基于信息總線(xiàn)的煤化工MES平臺

圖5 焦化MES信息集成系統報警提示及處理
通用數據采集處理及參數配置工具：焦化MES的通用數據采集處理及參數配置工具是符合美國MES學(xué)會(huì )制定的ISA S95 企業(yè)控制系統集成標準，符合OPC的通用規范，基于.NET架構開(kāi)發(fā)的。用戶(hù)只需在相應的MES模塊上安裝這個(gè)工具，即可與信息集成平臺之間建立對應的數據通道，完成信息的實(shí)時(shí)交互。如圖6所示。

圖6 通用數據采集處理及參數配置工具
　　該工具為用戶(hù)提供了方便友好的界面，根據配置表按指定時(shí)間采集實(shí)時(shí)數據，將采集數據按需進(jìn)行運算處理（如數據積分、數據平滑和數據濾波等），將采集數據按需進(jìn)行單位換算，按工廠(chǎng)特型進(jìn)行建模處理，將預處理的數據轉儲至關(guān)系數據庫保證了數據及時(shí)從現場(chǎng)設備采集，并及時(shí)傳輸到信息集成平臺上。
數據校正：由于儀表、管道泄漏和測量誤差等因素的影響，會(huì )引起過(guò)程測量數據的不協(xié)調性和不正確性。數據校正技術(shù)正是針對流程工業(yè)的這類(lèi)問(wèn)題的解決方法，包括過(guò)失誤差的偵破和識別、數據的協(xié)調。通過(guò)多年來(lái)在流程工業(yè)方面的研究和工程的實(shí)施，將數據校正技術(shù)集成到焦化MES平臺中，使信息集成平臺不僅有通用的信息集成功能，而且具有對測量誤差的偵破、識別、過(guò)程數據的分類(lèi)和校正功能，通過(guò)實(shí)時(shí)地對采集數據進(jìn)行校正處理，使得各個(gè)MES模塊獲得剔除誤差后的協(xié)調數據和信息，以確保企業(yè)過(guò)程優(yōu)化控制和生產(chǎn)調度等MES功能應用的正確性和有效性。焦化公司的碳一分公司進(jìn)行了MES系統的數據校正技術(shù)研究和實(shí)施，碳一變換爐反應（CO+H2O—>H2 +CO2）進(jìn)出流股的校正過(guò)程示例如圖7。結果表明，通過(guò)數據校正技術(shù)，可以對測量數據進(jìn)行有效處理，得到準確一致的可靠數據。

圖7 焦化MES系統數據校正技術(shù)的應用實(shí)例
動(dòng)態(tài)成本控制優(yōu)化：由于物耗、能耗、設備、成本、計劃與調度等生產(chǎn)管理要素與綜合生產(chǎn)指標密切相關(guān)，綜合生產(chǎn)指標往往不能連續在線(xiàn)測量，而且又難以用控制系統的輸入輸出來(lái)描述。成品連續地產(chǎn)出，工藝運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），由各級生產(chǎn)統計人員讀取進(jìn)出物流的累計值、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(chǎng)的物料平衡和工程內部各產(chǎn)品的物耗分配，進(jìn)行能耗計算，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(guò)MES的信息集成平臺的動(dòng)態(tài)物耗能耗估算模型，就可以對全部工藝物流、公用工程（水、電、汽）消耗的測量數據進(jìn)行在線(xiàn)校正，動(dòng)態(tài)獲取折舊費、人工費、修理費、管理費和外購原料等物耗信息，根據設定的算式和時(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)濟環(huán)境下，原材料、能源和產(chǎn)品的價(jià)格瞬間萬(wàn)變，對物耗能耗的動(dòng)態(tài)計算，對于大型工業(yè)企業(yè)的節能降耗是有重大意義的。

圖8是通過(guò)物耗能耗模型得出的成本消耗比較情況的變化趨勢圖。

圖8 成本消耗比較情況的變化趨勢圖
　　通過(guò)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，根據流程可以畫(huà)出節點(diǎn)流股的關(guān)聯(lián)圖，并對每個(gè)節點(diǎn)元素進(jìn)行模板的定制，就可以自動(dòng)生成對應流程的物耗能耗關(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(guò)與相應實(shí)時(shí)數據庫的位號和關(guān)系數據庫中的數據連接，可根據模型中定義的多尺度時(shí)間片段，計算出當前物耗能耗的實(shí)際數據。
　　圖9中，首先將生產(chǎn)數據分為大類(lèi)和子類(lèi)。例如在化工行業(yè)中，原料、輔料、公用工程等為大類(lèi)。用戶(hù)首先通過(guò)鼠標拖動(dòng)，即可建立生產(chǎn)元素大類(lèi)和子類(lèi)的關(guān)系，然后按如圖10所示中對各個(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據元素分類(lèi)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(xiàn)，在數據準確一致的基礎上，將物耗能耗建模方法用于以節能降耗為目標的生產(chǎn)優(yōu)化中。從數據的采集、集成、共享、數據的協(xié)調到實(shí)時(shí)物耗能耗的計算和優(yōu)化，都是很好地針對流程工業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)。在技術(shù)上，采用.NET基于測量數據的校正技術(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，提升國民經(jīng)濟競爭實(shí)力，從而實(shí)現良好的社會(huì )效益。

5.結論
　　上海交大和上海焦化有限公司經(jīng)過(guò)兩年多來(lái)的工作，已經(jīng)自主開(kāi)發(fā)了針對煤化工的MES體系，建立了基于信息總線(xiàn)的MES平臺，對信息總線(xiàn)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、通用數據采集處理及參數配置工具等，實(shí)現了對模型的統一命名和部署，實(shí)時(shí)同步跟蹤和監控各種信息，數據和關(guān)系數據的同步和共享。并在信息總線(xiàn)的基礎上完成了相應的MES功能模塊。應用表明，基于信息總線(xiàn)的煤化工MES完全滿(mǎn)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）