前言

    21世紀是信息化的時代，以信息化代替工業(yè)化，以工業(yè)化促進信息化是大勢所趨。現(xiàn)代企業(yè)信息化要求建立過程控制與信息管理一體化網(wǎng)絡(luò)，隨著通信、計算機、網(wǎng)絡(luò)和自動化控制等技術(shù)的發(fā)展，各行各業(yè)正逐步形成以網(wǎng)絡(luò)集成自動化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)。

    近年來，市場競爭日趨激烈，化工企業(yè)正在加快技術(shù)改造的步伐，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，對生產(chǎn)操作自動化和經(jīng)營管理提出更高的要求。集先進的過程控制技術(shù)和科學(xué)的經(jīng)營管理思想于一體的自動化和信息集成，是適應(yīng)這一要求的最佳選擇。因此，在不斷加強工藝改造的同時，也必須重視自動化和信息集成系統(tǒng)的建設(shè)，是發(fā)揮大型化工生產(chǎn)裝置的規(guī)模效應(yīng)，提高生產(chǎn)設(shè)備的運行效率，實現(xiàn)經(jīng)濟效率增長的有效途徑。

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    自動化和信息集成是充分利用先進的過程控制和優(yōu)化技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)控制系統(tǒng)由單裝置控制向多裝置和全廠綜合控制發(fā)展，引入科學(xué)的管理思想和方法，建立系統(tǒng)化的經(jīng)營管理模式。也就是在建立全企業(yè)的包括：經(jīng)營決策、管理信息、生產(chǎn)調(diào)度、監(jiān)督控制和直接控制在內(nèi)的管理和控制全部生產(chǎn)活動的自動化集成，實現(xiàn)決策、管理和控制各功能的一體化。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。                                   

                   圖一 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    完整的系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)模型從使用與功能角度自下而上劃分可分為四層，第一層是基礎(chǔ)和過程自動化控制層，第二層是生產(chǎn)調(diào)度和監(jiān)控層，第三層是資源管理層，第四層為企業(yè)決策層。其中，第一、第二層構(gòu)成生產(chǎn)控制系統(tǒng)，第三、第四層則構(gòu)成企業(yè)管理決策系統(tǒng)。

2.系統(tǒng)功能

    新一代的DCS以Honeywell的Experion  PKS（過程知識系統(tǒng)）、Emerson的Plantweb(Emerson  Process  Management)、Foxboro的A2、Yokagawa的CA3000R3(PRM-工廠資源管理系統(tǒng))、ABB的Industrial IT系統(tǒng)和國產(chǎn)的HOLLIAS-MACS系統(tǒng)等，主要特征是集成和信息化，實現(xiàn)全廠實時控制、以及過程執(zhí)行層MES和資源管理層ERP層的信息集成，包容PLC、FCS等，進一步分散化，I/O處理單元小型化、智能化、低成本，組態(tài)軟件平臺、人-機界面平臺、現(xiàn)場控制組件、I/O組件開放與應(yīng)用專業(yè)化，提供豐富的設(shè)備診斷、維修和管理功能，是典型的集成化的綜合控制與信息管理系統(tǒng)。

2.1過程控制系統(tǒng)

    過程控制系統(tǒng)包括了DCS、PLC、ESD等各種常規(guī)過程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備及生產(chǎn)過程的單元控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備運行狀況監(jiān)視、完成對生產(chǎn)裝置的常規(guī)控制和監(jiān)測。同時，也包括生產(chǎn)過程中，運用先進的自動控制手段和優(yōu)化方法，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的先進控制和優(yōu)化控制。

2.1.1過程工業(yè)自動化控制技術(shù)已發(fā)展到在DCS基礎(chǔ)上實施三個層次的控制：

    第1層為基礎(chǔ)調(diào)節(jié)―DCS，主要完成生產(chǎn)裝置在線實時數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)控、存儲。提供各生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以便于管理層及時了解生產(chǎn)動態(tài)、分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)、及時調(diào)整方案，并完成過程控制功能，執(zhí)行諸如PID算法等常規(guī)調(diào)節(jié)控制，基本上是單回路的控制流程，直接調(diào)節(jié)工藝生產(chǎn)參數(shù)。
 
    第2層是先進控制，其目的是協(xié)調(diào)過程變量交互作用，使生產(chǎn)過程操作更接近于操作目標，實現(xiàn)經(jīng)濟上的最佳控制目標。先進控制通過改變常規(guī)調(diào)節(jié)控制即運用先進的自動控制手段以達到最佳單元操作。

    第3層是優(yōu)化控制，它在DCS的基礎(chǔ)上，運用現(xiàn)代控制理論，并結(jié)合計算機技術(shù)、過程優(yōu)化技術(shù)和工藝模擬技術(shù)，對生產(chǎn)操作進行優(yōu)化控制。綜合分析影響效益的各種因素，把工藝過程的經(jīng)濟效益與裝置操作直接連接起來，確定過程的最佳控制點，使各生產(chǎn)裝置處于最佳運行狀態(tài)，完成對生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制。

2.1.2 PLC是在工業(yè)環(huán)境中使用的數(shù)字操作系統(tǒng)，它使用可編程存儲器內(nèi)部儲存用戶設(shè)計的指令，這些指令用來實現(xiàn)特殊的功能，諸如邏輯運算、順序操作、定時、計數(shù)以及算術(shù)運算和通過數(shù)字或模擬輸入/輸出來控制各種類型的機械和過程。

2.1.3 ESD（緊急停車系統(tǒng)）是一種獨立于DCS的安全保護系統(tǒng)。在正常情況下，DCS動態(tài)地監(jiān)控著生產(chǎn)過程的連續(xù)運行，而ESD處于相對靜止狀態(tài)，一旦出現(xiàn)異常情況，ESD便立即動作，使裝置停車處于安全狀態(tài)。它適用于高溫、高壓、易燃易爆等連續(xù)性生產(chǎn)作業(yè)領(lǐng)域的安全保護系統(tǒng)。

2.2 生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)

    生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)MES(Manufacturing Execution system)也稱生產(chǎn)調(diào)度和監(jiān)控層，是解決過程控制層和管理決策層之間信息連接的關(guān)鍵。據(jù)美國ARC公司調(diào)查53%的客戶反映ERP對工廠生產(chǎn)存在著負面的影響。其主要原因之一是缺乏真實的、及時的、全面的生產(chǎn)過程現(xiàn)場信息。因此，為解決該問題滿足生產(chǎn)要求，引入了生產(chǎn)執(zhí)行層。

    生產(chǎn)調(diào)度是生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的核心，它承擔著組織企業(yè)生產(chǎn)活動的重要角色，是完成企業(yè)目標的具體保證，是經(jīng)營管理層和過程控制層之間的信息傳遞系統(tǒng),在經(jīng)營管理層和過程控制層中起著承上啟下的作用。

    生產(chǎn)執(zhí)行層的主要功能是對過程數(shù)據(jù)進行有效的加工處理，根據(jù)生產(chǎn)計劃制定生產(chǎn)方案，指導(dǎo)和監(jiān)督控制系統(tǒng)的運行，對生產(chǎn)操作和設(shè)備運行進行科學(xué)管理和維護，從全廠的角度來調(diào)配資源、優(yōu)化生產(chǎn)。它覆蓋生產(chǎn)計劃優(yōu)化、滾動調(diào)度、實時數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)校正、收率計算、成本控制、生產(chǎn)統(tǒng)計、績效分析、質(zhì)量控制、在線優(yōu)化、先進控制、資產(chǎn)管理、設(shè)備診斷維護、產(chǎn)品跟蹤等等。

2.3 經(jīng)營管理系統(tǒng)

    經(jīng)營管理系統(tǒng)也就是通常所說的ERP（Enterprise Resource Planning）系統(tǒng)。企業(yè)的管理者通過對生產(chǎn)裝置DCS的實時參數(shù)采集和監(jiān)測，實現(xiàn)管理層及時了解生產(chǎn)動態(tài)，分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況及時調(diào)整方案。同時，根據(jù)市場分析與預(yù)測，以銷定產(chǎn)方案確定、經(jīng)濟活動分析、提出技術(shù)改造措施等，對廠級的生產(chǎn)經(jīng)營實現(xiàn)集成管理。在經(jīng)濟效益方面，可提高產(chǎn)品產(chǎn)量質(zhì)量，降低企業(yè)能耗和企業(yè)的生產(chǎn)成本，降低管理費用、維修費用、采購費用、制造費用等，提高企業(yè)總體的經(jīng)濟效益。

    ERP系統(tǒng)是對企業(yè)資源進行有效的綜合的計劃和管理，是提高企業(yè)經(jīng)營效率的手段和概念。其中心是計劃，而不是財務(wù)。實現(xiàn)這個目的的軟件是ERP軟件。德國SAP公司的R/3最出名，據(jù)AMR(Advanced

Manufacturing  Research)組織2003年統(tǒng)計，SAP約占世界ERP市場的35%，ORACLE約占13%，People Soft約占10%，J.D.E約占5%。ERP面向企業(yè)的主要業(yè)務(wù)，包括產(chǎn)品定貨、原材料采購、生產(chǎn)制造、配送、銷售、會計等一系列業(yè)務(wù)流，是覆蓋全公司的信息系統(tǒng)。其關(guān)鍵業(yè)務(wù)包括計劃、財務(wù)會計和管理會計，還有人力資源管理等。ERP數(shù)據(jù)庫與實時數(shù)據(jù)庫相連，提取生產(chǎn)過程的有關(guān)數(shù)據(jù)。

2.4 決策系統(tǒng)

    決策系統(tǒng)處于自動化與信息集成的頂層，是整個信息系統(tǒng)的執(zhí)行中心。它的功能包括市場信息獲取和處理、生產(chǎn)計劃優(yōu)化和投資預(yù)測、企業(yè)的中長期規(guī)劃等，對企業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)營提出決策支持。

    通過計算機網(wǎng)絡(luò)搜索和挖掘系統(tǒng)中的生產(chǎn)、設(shè)備、財務(wù)及物質(zhì)供應(yīng)等各類信息，通過查詢和分析等功能，向企業(yè)決策者提供各類信息，以幫助決策者利用計算機技術(shù)對生產(chǎn)、經(jīng)營、市場情況做出及時、準確的判斷，做出科學(xué)的決策。

3.結(jié)束語

    在信息技術(shù)的推動下，從控制系統(tǒng)到管理系統(tǒng)正在迅速走向一體化。上層的ERP,中層的MES，下層的DCS、PLC、ESD等的有機結(jié)合，構(gòu)成了化工企業(yè)智能化生產(chǎn)技術(shù)的整體。不可否認，化工企業(yè)生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)今后的發(fā)展方向，是“計算機集成過程系統(tǒng)(CIPS)”,或稱之“計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)”,即所謂流程工業(yè)的“管控一體化”。自動化與信息集成對提高化工企業(yè)的自動化水平、生產(chǎn)管理水平和經(jīng)營決策水平，增強企業(yè)在市場中的生存和競爭能力，都有著非常重大的作用。

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