MES在冶金企业的应用

摘要：文章论述了现代钢铁企业信息化建设的整体架构，介绍了包钢炼钢厂MES系统的实施情况，分析了国内MES系统的发展趋势。
关键词：信息化；MES；钢铁
　　钢铁冶金是一个离散和连续混合、既有化学又有物理变化的生产过程。产线长、工序多、设备复杂、工艺线组合多样是其生产流程的特点[1]，完全靠人工的方式进行管理和控制几乎是不可能的。一个完整的钢铁冶金企业信息化系统包括横向、纵向两个侧面。横向要覆盖供、产、销，以及质量、财务、人事、设备维护、项目管理等各个环节；纵向能从最底层的生产设备、生产线及物料控制系统，一直向上延伸到企业的最高决策层。
1 钢铁企业信息化管理系统的构成
　　钢铁冶金企业现代管理信息系统，通常可由5层体系架构组成。如图1所示。

　　图中：L1为一级系统，即设备控制系统；L2为二级系统，即过程控制系统；L3为三级系统，即车间或厂级制造执行系统MES（Manufactu～ng Exe cu．tion System）；LA为四级系统，即企业资源计划系统ERP；L5为五级系统，即企业间管理系统及决策支持系统。
　　这5层系统相互集成、相互协调，构成一个完整的企业信息化管理系统。但目前国内的钢铁企业在过程自动化与资源计划系统之间却普遍存在着数字鸿沟，而MES的实施与应用首先要跨越这一鸿沟。
2 EMS在炼钢企业的实施与应用
2．1 软件和硬件配置
　　针对炼钢企业的生产现状和需求，结合以往多个钢铁企业的项目经验，我们按照MES的理念“，在打通基础自动化和三级补充的基础上，以辅助生产调节和强化考核为重点开发了部分M功能。
2．1．1 软件配置。软件配置包括：实时数据库软件
　　系统（Proficy IHistory V3．0），WEB SERVER 系统（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：实时数据库服务器（DELL 8250），WEB服务器（DELL 2850），网络交换机Catalyst WS—C2950T 一24，OPC接口机DELL Dimension 4700，SIEMENS CP1613 工业以太网卡。
2．2 实施过程
　　考虑到实时数据的特点和系统安装要求，系统以实时数据库和非实时的关系数据库为基础，对生产过程进行实时监控与管理。系统的网络结构如图2所示。

2．2．1建立实时数据采集系统。炼钢厂现有的PLC系统均是SIEMENS的s5或S7系列，通过工业以太网建立SIMATICNETOPC服务器与s5或S7的连接，完成数据的实时采集。
2．2．2 建立实时数据库系统。① 创建1#、2#、3#、4#、5#转炉数据集成通道。② 创建6#、7#转炉数据集成通道。③ 创建大方坯连铸、大圆坯连铸数据集成通道。④ 创建南精炼、北精炼、VD 炉的生产数据集成通道。⑤ 创建检化验数据集成通道。⑥通过GE的OPC COLLECTOR 完成以上数据通道与GE实时数据库IHISTORY的无缝连接。
2．2．3与转炉二级（自动炼钢模型）连接。建立6#、7#转炉自动炼钢数学模型数据交换通道。
2．2．4 检化验数据传输管理系统。通过串口通讯方式自动采集检化验设备中的数据，处理后传至原三级管理系统。
2．2．5 建立与原三级系统交换数据的通道。将实时数据库中的生产数据传人原三级管理系统，取消各工位手工录入数据的工作，达到数据不落地的目的，保证原三级管理系统数据的准确性和及时性。
2．2．6 生产信息的WEB发布。将实时生产数据与原三级管理数据进行集成、分析、统计，形成各种生产报表、能源消耗报表、班组考核报表、原材料消耗报表及吨钢生产成本表等，进行实时发布。辅助生产调度人员进行排产工作、解决炉机匹配问题。同时，还可以对积累的生产数据进行深度的数据挖掘，以提高操作工艺、降低能耗。
2．3 系统功能
2．3．1 实时数据库。完成对现场实时生产数据的采集、存储和管理，是MES系统运行的基础，是三级进行生产实绩统计的数据来源，是炼钢厂信息化管理系统安全运行的强大的数据基础。
2．3．2 过程监控。如图3所示，对设备启停机的进行自动监测，自动形成转炉、精炼和连铸的调度日志，及时调整作业计划，更新并下发生产指令。

2．3．3 设备停机管理。系统以可视化的方式，监测设备运行中的状态参数，跟踪生产线上的物流。
2．3．4 报警管理。实现统一的报警管理，加强对关键设备的安全监控，进行基于状态的预防性设备维护。
2．3．5 班组考核管理。根据实时数据对班组的操作水平进行全面客观的考核，并完成特定目标的数据组织和分析考核，充分调动员工的积极性。
2．3．6 质量管理。建立每条计划的实时生产记录，对钢水质量进行全面跟踪，也为后面建立转炉的自动冶炼模型打下数据基石。
2．3．7 生产报表管理。建立灵活及时的生产报表系统，使得产量、原材料消耗的计量准确、及时。
2．3．8 成本管理。通过自动采集实时数据，为三级系统提供各钢种动态成本数据。
2．3．9 数据管理。数据管理功能通过实时数据库，对实时采集的生产数据进行汇总并长期保存。
2．3．10 数据分析。通过检化验系统数据可以为其他功能系统提供支撑服务。此外数据分析系统还可以计算绩效指标、进行趋势分析、发现数据中的规律等，进行深层次的数据利用。如图4所示。

3 主要经济效益
　　MES提供基础自动化系统、过程自动化系统无法实现的车间级调度管理功能；提供ERP等管理信息系统无法实现的生产数据的获取与分析功能，成为车间生产和企业管理之间的桥梁，对提高企业经营管理水平，促进企业的发展具有较大的经济效益，体现在以下几方面：①借助成本管理系统，促进仓库与采购者之间的信息沟通，避免重复采购，可以减少10％的库存。按目前情况分析可减少8960万元库存资金。②利用质量管理系统，加快信息传递，避免劣质原料以次充好进入货场，预计通过原料把关，年可挽回经济损失256．6万元。③利用质量管理系统将质量信息传递至生产现场指导生产操作，并对生产过程的关键工段采用先进控制，可提高生产效益1％，年钢产量增加5．2万吨，减少原材料消耗1．25％，增利2050万元。④应用能源管理系统加强能源的输配、管理，预计可节能1％，每吨钢降低成本3元，年效益1664万元。
4 结束语
　　当前,MES在国外知名大型企业中得到了广泛的应用，成为这些企业保持市场竞争优势的重耍手段；但是在国内，大家对IVIES的认识还比较少，MES的应用并没有得到充分的重视。为提高国内钢铁企业在国际钢铁行业中的竞争力，实现并完善适用于我国钢铁企业应用需求的MES产品势在必行。