集团级信息管理控制系统的应用

冯兰洲 ，李志丹，殷 杰 ，张晓丽

1 引言

目前国内外还没有形成一个被广泛认可的水泥行业集团级信息管理控制系统。国外水泥设备制造商中，ABB、施耐德、西门子、F.L.Smidth等公司虽然都有自己的能源管理系统、优化控制系统、信息管理系统，但是各个系统几乎都是独立的，无法在统一的平台上共享数据，也未形成管控一体化的体系，只是对一部分能源管理和设备巡检、运维管理进行了初步的统计。在国内，中材邦业公司已经为南方水泥集团有限公司建立了一套集团级水泥生产信息管理系统，将生产监控、停机维护、熟料生产计划、库存管理等整合成为全阶段、全流程和全范围的信息化管理平台。搭建水泥集团级管理控制系统平台，实现先进水泥制造技术中多系统平台间的数据互通，打通企业信息孤岛，在统一平台上进行工业大数据深度发掘，将是水泥行业智能制造的发展方向。

2 技术架构

根据上海南方水泥有限公司对于集团级信息管理控制系统的要求，确定系统的建设遵循“实用、可靠、整体化、标准化、可延展”的原则，突出实用性，符合ISA95 MES功能规范，确保系统具有安全性、稳定性、可扩展性、实时性、可执行性、集成性和可视性等特点。系统采用的Hipermatic平台软件拥有自主知识产权，符合国际ISA S95标准。该软件采用J2EE技术，基于SOA架构，支持集群热备，支持Oracle、SQL Server等多种数据库，提供应用客户端（C/S）、网页客户端（B/S）、Web Services客户端等多种形式，支持热部署。Factory Talk Production Centre提供了丰富的业务对象，如工艺路径、物料清单、生产线、设备、操作员、工单、工艺路径等，具有强大的建模能力，可以创建完整的生产模型和工作流，采用模型驱动的方式规范实际生产作业流程。Hipermatic提供了丰富的辅助工具，如智能报表工具Jasper Report、数据迁移工具Live Transfer、二次开发工具、网页发布工具等，可以最大程度地满足客户个性化需求。

相较于目前主流的平台软件产品，Hipermatic平台的关键差异化优势有：跨平台支持，Hipermatic平台支持UNIX、LINUX、WINDOWS等不同平台的操作系统；负载均衡技术，对中型及大型MES系统的部署，Hipermatic平台支持多节点冗余和负载均衡（Load Balance）技术；生产数据库与历史数据库实时备份，通过生产数据库和历史数据库的自动迁移技术，优化生产数据库，形成高效稳定的数据库；基于UNIX、LINUX操作系统的高性能服务器支持（大规模，稳定性）；二次开发平台的程序版本管理，不影响生产环境的运行，测试与运行分离；开放的集成接口等。

3 设计原则

一致性原则：项目实施的最终目的是提高生产效率，提高产品质量，减少浪费，降低工作难度，提高生产管理水平。系统的设计目标必须与此保持一致，结合长兴南方的实际需求，减少不必要功能，控制成本，尽量避免增加系统使用人员的工作量或复杂程度。

整体性原则：正确规划企业所需要的应用系统，确定各应用系统之间的界限和相互联系，尤其要关注在不同阶段实施的应用系统之间的衔接关系。信息系统关系到企业生产经营的方方面面，它们共同构成一个有机的整体，因此在制定总体规划时，应考虑各个部门对信息系统的需求。随着信息技术的发展、企业内外部环境的变化，总体规划亦需要相应调整，要具备较好的扩展性，可以根据需要增加或减少子系统，对整体没有负面影响。

可扩展性原则：要求系统以足够的灵活性提供更快的实施速度、更方便的客户化功能、更少的系统维护费用来适应这种变化。

安全性与稳定性原则：集团级信息管理控制系统是生产管理和执行的关键，应当具有非常高的可靠性、安全性及容错性。关键服务器要冗余配置，保证系统能够不间断地运行；将内网与外网相隔离，避免病毒的侵入；充分考虑数据的保密，在设计时，对不同的用户设置严格的访问权限；充分考虑系统的异常情况及处理，并对系统运行情况进行详细的记录。当系统出现故障时，可以快速地解决问题和恢复运行。

标准性原则：以ISA-S95标准中定义的功能模型为蓝本，在技术实现上采用遵循SOA平台架构、模块化和组件化成熟的商品化软件平台和配套产品；规范应用系统之间的数据集成，减少与周边系统的耦合度，以便成果的示范和推广。

4 系统主要功能介绍

该系统开发目的在于管控集团旗下的17家水泥厂的27条熟料生产线的生产，系统主要有生产监控和生产报表两大功能。

图1 长兴南方2 500t熟料生产监控画面

4.1 生产监控功能

27条生产线的每条生产线都有2幅画面反应其实时生产情况。第一幅画面为烧成系统画面，主要包括DCS中原料均化库、烧成窑尾、烧成窑头、煤粉制备内容的组合。在一幅画面中反映了整条生产线烧成系统的概况以及所有DCS系统中的主机设备的开关量和模拟量指标，通过关键参数可以直接观察烧成系统的工作情况。第二幅画面是原料系统画面，主要包括DCS画面中的原料粉磨和废气处理内容的组合，在一幅画面中反映生产线中原料粉磨系统的生产情况。由于生产线的实际情况各不相同，磨机的选择有辊磨、球磨、辊压机，预热器的选择也有单系列和双系列之分，而因设计年限和设计院的不同，整体的工艺流程也有较大的区别。为了能真实反映实际生产情况，系统提供了大量的素材单元，通过合理的组合以及精确的布局，完美地实现了DCS系统的升华。集团负责人可以随时掌握27条生产线的实际生产情况，便于统筹安排生产，给出合理的规划意见。

生产监控画面见图1、图2。

4.2 报表功能

生产报表功能在空间范围上分为单厂生产报表和大区汇总生产报表，在时间维度上分为生产日报表和生产月报表。

图2 长兴南方2 500t原料粉磨生产监控画面

图3 单厂生产日报表

单厂生产日报表（图3）中包括了单日的熟料产量、停窑时间及原因、停窑次数、窑连续运转天数、可靠性系数、运转率、余热发电量、吨熟料发电量、入窑煤粉发热量、库容、当日库存以及当日库容比，这些信息可以充分反映生产线当日的总体生产情况。

单厂生产月报表（图4）中包括了当月的熟料月产、运转率、可靠性系数、标煤耗、煤应用基低位发热量、实物煤耗、煤粉空干基低位发热量、吨熟料煤成本、吨熟料石灰石成本、熟料综合电耗、吨熟料发电量。月报表的功能主要是统计不同厂区的熟料产量和生产吨熟料的成本，协助厂区管理人员合理安排生产计划，解决发现的生产问题。

在左侧弹出的菜单栏中详细地列出了大区的报表统计，包括熟料产量、熟料停窑情况、吨熟料发电量、煤粉发热量、熟料库存以及日报审核。而大区生产月报表（图5）包括熟料产量、窑运转率、窑可靠性系数、标煤耗、实物煤耗、原煤发热量、煤粉发热量、吨熟料煤成本、吨熟料石灰石成本、熟料综合电耗以及月报审计。大区报表的主要功能是对大区范围内各厂的情况加以统计并对比，找到厂级之间的关联和区别，有助于协同管理，共同提升管理水平。

4.3 基础信息管理功能（图6）

图4 单厂生产月报表

图5 大区生产月报表

基础信息管理功能主要分为对工厂的管理以及对用户的管理两个方面。对工厂的管理，包括可以对工厂生产线分别设置班组成员、其他基本信息等功能。而用户管理功能，包括可单独赋予不同的用户以不同权限，也可赋予整个用户组不同的权限，方便批量操作。系统可创建不同的用户角色及用户。用户数据包括：用户个人信息、厂别、部门别、班别、角色、类型等信息。对于用户密码的管控，系统建立新用户时设定初始密码，用户自定密码由用户第一次登陆系统后自行修改确认。

4.4 其他可扩展功能

目前集团级信息管理控制系统的功能针对的是生产管理方面。而系统的多元化接口以及模块化设计模式，可以方便地接入其他系统或者是开发新的功能管理模块，其中包括质量管理系统、设备管理系统和能源管理系统。

（1）质量管理系统

质量管理系统的前端化验仪器数据自动采集软件，自动接收分析仪器最新化验数据。采集的数据，经规范化处理后，传输存储到质量信息管理系统服务器数据库中。其他人工化验数据，经数据录入，传输存储到服务器数据库中。质量数据录入存储流程，完全按照设定的业务流程规范进行，对异常数据进行预警提示并发回重做，整个业务流程细节可追溯。系统提供数据查询、统计分析、图形化展示功能、化验人员绩效考核、异常自动提醒并智能分析可能原因。在流程控制、质量控制、统计分析、绩效考核、智能辅助决策等方面，辅助质量管理及生产管理者推进质量管理精细化、智能化。

图6 工厂基础信息管理

（2）设备管理系统

设备管理系统以设备台账为基础，以工单的提交、审批和执行为主线，以提高维修效率、降低总体维护成本为目标，提供故障检修、计划维修、状态检修等维修保养模式，集成物资管理、预算管理、项目管理、财务管理等应用，实现对设备全生命周期管理，支持设备管理的持续优化。

（3）能源管理系统

水泥生产能源管理系统，实时在线采集能源消耗数据、工艺数据、电气数据、品质数据，实时计算监测生产线、车间、班组及主要耗能设备的能耗数据及综合能效水平，当能耗指标超限时自动发出报警信息。通过系统展现的实时和历史能耗动态信息以及变化趋势，深入分析研究，掌握能源使用过程中存在的不合理环节，为查找能耗偏高和异常情况提供灵活的分析和诊断工具。同时系统生成的各种能耗统计数据和管理报表，为实施能效对标、设备及人员绩效考核提供科学依据，为生产管理运营精细化和生产运营调度提供有效决策辅助。在帮助用户实现节能增效、降低成本的基础上，有效提升企业能源管理水平和生产运营水平。

5 结语

集团级生产管控信息化平台，是水泥智能生产的核心支撑系统，以工艺参数、物料消耗、能源消耗、质量、设备运维、物流销售等数据为基础，构建多维度、精细化的水泥企业一体化管控平台，可以集成生产管理、设备管理、能源管理、质量管理等功能模块，构建企业生产运营数据资源中心，优化生产调度及运营决策。依托工业实时库与关系库的无缝融合，通过对企业生产过程中涉及到的海量工艺运行参数、设备运行数据、能源消耗数据以及众多质量相关化验数据的多维度调用，实现多参数、多平台技术的融合。借助直观、简洁的可视化展现，实现综合查询、多数据对比、直观性分析，能有力地提升企业生产操控水平和企业生产效率。

生产管控信息化平台在一定的深度和广度上利用计算机技术、网络技术和数据库技术，控制和集成化管理企业生产经营活动中的各种信息，实现企业内外部信息的共享和有效利用。企业依托此平台，能做出有利于生产要素组合优化的决策，合理配置企业资源，完善业务流程，控制生产成本，适应瞬息万变的市场竞争环境，提高经济效益。