0 引言
在有色金屬行業(yè)快速發(fā)展的進程中，企業(yè)信息化的支撐起到舉足輕重的作用，而國內很多企業(yè)都只著重于ERP系統(tǒng)的建設，卻忽視了與過程控制層有著直接緊密關系的MES系統(tǒng)，使得ERP系統(tǒng)不能及時地掌握工廠的實際生產情況，成為空中樓閣。要實現(xiàn)生產控制信息能被企業(yè)管理系統(tǒng)應用，就需要在控制系統(tǒng)和管理系統(tǒng)之間架設一座橋梁。目前，比較有效的方式是開發(fā)應用MES系統(tǒng)(Manufactuffng Execution System，制造執(zhí)行系統(tǒng)，從而形成ERP(EAI)／MES／DCS企業(yè)信息化架構。MES以過程數(shù)學模型為核心，連接實時數(shù)據(jù)庫或非實時的關系數(shù)據(jù)庫，對生產過程進行實時監(jiān)視、診斷和控制，完成單元整合和系統(tǒng)優(yōu)化，在生產過程層(而不是管理層1進行物料平衡，安排生產計劃，實施調度、排產及優(yōu)化。本文擬結合金隆銅業(yè)有限公司(以下簡稱“金隆公司”)的信息化建設實際，詳細介紹該公司MES系統(tǒng)的實施和應用情況。
1 金隆公司信息化建設
作為國內大型流程型銅冶煉企業(yè)，金隆公司針對以前信息利用程度不高，管理系統(tǒng)零散、信息缺乏集成，辦公自動化定位不明，辦公功能較弱等問題，緊緊圍繞生產過程開展信息化建設，以實現(xiàn)信息化系統(tǒng)的簡潔、高效、一體化目標，保障設備的完好運行，支撐企業(yè)的現(xiàn)代化管理，降低生產成本和管理成本，提升企業(yè)市場競爭力。其信息系統(tǒng)主要包括工業(yè)控制、企業(yè)管理和辦公自動化三大塊，按照以ERP為主體的規(guī)劃思路，信息系統(tǒng)最底層是生產設備控制，控制信息通過MES、EAI實現(xiàn)和ERP等管理系統(tǒng)的集成。金隆公司信息系統(tǒng)總體構架見圖1。
圖1 金隆公司信息化系統(tǒng)總體構架
按照金隆公司信息化系統(tǒng)建設要求，全廠計算機網絡依據(jù)應用或傳輸信息類型規(guī)劃為三層結構(如圖2所示)，其中頂層是企業(yè)管理信息層，底層為控制信息層，中間為生產(工廠)信息層，各層之間通過交換機或通訊接口實現(xiàn)信息的互通與隔離。
圖2 金隆公司信息化網絡結構
2 金隆公司MES的實施
2.1 MES的實施目標
為有效解決生產控制信息不能和管理系統(tǒng)充分連接等問題，為管理系統(tǒng)進行綜合分析、核算、管理控制服務，金隆制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)的實施目標為：
1)集中企業(yè)各類控制系統(tǒng)的信息，實現(xiàn)控制信息的集成，便于其他系統(tǒng)使用；
2)實現(xiàn)對生產制造過程中的計劃、質量、計量、能源、設備等信息的集中控制；
3)建立生產控制系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)集成的橋梁。
2.2 MES網絡結構及配置
從圖2可以看出，MES網絡位于中間層，是連接過程控制網和企業(yè)管理網的紐帶。針對金隆MES系統(tǒng)的應用需求，MES網絡系統(tǒng)主要設備配置包括1臺核心層交換機、2臺匯聚層交換機、8臺接入層交換機，以及1臺百兆防火墻。生產控制室信息中心通過核心交換機千兆連接到匯聚交換機，并通過百兆防火墻聯(lián)接企業(yè)管理層核心交換機。網絡拓撲結構如圖3所示。
圖3 MES網絡拓撲結構及配置
2.3 MES實施步驟及內容
2.3.1 實施步驟
根據(jù)金隆公司當前應用需求和信息化現(xiàn)狀，MES建設分兩個階段實施。第一階段是基礎應用階段，從完善企業(yè)MES網絡通訊和應用平臺著手，把全廠各生產自動控制系統(tǒng)的信息、工廠物流信息、分析化驗數(shù)據(jù)等集成，建立與生產相關的統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，完成生產過程可視化功能模塊的開發(fā)利用，實現(xiàn)生產管理信息系統(tǒng)的基本功能；第二階段是深化應用階段，根據(jù)實際管理需要，在分析并建立相關管理模型情況下，開發(fā)其它生產管理功能模塊，如生產計劃、職場管理、設備維護管理、質量管理等。
2.3.2 實施內容
1)數(shù)據(jù)采集接口
實時歷史數(shù)據(jù)庫是生產管理信息系統(tǒng)的核心，而數(shù)據(jù)采集接口則是確保該數(shù)據(jù)庫可用性的關鍵�？紤]到金隆尚有部分系統(tǒng)或設備不具備聯(lián)網條件，MES通訊接口實施分兩步進行，第一步確保全廠主要生產車間數(shù)據(jù)的收集，其它不具備條件的局部數(shù)據(jù)采集工作與30萬噸擴改工程同步實施。各通訊接口方案設計如下：
(1)閃速爐、硫酸。金隆閃速爐、制酸和廢酸工藝過程控制采用Honeywell TPS DCS系統(tǒng)，相關數(shù)據(jù)將通過一個統(tǒng)一的通訊接口與MES系統(tǒng)相連，即采用APPfUPN(OPC)Server方式，利用現(xiàn)有的AM升級，升級后采用的OPC S／C方式，符合國際實時數(shù)據(jù)通訊開放性標準，方便與其它控制系統(tǒng)f如PLC)通訊，真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)連接通訊，快捷可靠，能更好兼容閃速爐數(shù)模在線系統(tǒng)應用，且數(shù)據(jù)庫只須一次建點，便于MES數(shù)據(jù)庫開發(fā)和維護。
(2)轉爐、陽極爐。轉爐、陽極爐控制系統(tǒng)在21萬噸擴改期已經更新改造，新系統(tǒng)采用AB公司ControlLogixPLC和GE公司iFIX監(jiān)控軟件。設計采用OPC S／C方式、通過以太網(TCP／IP協(xié)議1與MES數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)通訊�？紤]到轉爐都是單臺操作站，為不影響生產操作，設置一臺通訊服務器，專門用于采集轉爐、陽極爐設備及工藝過程數(shù)據(jù)。
(3)制氧站(VPSA)。制氧站控制系統(tǒng)在21萬噸擴改期已經更新改造，新系統(tǒng)采用GE公司PAC7 PLC和GE公司iFIX監(jiān)控軟件。設計采用OPC S／C方式、通過以太網(TCP／IP協(xié)議1與MES數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)通訊，用于采集制氧站設備及工藝過程數(shù)據(jù)。VPSA采用了GE公司的FIX7．0監(jiān)控軟件，同樣可采用OPC方式、通過以太網(TCP／IP協(xié)議)與MES數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)通訊。
(4)動力中心、純水站。動力中心控制系統(tǒng)在21萬噸擴改期已經更新改造，新系統(tǒng)采用GE公司PAC7 PLC和GE公司iFIX監(jiān)控軟件。設計采用OPC S／C方式、通過以太網(TCP／IP協(xié)議)與MES數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)通訊，用于采集動力中心設備及工藝過程數(shù)據(jù)�，F(xiàn)有純水站控制系統(tǒng)屬90年代中期的Honeywell S9000/R150系統(tǒng)，有以太網接口，可通過動力中心交換機與MES聯(lián)網，通過設置在控制中心的SCADA服務器遠程采集數(shù)據(jù)，通訊方式采用iFIX Driver For S9000。
(5)電解(含凈液、硅整流、聯(lián)動機組)。現(xiàn)有電解、凈液控制系統(tǒng)屬90年代中期的AB公司PLC5系統(tǒng)，設有一臺帶以太網接口的PLC5／20E控制器，能直接與MES聯(lián)網并通過設置在控制中心的SCADA服務器遠程采集數(shù)據(jù)，通訊方式采用iFIX Driver Fo，PLC5。凈液控制系統(tǒng)則需按原設計恢復與電解PLC的DH+網通訊連接(增加一臺Rs-485中繼器)。硅整流控制系統(tǒng)采用了AB公司的SLC500 PLC，具有DH+網絡接口，可采用RS-485中繼器方式與電解DH+并網，避免系統(tǒng)間相互干擾。聯(lián)動機組需要上網的數(shù)據(jù)主要是陽極板、殘極和陰極銅的計量數(shù)據(jù)，設置一臺計算機采集站專門收集這些數(shù)據(jù)，并通過以太網同步傳送到MES數(shù)據(jù)庫中。
(6)酸庫與裝酸設施、低壓鍋爐�，F(xiàn)有酸庫與裝酸設施和低壓鍋爐控制系統(tǒng)屬90年代中期的Honeywell S9000／R150系統(tǒng)，有以太網接口，通訊方式采用iFIX Driver For S9000，通過以太網(TCP／IP協(xié)議)與MES數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)通訊。
(7)總降壓�？偨惦娏ΡO(jiān)控系統(tǒng)具備MODBUS／以太通訊接口，通訊方式采用iFIX Driver For MB，通過以太網(TCP／IP協(xié)議)與MES數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)通訊。
(8)其它計量數(shù)據(jù)。其它計量數(shù)據(jù)，如擇門地重衡、陽極爐地重衡等，設置一臺計算機采集站專門收集這些數(shù)據(jù)，并通過以太網同步傳送到MES數(shù)據(jù)庫中。
2)SCADA服務器及通訊接口
該系統(tǒng)為遠程數(shù)據(jù)采集站，設置于控制中心，用于采集全廠非OPC協(xié)議(如新總降電力監(jiān)控系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，存于實時數(shù)據(jù)庫中，再通過其配備的OPCServer實現(xiàn)與MES實時歷史數(shù)據(jù)庫通訊。
2.4 MES軟件平臺
MES系統(tǒng)平臺根據(jù)應用層次分為操作系統(tǒng)層、數(shù)據(jù)庫層和應用層。遵循穩(wěn)定性、成熟度和易用性的選擇原則，MES軟件平臺主要的技術依托Microsoft的技術，包括.NET，SOAP等。服務器數(shù)據(jù)庫操作系統(tǒng)采用目前使用廣泛的Windows 2003 Server，應用數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2000，Web服務器和報表服務器則建立在windows IIS和Office 2003上，同時由于Web服務的數(shù)字儀表盤功能，故需要Microsoft DDRK(DigitM Dashboard Resource Kit)或MicrosoftSharePoint Portal Server。金隆公司MES軟件平臺構成見表1。
表1 金隆公司MES軟件平臺構成
3 使用效果
MES的成功實施給金隆公司生產經營管理帶來了一系列的變革和進步。系統(tǒng)整合、規(guī)范、優(yōu)化了業(yè)務管理流程，實現(xiàn)了各個控制系統(tǒng)到公司級制造管理系統(tǒng)的無縫集成，實現(xiàn)了管理模式與管理手段的高效整合，提高了計劃的實時陛和靈活性，改善了生產線的運行效率；對于提高企業(yè)管理效率、增強企業(yè)市場競爭力和提高企業(yè)效益具有積極意義。
MES系統(tǒng)投運后，使金隆公司生產管理運作方式實現(xiàn)了以下的效果：實現(xiàn)了信息資源集中和信息高度共享；實現(xiàn)了設備、儀表狀態(tài)數(shù)據(jù)的在線采集，可實時監(jiān)控底層設備的運行狀態(tài)，為ERP、SCM提供生產現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)；實現(xiàn)了生產制造數(shù)據(jù)的自動化采集，從而加強了計劃管理層與底層控制之間的溝通，起到了承上啟下的作用；實現(xiàn)了組織結構和業(yè)務運作的快速響應機制，為技術人員分析、解決問題提供了強有力的工具。
4 結束語
金隆公司制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)的實施和應用證明，現(xiàn)代銅冶金企業(yè)要進行信息化建設，形成先進的ERP(EAI)／MES／DCS企業(yè)信息化架構至關重要，而MES作為銅冶煉企業(yè)信息化架構的中間關鍵環(huán)節(jié)，可以起到承上啟下的作用，能有效提高產品質量、縮短產品交貨期、降低生產成本、改善服務質量、提高企業(yè)的整體素質和市場的競爭力，具有很大的經濟效益和社會效益。
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本文標題：MES/ERP在金隆公司的實施與應用
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