摘 要：介绍了流程工业CIMS的体系结构、系统功能，并研究了CIMS应用于工业循环水处理中的关键技术，该技术在实际应用中已取得良好效果。
关键词：CIMS，工业循环水处理，关键技术，信息集成
1 概述
企业面对日益国际化和瞬息万变的市场，应寻求以最快的市场反应速度、最好的产品质量、最低的成本以及最优的服务等方面来赢得市场，求得生存与发展。工业循环水在炼油厂等重工业中占有非常重要的地位，直接关系到企业的经济效益。目前国内工业循环水处理系统的检测、控制、操作都集中于一台计算机，所以危险集中，可靠性难以保障，其控制软件大多基于DOS操作系统，人机界面简单，性能单一，不能根据市场作出快速反应，调整循环水的流量、分布等问题。
CIMS（即计算机集成制造系统）自1973年由美国Joseph Harrington博士提出后，在全世界工业制造领域获得广泛的应用，同时它作为一种先进的生产管理模式，在过程控制系统中，也有许多成功的应用。随着流程工业CIMS理论与技术的发展，流程工业CIMS是解决流程工业综合自动化的必然趋势。水处理过程是一个典型的流程工业过程，因此，针对以上系统存在的问题及循环水加药系统的特点，我们开发了工业循环水CIMS系统。该CIMS在自动化技术、信息技术、计算机技术和各种生产技术的基础上，通过计算机网络和数据库将工厂全部循环水的状况信息集成起来，集控制、调度、管理，经营决策于一体，形成一个生产环境不确定性和市场需求多变性的总体最优的高质量、高柔性水处理系统。
2.CIMS的三层体系结构及系统功能
2.1 CIMS的三层体系结构
计算机集成制造系统开放体系结构（CIM-OSA Computer Intergrated Manufacturing Open system Architecture）是一种对计算机集成制造系统进行规划设计、实施、运行的系统工具，它为CIMS提供了参考结构，循环水CIMS的体系结构如图1所示，BPS/MES/PCS三层结构将流程工业CIMS分为单纯考虑生产过程问题的过程控制系统PCS，单纯考虑企业经营管理问题的企业资源规划BPS，以及考虑生产与管理结合问题的中间层制造执行系统MES，使流程工业CIMS中原本难以处理的具有生产与管理双重性质的信息得到解决。
①最下层的控制系统（PCS）聚焦于生产过程，以秒为单位监视生产设备的运行状况，控制整个生产过程。②制造执行系统MES管理整个工厂，考虑工厂整体平衡，注重产品与批次，以分、时为单位跟踪产品制造过程。MES起着将从生产过程产生的信息和从经营管理活动中产生的信息，以及从生产管理活动中产生的信息进行转换、加工、传递的作用，是生产活动与管理活动信息集成的重要桥梁和纽带。③经营计划系统BPS以相同产品为处理对象，焦点在于满足工厂的生产实际需求，符合生产计划，是战略决策层，是企业的最高决策机构。
2.2 系统功能
1） 信息服务分系统 该分系统是沟通企业与外部交换信息的重要手段，它的功能包括Internet信息导航、公共信息查询、企业概况与产品介绍、客户服务，从此增强企业与外部的信息联系及企业内部有关管理部门之间的信息共享。
2） 经营计划分系统 该分系统的业务功能包括企业领导信息、市场营销管理、生产管理、综合管理和办公自动化等5个子系统，对企业主要管理部门应用计算机处理业务，收集本部门的信息，并使上述5个子系统的信息集成在计算机的管理与控制下。一方面提供了各部门之间的信息共享，另一方面企业领导能及时了解本企业的生产经营情况。根据这些信息及时调整计划和营销策略。
3）制造执行分系统 该分系统包括质量管理和工艺管理。质量管理的具体内容有：计量检定、质量报表、产品质量档案、产品质量因素分析和质量分析工具。
工艺管理包括计算机辅助工艺参数管理和工艺参数辅助分析与优化两部分，以利于对生产过程中的工艺参数进行管理，为提高产品质量，提高产品的合格率提供保障。
4）生产过程控制分系统 是在各分厂、车间的集散控制系统的基础上建立起来的。它一般分为直接控制、监督控制、生产调度3个层次，直接控制层对生产过程各种参数进行采集和处理，并实现开关量的顺序控制和模拟量的常规控制。监督控制层根据调度指令实现生产过程的先进控制和优化控制、故障诊断、系统仿真等功能。生产调度层为生产过程控制分系统与BPS分系统的接口，实现实时数据库与关系数据库的数据共享。生产过程控制分系统是CIMS最重要的分系统之一，它负责保证生产的平稳操作，达到节能降耗和提高产品质量的目标。
5）支撑平台 上述4个分系统是运行在网络数据库支撑平台上，CIMS支撑平台包括分布式数据库管理和计算机网络系统，它是实现数据传输和信息共享的基础。
3.循环水处理CIMS的关键技术
CIMS技术涉及的内容相当广泛，由于篇幅限制，本文只介绍与水处理关系密切的一些技术。
3.1生产过程控制分系统与BPS系统的信息共享
对于循环水的处理，生产计划的实施是靠生产过程控制分系统，而水处理的工艺参数、能耗、原材料消耗与BPS分系统等各子系统之间需要信息共享。
在监督控制层，根据循环水的实际参数值，采用先进的控制算法，对加药泵等设备的参数进行自动调整，达到优化控制。同时，将参数存入工艺档案库（即历史数据）。一方面便于当班操作人员检查，另一方面也便于今后的复查、参考，以便选择优化的工艺参数，形成与MES分系统的信息联系。
消耗量记录了水处理过程中主要消耗物资的消耗量，包括水、电、药品。这些参数为核算水处理成本提供了依据。同时，为BPS分系统中成本核算提供了信息。
设备运行参数记录了关键设备运行时的运行参数，这是设备动态性能参数的主要测评依据，也为设备管理和设备检修计划提供了依据，形成了与BPS中设备管理的信息联系。
测控参数包括PH值、补水电导率、循环水电导率，氧化还原电位、瞬时加药量、累积加药量、补水量、排污量、循环量、液位、入口温度、出口温度、浓缩倍数。提供了与生产管理子系统以及与MER分系统的信息联系。
由此可见，处理过程的参数测试与能耗原理、生产管理、质量管理、设备管理和工艺管理子系统以及MER分系统构成信息共享。
以抚顺石油二厂七水厂为例介绍生产过程控制分系统的实施。由于水处理过程是一个连续的自动化过程，模拟量30多个，开关量10多个，采用1台西门子S7-300PLC对其进行直接控制，监控层及调度层采用研华IPC610/P Ⅲ工控机，软件采用组态软件KingView5.1。PLC与IPC的通信，由CP5611多点接口卡实现。它与PLC之间的数据交换通过DDE来进行。如图2所示。
KingView5.1软件具有如下功能：
① 工艺流程显示 它具有方便的模拟图组态功能，可显示系统所有实时测量值、经过计算的各种积量。
② 动画 动画功能可逼真的模拟复杂的形状、颜色、运动和位置变化。
③ 历史曲线 借助KingView数据库，可以查看任一时间内的任一历史曲线。
④ 实时曲线 可以实时显示任一参数的实时曲线。
⑤ 报表 借助KingView数据库，定期生成报表。
⑥ 报警 KingView可在各机上查看历史报警信息，产生报警，屏幕显示参数闪烁，报警笛鸣。
⑦ 修改参数 可以直接在屏幕上修改参数设定值。
3.2 先进控制技术
水处理过程是一个非线性大滞后、时变、多变量、多约束条件的对象，对此进行控制，不但需要专家的经验，还需要将模糊控制、智能控制技术、预测控制技术等先进控制算法对其进行优化控制。
4 结 语
该技术已在抚顺石油二厂七水厂投入运行一年多，原循环水的合格率在30﹪左右，现已提高到93﹪左右，药剂消耗量大幅降低，平均降幅10﹪左右;并且可以很方便根据市场需求的变化，调整循环水的流量和分布。大大提高了工厂的生产效率，并降低了生产成本。现正在抚顺其它石油、化工厂推广试用，证明该技术的可行性。
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