基于Profibus現(xiàn)場(chǎng)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(guó)的Joseph Harrington博士在《Computer Integrated Manufacturing》一書(shū)中提出了一種組織企業(yè)生產(chǎn)的理論——CIM，直譯為計(jì)算機(jī)集成制造。CIM是一種組織管理和運(yùn)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(guò)計(jì)算機(jī)硬軟件，并綜合運(yùn)用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)，將企業(yè)生產(chǎn)全部過(guò)程中有關(guān)的人、技術(shù)、經(jīng)營(yíng)管理三要素及其信息流與物質(zhì)流有機(jī)集成并優(yōu)化運(yùn)行的復(fù)雜大系統(tǒng)。這一定義是針對(duì)離散型工業(yè)而言，其實(shí)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(kuò)展至流程工業(yè)，即形成了流程工業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)CIPS（Computer Integrated Process System）概念，也可稱(chēng)為流程工業(yè)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS in process industry）。

　　流程工業(yè)集成自動(dòng)化大致經(jīng)歷了以下五個(gè)階段：（1）早期的過(guò)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(dòng)化（CIPS）階段。集成化分散控制系統(tǒng)向信息管理系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制方向擴(kuò)展，將過(guò)程控制和信息管理系統(tǒng)緊密結(jié)合起來(lái)，便構(gòu)成了計(jì)算機(jī)集成過(guò)程系統(tǒng)（CIPS）。90年代開(kāi)始將生產(chǎn)調(diào)度、計(jì)劃優(yōu)化、經(jīng)營(yíng)管理與決策等引入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，使市場(chǎng)意識(shí)與優(yōu)化控制相結(jié)合，促使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)走向更加完善的CIPS階段，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益與技術(shù)進(jìn)步?？梢?jiàn)，CIPS是流程工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2 制漿造紙工業(yè)生產(chǎn)流程特點(diǎn)及對(duì)CIPS的需求

　　制漿造紙全過(guò)程工藝流程（如圖1）可以描述為：麥草、蘆葦?shù)仍旒堅(jiān)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(jìn)行高溫蒸煮，通過(guò)蒸煮反應(yīng)生成粗漿;粗漿經(jīng)過(guò)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(guò)CEH三段連續(xù)漂白變成紙漿;從洗篩漂車(chē)間過(guò)來(lái)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(jiàn)，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(shí)還是木材、化學(xué)品、水、電等原材料和能源的消耗大戶(hù)。因此，為了增強(qiáng)制漿造紙企業(yè)的市場(chǎng)應(yīng)變能力、適應(yīng)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，保證生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)和安全，還要在生產(chǎn)的過(guò)程中盡可能的減少污染、降低消耗、保護(hù)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(dòng)化技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)有效地集成起來(lái)，也就是需要在流程工業(yè)CIPS理論的指導(dǎo)下,針對(duì)制漿造紙企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn),研究制漿造紙企業(yè)CIPS結(jié)構(gòu)和實(shí)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(guò)多年的研究發(fā)展，特別是經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用的考驗(yàn)，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(yíng)決策、企業(yè)管理、生產(chǎn)調(diào)度、過(guò)程監(jiān)控和過(guò)程控制5個(gè)層次，將管理過(guò)程和生產(chǎn)過(guò)程明顯分開(kāi)。但在其網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用實(shí)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(gè)較大的問(wèn)題，造成了流程工業(yè)CIPS研究與開(kāi)發(fā)過(guò)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(cái)務(wù)分析/決策為核心的企業(yè)資源管理系統(tǒng)（ERP）和以?xún)?yōu)化管理、以?xún)?yōu)化運(yùn)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(guò)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(wèn)題，也為管理和控制鏈接中各企業(yè)的個(gè)性問(wèn)題提供了解決方法。