全廠的安全管理系統(tǒng)，將全廠的GIS（電子地圖）信息、現(xiàn)場報警系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)、氣候條件、突發(fā)事故預案進行了有效的集成，使全廠的安全生產(chǎn)做到了可控、可防、可視。安全管理系統(tǒng)界面如圖4所示。

圖4 安全管理界面Fig.4 Interface of security management

災害一旦發(fā)生，能直觀地顯示災害的準確位置，協(xié)助指揮人員進行災害范圍和危害性的預測，并及時提供預先編制的應急預案；指揮人員憑權限僅需簡單的操作，即可發(fā)出相應的指揮命令，啟動應急措施，以防止事故的擴大。

3）設備管理

設備管理包括狀態(tài)監(jiān)測、資產(chǎn)管理、運行管理和綜合分析等功能模塊，如圖5所示。通過信息化手段，幫助企業(yè)提高設備的利用率、完好率，保障設備的連續(xù)運轉，延長設備使用壽命，降低設備的運行維護成本，實現(xiàn)設備資產(chǎn)、運行、維護、工單、備件等管理工作的信息化。

圖5 設備管理界面Fig.5 Interface of equipment management

4）工藝管理

工藝管理包括工藝卡片管理、運行指標考核、工藝指標對比、操作平穩(wěn)率考核、交接班管理和操作指令管理等功能模塊。工藝管理界面如圖6所示，建立了關鍵工藝參數(shù)的檔案，并應用這些關鍵參數(shù)來考核生產(chǎn)平穩(wěn)率、監(jiān)測當前生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為運行管理提供了交接班記錄和操作指令的創(chuàng)建與發(fā)送。

圖6 工藝管理界面Fig.6 Interface of technology management

5）質(zhì)量管理

通過采集集團化驗室管理系統(tǒng)的原材料及成品化驗分析數(shù)據(jù)，并與分類錄入的中間產(chǎn)品化驗結果集成，通過數(shù)據(jù)整合，形成原料、產(chǎn)品品質(zhì)趨勢圖和合格率統(tǒng)計表。質(zhì)量管理模塊可為不同管理者提供月報、日報、周報等多種形式報表，并能將影響產(chǎn)品質(zhì)量的化驗結果及時通過平臺反饋到生產(chǎn)調(diào)度，提供輔助決策。

6）生產(chǎn)統(tǒng)計

生產(chǎn)統(tǒng)計模塊能夠幫助企業(yè)實現(xiàn)實時、歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)的快速查詢、查看、導出等功能，并且?guī)椭髽I(yè)管理人員進行統(tǒng)計分析，如圖7所示。查詢范圍包括班組級、車間級等區(qū)域查詢，統(tǒng)計報表的種類和樣式由報表組態(tài)軟件靈活設置，可實現(xiàn)日報、月報、季報、年報等多種樣式。生產(chǎn)統(tǒng)計報表包括：生產(chǎn)日月年報、能耗日月年報、裝置產(chǎn)量、能耗日月年報、原料庫存日月年報和成品庫存日報等。

圖7 生產(chǎn)統(tǒng)計分析界面Fig.7 Interface of production statistical analysis

7）生產(chǎn)計劃

根據(jù)氯堿企業(yè)生產(chǎn)與管理特點，一條生產(chǎn)線基本上生產(chǎn)一兩個配方的產(chǎn)品。生產(chǎn)部下發(fā)月生產(chǎn)計劃和周生產(chǎn)計劃，并分解為生產(chǎn)作業(yè)計劃下發(fā)到班組，班組根據(jù)作業(yè)計劃進行生產(chǎn)活動。生產(chǎn)計劃模塊主要包括：計劃錄入與報表生成、計劃查詢、計劃完成情況跟蹤等功能。生產(chǎn)計劃界面如圖8所示。

圖8 生產(chǎn)計劃界面Fig.8 Interface of production planning

8）領導查詢

領導查詢系統(tǒng)是一個綜合性的系統(tǒng)，如圖9所示。它將領導所關心的一些流程圖、趨勢圖、報表等匯集在一起，例如公用工程的流程圖、重要指標的趨勢圖、重要設備狀況表、綜合生產(chǎn)報表、生產(chǎn)匯總表、消耗匯總表、主要產(chǎn)品質(zhì)量等等，便于領導查詢產(chǎn)量、消耗、質(zhì)量及主要工藝指標的完成情況。該系統(tǒng)的主要模塊有流程圖監(jiān)視、實時數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計報表查詢等。主要查詢內(nèi)容包括關鍵生產(chǎn)指標、技術經(jīng)濟指標、重要指標趨勢圖、綜合生產(chǎn)報表和能源消耗情況等。

圖9 領導查詢和綜合展示界面Fig.9 Interface of leadership inquiry and comprehensive display

4 結語

節(jié)能安全環(huán)保一體化的氯堿行業(yè)MES在某示范企業(yè)運行后取得了明顯的成效，不僅打破了生產(chǎn)數(shù)據(jù)和ERP數(shù)據(jù)的“孤島性”，還為各級管理和工藝人員提供了直觀、準確、可靠的能源、物料、環(huán)保和安全信息。通過全方位的生產(chǎn)統(tǒng)計、能源管理、安全管理、質(zhì)量管理和設備管理等功能，使生產(chǎn)運行更加穩(wěn)定，明顯提高了數(shù)據(jù)分析效率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了產(chǎn)品單耗?；て髽I(yè)最關注的安全問題也通過MES得到了很好的保障。此外，MES還起到降低管理人員勞動強度的作用，提高了工作效率和管理水平，得到了生產(chǎn)管理人員的認可和歡迎。

[1]肖明，劉衛(wèi)紅.氯堿行業(yè)MES系統(tǒng)的開發(fā)與應用[J].數(shù)字石油和化工，2007，25（10）：54-58.

[2]康長永，趙玄.MES系統(tǒng)在氯堿企業(yè)中的應用[J].中國氯堿，2013，23（3）：44-45.

[3]李崇山.MES在氯堿化工企業(yè)中的應用[J].陜西煤炭，2013，32（1）：132-134.

[4]李寧.氯堿生產(chǎn)過程中節(jié)能降耗措施的探討[J].氯堿工業(yè)，2012，48（9）：41-45.