MES在冶金企業的應用

摘要：文章論述了現代鋼鐵企業信息化建設的整體架構，介紹了包鋼煉鋼廠MES系統的實施情況，分析了國內MES系統的發展趨勢。
關鍵詞：信息化；MES；鋼鐵
　　鋼鐵冶金是一個離散和連續混合、既有化學又有物理變化的生產過程。產線長、工序多、設備復雜、工藝線組合多樣是其生產流程的特點[1]，完全靠人工的方式進行管理和控制幾乎是不可能的。一個完整的鋼鐵冶金企業信息化系統包括橫向、縱向兩個側面。橫向要覆蓋供、產、銷，以及質量、財務、人事、設備維護、項目管理等各個環節；縱向能從最底層的生產設備、生產線及物料控制系統，一直向上延伸到企業的最高決策層。
1 鋼鐵企業信息化管理系統的構成
　　鋼鐵冶金企業現代管理信息系統，通常可由5層體系架構組成。如圖1所示。

　　圖中：L1為一級系統，即設備控制系統；L2為二級系統，即過程控制系統；L3為三級系統，即車間或廠級制造執行系統MES（Manufactu～ng Exe cu．tion System）；LA為四級系統，即企業資源計劃系統ERP；L5為五級系統，即企業間管理系統及決策支持系統。
　　這5層系統相互集成、相互協調，構成一個完整的企業信息化管理系統。但目前國內的鋼鐵企業在過程自動化與資源計劃系統之間卻普遍存在著數字鴻溝，而MES的實施與應用首先要跨越這一鴻溝。
2 EMS在煉鋼企業的實施與應用
2．1 軟件和硬件配置
　　針對煉鋼企業的生產現狀和需求，結合以往多個鋼鐵企業的項目經驗，我們按照MES的理念“，在打通基礎自動化和三級補充的基礎上，以輔助生產調節和強化考核為重點開發了部分M功能。
2．1．1 軟件配置。軟件配置包括：實時數據庫軟件
　　系統（Proficy IHistory V3．0），WEB SERVER 系統（Proficy Portal V2．5），SIEMENS SIMATIC NETV6．3，M icrosoft Visual Studio 2005。2．1．2 硬件配置。硬件配置包括：實時數據庫服務器（DELL 8250），WEB服務器（DELL 2850），網絡交換機Catalyst WS—C2950T 一24，OPC接口機DELL Dimension 4700，SIEMENS CP1613 工業以太網卡。
2．2 實施過程
　　考慮到實時數據的特點和系統安裝要求，系統以實時數據庫和非實時的關系數據庫為基礎，對生產過程進行實時監控與管理。系統的網絡結構如圖2所示。

2．2．1建立實時數據采集系統。煉鋼廠現有的PLC系統均是SIEMENS的s5或S7系列，通過工業以太網建立SIMATICNETOPC服務器與s5或S7的連接，完成數據的實時采集。
2．2．2 建立實時數據庫系統。① 創建1#、2#、3#、4#、5#轉爐數據集成通道。② 創建6#、7#轉爐數據集成通道。③ 創建大方坯連鑄、大圓坯連鑄數據集成通道。④ 創建南精煉、北精煉、VD 爐的生產數據集成通道。⑤ 創建檢化驗數據集成通道。⑥通過GE的OPC COLLECTOR 完成以上數據通道與GE實時數據庫IHISTORY的無縫連接。
2．2．3與轉爐二級（自動煉鋼模型）連接。建立6#、7#轉爐自動煉鋼數學模型數據交換通道。
2．2．4 檢化驗數據傳輸管理系統。通過串口通訊方式自動采集檢化驗設備中的數據，處理后傳至原三級管理系統。
2．2．5 建立與原三級系統交換數據的通道。將實時數據庫中的生產數據傳人原三級管理系統，取消各工位手工錄入數據的工作，達到數據不落地的目的，保證原三級管理系統數據的準確性和及時性。
2．2．6 生產信息的WEB發布。將實時生產數據與原三級管理數據進行集成、分析、統計，形成各種生產報表、能源消耗報表、班組考核報表、原材料消耗報表及噸鋼生產成本表等，進行實時發布。輔助生產調度人員進行排產工作、解決爐機匹配問題。同時，還可以對積累的生產數據進行深度的數據挖掘，以提高操作工藝、降低能耗。
2．3 系統功能
2．3．1 實時數據庫。完成對現場實時生產數據的采集、存儲和管理，是MES系統運行的基礎，是三級進行生產實績統計的數據來源，是煉鋼廠信息化管理系統安全運行的強大的數據基礎。
2．3．2 過程監控。如圖3所示，對設備啟停機的進行自動監測，自動形成轉爐、精煉和連鑄的調度日志，及時調整作業計劃，更新并下發生產指令。

2．3．3 設備停機管理。系統以可視化的方式，監測設備運行中的狀態參數，跟蹤生產線上的物流。
2．3．4 報警管理。實現統一的報警管理，加強對關鍵設備的安全監控，進行基于狀態的預防性設備維護。
2．3．5 班組考核管理。根據實時數據對班組的操作水平進行全面客觀的考核，并完成特定目標的數據組織和分析考核，充分調動員工的積極性。
2．3．6 質量管理。建立每條計劃的實時生產記錄，對鋼水質量進行全面跟蹤，也為后面建立轉爐的自動冶煉模型打下數據基石。
2．3．7 生產報表管理。建立靈活及時的生產報表系統，使得產量、原材料消耗的計量準確、及時。
2．3．8 成本管理。通過自動采集實時數據，為三級系統提供各鋼種動態成本數據。
2．3．9 數據管理。數據管理功能通過實時數據庫，對實時采集的生產數據進行匯總并長期保存。
2．3．10 數據分析。通過檢化驗系統數據可以為其他功能系統提供支撐服務。此外數據分析系統還可以計算績效指標、進行趨勢分析、發現數據中的規律等，進行深層次的數據利用。如圖4所示。

3 主要經濟效益
　　MES提供基礎自動化系統、過程自動化系統無法實現的車間級調度管理功能；提供ERP等管理信息系統無法實現的生產數據的獲取與分析功能，成為車間生產和企業管理之間的橋梁，對提高企業經營管理水平，促進企業的發展具有較大的經濟效益，體現在以下幾方面：①借助成本管理系統，促進倉庫與采購者之間的信息溝通，避免重復采購，可以減少10％的庫存。按目前情況分析可減少8960萬元庫存資金。②利用質量管理系統，加快信息傳遞，避免劣質原料以次充好進入貨場，預計通過原料把關，年可挽回經濟損失256．6萬元。③利用質量管理系統將質量信息傳遞至生產現場指導生產操作，并對生產過程的關鍵工段采用先進控制，可提高生產效益1％，年鋼產量增加5．2萬噸，減少原材料消耗1．25％，增利2050萬元。④應用能源管理系統加強能源的輸配、管理，預計可節能1％，每噸鋼降低成本3元，年效益1664萬元。
4 結束語
　　當前,MES在國外知名大型企業中得到了廣泛的應用，成為這些企業保持市場競爭優勢的重耍手段；但是在國內，大家對IVIES的認識還比較少，MES的應用并沒有得到充分的重視。為提高國內鋼鐵企業在國際鋼鐵行業中的競爭力，實現并完善適用于我國鋼鐵企業應用需求的MES產品勢在必行。