基于Profibus現(xiàn)場總線的CIPS在制漿造紙工業(yè)中的應(yīng)用方案

1 引言

　　1973年，美國的Joseph Harrington博士在《Computer Integrated Manufacturing》一書中提出了一種組織企業(yè)生產(chǎn)的理論——CIM，直譯為計算機集成制造。CIM是一種組織管理和運行企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的新哲理。

　　CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）是基于CIM哲理而組成的系統(tǒng)，即它是通過計算機硬軟件，并綜合運用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)，將企業(yè)生產(chǎn)全部過程中有關(guān)的人、技術(shù)、經(jīng)營管理三要素及其信息流與物質(zhì)流有機集成并優(yōu)化運行的復(fù)雜大系統(tǒng)。這一定義是針對離散型工業(yè)而言，其實以石化、化工、冶金、能源、造紙為代表的流程工業(yè)也在向CIMS方向發(fā)展。把CIMS概念擴展至流程工業(yè)，即形成了流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)CIPS（Computer Integrated Process System）概念，也可稱為流程工業(yè)計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS in process industry）。

　　流程工業(yè)集成自動化大致經(jīng)歷了以下五個階段：（1）早期的過程控制階段;（2）70年代以前的直接數(shù)字控制階段DDC（Direct Digit Control）;（3）70～80年代的集散控制階段DCS（Distributed Control System）;（4）80年代以后的DCS+優(yōu)化階段;（5）流程工業(yè)綜合自動化（CIPS）階段。集成化分散控制系統(tǒng)向信息管理系統(tǒng)及計算機網(wǎng)絡(luò)控制方向擴展，將過程控制和信息管理系統(tǒng)緊密結(jié)合起來，便構(gòu)成了計算機集成過程系統(tǒng)（CIPS）。90年代開始將生產(chǎn)調(diào)度、計劃優(yōu)化、經(jīng)營管理與決策等引入計算機控制系統(tǒng)，使市場意識與優(yōu)化控制相結(jié)合，促使計算機控制系統(tǒng)走向更加完善的CIPS階段，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益與技術(shù)進步。可見，CIPS是流程工業(yè)自動化發(fā)展的必然趨勢。

2 制漿造紙工業(yè)生產(chǎn)流程特點及對CIPS的需求

　　制漿造紙全過程工藝流程（如圖1）可以描述為：麥草、蘆葦?shù)仍旒堅辖?jīng)干、濕法備料，同蒸煮液（黑液和白液）混合后被送往蒸煮部進行高溫蒸煮，通過蒸煮反應(yīng)生成粗漿;粗漿經(jīng)過洗滌和篩選，除去其中的黑液、渣質(zhì)和粗大纖維，變成良漿，然后被送往漂白工段，經(jīng)過CEH三段連續(xù)漂白變成紙漿;從洗篩漂車間過來的紙漿，與其它漿種按一定比例配合，并與填料、膠料和染料等添加物料混合，形成混合漿;混合漿被打入成漿池，被清水和白水稀釋成規(guī)定濃度的紙漿，再與明礬等填料混合，經(jīng)調(diào)漿箱、除砂器、穩(wěn)漿箱和流漿箱上網(wǎng)，再經(jīng)壓榨、烘干、施膠、壓光和卷取變形成成品紙。

　　由此可見，制漿造紙工業(yè)屬于少品種、大批量的連續(xù)型生產(chǎn)方式，另外，制漿造紙業(yè)是造成環(huán)境污染最嚴(yán)重的行業(yè)之一，同時還是木材、化學(xué)品、水、電等原材料和能源的消耗大戶。因此，為了增強制漿造紙企業(yè)的市場應(yīng)變能力、適應(yīng)激烈的市場競爭，保證生產(chǎn)過程的連續(xù)、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)和安全，還要在生產(chǎn)的過程中盡可能的減少污染、降低消耗、保護環(huán)境，這就需要將現(xiàn)代管理技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)有效地集成起來，也就是需要在流程工業(yè)CIPS理論的指導(dǎo)下,針對制漿造紙企業(yè)的生產(chǎn)特點,研究制漿造紙企業(yè)CIPS結(jié)構(gòu)和實施方法。

3 制漿造紙工業(yè)CIPS的三層體系結(jié)構(gòu)

　　流程工業(yè)CIPS的體系結(jié)構(gòu)

　　流程工業(yè)CIPS的理論和技術(shù)經(jīng)過多年的研究發(fā)展，特別是經(jīng)過實際應(yīng)用的考驗，已逐步趨向合理的體系結(jié)構(gòu)。其層次結(jié)構(gòu)的框架已由5層結(jié)構(gòu)的Prudue模型（如圖2）為ERPMESPCS 3層結(jié)構(gòu)（如圖3）。在Prudue模型中，流程工業(yè)CIPS自上而下從功能上被分為了經(jīng)營決策、企業(yè)管理、生產(chǎn)調(diào)度、過程監(jiān)控和過程控制5個層次，將管理過程和生產(chǎn)過程明顯分開。但在其網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用實踐中，如何處理既有生產(chǎn)性質(zhì)又有管理性質(zhì)的信息，是一個較大的問題，造成了流程工業(yè)CIPS研究與開發(fā)過程中混亂和標(biāo)準(zhǔn)的難以統(tǒng)一。ERPMESPCS 3層結(jié)構(gòu)將流程工業(yè)系統(tǒng)分為以財務(wù)分析/決策為核心的企業(yè)資源管理系統(tǒng)（ERP）和以優(yōu)化管理、以優(yōu)化運行為核心的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）和設(shè)備綜合控制為核心的過程控制系統(tǒng)（PCS）。這一結(jié)構(gòu)較好地解決了企業(yè)管理和生產(chǎn)中一些共性的問題，也為管理和控制鏈接中各企業(yè)的個性問題提供了解決方法。