基于Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)的CIPS在制漿造紙工業(yè)中的應用方案

1 引言

　　1973年，美國的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，即它是通過(guò)計算機硬軟件，并綜合運用現代管理技術(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)流有機集成并優(yōu)化運行的復雜大系統。這一定義是針對離散型工業(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概念擴展至流程工業(yè)，即形成了流程工業(yè)綜合自動(dòng)化系統CIPS（Computer Integrated Process System）概念，也可稱(chēng)為流程工業(yè)計算機集成制造系統（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向信息管理系統及計算機網(wǎng)絡(luò )控制方向擴展，將過(guò)程控制和信息管理系統緊密結合起來(lái)，便構成了計算機集成過(guò)程系統（CIPS）。90年代開(kāi)始將生產(chǎn)調度、計劃優(yōu)化、經(jīng)營(yíng)管理與決策等引入計算機控制系統，使市場(chǎng)意識與優(yōu)化控制相結合，促使計算機控制系統走向更加完善的CIPS階段，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益與技術(shù)進(jìn)步?？梢?jiàn)，CIPS是流程工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的必然趨勢。

2 制漿造紙工業(yè)生產(chǎn)流程特點(diǎn)及對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、蘆葦等造紙原料經(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定濃度的紙漿，再與明礬等填料混合，經(jīng)調漿箱、除砂器、穩漿箱和流漿箱上網(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、大批量的連續型生產(chǎn)方式，另外，制漿造紙業(yè)是造成環(huán)境污染最嚴重的行業(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，為了增強制漿造紙企業(yè)的市場(chǎng)應變能力、適應激烈的市場(chǎng)競爭，保證生產(chǎn)過(guò)程的連續、穩定、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、保護環(huán)境，這就需要將現代管理技術(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理論的指導下,針對制漿造紙企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn),研究制漿造紙企業(yè)CIPS結構和實(shí)施方法。

3 制漿造紙工業(yè)CIPS的三層體系結構

　　流程工業(yè)CIPS的體系結構

　　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)際應用的考驗，已逐步趨向合理的體系結構。其層次結構的框架已由5層結構的Prudue模型（如圖2）為ERPMESPCS 3層結構（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)調度、過(guò)程監控和過(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 )信息系統的設計和應用實(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)程中混亂和標準的難以統一。ERPMESPCS 3層結構將流程工業(yè)系統分為以財務(wù)分析/決策為核心的企業(yè)資源管理系統（ERP）和以?xún)?yōu)化管理、以?xún)?yōu)化運行為核心的生產(chǎn)執行系統（MES）和設備綜合控制為核心的過(guò)程控制系統（PCS）。這一結構較好地解決了企業(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。