摘 要:本文基于筆者多年從事工業(yè)自動化的相關工作經(jīng)驗，以流程工業(yè)企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)結構與體系設計為研究對象，論文首先分析了流程自動化企業(yè)的需求，進而探討了綜合自動化系統(tǒng)的整體解決方案，全文是筆者長期工作實踐基礎上的理論升華，相信對從事相關工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關鍵詞:流程工業(yè)企業(yè) 綜合自動化系統(tǒng) 整體結構 體系設計

中圖分類號:TB47\t\t\t文獻標識碼:A\t\t\t文章編號:1672-3791(2011)10(a)-0090-02

我國的石油、化工、冶金等流程工業(yè)企業(yè)，在以前的管理上，計算機(數(shù)據(jù)采集、設定值控制)、電工控制、儀表控制(主要指過程控制的溫度、壓力、液位、流量等物理量的儀表控制，或取代常規(guī)儀表的DCS控制)是分成幾部分，分屬不同專業(yè)，各自獨立發(fā)展。即使現(xiàn)在進行了改革調整，部分企業(yè)將機電儀合為一個部門，但是在這個部門內部，它們仍然是按照不同的專業(yè)來進行管理的?，F(xiàn)在把這幾部分連接起來，或融合在一起，形成機、電、儀一體化的系統(tǒng)(也可稱為電儀一體化)，為流程工業(yè)企業(yè)的綜合自動化系統(tǒng)打基礎。

隨著全球化市場競爭的形成以及我國經(jīng)濟體制由計劃經(jīng)濟向市場經(jīng)濟轉化，流程工業(yè)企業(yè)也面臨多變的外部環(huán)境。流程工業(yè)企業(yè)由單純生產(chǎn)型向生產(chǎn)經(jīng)營型轉變，信息技術加快了企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營節(jié)奏，縮短新產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)到銷售的時間成為企業(yè)競爭的關鍵。企業(yè)必須抓住市場機遇，根據(jù)市場變化調整內部結構，改變組織機構以及生產(chǎn)過程與產(chǎn)品結構，快速及時地響應市場變化。現(xiàn)在許多企業(yè)都提出了要采用先進的信息技術，改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略任務，最大限度地提高企業(yè)競爭力，贏得新發(fā)展，以應對經(jīng)濟全球化和加入WTO后的挑戰(zhàn)，因此全面系統(tǒng)地研究流程工業(yè)企業(yè)人員組織、經(jīng)營管理、計劃調度、生產(chǎn)優(yōu)化與控制等方面的問題，綜合利用先進的信息技術、過程集成和自動化技術，是提高我國流程工業(yè)企業(yè)市場競爭力的關鍵。

1 流程工業(yè)對綜合自動化需求的特點

流程工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)特點決定了它對綜合自動化有獨特需求。

(1)基礎自動化水平。由于計算機在這個行業(yè)應用較早，裝置控制系統(tǒng)基本上有DCS和PLC等計算機控制系統(tǒng)，基礎自動化水平較高，還有保證生產(chǎn)穩(wěn)定進行的生產(chǎn)流程模擬計算、操作優(yōu)化、先進控制、大系統(tǒng)理論等的支持(吳光宇，2002)。(2)生產(chǎn)方式。流程工業(yè)企業(yè)是大批量生產(chǎn)方式，產(chǎn)品品種變化少，其產(chǎn)品種類相對穩(wěn)定，物料流和工藝單一且固定。生產(chǎn)過程是連續(xù)的，物料流和能量流是持續(xù)不間斷進行的。(3)優(yōu)化目標。流程工業(yè)企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)過程是進行大批量的生產(chǎn)，要求生產(chǎn)設備能夠“安全、穩(wěn)定、長期、滿負荷、優(yōu)質”運行，從而達到優(yōu)質高產(chǎn)目標，現(xiàn)在在石化等行業(yè)推行的清潔生產(chǎn)模式，還要求盡可能減少對周圍環(huán)境的各種污染。(4)優(yōu)化手段。流程工業(yè)企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)過程是以實時調度能源流和物料流、調整生產(chǎn)過程的工藝參數(shù)、控制算法的優(yōu)選和控制設定點等為手段來達到最優(yōu)的生產(chǎn)狀況。(5)設備管理。設備的故障診斷相當重要。診斷的目的是確保安全生產(chǎn)，減少設備突發(fā)故障的發(fā)生。(6)生產(chǎn)環(huán)境。流程工業(yè)企業(yè)所處環(huán)境一般較苛刻，如高(低)溫、高(負)壓、易燃易爆、有毒害、強腐蝕性等。其管理強調和環(huán)境的集成。(7)參數(shù)測量滯后且復雜。流程工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)中，在制品、產(chǎn)成品的數(shù)量和質量多需間接測量方法和手段進行測量。(8)工程設計。流程工業(yè)企業(yè)是連續(xù)生產(chǎn)過程，主要是通過實驗室自動化，提高研制和設計新產(chǎn)品的能力。而且工廠上新產(chǎn)品，往往需要建設新的生產(chǎn)流程線，或者對原有的生產(chǎn)線進行改擴建，投資大，周期長。(9)供需鏈緊密穩(wěn)定。流程工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程相對固定，供應商也相對不變，其供需鏈管理更強調聯(lián)系的緊密性、穩(wěn)定性，強調與外部供應商形成相互信任相互依賴的戰(zhàn)略伙伴關系。

2 流程工業(yè)企業(yè)的需求分析

2.1 市場需求

在新的全球化市場競爭的環(huán)境下，流程工業(yè)企業(yè)將面臨全球市場化競爭的挑戰(zhàn)，企業(yè)間的戰(zhàn)略關系也逐漸發(fā)生變化。市場壓力主要來自以下幾個方面。

(1)流程工業(yè)企業(yè)的經(jīng)營決策、計劃調度、過程優(yōu)化控制等發(fā)生了重大變化，由過去的單一品種、滿負荷生產(chǎn)、穩(wěn)定狀況下的線性最優(yōu)控制轉化為多品種、變負荷、變工況條件的優(yōu)化控制，同時新的生產(chǎn)工藝過程對生產(chǎn)、質量、效益、安全的要求越來越高。(2)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的目的是參與市場競爭，在市場銷售中獲得收益。企業(yè)需要一個經(jīng)濟、先進、實用的集成化系統(tǒng)，使企業(yè)最大限度地發(fā)揮其潛能，在當今日趨激烈的市場競爭中立于不敗之地。(3)單純的提高生產(chǎn)裝置的控制水平，尋求局部的最優(yōu)投入產(chǎn)出比，其效果遠遠低于通過提高綜合自動化系統(tǒng)的整體性和資源調度帶來的效益。僅僅是生產(chǎn)管理控制(包括優(yōu)化控制)己不能完全解決問題。

2.2 信息需求

在流程工業(yè)企業(yè)的綜合自動化系統(tǒng)中，ERP、MES和PCS層對于信息的需求是不同的，主要包括三個層次如下。

(1)PCS層采用DCS、PLC及先進控制等手段來提高生產(chǎn)過程的自動化水平，其數(shù)據(jù)對于實時性要求比較高，例如要求系統(tǒng)的響應時間為毫秒級，處理的對象主要為生產(chǎn)過程變量。(2)MES層是執(zhí)行機構，對于整個生產(chǎn)過程(從生產(chǎn)命令下達到產(chǎn)品完成)進行優(yōu)化管理，并實時地將生產(chǎn)過程信息反饋給上層系統(tǒng)，在時間跨度上主要是班組級和天，部門為工廠生產(chǎn)執(zhí)行部門。(3)ERP層對企業(yè)的各個方面的資源進行合理的配置，使之充分發(fā)揮效能，從而獲得最佳的經(jīng)濟效益。其時間要求一般是月和季，部門主要為公司管理部門。

3 綜合自動化系統(tǒng)的整體解決方案

針對流程工業(yè)企業(yè)的特點，我們采用緊密結合企業(yè)功能結構與需求的三層模式、兩套平臺、高效集成的方式為流程工業(yè)企業(yè)提供一套完整的綜合自動化整體解決方案。

3.1 三層模式

針對流程工業(yè)企業(yè)的信息化建設所需求的功能結構與要求，推出一系列經(jīng)營決策、生產(chǎn)優(yōu)化與管理和先進控制等應用軟件，構成了從上到下的ERP層、生產(chǎn)執(zhí)行管理層和過程控制層的相應功能需求解決方案。

(1)ERP層:主要是突出ERP管理平臺的建設，應用ERP的理念、方法和技術，建立以規(guī)范業(yè)務流程為基礎、以財務為核心、一體化經(jīng)營的管理平臺。

(2)生產(chǎn)執(zhí)行管理層:突出管控一體化的平臺，應用計算機信息集成技術，實現(xiàn)實時網(wǎng)絡和管理網(wǎng)絡、實時數(shù)據(jù)庫和關系數(shù)據(jù)庫的有效集成，建立信息集成和功能集成的管控一體化平臺，建設數(shù)據(jù)校正、物料平衡、能量平衡、計劃優(yōu)化、調度優(yōu)化、流程模擬、質量管理信息系統(tǒng)等功能模塊軟件，可以為上層的ERP系統(tǒng)提供實時、可靠、準確、唯一的經(jīng)營和成本信息。

(3)過程控制層:該層以DCS用LC鄺CS等開放式控制系統(tǒng)為基礎，采用先進控制技術軟件，利用先進的實時網(wǎng)絡、實時數(shù)據(jù)庫的信息集成技術，建立實時數(shù)采與監(jiān)控系統(tǒng)、罐區(qū)自動化系統(tǒng)、先進與優(yōu)化控制系統(tǒng)、班組級成本考核系統(tǒng)等，全面提升流程工業(yè)企業(yè)的工藝管理和裝置控制水平。

3.2 兩套平臺

為了很好地解決流程工業(yè)企業(yè)對于數(shù)據(jù)需求的復雜性，我們推出了兩套平臺的解決方式來處理不同的部門、不同的層面對于數(shù)據(jù)的需求。在下層我們采用浙江中控軟件技術有限公司自主開發(fā)的實時數(shù)據(jù)庫來集成過程控制層的所有實時數(shù)據(jù)。在上層系統(tǒng)中，我們則以成熟的關系數(shù)據(jù)庫為基礎，開發(fā)了一套適用于流程工業(yè)企業(yè)的綜合集成軟件平臺。

3.2.1 實時數(shù)據(jù)庫(ESP-iSYS)

ESP-iSYS實時數(shù)據(jù)庫是實現(xiàn)流程工業(yè)企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)的關鍵，是實現(xiàn)先進過程控制、流程模擬和生產(chǎn)調度的基礎，是連接現(xiàn)場控制系統(tǒng)與生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)的橋梁。

ESP-iSYS為流程工業(yè)企業(yè)提供了統(tǒng)一而完整的實時數(shù)據(jù)采集、存儲、監(jiān)視和Web瀏覽功能，提供API、OPC、DDE、ODBC、OLEDB等多種數(shù)據(jù)接口服務方式，便于建立多種應用。

ESP-iSYSS采用了COM/DCOM、系統(tǒng)容錯、任務調度、高效數(shù)據(jù)壓縮、位號映射等先進技術，保證系統(tǒng)在企業(yè)局域網(wǎng)環(huán)境下的高效、穩(wěn)定、安全地運行，并具有十分突出的開放性和可擴展性。

3.2.2 綜合集成軟件平臺(ESP-PlantJet)

ESP-PlantJet是浙江中控軟件技術有限公司針對流程工業(yè)企業(yè)研制開發(fā)的綜合集成軟件平臺，系統(tǒng)結構采用分層、分布式的組件結構設計，能支持大用戶量及計算量應用。同時，借助于分布式技術，使系統(tǒng)更合理、靈活、更具有擴展性。整個系統(tǒng)自下而上可劃分為工廠數(shù)據(jù)模型、支撐環(huán)境、業(yè)務處理和人機接口等四個層次。

ESP-PlantJet系統(tǒng)采用B/S結構來實施，并輔之以工作站上的常用工具軟件，這樣，就更能充分地利用己有的信息，從而為解決方案帶來了附加價值。

3.3 高效集成

本綜合自動化整體解決方案的高效集成體現(xiàn)在以下幾個方面。

(1)實時數(shù)據(jù)庫與下層DCS之間的高效集成:ESP-iSYS可以通過DDE、OPC及自定義的接口與DCS、PLC、FCS等開放式控制系統(tǒng)或者智能儀表連接，并進行數(shù)據(jù)采集和管理。ESP-iSYS支持包括橫河、ABB、Fisher Rosemount、Foxboro、Honeywell、浙大中控、西門子、OMRON等幾乎所有的主流型DCS、PLC和FCS等。

(2)全系列的先進控制軟件:以APC-Adcon為代表的先進控制軟件，涉及到多變量預測控制、預測函數(shù)控制、軟測量、模型辨識、物料平衡、數(shù)據(jù)校正等等方面，這些軟件既能夠很方便與ESP-iSYS進行集成應用，也能夠根據(jù)客戶和現(xiàn)場的情況單獨使用。

(3)ESP-iSYS與ESP-PlantJet之間的高效連接:由于這兩個平臺均是自主開發(fā)、具有自主知識產(chǎn)權的軟件系統(tǒng)，充分發(fā)揮了平臺的高效聯(lián)結機制，保證兩個平臺之間能夠正確、及時地進行數(shù)據(jù)的雙向傳輸。

綜合自動化整體解決方案的系統(tǒng)結構如圖1所示。

參考文獻

[1]\t金曉明，王樹青.工業(yè)過程先進控制的概念設計[J].科技資訊，2008(4).

[2]\t李陶深.用DCOM實現(xiàn)分布式應用系統(tǒng)組件化設計的一些關鍵技術[J].科技創(chuàng)新導報，2001(2).