水泥企业的MES关紧技术的研究与应用外文翻译资料

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水泥企业的MES关紧技术的研究与应用

Shao-Hong Jing;Qing-Jin Meng;Wen-Qian Cao

摘要：水泥的生产过程和它的管理方式的特点被揭示和分析。在这基础上，引进以实时数据库为中心的MES系统。MES结构设计类似RTDB，对水泥企业MES系统的信息整合的设计原则和方法的研究是有意义的。最终，给出一个成功应用的案列。

关键词：水泥企业，MESs，实时数据库，信息整合。

1. 简介

随着经济的发展和企业信息化程度的不断提高，大多数加工工厂已经应用最低产品控制系统，ERP系统也在很多企业得到应用并取得效果。但是，管理层和控制层却没有接触。需要一种新的系统来整合管理和控制。MESs系统刚好可以填充这领域的空白。

MES是一款软件系统，它可以保证产品的质量，记录产品进出的数据，以及对工厂资料的有效利用，列如：人力、机械、装备以及生料等。它可以综合的控制产品的生产。MES以高层的ERP系统和基层的PCS系统为基础。它是管理层的技术支持和信息系统，面向对象却是工人阶层。MES的重点是确保计划的履行，它在管理层和控制层之间建立联系并填充两者之间的间隙。

水泥厂属于生产工厂，具有如下特点：较长的工艺流程，较高的原料和能量的消费，在自动检测和控制方面有很高的难度以及在生产过程中要求较高的在线管理能力等。提高水泥的竞争力的关键在于建立基于信息的综合管理系统，实现扁平化管理，以此来加强技术以获得竞争力。在企业的信息化管理系统，高层制定正确的计划，并及时被中层管理人员理解并传递给基层的操作层。MES解决了企业计划和底层生产过程中的信息没有内聚性的问题的难题：它实现了高层的资源管理信息和基层的实时数据信息的融合和贯穿。它可以在水里生产过程中获得的最佳控制、最佳管理、最佳功能的信息进行整合。

1. 实时数据库

2.1实时数据库

企业的MES信息整合的关键技术是实时数据库（RTDB）。RTDB不同于一般的应用数据库。在实时数据系统中，就得数据不断被新的数据替换，决策的制定以及人员的派遣都是以实时数据为依据。因此，数据库必须支持大量数据的共享以及数据一致性的维护。另外，实时进程也需要支持事务与数据的时间限制。

传统的控制系统在生产工厂的应用也仅仅是在意实时需求而不是从数据库的角度来设计。尽管传统的控制系统也支持实时处理，但是它专注于实时数据环境，然而，实时数据环境的结构与关系是简单的、稳定的、孤立的。大量的数据的共享、数据的完整性以及连续性，尤其是时间的连续性，并没有被传统的控制系统考虑在内。传统的控制系统仅仅是一座信息的孤岛，它并不能适应网络环境下的工作共享。

RTDB并没有一个严格的定义，普遍认为RTDB数据库有明显的时间制约。系统的正确性不仅依赖事务逻辑的正确性，也依赖生产的时间。商业数据库采用关系模型作为代表，强调过程的永久性，数据的稳定以及强调维护数据的完整性和连续性。它具有高的系统生产量和低成本。它没有把时间制约考虑在内。所以，这样的数据系统不能满足网络环境下的实时应用需求。在时间是关紧的前提下，研究实时数据理论和技术可能带来数据一致性，完整性和应用性的突破。作为企业自动化和信息化的实时性的软件平台的基础，RTDB得到了注意。为了从网络的角度来研究完整的系统的构造，每一个独立的实时应用必须要整合，系统环境把数据库作为一个基础。

2.2:以网络为基础设置实时数据库的目标

（1）在网络环境之下，高度可靠性是设计RTDB的第一目标。工作在生产线最前段的这中数据库是对生产控制至关重要的数据平台。一旦失误发生，将会影响安全生产。所以，不论什么情况，可靠性是最重要的。可靠性表示低的软件和硬件的失败率。可靠性也表示迅速恢复工作能力的能力。一旦失误发生，它将快速恢复到可以使用的状态。在系统中这位避免数据伤害带来了安全保证。在设计固体数据库模型和其合理性，完整的数据库结构和混凝土技术以及工程方法没有联系的数据库的时候就保证了数据库高度的可靠性。

（2）在网络环境下，实时特征是RTDB最重要的性能指标。在底部，系统可以通过多种测量装备、控制器械直接改变数据。生产过程中的设备的带宽和I/O速度要求直接决定数据库的反应速度。只有当这个要求符合条件了，数据库系统才能应用到生产中。实际上，实时性、高速度以及有保证的响应时间是这系统功能的关紧指标。

（3）简单的功能界面，人机交互界面系统应该具有强有力的数据处理和表征能力。实际上，这些只是数据库的实时性功能的一部分。如果一个良好的实时功能的RTDB有一个复杂的界面，那么系统的实时能力会被大大伤害，因为这种界面不能实现快速的人机对话，或者快速的取得所需数据的能力很弱，影响操作者的效率。

（4）自主数据是设计数据库时的一个基本难题。改变数据库的记忆结构和逻辑结构不应该影响消费者的体验。

（5）灵活性不仅是MES的本质，也是MES的必要要求。整个系统应该容易地被改进，RTDB不可能被一次性完整的设计出来，它可能会不断的扩展一些功能。此外，数据库的使用者或者使用环境可能会不断的变化。所以，将来的应用界面也必须要科学的考虑。修正和扩展不应该改变已有的使用者使用它的方式，也不需要修正和重写应用。

3.企业MES的构架是基于实时数据库

水泥工厂的生产是基于原料的物理、化学反应。水泥厂根据囤积的量来确定生产，也有可能取决于销售到开拓的市场上产品的价格、质量。水泥厂的生产特征是：持续不断的生产产品以及源源不断的原料和能量供应；复杂的生产线，复杂的物理化学反应，高生产率的设备，大量的信息，大量的故障诊断以及处理。高度的自动化水平；变动的原料被仪器测量或者被分析仪器间接的测量，有一部分还是被人工测量。主要的生产目标是：安全、稳定、长周期、满载、高质量、均衡、高产、低消耗以及低污染。实现生产最优，获得最大的经济利益意味着计划的合理的分派，最优化的合作，先进的控制方法等。

3.1：企业MES的特点

企业的MES具有如下特征：

1. 生产计划：根据生产设备的能力和产品的需求量，MES调整生产结构和配方以满足要求.
2. 分派管理：考虑诸如：配方、原料平衡、污染防护以及治理、主要产品，废品，成品，半成品的管理以及二次重新返回生产线上的原料的需求。动力源的管理助手系统管理诸如水、电等也是非常有用的。当改变材料在设备和设备点上的分布时，派遣系统得到应用。在先进的自动控制系统上派遣系统必须得到保住。质量控制和生产检测系统有着紧密的联系。通过抽样和统计的产品测试系统被采用。所以，产品测试必须通过制造管理和过程控制系统的协调。
3. 信息处理：产品的实时的数据收集，工艺质量数据和装备运行状态数据都是水泥厂需要的。大量的动力数据需要得到及时的处理并以图表的形式展现出来。
4. 安全可靠性：为了获得最大的经济效益，安全和稳定功能需要得到保证。所以，安全是水泥企业持续生产的首要任务。
5. 经营决策：水泥企业提高生产力的关紧是稳定的外销，提高产品的质量和外销量，减少能量以及原料的消耗，减少污染。经济效益随之提升。
6. 人力：企业具有高度的自动化和持续生产的能力，员工需要做得就是检查设备的运行情况，调整参数等。一般而言，员工并不会直接牵涉到直接生产中。

3.2：MES的结构模型基于实时数据库

图1表明MES的结构模型基于实时数据库，图1的右边是MES的三个层，左边是它们之间的关系。

1. 底层是与现场总线，为DCS设计的特殊控制网络，企业以太网环境，设备系统和多样性数据库有关的环绕层。它可以为高层提供数据服务，不论该系统是否具有实时性，同样，环绕层也提高数据操作界面。它是介于数据平台和底层设备之间的信息交互机构。
2. 交互层是数据平台，一方面，它与底层的交互式通过相应的方式进行，该方式根据底层提供的交互界面进行。然后交互层执行诸如数据整合、管理、数据服务以及网络交流等服务功能，当分配任务时，来自高层的指令被转化成相应的数据并把该数据传送到相关系统。另一方面，它与一些集成服务一起为高层起稿应用支持。它转换来自底层的数据为统一的格式，同时提供信息给其它的MES模块和高层的EPR。
3. 高层是应用层，它包含除了数据收集和少数与EPR相关的功能之外的MES功能。

3.3：数据整合

MES收集产品性能数据，原料的综合存储数据，设备的综合运行状态数据。收集的这些数据被整合，连接，标准化，以及被比较和分析。另一方面，这些收集的数据又是生产计划和安排的基础。另一方面，它提供实时的，可靠的，精准的信息给EPR以确定生产计划。数据整合是MES得以应用的基础。来自PCS的信息数据包括产品性能，产品质量，原料以及产品的运输，能源消费等集成和处理。MES实现了基层的实时数据信息和高层关于资源管理信息的融合与传递。通过信息整合，MES能实现生产的派遣和指示，列如：优化控制，优化派遣，优化决策。

同时，数据整合模块主管着数据高层向PCS的传递。

水泥的生产线是相当复杂的。水泥厂的数据资源是宽广的，而且，数据的收集、存储的方式多种多样，基层的控制系统对每一位工人来说又是相当闭塞的。因为网络、系统和数据库时非常不同的，因此MES数据整合最大的难题是整合不同构造的网络、不同构造的系统、不同构造的数据库。

1. 案列分析

通过解释现在水泥企业的情况，接下来讨论怎么把MES应用到水泥厂中去。

4.1：当前系统的状态

水泥的生产工艺包括原料的破碎、干燥、预热、原料的混合、粉磨、按比例混合、皮带传输系统、水泥粉磨和包装以及其它系统，图2展示乐儿现代水泥生产的详细流程。

工厂里面的控制系统主要包括：材料准备控制系统，原料准备控制系统，煤料控制系统，燃烧控制系统，水泥准备控制系统，能源综合自动系统等。运输车称量系统和铁路规模称量系统，旋转要的检测系统，水泥质量控制系统，整个工厂的监控覆盖系统。为了实现当前资源的充分利用，上面提到的子系统的信息整合必须被执行。产品管理网络应该要监测工厂里面的每一个系统，并且建立集中的数据观测和矢量制图必须要实现。

随着工厂的发展，旧系统逐渐被新系统取代，新系统与旧系统有许多不同的地方。

1. 新系统有集中不同类型的计算机硬件平台，包括工作站，个人电脑，工厂提供的私人电脑和服务；交流网络包括连续的端口，现场总线，工厂网络和地方网络等。
2. 操作系统有Windows 98, WindowsNT, Windows 2000 or Windows XP.
3. 数据库包括测试数据库，Access, SQL Server 7.0, SQL Server 2000, paradox 5.0 和 Excel table 等等。
4. 开发工具包括集成语言箱，列如：Turbo C, VC, VB, Delphi, asp, Dot Net 等。

所以，系统整合饿的难题就是怎么样把不同构造的系统提供的信息进行整合以达到要求。

4.2根据要整合的系统的特点，基于图1的整合方式被采取。开关因为是本地网络的中心而被重视。网络各部分的仔细的信息交换方式是：

（1）材料准备控制系统，原料准备控制系统，煤料控制系统，水泥准备控制系统，水泥质量控制系统，动力监测系统等让OPC有了标准化的界面。这些系统采用OPC界面和实时数据库进行交流。

（2）在自动化称重系统和铁路称重系统没有连续的数据。相应的数据可以通过ODBC界面传送给数据库（Access）。

（3）旋转传送监测系统监测传送带的温度分布情况。这样可以避免传送带和主体因为高温、热震荡而被损害。每一分钟它会收到每帧为128KB的共四帧的画面。数据经过压缩后被存放在Access数据库中。相应的数据可以通过ODBC界面整合到RTDB中。

（4）部分手工记录的数据不会被包含到系统中。这些数据可以通过应用界面直接保存到数据库中。

（5）MES的每一个子系统被设计成都是独立于如asp，Delphi，Dot Net等开发环境。采用C/S和B/S的联合结构来设计。实时数据库是关紧。系统提供众多交互界面。对数据操作的诸如预处理，储存，警告，释放，分类，搜索，模拟，分析等是被允许的。基于以上，数据整合得以实现。

基于上述所说，我们采取的整合结构如图3所展示。

100/1000Mbps的以太网开关是网络结构的中心，每个子系统与实时/历史数据连接就是通过该开关。

一方面，实时数据库从底层收集书籍并处理他们。然后高层的每个子系统进行相应。另一方面，顶层的信息被适当的转换并传送到底层相应的系统。

考虑到负载，历史数据服务历史数据处理的关紧。

4.3：数据整合的例子

用DCS数据整合作为列子。1000T/d的水泥厂采用ABB公司的AC800F控制系统。包含四大场景的控制，包括原料使用系统，生料使用控制系统，燃烧控制系统，水泥处理系统。AC800F控制系统采用OPC界面。

1. 生产检测

领导和相关阶层可以在办公室（甚至外面）通过检测功能要知道生产情况，不论设备在

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