CIMS技術在工業循環水處理中的應用

分類：技術教程日期：2009-06-03 17:08:53 來源：郭爍、魏立峰、劉德志

摘要：介紹了流程工業CIMS的體系結構、系統功能，并研究了CIMS應用于工業循環水處理中的關鍵技術，該技術在實際應用中已取得良好效果。

關鍵詞：CIMS，工業循環水處理，關鍵技術，信息集成

1 概述

　　企業面對日益國際化和瞬息萬變的市場，應尋求以最快的市場反應速度、最好的產品質量、最低的成本以及最優的服務等方面來贏得市場，求得生存與發展。工業循環水在煉油廠等重工業中占有非常重要的地位，直接關系到企業的經濟效益。目前國內工業循環水處理系統的檢測、控制、操作都集中于一臺計算機，所以危險集中，可靠性難以保障，其控制軟件大多基于DOS操作系統，人機界面簡單，性能單一，不能根據市場作出快速反應，調整循環水的流量、分布等問題。

　　CIMS（即計算機集成制造系統）自1973年由美國Joseph Harrington博士提出后，在全世界工業制造領域獲得廣泛的應用，同時它作為一種先進的生產管理模式，在過程控制系統中，也有許多成功的應用。隨著流程工業CIMS理論與技術的發展，流程工業CIMS是解決流程工業綜合自動化的必然趨勢。水處理過程是一個典型的流程工業過程，因此，針對以上系統存在的問題及循環水加藥系統的特點，我們開發了工業循環水CIMS系統。該CIMS在自動化技術、信息技術、計算機技術和各種生產技術的基礎上，通過計算機網絡和數據庫將工廠全部循環水的狀況信息集成起來，集控制、調度、管理，經營決策于一體，形成一個生產環境不確定性和市場需求多變性的總體最優的高質量、高柔性水處理系統。

2.CIMS的三層體系結構及系統功能

　　2.1 CIMS的三層體系結構

　　計算機集成制造系統開放體系結構（CIM-OSA Computer Intergrated Manufacturing Open system Architecture）是一種對計算機集成制造系統進行規劃設計、實施、運行的系統工具，它為CIMS提供了參考結構，循環水CIMS的體系結構如圖1所示，BPS/MES/PCS三層結構將流程工業CIMS分為單純考慮生產過程問題的過程控制系統PCS，單純考慮企業經營管理問題的企業資源規劃BPS，以及考慮生產與管理結合問題的中間層制造執行系統MES，使流程工業CIMS中原本難以處理的具有生產與管理雙重性質的信息得到解決。

　　①最下層的控制系統（PCS）聚焦于生產過程，以秒為單位監視生產設備的運行狀況，控制整個生產過程。②制造執行系統MES管理整個工廠，考慮工廠整體平衡，注重產品與批次，以分、時為單位跟蹤產品制造過程。MES起著將從生產過程產生的信息和從經營管理活動中產生的信息，以及從生產管理活動中產生的信息進行轉換、加工、傳遞的作用，是生產活動與管理活動信息集成的重要橋梁和紐帶。③經營計劃系統BPS以相同產品為處理對象，焦點在于滿足工廠的生產實際需求，符合生產計劃，是戰略決策層，是企業的最高決策機構。

　　2.2 系統功能

　　1）信息服務分系統該分系統是溝通企業與外部交換信息的重要手段，它的功能包括Internet信息導航、公共信息查詢、企業概況與產品介紹、客戶服務，從此增強企業與外部的信息聯系及企業內部有關管理部門之間的信息共享。

　　2）經營計劃分系統該分系統的業務功能包括企業領導信息、市場營銷管理、生產管理、綜合管理和辦公自動化等5個子系統，對企業主要管理部門應用計算機處理業務，收集本部門的信息，并使上述5個子系統的信息集成在計算機的管理與控制下。一方面提供了各部門之間的信息共享，另一方面企業領導能及時了解本企業的生產經營情況。根據這些信息及時調整計劃和營銷策略。

　　3）制造執行分系統該分系統包括質量管理和工藝管理。質量管理的具體內容有：計量檢定、質量報表、產品質量檔案、產品質量因素分析和質量分析工具。

　　工藝管理包括計算機輔助工藝參數管理和工藝參數輔助分析與優化兩部分，以利于對生產過程中的工藝參數進行管理，為提高產品質量，提高產品的合格率提供保障。

　　4）生產過程控制分系統是在各分廠、車間的集散控制系統的基礎上建立起來的。它一般分為直接控制、監督控制、生產調度3個層次，直接控制層對生產過程各種參數進行采集和處理，并實現開關量的順序控制和模擬量的常規控制。監督控制層根據調度指令實現生產過程的先進控制和優化控制、故障診斷、系統仿真等功能。生產調度層為生產過程控制分系統與BPS分系統的接口，實現實時數據庫與關系數據庫的數據共享。生產過程控制分系統是CIMS最重要的分系統之一，它負責保證生產的平穩操作，達到節能降耗和提高產品質量的目標。

　　5）支撐平臺上述4個分系統是運行在網絡數據庫支撐平臺上，CIMS支撐平臺包括分布式數據庫管理和計算機網絡系統，它是實現數據傳輸和信息共享的基礎。

3.循環水處理CIMS的關鍵技術

　　CIMS技術涉及的內容相當廣泛，由于篇幅限制，本文只介紹與水處理關系密切的一些技術。

　　3.1生產過程控制分系統與BPS系統的信息共享

　　對于循環水的處理，生產計劃的實施是靠生產過程控制分系統，而水處理的工藝參數、能耗、原材料消耗與BPS分系統等各子系統之間需要信息共享。

　　在監督控制層，根據循環水的實際參數值，采用先進的控制算法，對加藥泵等設備的參數進行自動調整，達到優化控制。同時，將參數存入工藝檔案庫（即歷史數據）。一方面便于當班操作人員檢查，另一方面也便于今后的復查、參考，以便選擇優化的工藝參數，形成與MES分系統的信息聯系。

　　消耗量記錄了水處理過程中主要消耗物資的消耗量，包括水、電、藥品。這些參數為核算水處理成本提供了依據。同時，為BPS分系統中成本核算提供了信息。

　　設備運行參數記錄了關鍵設備運行時的運行參數，這是設備動態性能參數的主要測評依據，也為設備管理和設備檢修計劃提供了依據，形成了與BPS中設備管理的信息聯系。

　　測控參數包括PH值、補水電導率、循環水電導率，氧化還原電位、瞬時加藥量、累積加藥量、補水量、排污量、循環量、液位、入口溫度、出口溫度、濃縮倍數。提供了與生產管理子系統以及與MER分系統的信息聯系。

　　由此可見，處理過程的參數測試與能耗原理、生產管理、質量管理、設備管理和工藝管理子系統以及MER分系統構成信息共享。

　　以撫順石油二廠七水廠為例介紹生產過程控制分系統的實施。由于水處理過程是一個連續的自動化過程，模擬量30多個，開關量10多個，采用1臺西門子S7-300PLC對其進行直接控制，監控層及調度層采用研華IPC610/P Ⅲ工控機，軟件采用組態軟件KingView5.1。PLC與IPC的通信，由CP5611多點接口卡實現。它與PLC之間的數據交換通過DDE來進行。如圖2所示。