節能環保安全一體化MES在氯堿行業的應用

李春江

（新疆天業（集團）有限公司，石河子 832000）

氯堿行業主要以燒堿和聚氯乙烯產品為主，該類化工企業的生產過程存在環境污染、危險性高、能耗高等問題，而且每個單元相互獨立，無法共享數據和信息。另外，企業管理者無法全面統計分析生產數據，為生產提出更節能增效的解決方案，也無法及時發現生產中的安全隱患，如有毒氣體的泄露、泄露點和泄露現場情況。以下針對某氯堿行業兩化融合示范企業的生產過程特點，從裝置的工藝指標、安全環保指標、能耗指標等多層次指標管理出發，在現有DCS基礎上，進行數據集中采集、監控和管理，開發適合氯堿行業的以節能、環保和安全為核心的制造執行系統MES，為氯堿企業安全、節能、高效生產提供有力工具。

1 MES在企業管理中的地位和作用

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

如果企業管理以DCS與ERP系統為主，則無法將兩個系統的數據進行有效自動關聯，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，貫通整個數據鏈，通過集中監控實時生產數據和安全環保數據，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據，綜合評估統計分析數據，實現生產過程的安全、節能、高效運行[3-4]。

2 MES關鍵技術

2.1 工廠建模技術

從示范企業的實際業務流程環節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標準和統一共享的工廠模型、業務模型以及數據接口服務。因此工廠建模平臺是MES產品的核心組成部分。

工廠建模工具支持統一的物理工廠和邏輯對象工廠數據模型建模，主要包括區域、車間、裝置、管線、物料、介質、儀表、庫區、化驗分析樣點、關鍵技術指標、產率模型等元素，為各個MES應用系統提供完整統一的數據模型，并為上層業務模塊提供基礎數據支撐。

為了將工廠中的物理裝置設備、組織管理機構、生產物料等多元信息集成到工廠模型之中，實現統一的物理工廠和邏輯對象工廠數據模型體系的建立，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 數據集成及可配置化平臺技術

MES不僅要解決生產系統中的信息孤島問題，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的信息集成，規范企業生產所產生的信息，形成生產信息中心，對企業各個層次的應用系統提供信息支撐，上至ERP相關管理數據源頭，下至DCS/PLC現場數據的匯聚，將企業各個層次信息有效聯系在一起。所提出的氯堿行業數據集成平臺具有以下特征：提供統一的信息互訪服務，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；提供統一的數據集成接口，實時數據庫、關系數據庫、平面文件。

3 MES主要功能與應用效果

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

MES基于“三層兩庫”（即數據采集層、數據處理層、數據應用層；實時數據庫、關系數據庫）的信息化模型設計，通過管理網和控制網實現信息 “自下而上、自上而下”的雙向通訊。針對國內某氯堿行業示范企業，整個MES包括能源監控、產耗預測、生產計劃、調度、統計、安全、質量、設備和成本管理、實時報警、領導查詢等子系統，將分散的數據通過平臺得到集中的展示與管理。系統整體構架如圖2所示。

圖2 MES產品總體構架Fig.2 Overall framework of MES product

1）過程監控

基于大型實時數據庫軟件ESP-iSYS和圖形化組態平臺，能夠實現各車間裝置流程圖監視、關鍵參數實時監控、位號實時趨勢瀏覽和位號歷時數據查詢等功能，使企業各級用戶看到一致、實時、準確的生產數據。過程監控界面如圖3所示。

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

2）安全管理

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

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

災害一旦發生，能直觀地顯示災害的準確位置，協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

設備管理包括狀態監測、資產管理、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，幫助企業提高設備的利用率、完好率，保障設備的連續運轉，延長設備使用壽命，降低設備的運行維護成本，實現設備資產、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的檔案，并應用這些關鍵參數來考核生產平穩率、監測當前生產數據，為運行管理提供了交接班記錄和操作指令的創建與發送。

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

5）質量管理

通過采集集團化驗室管理系統的原材料及成品化驗分析數據，并與分類錄入的中間產品化驗結果集成，通過數據整合，形成原料、產品品質趨勢圖和合格率統計表。質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，并能將影響產品質量的化驗結果及時通過平臺反饋到生產調度，提供輔助決策。

6）生產統計

生產統計模塊能夠幫助企業實現實時、歷史統計數據的快速查詢、查看、導出等功能，并且幫助企業管理人員進行統計分析，如圖7所示。查詢范圍包括班組級、車間級等區域查詢，統計報表的種類和樣式由報表組態軟件靈活設置，可實現日報、月報、季報、年報等多種樣式。生產統計報表包括：生產日月年報、能耗日月年報、裝置產量、能耗日月年報、原料庫存日月年報和成品庫存日報等。

圖7 生產統計分析界面Fig.7 Interface of production statistical analysis

7）生產計劃

根據氯堿企業生產與管理特點，一條生產線基本上生產一兩個配方的產品。生產部下發月生產計劃和周生產計劃，并分解為生產作業計劃下發到班組，班組根據作業計劃進行生產活動。生產計劃模塊主要包括：計劃錄入與報表生成、計劃查詢、計劃完成情況跟蹤等功能。生產計劃界面如圖8所示。

圖8 生產計劃界面Fig.8 Interface of production planning

8）領導查詢

領導查詢系統是一個綜合性的系統，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、綜合生產報表、生產匯總表、消耗匯總表、主要產品質量等等，便于領導查詢產量、消耗、質量及主要工藝指標的完成情況。該系統的主要模塊有流程圖監視、實時數據查詢、統計報表查詢等。主要查詢內容包括關鍵生產指標、技術經濟指標、重要指標趨勢圖、綜合生產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

節能安全環保一體化的氯堿行業MES在某示范企業運行后取得了明顯的成效，不僅打破了生產數據和ERP數據的“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、環保和安全信息。通過全方位的生產統計、能源管理、安全管理、質量管理和設備管理等功能，使生產運行更加穩定，明顯提高了數據分析效率，提高了產品質量，降低了產品單耗。化工企業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，得到了生產管理人員的認可和歡迎。

[1]肖明，劉衛紅.氯堿行業MES系統的開發與應用[J].數字石油和化工，2007，25（10）：54-58.

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

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

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