化工行业生产信息化和自动化解决方案+.docx
《化工行业生产信息化和自动化解决方案+.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工行业生产信息化和自动化解决方案+.docx（26页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
化工行业生产信息化和自动化解决方案+
化工行业生产信息化和自动化
解决方案
2012年元月
第一章绪论
近年来，随着化工行业面临原材料价格不断上涨，人工成本大幅提高，新配方新工艺层出不穷，同行带来的残酷竞争，大多数企业对生产自动化程度要求越来越高，原有的粗放式生产模式已经远不能满足企业要求。
企业对采用先进的生产技术来提高管理水平的需求迫在眉睫，其中的关键就是生产的信息化、自动化技术。
第二章生产制造执行系统（MES）
一、概述
制造执行系统（MES）是为了保证产品的质量、数量和交货期，有效地使用人力、机械、设备、原料等工厂资源，综合管制工厂生产活动的软件系统。
MES系统填补制造企业信息管理在车间环节的“断层”，实现企业“敏捷化制造战略”，是质量和成本控制的最有力帮手
MES强调制造计划的执行，它位于企业上层企业资源规划（ERP）和底层工业控制（PCS）之间，面向车间层的生产管理技术与实时信息系统，在计划管理层和底层控制之间架起了一座桥梁，填补了两者之间的鸿沟。
MES是处于计划层和车间层操作控制系统SFC之间的执行层，主要负责生产管理和调度执行。
它通过控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力，提供了一种系统地在统一平台上集成诸如质量控制、物料追踪、生产调度等功能的方式。
从而实现企业实时化的ERP/MES/SFC系统。
MES的设计及关键技术攻关，是化工企业综合自动化系统的核心技术。
MES的系统效益
MESA为欧美制造业所做的调查统计数据
二、行业特点
化学工业作为我国国民经济的基础产业之一，经过五十多年的发展，已经覆盖了有机化学原料、无机化学原料、树脂、化学纤维、添加剂、日用化学品、染料、涂料、肥料、农料、塑料及制品、玻璃及制品、水泥等领域，与人类生活资源密切相关。
从整体上来说，化工行业的特点是对生产原料伴有化学、物理、相变等反应、变化过程的连续加工。
和离散的制造业相比，化工企业具有以下特殊性：
1、装置系统性强
生产装置大部分是在连续状态下工作。
一个环节发生问题就会阻塞整个流程；有的虽然是间歇性生产，一台出问题影响虽然小一些。
但因为生产是连续的，上道工序如果出现问题，同样会影响下道工序，带来连锁反应。
2、工艺参数变化多
生产成品收率是生产计划密切关注的。
而影响化学反应的因素很多，设备、原料、操作都会影响产成品的收率。
这些影响主要表现为工艺参数的变化。
3、物料变化复杂
生产加工高度的连续性，各个工序之间通过物料流和能量紧密的联系起来。
一旦生产计划改变，整个生产系统各个环节的生产状况都会随之变化。
化工材料会随时间的变化而产生变化，可能变坏或变好，或完全变成另外一种物料；有些原料取自自然界，不同地点、批次的原料，其物理、化学性能会有差异。
所以一个针对化工生产的解决方案，需要能够标识并管理物料的这种因时间、批次而产生的变化。
4、生产形式复杂
生产中，“质检计量”不仅有检验的功用。
而且也是用于检测多种生成物含量的比例一种手段。
也是计算成本要求的。
设备大修一般一年一次，全厂要停车。
在开停车时（不仅是设备大修），由于流程长，准备工作多而复杂。
当前，化工企业信息化的一个非常明显的趋势是功能综合化，即自动化系统从企业整体出发逐层完成综合信息管理、车间控制、装置协调联合控制、辅助装置与设备的控制、能源监测与计量控制等等，实现综合管理-控制一体化系统。
但要达到这个目标，在实际中还存在一些问题：
1、数据收集困难，除了DCS显示数据外，现场流量计、配电间电表、磅秤等分散在现场，每天人工抄写、传送这些数据很繁琐；
2、日常报表有日报、旬报、月报、生产简况报告等，大部分报表仍然采用人工统计，手段落后、工作量大、准确度难以保证。
3、调度员通讯手段落后，一般都以电话调度为主，调度员不了解现场设备运行状况，需要通过电话间接了解，因此难以做到及时准确调度指挥。
4、质量检验种类多，信息数据量大，生产工艺参数和质量分析数值依靠人工抄表，效率低，占用定员多；化验报告需要经常送多个部门，化验员大部分时间忙于送化验报告，不便于生产过程分析和工艺技术管理。
5、一些信息化程度较高的企业已经具有了相对完整的ERP系统。
但市场定单无法准确分解转化为生产计划直接下达到生产调度，而ERP层在生产控制数据的获取方面同样存在巨大障碍，传统的手工录入方式不能克服信息滞后、数据失真等问题。
综上所述，根据化工企业目前的生产状况，针对化工企业的生产管理信息化的需求，建立企业的生产执行系统（MES）是一个有效的解决方案。
三、关于中浩MES系统
⏹为企业提高敏捷制造能力和生产管理品质提供有力的保障
⏹提供了在统一平台上集成诸如生产调度、产品跟踪、质量控制、设备故障分析、网络报表等管理功能
⏹使用统一的数据库和通过网络联接可以同时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门提供车间管理信息服务
⏹通过强调制造过程的整体优化来帮助企业实施完整的信息化建设
中浩公司是华南地区最早开展MES实施的公司之一，公司成功举办过首届华南地区MES论坛，拥有多项MES领域软件产品自主版权。
公司目前拥有专门的MES实施团队，在佛山Thomson彩色显像管公司、美国AVON公司、美国箭牌公司、南方中国集装箱公司、美国P&G公司、东莞金霸王公司成功进行过MES领域的项目实施。
1、整体化集成平台
－生产现场系统
－管理部门终端
－企业外部查询
－内部报表统计
－外部报表查询
MES架构
2、集成化的车间管控网络
3、功能模块
3.1生产计划管理
提供图形化的排产工具，可以根据产品加工路径的动态规划，它会根据物料、生产能力、工装夹具、设备异常、出勤人员等等信息变动来自动调整下一步计划，形成新的计划。
根据实际情况做出最优的安排，解决制造同步化问题！
3.2仓储物流
条码体系的建立是MES系统的基础工作，要实现物料追踪，则必须对物料进行条码化管理，即在物料外包装上贴上相应的条码。
物料的在各个工序中流动是通过条码进行跟踪控制。
1）原料出入库管理
2）称重过程防错及标准化流程管控
3）称料—移动式称料（AGV车）
调度中心是根据工单计划自动进行称料任务排程，将每一条称料计划按照不同批次、不同库位、重量、体积大小等等因素拆分成一条条称料任务分配给AGV称料车进行称料工作。
AGV车自动运行到指定原料库位后，操作工可根据移动称料系统界面上的提示进行称料工作并打印出相应条码。
物料录入通过扫描条码进行比对，重量信息由系统直接从称上获取，避免了手工操作的错误
移动称料系统（AGV车）工作示意图
称料后打印的条码样式
称料管理子系统管理工单的导入、称料参数的设置，可查看称料工作的实时进度和历史记录，还可以补打条码应付突发情况等。
3.3过程控制
1）现场每台主生产设备均配有一套配制监控系统，通过可视化界面形象生动的指挥操作工人进行生产，并实时的记录整个生产过程中的各参数变化、各项动作的具体操作时间等信息。
2）监控加料过程，通过扫描条码自动比对加料信息，防止错加、多加或少加料的操作发生。
4）进行管道加料时工人只需点击开始加料按钮，系统会自动控制PLC进行加料。
4）生产工艺可视化，现场指导工人操作，无需比对纸张操作。
5）实时监控生产中的参数变化，可通过曲线形象直观的进行查看，参数值超出误差范围时会产生灯光、声音等报警信号。
3.4LED生产实时看板
生产主管部门可以通过LED看板实时监控各个工作站的生产情况和主要参数变化以及告警信息。
其他生产相关部门可以通过LED看板实时了解每个工作站的生产情况
3.5生产监控调度
主管无需到生产车间，在电脑上可实时监控全部生产工作站的实时工作情况，包括设备的运行状态、参数和工单的完成情况等实时数据。
3.5生产过程综合管理
综合管理子系统中可进行各项基本参数的设定和配方编辑管理。
可查看需要的历史生产记录。
可追溯每批成品的全部生产细节。
使用灵活，方便管理人员审批和设定标准生产过程，制约生产投料的过程和参数的走势。
3.6生产报表
可方便的生成与生产和管理相关的多项报表供管理人员查看和分析，也可以通过WEB方式查询浏览报表。
3.6OEE设备绩效管理
记录生产设备downtime原因，以及与downtime相关的时间信息，监控设备运行状态，为管理者提供信息，分析生产瓶颈，以改善生产绩效OverallEquipmentEfficiency（OEE）指标
1）OEE概念
OverallEquipmentEffectiveness（全面设备效率/设备综合效率）
设备负荷时间内实际产量与理论产量的比值
评估生产力的单一KPI量度方法
三要素：
利用率（Availability）、表现指标（Performance）、质量指标（Quality）
2）OEE计算模型
OEE=AV×PE×QU
PE＝Re×Oe
AV利用率、PE为表现指标，QU为质量指标
Tt为日历总时间（TotalTime），Dt为设备停机时间（Downtime）
Re为净开动率（RateEfficiency），Oe为速度开动率（OperationalEfficiency）
TPt为生产总时间（TotalProductiveStateTime），Top为开动时间（EquipmentOperationalUptime），CTi为理想加工周期（IdealCycleTime），CTa为实际加工周期（ActualCycleTime）
Op为加工数量（TotalProcessedOperational），Or为废品与次品数量（RejectsOperational）
3）OEE与设备管理的关系
◆OEE模型
OEE设备绩效管理系统
四、MES带来的效益
1.有形效益
⏹确切掌握生产状况，提高交货准确度，理顺物流流程，达成供、产、销配合。
⏹正确掌握在制品数量，及不良品之追踪，降低在制品成本。
⏹以条码或RFID追踪产品序号，收集完整资料，提高产品售后服务水准。
⏹及时反映品质问题，追踪品质历史，提高产品品质。
⏹大幅减少现场巡查、人工统计和手工报表，提高现场管理人员生产力。
2.无形效益
⏹提高企业品质形象以获取客户信心
⏹能正确快速制定生产决策
⏹公司竞争力上升
五、MES实施流程
由于MES系统相当复杂，若想成功导入并发挥最佳的效益，除了系统本身需具备完整的功能之外，一套具体而实用的导入计划也非常重要。
（1）选择供应商
（2）成立项目团队
（3）拟定时程进度
（4）系统标准模块说明
（5）客制化系统功能讨论
（6）系统功能定制及测试
（7）进行使用者教育训练
（8）进行系统安装与先导上线（PilotRun）
（9）系统正式上线
第三章工厂设施管理与控制系统（FMCS）
一、为什么需要FMCS（FacilityMonitoringControlSystem）
可能你的工厂已拥有中央空调设备、生产线检测控制设备、电力系统、锅炉供热设备、各类运输设备、办公区智能楼宇系统、人员管理系统、车间环境监测设备等相互独立的设备或系统。
在每增加一套设备或一个小系统时，你总是为使该设备正常运行要投入新的人员去管理，同时，由于设备运行之间又经常在电力分配、维护停机等方面给其他生产环节带来或多或少的影响。
越来越多的自动化设备虽然给某项生产活动带来了可观的经济效益，但它们之间的使用矛盾也在日益突出，如何使这些设备和小系统在企业中得到合理的利用，形成一个有机整体，而且一切设备的运行情况又在您的掌控之中，从而为企业创造最大的经济效益。
您需要的是一套“FMCS系统”。
二、工厂设施管理与控制系统—FMCS
目前的制造业已经向信息化工厂逐渐过度，整个工厂作为一个有机的整体来协调运转就需要一个有效的监控和管理，通过监控可以知道工厂所有设备所有人员所有材料的具体情况，通过管理，可以使以上各个生产环节紧密结合，协调运转。
这样，就需要一个整体的全厂自动化系统。
广州中浩控制技术有限公司的FMCS系统就是针对以上这些具体需求提出的完美解决方案。
三、FMCS系统的整体功能：
对无尘室空调系统、一般空调系统、冷热水主机设备以及废排气设备、变配电系统实现以最佳控制为中心的过程控制自动化；
以运行状态监视和计算机为中心的设备管理自动化；
以安全监视为中心的防灾自动化；
以节能运行为中心的能量管理自动化。
FMCS功能模块
四、系统设计原则：
可靠性：
系统硬件设备具有很高的可行性，同时还配备可靠的软件。
系统从设计、实施、程序编制至组态过程都十分重视符合IEC设计规范。
集成性和可扩展性：
充分考虑整个FMCS系统有可能与工厂的其它自控系统需要数据集成和信息共享，以及采用模块化积木式结构，有利于系统日后的扩展及保养维护。
开放性和兼容性：
本系统是开放的，并具有良好的兼容性。
人机界面友好，方便运行管理：
图形显示生动、形象、直观，操作简单。
综合节能性：
空调系统的运行需要耗费大量的能源，其节能措施尤为重要，合理的设计，可最大限度降低空调系统运作和管理的费用。
五、系统的网络构成：
系统采用两级网络联结的集散式分布结构，一级网络用于联接互为冗余的主控制器（CONTROLLOGIX）与工作站，二级网络用于联接各现场RemoteI/O机架，访问控制方式为DH-Bus现场总线方式，网络结构先进、性能稳定、传输速率高、节点容量大、可确系统高速可靠运行，所有设备的运行参数都可以及时了解和处理。
五、FMCS系统功能构成：
1、FMCS系统功能管理
2、FMCS洁净室系统
3、循环给水及锅炉热水
3、空压系统和液氮系统
4、工艺排气系统
5、冰水系统
6、空调节能系统
7、电力供应系统
8、生产设备及工艺监控
六、采用FMCS自控系统后的良好效果：
通过控制无尘室以及工厂建筑物内的温度，湿度、和空气质量，使人们工作和生活拥有高效率、舒适、温馨、便利的环境；同时为生产场所提供精确的温湿度控制以及洁净空气质量，利于产品的质量要求。
有效地节约电能：
该系统采用计算机程序对工厂空调等相关设备进行监控，提供可靠的、经济的最佳能源供应方案，管理不同时间内设备用电量大小、使设备永远处于最佳运行状态及最佳利用率，大量减少不必要的浪费，达到节约用电的目的。
大量节省管理人员：
传统的仪表控制系统是通过工厂操作管理人员楼上楼下来回奔走，对分布于工厂各处的空调设备进行开关和调节。
采用该系统后，则可以通过计算机的键盘或鼠标在中央控制室完成上述开关和调节控制工作，也可以由计算机内部的软件自动控制调节各设备的参数及开关状态，做到真正的管理自动化，因此可以减轻管理人员的劳动强度，减少管理人员的数量。
延长设备使用寿命：
空调等设备在计算机的统一管理下始终处于最佳运行状态，按照设备的运行状况打印维护保养报告，提示管理人员对设备进行维护、保养，避免超前或延误维护、保养，相应延长设备使用寿命，减免突发性设备损坏，也就等于节省了资金。
提高操作管理人员与设备的整体安全水平：
该系统对空调等设备的运行状态进行实时监视，可使管理人员及时发现设备故障、问题与意外，消灭故障于隐患之中，保证设备与人身的安全。
一旦设备有故障发生，计算机可以报告故障发生的部位及故障发生的原因，以便维护人员快速排除故障，恢复设备正常运行。
齐全的报表功能：
该系数可不断地、及时地提供有关设备运行状况的报表，集中收集、整理作为设备管理决策的依据，实现设备维护工作的自动化。
报表包括设备历史数据、动态趋势、设备诊断等。
用户要求的报表可以打印存档。
操作级别：
根据管理人员不同职务，给予不同的操作权力，分配不同等级的密码给各个管理人员。
在某管理人员表明身份密码后，计算机便记录下使用人的姓名和时间等以便备查
第四章能源监控管理系统（EMS）
一、实施的动因
1.全球环境现状
⏹空气质量恶化
⏹全球气候变暖
2.国内能耗现状
⏹工业能源消费量占全国能源消费总量的70%左右
⏹高能耗企业是工业能源消费的大户，约占50%
3.国家法规要求
⏹能源税收、二氧化碳税收
⏹国家对重点用能单位进行统计、监测、考核等能源审计
4.企业财务问题
⏹能源危机与稳定供应，能源价格攀升
⏹企业经营三大主要成本之一（材料、劳动力、能源）
5.用户需求在推动
●能源使用量
◆我使用消耗了多少能源?
◆我能管理何时何地使用能源吗?
◆我能减少能源的消耗吗？
●能源使用质量
◆能源的质量是否符合生产要求?
◆我如何能够监视和改正能源质量问题?
◆我能提高用能设备的效率吗?
●能源使用可靠性
◆能源的使用是否安全可靠?
◆我能够及时的发现、处理能源使用的故障
●并快速恢复能源的供应?
◆我能提高用能的可靠性吗?
二、能耗数据范围
三、全能量（WAGES）信息:
a）Water：
水
b）Air：
空气，包括氢气、氧气、氮气及惰性气体
c）Gas：
燃料气，包含煤气和天然气等
d）Electricity：
电
e）Steam：
蒸汽
f）其他：
煤、石油等……
四、系统总目标
1.为企业相关管理部门实现企业能源消耗情况的动态数据和信息共享服务
2.为企业领导层提供直观、简明、快捷的能源数据信息查询和决策支持服务
3.充分利用网络技术和数据库，通过与企业生产网络平台的对接，实现生产和能源信息快速传递、共享、管理和应用
4.利用数据模型、预测和预警、数据仓库和数据挖掘等理论方法和技术对有关数据进行深入的加工分析报表，以提高监控数据的应用水平。
五、系统架构
六、模块结构
七、详细功能
}
能源基本数据模型建立
}能源数据分布式采集
}能源数据历史记录趋势查询
}报表设计、导入、查询
}监控图形绘制
}监控图形执行显示
}脚本编写、运行
}报警配置、发生、显示
}权限管理
八、系统总客户端
可组合框架结构客户端，功能模块可拆卸，并可后期扩展，统一进行权限管理
九、分析报表
一十、客户收益
1.可清晰的看见节能增效的收益
2.发现更多的能源节约方式
3.增强企业员工的节能意识
4.可利用数据指出问题所在
第四章污水处理厂自控系统
一．系统概述
自动控制系统按照具有先进技术水平的现代化污水处理厂进行设计，在充分考虑本工程污水处理工艺特性的基础上，既考虑操作的合理性、管理水平的先进性，同时也考虑到高新技术应用的合理性、经济性，在保证生产管理要求的前提下，尽可能节约投资，获得良好的技术经济指标，并能保证系统长期稳定高效的运行。
1.自动化控制系统的原则
本工程自动控制系统要求安全、实用、经济、高效，能达到当前污水厂自动化先进水平。
污水厂自动监测控制系统遵从“集中管理、分散控制”的原则，系统各部分有相对独立性；并可利用网络技术完成系统的纵向与横向扩展；检修系统的任一部分，不会影响其它部分的正常运行。
污水厂自动控制系统由管理控制级和设备控制单元组成。
2.自动监测控制系统的组成及功能
整个系统由三层网络组成，操作及监控计算机，现场PLC控制站，它们通过光纤交换机机，构成了遵循TCP/IP协议的100M工业以太网为主干光纤网；现场PLC控制站与设备控制单元、设备之间以屏蔽控制电缆相连。
现场PLC控制站与现场仪表通过屏蔽电缆（采集4~20mA直流电流信号）连接。
3.PLC控制站
现场控制站与中央监控计算机以网络形式相连，中控室能够观察到主要设备的运行状态和工艺参数，对现场设备进行操作及控制参数的设置和修改。
现场控制PLC站、成套设备控制站，实时I/O控制、数据采集和编辑下载等功能。
作为全厂的控制主干网，该主干网必须能在任何节点接入网络，而不需要更改从前的站号和配置，并应充分考虑今后扩展的方便性。
（该网络具有多信道广播功能，能将I/O的控制与编程在同一介质链路上进行。
）控制网必须具有是完全开放的，符合国际公认的网络标准IEC61158，具备成熟的第三方连接能力。
对于远程I/O数据和控制器间互锁信息的传输，网络必须具备高度的确定性和可重复性，网络的刷新时间、I/O数据的传送时间必须是可预知的、有保证的，系统一旦启动，数据传输的性能不应随网络距离、节点数量的增删、网络通讯量的变化而变化；允许用户对不同的控制设备如不同的开关量、模拟量、控制器等分别指定不同的刷新速率，满足工艺要求。
控制层设备应提供方便的接入端口，无论从任何一点接入，都应方便地支持编程上传/下载、系统诊断和数据采集功能，且不需要复杂的编程或特殊的软硬件支持，同时不影响实时信息传输性能。
支持主从、对等、多主等多种灵活的数据通讯结构。
数据块传送和报文发送都可通过组态完成，不需额外的复杂编程。
每个PLC控制站均配置一台UPS电源。
设备控制单元、远程站、仪表由PLC站供电。
二．工艺流程图
三．系统网络结构
本设计方案选用的控制系统是一个开放式网络集成控制系统，这是目前世界上广泛应用的、先进的、准的、开放的、体现智能化的新一代控制系统；选型的统一性、品质上的先进性、系统设计上的完整性、统筹性，对污水处理厂的调试、运行、维护带来极大的方便。
系统主要由中央控制站、现场控制站和网络系统组成，完成污水处理厂设备运行状态监控、仪表监测、故障报警以及数据处理等工作。
当下位某个分站设备故障时，其余分站不受影响；当上位设备故障时，下位各控制设备仍可继续工作而不影响整个工艺过程控制，达到使控制危险分散，提高系统可靠性的目的。
系统网络结构图
中心控制室主要由操作员终端、打印机、UPS及各种通讯设备组成。
一台监控电脑实现对生产现场设备状态的实时监测、生产过程数据存储分析等功能。
操作员终端实现画面的监视、操作、远程控制、趋势分析、报表报警打印等功能。
四．系统操作原则
我们建设的系统操作可以分为三种操作控制模式：
就地手动模式、远程手动模式和远程自动模式。
在工作过程中可以实现模式间的安全切换。
各模式的具体要求为：
1、在远程自动模式下，系统根据设定参数对工艺流程进行自动顺序控制，对设备运行状况进行自动初始化调整以便操作过程能够以正确的步骤自动进行。
2、在远程手动模式下，操作员在中央控制室可以选择某一步操作，如专门对某一个指定的泵进行单独操作，通过设定参数，使系统正确完成指定的操作任务。
当系统由远程自动模式切换到远程手动模式时，不需要进行复杂的参数设置和系统调整。
3、在就地手动模式下，操作员对生产设备具有充分的控制权，可以直接控制泵、马达等。
在操作过程中系统参与联锁互锁逻辑判断与操作权限管理。
系统可以自动给出设备操作状态判断和提示，便于操作员理解目前系统和设备的运行状态。
就地手动作为试车、检修、后备用等用途。
三种方式的控制级别由高到低为：
现场手动控制、远程手动控制、远程自动控制。
五．中控室监控软件的功能模块描述
1.工艺图显示功能模块的开发思路
1）建立按钮式菜单访问方式；
2）严格按照工艺图的流程和分布结构制作显示界面；
3）设备运行参数的详细显示；
4）设备的动态显示设计；
5）设备不同运行状态的不同颜色的区分：
✧设备停止为红色；
✧设备运行为绿色；
✧设备故障为黄色；
2.控制功能模块的开发思路
1）自动控制模式开发设计：
当相关设备处于自动状态时，设置自动按钮可以启动整个工艺段的相关设备；
2）手动控制模式开发设计：
当设备处于手动状态时，设置手动按钮可以启动本台设备。
3.报警功能模块的开发思路
1）
升级会员 