集團級信息管理控制系統的應用

馮蘭洲 ，李志丹，殷 杰 ，張曉麗

1 引言

目前國內外還沒有形成一個被廣泛認可的水泥行業集團級信息管理控制系統。國外水泥設備制造商中，ABB、施耐德、西門子、F.L.Smidth等公司雖然都有自己的能源管理系統、優化控制系統、信息管理系統，但是各個系統幾乎都是獨立的，無法在統一的平臺上共享數據，也未形成管控一體化的體系，只是對一部分能源管理和設備巡檢、運維管理進行了初步的統計。在國內，中材邦業公司已經為南方水泥集團有限公司建立了一套集團級水泥生產信息管理系統，將生產監控、停機維護、熟料生產計劃、庫存管理等整合成為全階段、全流程和全范圍的信息化管理平臺。搭建水泥集團級管理控制系統平臺，實現先進水泥制造技術中多系統平臺間的數據互通，打通企業信息孤島，在統一平臺上進行工業大數據深度發掘，將是水泥行業智能制造的發展方向。

2 技術架構

根據上海南方水泥有限公司對于集團級信息管理控制系統的要求，確定系統的建設遵循“實用、可靠、整體化、標準化、可延展”的原則，突出實用性，符合ISA95 MES功能規范，確保系統具有安全性、穩定性、可擴展性、實時性、可執行性、集成性和可視性等特點。系統采用的Hipermatic平臺軟件擁有自主知識產權，符合國際ISA S95標準。該軟件采用J2EE技術，基于SOA架構，支持集群熱備，支持Oracle、SQL Server等多種數據庫，提供應用客戶端（C/S）、網頁客戶端（B/S）、Web Services客戶端等多種形式，支持熱部署。Factory Talk Production Centre提供了豐富的業務對象，如工藝路徑、物料清單、生產線、設備、操作員、工單、工藝路徑等，具有強大的建模能力，可以創建完整的生產模型和工作流，采用模型驅動的方式規范實際生產作業流程。Hipermatic提供了豐富的輔助工具，如智能報表工具Jasper Report、數據遷移工具Live Transfer、二次開發工具、網頁發布工具等，可以最大程度地滿足客戶個性化需求。

相較于目前主流的平臺軟件產品，Hipermatic平臺的關鍵差異化優勢有：跨平臺支持，Hipermatic平臺支持UNIX、LINUX、WINDOWS等不同平臺的操作系統；負載均衡技術，對中型及大型MES系統的部署，Hipermatic平臺支持多節點冗余和負載均衡（Load Balance）技術；生產數據庫與歷史數據庫實時備份，通過生產數據庫和歷史數據庫的自動遷移技術，優化生產數據庫，形成高效穩定的數據庫；基于UNIX、LINUX操作系統的高性能服務器支持（大規模，穩定性）；二次開發平臺的程序版本管理，不影響生產環境的運行，測試與運行分離；開放的集成接口等。

3 設計原則

一致性原則：項目實施的最終目的是提高生產效率，提高產品質量，減少浪費，降低工作難度，提高生產管理水平。系統的設計目標必須與此保持一致，結合長興南方的實際需求，減少不必要功能，控制成本，盡量避免增加系統使用人員的工作量或復雜程度。

整體性原則：正確規劃企業所需要的應用系統，確定各應用系統之間的界限和相互聯系，尤其要關注在不同階段實施的應用系統之間的銜接關系。信息系統關系到企業生產經營的方方面面，它們共同構成一個有機的整體，因此在制定總體規劃時，應考慮各個部門對信息系統的需求。隨著信息技術的發展、企業內外部環境的變化，總體規劃亦需要相應調整，要具備較好的擴展性，可以根據需要增加或減少子系統，對整體沒有負面影響。

可擴展性原則：要求系統以足夠的靈活性提供更快的實施速度、更方便的客戶化功能、更少的系統維護費用來適應這種變化。

安全性與穩定性原則：集團級信息管理控制系統是生產管理和執行的關鍵，應當具有非常高的可靠性、安全性及容錯性。關鍵服務器要冗余配置，保證系統能夠不間斷地運行；將內網與外網相隔離，避免病毒的侵入；充分考慮數據的保密，在設計時，對不同的用戶設置嚴格的訪問權限；充分考慮系統的異常情況及處理，并對系統運行情況進行詳細的記錄。當系統出現故障時，可以快速地解決問題和恢復運行。

標準性原則：以ISA-S95標準中定義的功能模型為藍本，在技術實現上采用遵循SOA平臺架構、模塊化和組件化成熟的商品化軟件平臺和配套產品；規范應用系統之間的數據集成，減少與周邊系統的耦合度，以便成果的示范和推廣。

4 系統主要功能介紹

該系統開發目的在于管控集團旗下的17家水泥廠的27條熟料生產線的生產，系統主要有生產監控和生產報表兩大功能。

圖1 長興南方2 500t熟料生產監控畫面

4.1 生產監控功能

27條生產線的每條生產線都有2幅畫面反應其實時生產情況。第一幅畫面為燒成系統畫面，主要包括DCS中原料均化庫、燒成窯尾、燒成窯頭、煤粉制備內容的組合。在一幅畫面中反映了整條生產線燒成系統的概況以及所有DCS系統中的主機設備的開關量和模擬量指標，通過關鍵參數可以直接觀察燒成系統的工作情況。第二幅畫面是原料系統畫面，主要包括DCS畫面中的原料粉磨和廢氣處理內容的組合，在一幅畫面中反映生產線中原料粉磨系統的生產情況。由于生產線的實際情況各不相同，磨機的選擇有輥磨、球磨、輥壓機，預熱器的選擇也有單系列和雙系列之分，而因設計年限和設計院的不同，整體的工藝流程也有較大的區別。為了能真實反映實際生產情況，系統提供了大量的素材單元，通過合理的組合以及精確的布局，完美地實現了DCS系統的升華。集團負責人可以隨時掌握27條生產線的實際生產情況，便于統籌安排生產，給出合理的規劃意見。

生產監控畫面見圖1、圖2。

4.2 報表功能

生產報表功能在空間范圍上分為單廠生產報表和大區匯總生產報表，在時間維度上分為生產日報表和生產月報表。

圖2 長興南方2 500t原料粉磨生產監控畫面

圖3 單廠生產日報表

單廠生產日報表（圖3）中包括了單日的熟料產量、停窯時間及原因、停窯次數、窯連續運轉天數、可靠性系數、運轉率、余熱發電量、噸熟料發電量、入窯煤粉發熱量、庫容、當日庫存以及當日庫容比，這些信息可以充分反映生產線當日的總體生產情況。

單廠生產月報表（圖4）中包括了當月的熟料月產、運轉率、可靠性系數、標煤耗、煤應用基低位發熱量、實物煤耗、煤粉空干基低位發熱量、噸熟料煤成本、噸熟料石灰石成本、熟料綜合電耗、噸熟料發電量。月報表的功能主要是統計不同廠區的熟料產量和生產噸熟料的成本，協助廠區管理人員合理安排生產計劃，解決發現的生產問題。

在左側彈出的菜單欄中詳細地列出了大區的報表統計，包括熟料產量、熟料停窯情況、噸熟料發電量、煤粉發熱量、熟料庫存以及日報審核。而大區生產月報表（圖5）包括熟料產量、窯運轉率、窯可靠性系數、標煤耗、實物煤耗、原煤發熱量、煤粉發熱量、噸熟料煤成本、噸熟料石灰石成本、熟料綜合電耗以及月報審計。大區報表的主要功能是對大區范圍內各廠的情況加以統計并對比，找到廠級之間的關聯和區別，有助于協同管理，共同提升管理水平。

4.3 基礎信息管理功能（圖6）

圖4 單廠生產月報表

圖5 大區生產月報表

基礎信息管理功能主要分為對工廠的管理以及對用戶的管理兩個方面。對工廠的管理，包括可以對工廠生產線分別設置班組成員、其他基本信息等功能。而用戶管理功能，包括可單獨賦予不同的用戶以不同權限，也可賦予整個用戶組不同的權限，方便批量操作。系統可創建不同的用戶角色及用戶。用戶數據包括：用戶個人信息、廠別、部門別、班別、角色、類型等信息。對于用戶密碼的管控，系統建立新用戶時設定初始密碼，用戶自定密碼由用戶第一次登陸系統后自行修改確認。

4.4 其他可擴展功能

目前集團級信息管理控制系統的功能針對的是生產管理方面。而系統的多元化接口以及模塊化設計模式，可以方便地接入其他系統或者是開發新的功能管理模塊，其中包括質量管理系統、設備管理系統和能源管理系統。

（1）質量管理系統

質量管理系統的前端化驗儀器數據自動采集軟件，自動接收分析儀器最新化驗數據。采集的數據，經規范化處理后，傳輸存儲到質量信息管理系統服務器數據庫中。其他人工化驗數據，經數據錄入，傳輸存儲到服務器數據庫中。質量數據錄入存儲流程，完全按照設定的業務流程規范進行，對異常數據進行預警提示并發回重做，整個業務流程細節可追溯。系統提供數據查詢、統計分析、圖形化展示功能、化驗人員績效考核、異常自動提醒并智能分析可能原因。在流程控制、質量控制、統計分析、績效考核、智能輔助決策等方面，輔助質量管理及生產管理者推進質量管理精細化、智能化。

圖6 工廠基礎信息管理

（2）設備管理系統

設備管理系統以設備臺賬為基礎，以工單的提交、審批和執行為主線，以提高維修效率、降低總體維護成本為目標，提供故障檢修、計劃維修、狀態檢修等維修保養模式，集成物資管理、預算管理、項目管理、財務管理等應用，實現對設備全生命周期管理，支持設備管理的持續優化。

（3）能源管理系統

水泥生產能源管理系統，實時在線采集能源消耗數據、工藝數據、電氣數據、品質數據，實時計算監測生產線、車間、班組及主要耗能設備的能耗數據及綜合能效水平，當能耗指標超限時自動發出報警信息。通過系統展現的實時和歷史能耗動態信息以及變化趨勢，深入分析研究，掌握能源使用過程中存在的不合理環節，為查找能耗偏高和異常情況提供靈活的分析和診斷工具。同時系統生成的各種能耗統計數據和管理報表，為實施能效對標、設備及人員績效考核提供科學依據，為生產管理運營精細化和生產運營調度提供有效決策輔助。在幫助用戶實現節能增效、降低成本的基礎上，有效提升企業能源管理水平和生產運營水平。

5 結語

集團級生產管控信息化平臺，是水泥智能生產的核心支撐系統，以工藝參數、物料消耗、能源消耗、質量、設備運維、物流銷售等數據為基礎，構建多維度、精細化的水泥企業一體化管控平臺，可以集成生產管理、設備管理、能源管理、質量管理等功能模塊，構建企業生產運營數據資源中心，優化生產調度及運營決策。依托工業實時庫與關系庫的無縫融合，通過對企業生產過程中涉及到的海量工藝運行參數、設備運行數據、能源消耗數據以及眾多質量相關化驗數據的多維度調用，實現多參數、多平臺技術的融合。借助直觀、簡潔的可視化展現，實現綜合查詢、多數據對比、直觀性分析，能有力地提升企業生產操控水平和企業生產效率。

生產管控信息化平臺在一定的深度和廣度上利用計算機技術、網絡技術和數據庫技術，控制和集成化管理企業生產經營活動中的各種信息，實現企業內外部信息的共享和有效利用。企業依托此平臺，能做出有利于生產要素組合優化的決策，合理配置企業資源，完善業務流程，控制生產成本，適應瞬息萬變的市場競爭環境，提高經濟效益。