摘 要：介紹了流程工業(yè)CIMS的體系結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能，并研究了CIMS應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)水處理中的關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中已取得良好效果。 關(guān)鍵詞：CIMS，工業(yè)循環(huán)水處理，關(guān)鍵技術(shù)，信息集成 1 概述 　　企業(yè)面對(duì)日益國(guó)際化和瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)，應(yīng)尋求以最快的市場(chǎng)反應(yīng)速度、最好的產(chǎn)品質(zhì)量、最低的成本以及最優(yōu)的服務(wù)等方面來(lái)贏得市場(chǎng)，求得生存與發(fā)展。工業(yè)循環(huán)水在煉油廠等重工業(yè)中占有非常重要的地位，直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。目前國(guó)內(nèi)工業(yè)循環(huán)水處理系統(tǒng)的檢測(cè)、控制、操作都集中于一臺(tái)計(jì)算機(jī)，所以危險(xiǎn)集中，可靠性難以保障，其控制軟件大多基于DOS操作系統(tǒng)，人機(jī)界面簡(jiǎn)單，性能單一，不能根據(jù)市場(chǎng)作出快速反應(yīng)，調(diào)整循環(huán)水的流量、分布等問(wèn)題。 　　CIMS（即計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）自1973年由美國(guó)Joseph Harrington博士提出后，在全世界工業(yè)制造領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用，同時(shí)它作為一種先進(jìn)的生產(chǎn)管理模式，在過(guò)程控制系統(tǒng)中，也有許多成功的應(yīng)用。隨著流程工業(yè)CIMS理論與技術(shù)的發(fā)展，流程工業(yè)CIMS是解決流程工業(yè)綜合自動(dòng)化的必然趨勢(shì)。水處理過(guò)程是一個(gè)典型的流程工業(yè)過(guò)程，因此，針對(duì)以上系統(tǒng)存在的問(wèn)題及循環(huán)水加藥系統(tǒng)的特點(diǎn)，我們開(kāi)發(fā)了工業(yè)循環(huán)水CIMS系統(tǒng)。該CIMS在自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和各種生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)將工廠全部循環(huán)水的狀況信息集成起來(lái)，集控制、調(diào)度、管理，經(jīng)營(yíng)決策于一體，形成一個(gè)生產(chǎn)環(huán)境不確定性和市場(chǎng)需求多變性的總體最優(yōu)的高質(zhì)量、高柔性水處理系統(tǒng)。 2.CIMS的三層體系結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)功能 　　2.1 CIMS的三層體系結(jié)構(gòu) 　　計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)（CIM-OSA Computer Intergrated Manufacturing Open system Architecture）是一種對(duì)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行的系統(tǒng)工具，它為CIMS提供了參考結(jié)構(gòu)，循環(huán)水CIMS的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，BPS/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)將流程工業(yè)CIMS分為單純考慮生產(chǎn)過(guò)程問(wèn)題的過(guò)程控制系統(tǒng)PCS，單純考慮企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理問(wèn)題的企業(yè)資源規(guī)劃BPS，以及考慮生產(chǎn)與管理結(jié)合問(wèn)題的中間層制造執(zhí)行系統(tǒng)MES，使流程工業(yè)CIMS中原本難以處理的具有生產(chǎn)與管理雙重性質(zhì)的信息得到解決。 　?、僮钕聦拥目刂葡到y(tǒng)（PCS）聚焦于生產(chǎn)過(guò)程，以秒為單位監(jiān)視生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀況，控制整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。②制造執(zhí)行系統(tǒng)MES管理整個(gè)工廠，考慮工廠整體平衡，注重產(chǎn)品與批次，以分、時(shí)為單位跟蹤產(chǎn)品制造過(guò)程。MES起著將從生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的信息和從經(jīng)營(yíng)管理活動(dòng)中產(chǎn)生的信息，以及從生產(chǎn)管理活動(dòng)中產(chǎn)生的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換、加工、傳遞的作用，是生產(chǎn)活動(dòng)與管理活動(dòng)信息集成的重要橋梁和紐帶。③經(jīng)營(yíng)計(jì)劃系統(tǒng)BPS以相同產(chǎn)品為處理對(duì)象，焦點(diǎn)在于滿(mǎn)足工廠的生產(chǎn)實(shí)際需求，符合生產(chǎn)計(jì)劃，是戰(zhàn)略決策層，是企業(yè)的最高決策機(jī)構(gòu)。 　　2.2 系統(tǒng)功能 　　1） 信息服務(wù)分系統(tǒng) 該分系統(tǒng)是溝通企業(yè)與外部交換信息的重要手段，它的功能包括Internet信息導(dǎo)航、公共信息查詢(xún)、企業(yè)概況與產(chǎn)品介紹、客戶(hù)服務(wù)，從此增強(qiáng)企業(yè)與外部的信息聯(lián)系及企業(yè)內(nèi)部有關(guān)管理部門(mén)之間的信息共享。 　　2） 經(jīng)營(yíng)計(jì)劃分系統(tǒng) 該分系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能包括企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)信息、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)管理、生產(chǎn)管理、綜合管理和辦公自動(dòng)化等5個(gè)子系統(tǒng)，對(duì)企業(yè)主要管理部門(mén)應(yīng)用計(jì)算機(jī)處理業(yè)務(wù)，收集本部門(mén)的信息，并使上述5個(gè)子系統(tǒng)的信息集成在計(jì)算機(jī)的管理與控制下。一方面提供了各部門(mén)之間的信息共享，另一方面企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)能及時(shí)了解本企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)情況。根據(jù)這些信息及時(shí)調(diào)整計(jì)劃和營(yíng)銷(xiāo)策略。 　　3）制造執(zhí)行分系統(tǒng) 該分系統(tǒng)包括質(zhì)量管理和工藝管理。質(zhì)量管理的具體內(nèi)容有：計(jì)量檢定、質(zhì)量報(bào)表、產(chǎn)品質(zhì)量檔案、產(chǎn)品質(zhì)量因素分析和質(zhì)量分析工具。 　　工藝管理包括計(jì)算機(jī)輔助工藝參數(shù)管理和工藝參數(shù)輔助分析與優(yōu)化兩部分，以利于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的工藝參數(shù)進(jìn)行管理，為提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品的合格率提供保障。 　　4）生產(chǎn)過(guò)程控制分系統(tǒng) 是在各分廠、車(chē)間的集散控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。它一般分為直接控制、監(jiān)督控制、生產(chǎn)調(diào)度3個(gè)層次，直接控制層對(duì)生產(chǎn)過(guò)程各種參數(shù)進(jìn)行采集和處理，并實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量的順序控制和模擬量的常規(guī)控制。監(jiān)督控制層根據(jù)調(diào)度指令實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的先進(jìn)控制和優(yōu)化控制、故障診斷、系統(tǒng)仿真等功能。生產(chǎn)調(diào)度層為生產(chǎn)過(guò)程控制分系統(tǒng)與BPS分系統(tǒng)的接口，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)共享。生產(chǎn)過(guò)程控制分系統(tǒng)是CIMS最重要的分系統(tǒng)之一，它負(fù)責(zé)保證生產(chǎn)的平穩(wěn)操作，達(dá)到節(jié)能降耗和提高產(chǎn)品質(zhì)量的目標(biāo)。 　　5）支撐平臺(tái) 上述4個(gè)分系統(tǒng)是運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)支撐平臺(tái)上，CIMS支撐平臺(tái)包括分布式數(shù)據(jù)庫(kù)管理和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和信息共享的基礎(chǔ)。 3.循環(huán)水處理CIMS的關(guān)鍵技術(shù) 　　CIMS技術(shù)涉及的內(nèi)容相當(dāng)廣泛，由于篇幅限制，本文只介紹與水處理關(guān)系密切的一些技術(shù)。 　　3.1生產(chǎn)過(guò)程控制分系統(tǒng)與BPS系統(tǒng)的信息共享 　　對(duì)于循環(huán)水的處理，生產(chǎn)計(jì)劃的實(shí)施是靠生產(chǎn)過(guò)程控制分系統(tǒng)，而水處理的工藝參數(shù)、能耗、原材料消耗與BPS分系統(tǒng)等各子系統(tǒng)之間需要信息共享。 　　在監(jiān)督控制層，根據(jù)循環(huán)水的實(shí)際參數(shù)值，采用先進(jìn)的控制算法，對(duì)加藥泵等設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，達(dá)到優(yōu)化控制。同時(shí)，將參數(shù)存入工藝檔案庫(kù)（即歷史數(shù)據(jù)）。一方面便于當(dāng)班操作人員檢查，另一方面也便于今后的復(fù)查、參考，以便選擇優(yōu)化的工藝參數(shù)，形成與MES分系統(tǒng)的信息聯(lián)系。 　　消耗量記錄了水處理過(guò)程中主要消耗物資的消耗量，包括水、電、藥品。這些參數(shù)為核算水處理成本提供了依據(jù)。同時(shí)，為BPS分系統(tǒng)中成本核算提供了信息。 　　設(shè)備運(yùn)行參數(shù)記錄了關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行參數(shù)，這是設(shè)備動(dòng)態(tài)性能參數(shù)的主要測(cè)評(píng)依據(jù)，也為設(shè)備管理和設(shè)備檢修計(jì)劃提供了依據(jù)，形成了與BPS中設(shè)備管理的信息聯(lián)系。 　　測(cè)控參數(shù)包括PH值、補(bǔ)水電導(dǎo)率、循環(huán)水電導(dǎo)率，氧化還原電位、瞬時(shí)加藥量、累積加藥量、補(bǔ)水量、排污量、循環(huán)量、液位、入口溫度、出口溫度、濃縮倍數(shù)。提供了與生產(chǎn)管理子系統(tǒng)以及與MER分系統(tǒng)的信息聯(lián)系。 　　由此可見(jiàn)，處理過(guò)程的參數(shù)測(cè)試與能耗原理、生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理和工藝管理子系統(tǒng)以及MER分系統(tǒng)構(gòu)成信息共享。 　　以撫順石油二廠七水廠為例介紹生產(chǎn)過(guò)程控制分系統(tǒng)的實(shí)施。由于水處理過(guò)程是一個(gè)連續(xù)的自動(dòng)化過(guò)程，模擬量30多個(gè)，開(kāi)關(guān)量10多個(gè)，采用1臺(tái)西門(mén)子S7-300PLC對(duì)其進(jìn)行直接控制，監(jiān)控層及調(diào)度層采用研華IPC610/P Ⅲ工控機(jī)，軟件采用組態(tài)軟件KingView5.1。PLC與IPC的通信，由CP5611多點(diǎn)接口卡實(shí)現(xiàn)。它與PLC之間的數(shù)據(jù)交換通過(guò)DDE來(lái)進(jìn)行。如圖2所示。 　　KingView5.1軟件具有如下功能： 　?、?工藝流程顯示 它具有方便的模擬圖組態(tài)功能，可顯示系統(tǒng)所有實(shí)時(shí)測(cè)量值、經(jīng)過(guò)計(jì)算的各種積量。 　?、?動(dòng)畫(huà) 動(dòng)畫(huà)功能可逼真的模擬復(fù)雜的形狀、顏色、運(yùn)動(dòng)和位置變化。 　?、?歷史曲線 借助KingView數(shù)據(jù)庫(kù)，可以查看任一時(shí)間內(nèi)的任一歷史曲線。 　?、?實(shí)時(shí)曲線 可以實(shí)時(shí)顯示任一參數(shù)的實(shí)時(shí)曲線。 　?、?報(bào)表 借助KingView數(shù)據(jù)庫(kù)，定期生成報(bào)表。 　?、?報(bào)警 KingView可在各機(jī)上查看歷史報(bào)警信息，產(chǎn)生報(bào)警，屏幕顯示參數(shù)閃爍，報(bào)警笛鳴。 　?、?修改參數(shù) 可以直接在屏幕上修改參數(shù)設(shè)定值。 　　3.2 先進(jìn)控制技術(shù) 　　水處理過(guò)程是一個(gè)非線性大滯后、時(shí)變、多變量、多約束條件的對(duì)象，對(duì)此進(jìn)行控制，不但需要專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)，還需要將模糊控制、智能控制技術(shù)、預(yù)測(cè)控制技術(shù)等先進(jìn)控制算法對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化控制。 4 結(jié) 語(yǔ) 　　該技術(shù)已在撫順石油二廠七水廠投入運(yùn)行一年多，原循環(huán)水的合格率在30﹪左右，現(xiàn)已提高到93﹪左右，藥劑消耗量大幅降低，平均降幅10﹪左右;并且可以很方便根據(jù)市場(chǎng)需求的變化，調(diào)整循環(huán)水的流量和分布。大大提高了工廠的生產(chǎn)效率，并降低了生產(chǎn)成本。現(xiàn)正在撫順其它石油、化工廠推廣試用，證明該技術(shù)的可行性。 參考文獻(xiàn)： 　　[1] 同本省.工業(yè)水處理技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1996. 　　[2] 林錦國(guó).過(guò)程控制系統(tǒng)·儀表·裝置[M].南京:東南大學(xué)出版社,2001. 　　[3] 宋德玉.可編程控制器原理及技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2001. 　　[4] 魏志精.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,1995. 　　[5] 陽(yáng)憲忠.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,1999. 　　[6] 何克忠,李偉.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,1998.