基于信息總線的煤化工MES平臺(tái)

圖5 焦化MES信息集成系統(tǒng)報(bào)警提示及處理
通用數(shù)據(jù)采集處理及參數(shù)配置工具：焦化MES的通用數(shù)據(jù)采集處理及參數(shù)配置工具是符合美國(guó)MES學(xué)會(huì)制定的ISA S95 企業(yè)控制系統(tǒng)集成標(biāo)準(zhǔn)，符合OPC的通用規(guī)范，基于.NET架構(gòu)開發(fā)的。用戶只需在相應(yīng)的MES模塊上安裝這個(gè)工具，即可與信息集成平臺(tái)之間建立對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)通道，完成信息的實(shí)時(shí)交互。如圖6所示。

圖6 通用數(shù)據(jù)采集處理及參數(shù)配置工具
　　該工具為用戶提供了方便友好的界面，根據(jù)配置表按指定時(shí)間采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，將采集數(shù)據(jù)按需進(jìn)行運(yùn)算處理（如數(shù)據(jù)積分、數(shù)據(jù)平滑和數(shù)據(jù)濾波等），將采集數(shù)據(jù)按需進(jìn)行單位換算，按工廠特型進(jìn)行建模處理，將預(yù)處理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)至關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)保證了數(shù)據(jù)及時(shí)從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集，并及時(shí)傳輸?shù)叫畔⒓善脚_(tái)上。
數(shù)據(jù)校正：由于儀表、管道泄漏和測(cè)量誤差等因素的影響，會(huì)引起過程測(cè)量數(shù)據(jù)的不協(xié)調(diào)性和不正確性。數(shù)據(jù)校正技術(shù)正是針對(duì)流程工業(yè)的這類問題的解決方法，包括過失誤差的偵破和識(shí)別、數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)。通過多年來在流程工業(yè)方面的研究和工程的實(shí)施，將數(shù)據(jù)校正技術(shù)集成到焦化MES平臺(tái)中，使信息集成平臺(tái)不僅有通用的信息集成功能，而且具有對(duì)測(cè)量誤差的偵破、識(shí)別、過程數(shù)據(jù)的分類和校正功能，通過實(shí)時(shí)地對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行校正處理，使得各個(gè)MES模塊獲得剔除誤差后的協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)和信息，以確保企業(yè)過程優(yōu)化控制和生產(chǎn)調(diào)度等MES功能應(yīng)用的正確性和有效性。焦化公司的碳一分公司進(jìn)行了MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)校正技術(shù)研究和實(shí)施，碳一變換爐反應(yīng)（CO+H2O—>H2 +CO2）進(jìn)出流股的校正過程示例如圖7。結(jié)果表明，通過數(shù)據(jù)校正技術(shù)，可以對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理，得到準(zhǔn)確一致的可靠數(shù)據(jù)。

圖7 焦化MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)校正技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例
動(dòng)態(tài)成本控制優(yōu)化：由于物耗、能耗、設(shè)備、成本、計(jì)劃與調(diào)度等生產(chǎn)管理要素與綜合生產(chǎn)指標(biāo)密切相關(guān)，綜合生產(chǎn)指標(biāo)往往不能連續(xù)在線測(cè)量，而且又難以用控制系統(tǒng)的輸入輸出來描述。成品連續(xù)地產(chǎn)出，工藝運(yùn)行也在不斷的變化之中，產(chǎn)品成本只能按某一時(shí)段（通常為月），由各級(jí)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)人員讀取進(jìn)出物流的累計(jì)值、公用工程的消耗量，有時(shí)還需要進(jìn)行必要的人工處理和工序間的人為攤派，人工完成進(jìn)出工廠的物料平衡和工程內(nèi)部各產(chǎn)品的物耗分配，進(jìn)行能耗計(jì)算，這個(gè)能耗是該時(shí)段產(chǎn)品的實(shí)際能耗的平均值。通過MES的信息集成平臺(tái)的動(dòng)態(tài)物耗能耗估算模型，就可以對(duì)全部工藝物流、公用工程（水、電、汽）消耗的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行在線校正，動(dòng)態(tài)獲取折舊費(fèi)、人工費(fèi)、修理費(fèi)、管理費(fèi)和外購(gòu)原料等物耗信息，根據(jù)設(shè)定的算式和時(shí)間間隔，可以自動(dòng)地給出任意時(shí)段（班、日、旬、月等）的各種產(chǎn)品或中間產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)能源消耗狀況。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，原材料、能源和產(chǎn)品的價(jià)格瞬間萬變，對(duì)物耗能耗的動(dòng)態(tài)計(jì)算，對(duì)于大型工業(yè)企業(yè)的節(jié)能降耗是有重大意義的。

圖8是通過物耗能耗模型得出的成本消耗比較情況的變化趨勢(shì)圖。

圖8 成本消耗比較情況的變化趨勢(shì)圖
　　通過不斷的研究和實(shí)踐，目前已經(jīng)初步建立了通用物耗能耗建模的框架，根據(jù)流程可以畫出節(jié)點(diǎn)流股的關(guān)聯(lián)圖，并對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)元素進(jìn)行模板的定制，就可以自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)流程的物耗能耗關(guān)聯(lián)矩陣，即投入產(chǎn)出理論中的直接消耗矩陣和完全消耗矩陣。通過與相應(yīng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的位號(hào)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)連接，可根據(jù)模型中定義的多尺度時(shí)間片段，計(jì)算出當(dāng)前物耗能耗的實(shí)際數(shù)據(jù)。
　　圖9中，首先將生產(chǎn)數(shù)據(jù)分為大類和子類。例如在化工行業(yè)中，原料、輔料、公用工程等為大類。用戶首先通過鼠標(biāo)拖動(dòng)，即可建立生產(chǎn)元素大類和子類的關(guān)系，然后按如圖10所示中對(duì)各個(gè)元素進(jìn)行模板定制，即可自動(dòng)生成投入產(chǎn)出的物耗能耗模型。

圖9 物耗能耗模型中的數(shù)據(jù)元素分類配置

圖10 物耗能耗模型中的元素模板的定制
　　企業(yè)的動(dòng)態(tài)成本控制，是基于MES信息總線，在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確一致的基礎(chǔ)上，將物耗能耗建模方法用于以節(jié)能降耗為目標(biāo)的生產(chǎn)優(yōu)化中。從數(shù)據(jù)的采集、集成、共享、數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)到實(shí)時(shí)物耗能耗的計(jì)算和優(yōu)化，都是很好地針對(duì)流程工業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)。在技術(shù)上，采用.NET基于測(cè)量數(shù)據(jù)的校正技術(shù)，采用先進(jìn)的投入產(chǎn)出控制算法為企業(yè)提高設(shè)備利用率、提高產(chǎn)量、降低能耗，促進(jìn)企業(yè)的良性發(fā)展，提高企業(yè)整體信息化水平，提升國(guó)民經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，從而實(shí)現(xiàn)良好的社會(huì)效益。

5.結(jié)論
　　上海交大和上海焦化有限公司經(jīng)過兩年多來的工作，已經(jīng)自主開發(fā)了針對(duì)煤化工的MES體系，建立了基于信息總線的MES平臺(tái)，對(duì)信息總線的核心技術(shù)進(jìn)行了研發(fā)，包括模型建立及部署、信息共享和信息同步、通用接口、通用數(shù)據(jù)采集處理及參數(shù)配置工具等，實(shí)現(xiàn)了對(duì)模型的統(tǒng)一命名和部署，實(shí)時(shí)同步跟蹤和監(jiān)控各種信息，數(shù)據(jù)和關(guān)系數(shù)據(jù)的同步和共享。并在信息總線的基礎(chǔ)上完成了相應(yīng)的MES功能模塊。應(yīng)用表明，基于信息總線的煤化工MES完全滿足企業(yè)的先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)管理的需要，是MES理論及應(yīng)用的典型示范。

(作者朱建寧，潘兆鴻，李光華，李鋒單位系上海焦化有限公司;趙霞，沈飛單位系上海交通大學(xué);謝秋風(fēng)，吳湘驪單位系上?；坫懽詣?dòng)化信息產(chǎn)業(yè)有限公司）