前言

    21世紀(jì)是信息化的時(shí)代，以信息化代替工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化是大勢(shì)所趨。現(xiàn)代企業(yè)信息化要求建立過(guò)程控制與信息管理一體化網(wǎng)絡(luò)，隨著通信、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)。

    近年來(lái)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(kuò)大，對(duì)生產(chǎn)操作自動(dòng)化和經(jīng)營(yíng)管理提出更高的要求。集先進(jìn)的過(guò)程控制技術(shù)和科學(xué)的經(jīng)營(yíng)管理思想于一體的自動(dòng)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(qiáng)工藝改造的同時(shí)，也必須重視自動(dòng)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(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效率增長(zhǎng)的有效途徑。

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    自動(dòng)化和信息集成是充分利用先進(jìn)的過(guò)程控制和優(yōu)化技術(shù)實(shí)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(yíng)管理模式。也就是在建立全企業(yè)的包括：經(jīng)營(yíng)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(dòng)的自動(dòng)化集成，實(shí)現(xiàn)決策、管理和控制各功能的一體化。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)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(guò)程自動(dòng)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(guò)程知識(shí)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(guó)產(chǎn)的HOLLIAS-MACS系統(tǒng)等，主要特征是集成和信息化，實(shí)現(xiàn)全廠實(shí)時(shí)控制、以及過(guò)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(jìn)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(tái)、人-機(jī)界面平臺(tái)、現(xiàn)場(chǎng)控制組件、I/O組件開(kāi)放與應(yīng)用專(zhuān)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(guò)程控制系統(tǒng)

    過(guò)程控制系統(tǒng)包括了DCS、PLC、ESD等各種常規(guī)過(guò)程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及生產(chǎn)過(guò)程的單元控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備運(yùn)行狀況監(jiān)視、完成對(duì)生產(chǎn)裝置的常規(guī)控制和監(jiān)測(cè)。同時(shí)，也包括生產(chǎn)過(guò)程中，運(yùn)用先進(jìn)的自動(dòng)控制手段和優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的先進(jìn)控制和優(yōu)化控制。

2.1.1過(guò)程工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)已發(fā)展到在DCS基礎(chǔ)上實(shí)施三個(gè)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)控、存儲(chǔ)。提供各生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以便于管理層及時(shí)了解生產(chǎn)動(dòng)態(tài)、分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)、及時(shí)調(diào)整方案，并完成過(guò)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(jìn)控制，其目的是協(xié)調(diào)過(guò)程變量交互作用，使生產(chǎn)過(guò)程操作更接近于操作目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)上的最佳控制目標(biāo)。先進(jìn)控制通過(guò)改變常規(guī)調(diào)節(jié)控制即運(yùn)用先進(jìn)的自動(dòng)控制手段以達(dá)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(yùn)用現(xiàn)代控制理論，并結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、過(guò)程優(yōu)化技術(shù)和工藝模擬技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)操作進(jìn)行優(yōu)化控制。綜合分析影響效益的各種因素，把工藝過(guò)程的經(jīng)濟(jì)效益與裝置操作直接連接起來(lái)，確定過(guò)程的最佳控制點(diǎn)，使各生產(chǎn)裝置處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，完成對(duì)生產(chǎn)過(guò)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(chǔ)器內(nèi)部?jī)?chǔ)存用戶設(shè)計(jì)的指令，這些指令用來(lái)實(shí)現(xiàn)特殊的功能，諸如邏輯運(yùn)算、順序操作、定時(shí)、計(jì)數(shù)以及算術(shù)運(yùn)算和通過(guò)數(shù)字或模擬輸入/輸出來(lái)控制各種類(lèi)型的機(jī)械和過(guò)程。

2.1.3 ESD（緊急停車(chē)系統(tǒng)）是一種獨(dú)立于DCS的安全保護(hù)系統(tǒng)。在正常情況下，DCS動(dòng)態(tài)地監(jiān)控著生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)運(yùn)行，而ESD處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，一旦出現(xiàn)異常情況，ESD便立即動(dòng)作，使裝置停車(chē)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(hù)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(chēng)生產(chǎn)調(diào)度和監(jiān)控層，是解決過(guò)程控制層和管理決策層之間信息連接的關(guān)鍵。據(jù)美國(guó)ARC公司調(diào)查53%的客戶反映ERP對(duì)工廠生產(chǎn)存在著負(fù)面的影響。其主要原因之一是缺乏真實(shí)的、及時(shí)的、全面的生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)信息。因此，為解決該問(wèn)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(dān)著組織企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的重要角色，是完成企業(yè)目標(biāo)的具體保證，是經(jīng)營(yíng)管理層和過(guò)程控制層之間的信息傳遞系統(tǒng),在經(jīng)營(yíng)管理層和過(guò)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(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的加工處理，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃制定生產(chǎn)方案，指導(dǎo)和監(jiān)督控制系統(tǒng)的運(yùn)行，對(duì)生產(chǎn)操作和設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行科學(xué)管理和維護(hù)，從全廠的角度來(lái)調(diào)配資源、優(yōu)化生產(chǎn)。它覆蓋生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化、滾動(dòng)調(diào)度、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)校正、收率計(jì)算、成本控制、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、績(jī)效分析、質(zhì)量控制、在線優(yōu)化、先進(jìn)控制、資產(chǎn)管理、設(shè)備診斷維護(hù)、產(chǎn)品跟蹤等等。

2.3 經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)

    經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)也就是通常所說(shuō)的ERP（Enterprise Resource Planning）系統(tǒng)。企業(yè)的管理者通過(guò)對(duì)生產(chǎn)裝置DCS的實(shí)時(shí)參數(shù)采集和監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)管理層及時(shí)了解生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整方案。同時(shí)，根據(jù)市場(chǎng)分析與預(yù)測(cè)，以銷(xiāo)定產(chǎn)方案確定、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)分析、提出技術(shù)改造措施等，對(duì)廠級(jí)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)實(shí)現(xiàn)集成管理。在經(jīng)濟(jì)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(fèi)用、維修費(fèi)用、采購(gòu)費(fèi)用、制造費(fèi)用等，提高企業(yè)總體的經(jīng)濟(jì)效益。

    ERP系統(tǒng)是對(duì)企業(yè)資源進(jìn)行有效的綜合的計(jì)劃和管理，是提高企業(yè)經(jīng)營(yíng)效率的手段和概念。其中心是計(jì)劃，而不是財(cái)務(wù)。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的的軟件是ERP軟件。德國(guó)SAP公司的R/3最出名，據(jù)AMR(Advanced

Manufacturing  Research)組織2003年統(tǒng)計(jì)，SAP約占世界ERP市場(chǎng)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(gòu)、生產(chǎn)制造、配送、銷(xiāo)售、會(huì)計(jì)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(jì)劃、財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)和管理會(huì)計(jì)，還有人力資源管理等。ERP數(shù)據(jù)庫(kù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)相連，提取生產(chǎn)過(guò)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(dòng)化與信息集成的頂層，是整個(gè)信息系統(tǒng)的執(zhí)行中心。它的功能包括市場(chǎng)信息獲取和處理、生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化和投資預(yù)測(cè)、企業(yè)的中長(zhǎng)期規(guī)劃等，對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)提出決策支持。

    通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)搜索和挖掘系統(tǒng)中的生產(chǎn)、設(shè)備、財(cái)務(wù)及物質(zhì)供應(yīng)等各類(lèi)信息，通過(guò)查詢和分析等功能，向企業(yè)決策者提供各類(lèi)信息，以幫助決策者利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、市場(chǎng)情況做出及時(shí)、準(zhǔn)確的判斷，做出科學(xué)的決策。

3.結(jié)束語(yǔ)

    在信息技術(shù)的推動(dòng)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(jī)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(rèn)，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(jì)算機(jī)集成過(guò)程系統(tǒng)(CIPS)”,或稱(chēng)之“計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)”,即所謂流程工業(yè)的“管控一體化”。自動(dòng)化與信息集成對(duì)提高化工企業(yè)的自動(dòng)化水平、生產(chǎn)管理水平和經(jīng)營(yíng)決策水平，增強(qiáng)企業(yè)在市場(chǎng)中的生存和競(jìng)爭(zhēng)能力，都有著非常重大的作用。

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