节能环保安全一体化MES在氯碱行业的应用

李春江

（新疆天业（集团）有限公司，石河子 832000）

氯碱行业主要以烧碱和聚氯乙烯产品为主，该类化工企业的生产过程存在环境污染、危险性高、能耗高等问题，而且每个单元相互独立，无法共享数据和信息。另外，企业管理者无法全面统计分析生产数据，为生产提出更节能增效的解决方案，也无法及时发现生产中的安全隐患，如有毒气体的泄露、泄露点和泄露现场情况。以下针对某氯碱行业两化融合示范企业的生产过程特点，从装置的工艺指标、安全环保指标、能耗指标等多层次指标管理出发，在现有DCS基础上，进行数据集中采集、监控和管理，开发适合氯碱行业的以节能、环保和安全为核心的制造执行系统MES，为氯碱企业安全、节能、高效生产提供有力工具。

1 MES在企业管理中的地位和作用

对于大多数企业来说，DCS与ERP系统都是相互独立的，由于ERP系统的服务对象是企业管理的上层，一般对车间层的管理流程不提供直接和详细的支持。而现场自动化系统的功能主要在于现场设备和工艺参数的监控，它可以向管理人员提供现场检测和统计数据，但是本身并非真正意义上的管理系统。所以，ERP系统和现场自动化系统之间出现了管理信息方面的“断层”，对于用户车间层面的调度和管理要求，它们往往显得束手无策或功能薄弱[1]。

如果企业管理以DCS与ERP系统为主，则无法将两个系统的数据进行有效自动关联，更无法进行快速分析，从而给出解决方案[2]。采用MES可以起到承上启下的作用，贯通整个数据链，通过集中监控实时生产数据和安全环保数据，主动推送危险源预警信息和应急预案，自动获取物料平衡和成本效益核算数据，综合评估统计分析数据，实现生产过程的安全、节能、高效运行[3-4]。

2 MES关键技术

2.1 工厂建模技术

从示范企业的实际业务流程环节中提取出模型要素和结构特征，分别对人员、设备、物流和能流进行抽象建模，构建了MES的工厂建模平台。它作为统一建模平台框架，将为MES的各个应用套件提供符合ISA95标准和统一共享的工厂模型、业务模型以及数据接口服务。因此工厂建模平台是MES产品的核心组成部分。

工厂建模工具支持统一的物理工厂和逻辑对象工厂数据模型建模，主要包括区域、车间、装置、管线、物料、介质、仪表、库区、化验分析样点、关键技术指标、产率模型等元素，为各个MES应用系统提供完整统一的数据模型，并为上层业务模块提供基础数据支撑。

为了将工厂中的物理装置设备、组织管理机构、生产物料等多元信息集成到工厂模型之中，实现统一的物理工厂和逻辑对象工厂数据模型体系的建立，构建了多层次递阶工厂模型，如图1所示。

图1 多层递阶工厂模型层次Fig.1 Level graph of multi-layer hierarchical plant model

2.2 数据集成及可配置化平台技术

MES不仅要解决生产系统中的信息孤岛问题，还要形成一个可互操作、快速反应的信息交换平台。由平台负责各个应用系统的信息集成，规范企业生产所产生的信息，形成生产信息中心，对企业各个层次的应用系统提供信息支撑，上至ERP相关管理数据源头，下至DCS/PLC现场数据的汇聚，将企业各个层次信息有效联系在一起。所提出的氯碱行业数据集成平台具有以下特征：提供统一的信息互访服务，B2MML支持、Web Services等；对基础信息进行管理，如组织机构管理、用户管理、权限管理；提供统一的数据集成接口，实时数据库、关系数据库、平面文件。

3 MES主要功能与应用效果

组根据氯碱企业的生产特点和运行要求，采用工厂建模、数据集成与可配置化平台等技术，配置适合的业务模块，设计了适合氯碱行业的先进信息化MES，实现了以下目标：①实时监测不同独立系统的生产过程数据，方便分析各系统之间关键参数的相互影响，便于领导及时指挥调度；②整合自定义工艺参数，效验生产运行的平稳性，快速分析其平稳率低下的因素；③通过危险源GIS地图，即时通知危险情况、发送对应的应急预案，通过视频直观的了解现场实际情况。

MES基于“三层两库”（即数据采集层、数据处理层、数据应用层；实时数据库、关系数据库）的信息化模型设计，通过管理网和控制网实现信息 “自下而上、自上而下”的双向通讯。针对国内某氯碱行业示范企业，整个MES包括能源监控、产耗预测、生产计划、调度、统计、安全、质量、设备和成本管理、实时报警、领导查询等子系统，将分散的数据通过平台得到集中的展示与管理。系统整体构架如图2所示。

图2 MES产品总体构架Fig.2 Overall framework of MES product

1）过程监控

基于大型实时数据库软件ESP-iSYS和图形化组态平台，能够实现各车间装置流程图监视、关键参数实时监控、位号实时趋势浏览和位号历时数据查询等功能，使企业各级用户看到一致、实时、准确的生产数据。过程监控界面如图3所示。

图3 过程实时监控界面Fig.3 Interface of real-time process monitoring

2）安全管理

由于氯碱生产过程中涉及到有毒易爆辐射性强的高危险源物质，例如氯气、氢气、二次盐水、氯化氢、乙炔等介质，一旦发生泄露或突发事件很容易造成人员死亡及环境破坏。为此，建立了全厂的安全管理系统，将全厂的GIS（电子地图）信息、现场报警系统、视频系统、考勤系统、气候条件、突发事故预案进行了有效的集成，使全厂的安全生产做到了可控、可防、可视。安全管理系统界面如图4所示。

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

灾害一旦发生，能直观地显示灾害的准确位置，协助指挥人员进行灾害范围和危害性的预测，并及时提供预先编制的应急预案；指挥人员凭权限仅需简单的操作，即可发出相应的指挥命令，启动应急措施，以防止事故的扩大。

3）设备管理

设备管理包括状态监测、资产管理、运行管理和综合分析等功能模块，如图5所示。通过信息化手段，帮助企业提高设备的利用率、完好率，保障设备的连续运转，延长设备使用寿命，降低设备的运行维护成本，实现设备资产、运行、维护、工单、备件等管理工作的信息化。

图5 设备管理界面Fig.5 Interface of equipment management

4）工艺管理

工艺管理包括工艺卡片管理、运行指标考核、工艺指标对比、操作平稳率考核、交接班管理和操作指令管理等功能模块。工艺管理界面如图6所示，建立了关键工艺参数的档案，并应用这些关键参数来考核生产平稳率、监测当前生产数据，为运行管理提供了交接班记录和操作指令的创建与发送。

图6 工艺管理界面Fig.6 Interface of technology management

5）质量管理

通过采集集团化验室管理系统的原材料及成品化验分析数据，并与分类录入的中间产品化验结果集成，通过数据整合，形成原料、产品品质趋势图和合格率统计表。质量管理模块可为不同管理者提供月报、日报、周报等多种形式报表，并能将影响产品质量的化验结果及时通过平台反馈到生产调度，提供辅助决策。

6）生产统计

生产统计模块能够帮助企业实现实时、历史统计数据的快速查询、查看、导出等功能，并且帮助企业管理人员进行统计分析，如图7所示。查询范围包括班组级、车间级等区域查询，统计报表的种类和样式由报表组态软件灵活设置，可实现日报、月报、季报、年报等多种样式。生产统计报表包括：生产日月年报、能耗日月年报、装置产量、能耗日月年报、原料库存日月年报和成品库存日报等。

图7 生产统计分析界面Fig.7 Interface of production statistical analysis

7）生产计划

根据氯碱企业生产与管理特点，一条生产线基本上生产一两个配方的产品。生产部下发月生产计划和周生产计划，并分解为生产作业计划下发到班组，班组根据作业计划进行生产活动。生产计划模块主要包括：计划录入与报表生成、计划查询、计划完成情况跟踪等功能。生产计划界面如图8所示。

图8 生产计划界面Fig.8 Interface of production planning

8）领导查询

领导查询系统是一个综合性的系统，如图9所示。它将领导所关心的一些流程图、趋势图、报表等汇集在一起，例如公用工程的流程图、重要指标的趋势图、重要设备状况表、综合生产报表、生产汇总表、消耗汇总表、主要产品质量等等，便于领导查询产量、消耗、质量及主要工艺指标的完成情况。该系统的主要模块有流程图监视、实时数据查询、统计报表查询等。主要查询内容包括关键生产指标、技术经济指标、重要指标趋势图、综合生产报表和能源消耗情况等。

图9 领导查询和综合展示界面Fig.9 Interface of leadership inquiry and comprehensive display

4 结语

节能安全环保一体化的氯碱行业MES在某示范企业运行后取得了明显的成效，不仅打破了生产数据和ERP数据的“孤岛性”，还为各级管理和工艺人员提供了直观、准确、可靠的能源、物料、环保和安全信息。通过全方位的生产统计、能源管理、安全管理、质量管理和设备管理等功能，使生产运行更加稳定，明显提高了数据分析效率，提高了产品质量，降低了产品单耗。化工企业最关注的安全问题也通过MES得到了很好的保障。此外，MES还起到降低管理人员劳动强度的作用，提高了工作效率和管理水平，得到了生产管理人员的认可和欢迎。

[1]肖明，刘卫红.氯碱行业MES系统的开发与应用[J].数字石油和化工，2007，25（10）：54-58.

[2]康长永，赵玄.MES系统在氯碱企业中的应用[J].中国氯碱，2013，23（3）：44-45.

[3]李崇山.MES在氯碱化工企业中的应用[J].陕西煤炭，2013，32（1）：132-134.

[4]李宁.氯碱生产过程中节能降耗措施的探讨[J].氯碱工业，2012，48（9）：41-45.