連續(xù)生產(chǎn)型的流程制造企業(yè)，在產(chǎn)業(yè)中占據(jù)重要的地位，是國民經(jīng)濟發(fā)展中極為重要的基礎(chǔ)支柱產(chǎn)業(yè)，但在我國絕大部分流程工業(yè)均存在能耗高、成本高、勞動生產(chǎn)率低、資源利用率低的特點，其能耗普遍比國外先進水平高出30％，勞動生產(chǎn)率只及國外的20％～30％，生產(chǎn)成本普遍高出國外1～2倍。在有色金屬行業(yè)，我國10種常用有色金屬年產(chǎn)量為650多萬噸，居世界第2位，但由于總體過程自動化技術(shù)和裝備水平與國外相比還有較大的差距，使得我國有色金屬行業(yè)采選業(yè)資源利用率僅為35％，發(fā)達國家為60％以上；硫利用率(環(huán)境污染)我國為50％，發(fā)達國家為95％以上。流程工業(yè)面臨的挑戰(zhàn)使我們需要將生產(chǎn)信息和管理信息有效集成，信息系統(tǒng)需要貫穿企業(yè)經(jīng)營計劃和生產(chǎn)調(diào)度層，實現(xiàn)生產(chǎn)信息的共享。
1 鋁電解企業(yè)生產(chǎn)過程分析
鋁電解生產(chǎn)過程主要是以冰晶石一氧化鋁溶液做電解質(zhì)，炭素材料為陰極和陽極，在陰極上析出液態(tài)金屬鋁。一臺電解槽是一個生產(chǎn)單元，一定數(shù)量的電解槽串連起來構(gòu)成一個系列，幾個系列組成一個電解車間。隨著槽型不斷大型化，操作機械化、自動化水平的日益提高，與舊式電解車間相比，新式電解車間顯現(xiàn)出對設(shè)備和專用車輛依賴性更強，作業(yè)時間安排和作業(yè)質(zhì)量控制更加嚴格，各工種、上下工序間配合更加緊湊、協(xié)調(diào)，指導(dǎo)生產(chǎn)更加重視數(shù)據(jù)解析的大趨勢。
2 鋁電解企業(yè)MES的整體分析及其構(gòu)建
2.1 系統(tǒng)分析
現(xiàn)代的鋁電解企業(yè)都是比較先進的電解鋁企業(yè)，其電解鋁生產(chǎn)過程采用槽控機控制系統(tǒng)，氧化鋁輸送和煙氣凈化流程采用PLC控制系統(tǒng)，整流供電配有綜合自動化系統(tǒng)、化驗設(shè)備和動力管網(wǎng)計量檢測。然而，其各控制系統(tǒng)都是獨立封閉運行在各自的生產(chǎn)工序中，如電解、凈化、整流供電、化驗分析、計量檢測等生產(chǎn)控制之間彼此獨立封閉，生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)信息彼此之間不能自動傳輸，形成了眾多“數(shù)據(jù)孤島”。
MES起著連接生產(chǎn)經(jīng)營管理和生產(chǎn)過程控制與管理的作用。在現(xiàn)有的控制基礎(chǔ)上采用先進的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)集成技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)建設(shè)管理控制一體化的制造執(zhí)行系統(tǒng)，進一步提高企業(yè)的技術(shù)水平和管理水平。
2.2 系統(tǒng)構(gòu)建
系統(tǒng)架構(gòu)采用分布式分層結(jié)構(gòu)，即數(shù)據(jù)源層、數(shù)據(jù)庫和Web服務(wù)層、客戶應(yīng)用層，詳見圖1。
圖1 系統(tǒng)架構(gòu)分布式分層結(jié)構(gòu)圖
2.3 系統(tǒng)功能
數(shù)據(jù)源層包括各類控制和管理系統(tǒng)以及化驗室數(shù)據(jù)錄入站點，完成數(shù)據(jù)的采集。該制造執(zhí)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源層的開發(fā)是基于工業(yè)控制I/O server思想，通過智能數(shù)據(jù)接口、手工數(shù)據(jù)接口和控制數(shù)據(jù)驅(qū)動接口，提供一系列的交換標準工具集，使系統(tǒng)具備與控制數(shù)據(jù)和非控制數(shù)據(jù)整合的能力，最終達到系統(tǒng)和控制層間的數(shù)據(jù)流的交互。該層完成槽控系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)、化驗系統(tǒng)、計量檢斤系統(tǒng)等的數(shù)據(jù)采集與傳輸功能。
數(shù)據(jù)庫和Web服務(wù)層有實時數(shù)據(jù)庫和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、Web服務(wù)器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)發(fā)布。使用工業(yè)以太網(wǎng)(100 M光纖)進行生產(chǎn)實時的調(diào)度、實時數(shù)據(jù)的上傳，計劃下達，數(shù)據(jù)的發(fā)布、在線優(yōu)化過程優(yōu)化分析，手工數(shù)據(jù)的錄入等。使用快速工業(yè)以太網(wǎng)(100 M)連接現(xiàn)場控制器、工程師站和操作員站進行現(xiàn)場控制設(shè)備的實時控制，數(shù)據(jù)的采集加工和處理。在現(xiàn)場通過發(fā)布式I/O、數(shù)據(jù)采集模塊、變送器、執(zhí)行機構(gòu)及操作員終端等通過實時現(xiàn)場總線等與平臺及自動化系統(tǒng)進行通訊。
客戶應(yīng)用層指用戶在本地對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的訪問和使用。系統(tǒng)為客戶提供動態(tài)頁面流程圖和桌面應(yīng)用工具，各級管理者可以根據(jù)權(quán)限瀏覽和查詢數(shù)據(jù)。統(tǒng)計報表，準確地監(jiān)視生產(chǎn)過程，為生產(chǎn)管理人員和操作人員提供一個信息交流平臺，通過該平臺管理人員可以下達生產(chǎn)指令和操作指導(dǎo)信息。該平臺提供生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化分析工具，幫助管理者分析生產(chǎn)狀況，作出高效的決策，對生產(chǎn)事件快速反應(yīng)，實時了解生產(chǎn)運行，及時發(fā)現(xiàn)隱患，防止事故發(fā)生。
3 結(jié)束語
本項目直接結(jié)合鋁電解企業(yè)生產(chǎn)實際進行應(yīng)用開發(fā)，并已在西部某大型鋁電解有限公司成功運行。通過該項目的實施，實現(xiàn)電解鋁生產(chǎn)數(shù)字化動態(tài)管理，可以解決生產(chǎn)運行中數(shù)據(jù)延遲和人為因素帶來的問題，提高生產(chǎn)管理水平，可以及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中存在的隱患和生產(chǎn)瓶頸，及時消除事故隱患，保證生產(chǎn)流程暢通，工藝過程穩(wěn)定，提高技術(shù)經(jīng)濟指標，增加效益。同時，該系統(tǒng)還可以用于流程工業(yè)及離散型制造行業(yè)，為企業(yè)實施信息化工程服務(wù)，具備顯著的市場競爭優(yōu)勢。
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