MES是支撑企业生产管理层业务运行和管理的信息系统，连接了ERP和SFC，能够在一致的平台上集成例如网络报表、产品跟踪、质量控制、生产调度等功能。质检、物流、生产、工艺等部门通过调用数据库为车间管理提供了信息化服务，通过整体优化实现企业闭环生产。MES是企业CIMS信息集成的纽带，是实施企业实时制造战略以及实现车间生产实时化的基本技术方法。
1 应用背景
芳烃生产是一种典型的流程作业行业，生产的工艺流程及其组织方式都具有鲜明的特点，这些生产特点是高压、高温、工艺流程长、工艺配方复杂，并且各个单元装置的耦合非常紧密。国内外很多著名的公司都推出了面向石化企业的MES系统。其中比较著名的MES解决方案有：美国Aspen Tech公司的MES方案、美国Honeywell公司的MES方案和德国Siemens公司的MES方案，以及由石化盈科、浙江中控中科院软件所和北京时林公司共同开发的石化企业MES解决方案SMES。中国石化于2004年逐步开始了MES系统的实施，目前有一些企业已经实施了MES系统的部分功能。随后，中国石油也开始为石化企业实施MES系统。中国石化和中国石油作为我国石油化工行业的两个龙头企业，在MES的实施策略上有些不同。中国石化是在国家863计划的支持下，以国内自主开发的MES产品SMES为主，而中国石油则以美国Honeywell公司MES产品为主。应用实践表明两个产品都具有各自的优点。但相对于国际来说，我国化工行业的MES的建设还有待进一步发展。
2 MES的OPC技术
2.1 OPC技术简介
2.1.1 OPC技术概述
OLE for Process Control为OPC的全称，它是一种基于OLE技术的标准，专为过程控制设计。OPC提供了一种从服务器提取数据并且传输到客户端机制的标准途径，这种通信机制具有高效、开放的特性，利用了Microsoft的ActiveX技术和COM／DCOM对象模型来实现。
OPC(OLE for Process Contr01)是—个工业标准，不但集合了微软的COM(部件对象模型)、OLE(现在的ActiveX)和DCOM(分布式部件对象模型)技术，而且融合了屙陛、方法和接口，成为了—套工业的标准集，广泛用于制造业的自动化系统及过程控制。
2.1.2 OPC技术的产生
随着企业现代化的发展，工业生产规模逐步的扩大，过程复杂程度越来越高，现场信息的数量和种类不断增多，集成这些信息成为工控系统的难题。厂家在生产设备时，都是根据自己的特点来定义通信机制，这就使得底层通讯模块在工控软件里紊乱。因为各个工控软件中的通讯模块访问接口没有统一的标准，所以导致了每个工控软件之间不能通信，无法共享软件资源。而且，硬件设备和软件设备之间不是独立的，软件常因为硬件的更改而改动，不便于给工控软件进行设计和维护。所以，如何有效、可靠、实时和高速地从将控制网上所需要的各种实时数据传输到管理网，是在企业ERP和MES实施过程中很关注的问题。OPC(OLE for Process Contr01)由此应运而生，起到连接硬件与软件的作用，成功的解决了难题，成为工业数据通讯的一种基础标准嘲。
2.1.3 OPC技术的发展
1995年微软公司和Intellution、Fisher-Rosemount、Intuitive Technology、Opto 22、Rockwell Software五家公司成立了标准化组织OPC Task Force，并起草了有关OPC标准的几项规定，同时将其发布到web站点(www.industry.net/opc)上，来向其它用户和制造商征询意见。根据收集到的意思进行修改，最后经微软公司的OLE专家认证，颁布了OPC1.0。1998年4月10日发布OPC2.0标准。
2.2 ERP／MES／ODF信息集成模型
美国先进制造研究机构(Advanced Manufacturing Reasearch，AMR)在20世纪90年代提出了企业信息集成模型，包含企业资源计划(ERP)，制造执行系统(MES)，过程控制系统(PCS)。图1所示的企业信息集成模型，包含了企业资源计划管理(ERP)，制造执行系统(MES)，在线数字工厂(OnLine—Digital Factory)，供应链管理(SCM)，客户关系管理(CRM)。
图1 企业信息集成模型
2.3 数据接口技术
如图2所示，在石化企业中，通过DCS系统，PLC系统，智能仪器在操作现场采集数据，然后通过OPC服务器将数据传输到以太网，实现不同数据格式的统一化。
图2 基于OPC技术的企业管理系统
实时数据库按一定时间间隔读取数据，将数据保存在实时数据库内。同时实时数据库把数据导入关系数据库内，以便于下一步的数据挖掘，用于指导操作，做出决策。最后实时数据库和关系数据库都可把数据导人供应链管理(SCM)，制造执行系统(MES)，企业资源计划管理(ERP)。OPC实现了制造执行系统(MES)和分布式控制系统(DCS)、可编程逻辑控制器(PLC)等工业控制设备之间高效、灵活的数据读写。
2.4 OPC的应用
2.4.1 OPC的数据访问方式
OPC标准得到应用后，软件开发商不必再为各种硬件开发许多驱动程序，OPC接口程序由硬件开发商提供，这就使得OPC得到了统一管理。硬件开发商都会很了解自己生产的硬件，就会努力使硬件的功能发挥到极致，使驱动程序高效的使用。一旦所有的硬件开发都采用了OPC标准，他们就会生产统一的OPC标准接口程序，不仅能避免重复的开发，还能大大减少开发的费用。
图3 OPC的数据访问方式
OPC可以称为“软件总线”，软件程序只需要知道如何从OPC读取数据，从而可以更加通用、简小、容易。设备驱动端(OPC Server)只要知道怎么将现场数据转换为OPC统一格式的数据。OPC的软件体系结构为用户／服务器模式，每个OPC用户可以连接到一个或多个OPC服务器，用户应用程序仅需使用标准接口和服务器进行数据交换，而并不需要了解底层的实现细节。
2.4.2 OPC技术在以太网控制系统的层次结构
在现场控制层，以PC嵌入式系统作为现场智能节点，其外接网关的模拟量输人、输出、开关信号输入输出等I／O卡。监控服务器则采用PC机，装有两块网卡，其中一块负责与下位机PC通信，另一块网卡负责与生产管理调度层的其他服务器组成局域网。监控服务器中运行OPC信息存取服务器程序，将现场智能节点传上来的信息通过OPC接口送到监控软件进行监控，并利用组态软件进行复杂的组态工作，将组态信息下载到PC上，调整其控制算法和参数。而其他管理调度层的服务器OPC客户程序则通过DCOM的方式访问OPC服务器程序，进行信息交互。
图4 以太网控制系统的总体层次结构
2.4.3 OPC数据存取服务器的设计与实现
OPC数据存取服务器的系统结构如下图所示：
它主要由组对象、服务器对象、数据存储区、项对象和TCP／IP通信接口组成。数据存储区主要存储值、品质、时间轴、设备号、板卡号、通道号等。服务器对象、组对象、项对象则和OPC接口连接，与OPC客户端程序进行通讯。
图5 OPC数据存取服务器系统结构
如图5所示，因为OPC数据存取服务器既要通过网关与现场DCS设备进行数据传输，又要通过OPC接口与客户应用程序进行交互，所以必须采用多线程模型以保证信息传递的效率。
3 MES在芳烃生产中的安全应用
3.1 MES的整体结构
3.1.1 MES的层次结构
MES的整体结构如图6所示，包含4层：
(1)表现层：表现层仅由生产信息运行平台构成，生产信息平台是在MES系统基础上开发的一个生产信息集成展示平台。
(2)运行管理层：运行管理层分别包含生产计划与排产单元、生产运行管理单元、生产统计单元。
(3)执行层：执行层仅由实时数据库应用模块构成，同时实时数据库应用模块与生产统计模块构成生产统计单元。
图6 MES整体结构图
(4)基础层：基础层由工厂基础信息管理模块，实时数据库模块，实验室信息管理系统模块构成。
3.1.2 石化企业MES典型模块应用
(1)工厂信息管理子系统(PRM)；
(2)实时数据库及实时数据库应用子系统(PHD／APP)；
(3)实验室信息管理子系统(LIMS)；
(4)生产计划与排产子系统(PS)；
(5)运行管理子系统(OM)；
(6)物料平衡／移动子系统(PB)；
(7)生产统计及生产信息运行平台子系统(PA／WPKS)。
3.2 MES的关键技术
3.2.1 业务建模和数据建模技术
为了明确客户的用户需求，需要将企业业务过程进行抽象的描述，通过了解企业业务流程，建立企业核心业务的过程模型。
3.2.2 数据集成技术
屏蔽异构数据源是数据平台的特色，为企业应用系统提供了一致透明的数据访问途径，实现数据共享。
3.2.3 基于XML的数据交换技术
XML(可扩展标记语言)由W3C建议提出，是文档格式语言SGML的子集，利用它的目的是提供结构化的Web文档，它提供了HTML文档所没有的可读性和可分析性，应用程序可以对XML进行分析和处理。
3.2.4 Web Service技术
使用Web Service技术，通过松散的应用集成，企业就可以实现企业应用集成的子集。
3.2.5 数据校正技术
装置物料平衡是以装置数据集成为基础，以单装置为节点，分析物料构成、输入、输出，映射成单装置物料数据的校正模型，以节点残差分析为主要策略，组织隐射矩阵进行单装置校正计算，完成单装置的物料数据校正处理、结果数据呈现、仪表精度及趋势分析等。
3.3 MES在芳烃生产中的应用
3.3.1 操作监视汇总信息
WPKS的操作监控显示界面主要是作为当前WPKS显示窗口所设定的显示的那个值班班组的时间段内所产生过的和目前存在的所有操作偏差的记录。其中操作参数的上、下限则由工艺人员根据实际操作过程摸索得到的经验值进行设定，一旦超过范围系统会自动报警及提示。装置的DCS数据中很少有这种控制范围。
3.3.2 监控目标偏差详细信息
当用户点击操作监控摘要列表页面上的任何一条偏差时，对于该监控变量相关的偏差具体信息就会显示在出来。
3.3.3 监控目标趋势
WPKS的操作监视是为了给操作工提供指导性的信息，将历史信息做成趋势图，有利于操作工作出准确的判断。
3.3.4 操作日志
WPKS显示界面提供了与值班班组相关联的操作班次日志，即值班班长日志编辑功能。如图所示，OL一班次汇总能够记录人员及出勤情况、接班及当班情况等信息，这样使接班人员能更好的把握现场状况，迅速处理上一班遗留下来的问题，同时遇到事故时能分清责任。
4 结论
制造执行系统(MES)起到连接企业计划层和车间底层控制的作用，使企业的信息流形成闭环。MES通过细化计划层的计划实现对车间工序进行生产调度，提高车间设备的利用率及企业生产的效率；另一方面，MES实时了解车间生产反馈的信息，迅速做出相应的调整，给企业管理人员下一步的生产管理决策提供科学的数据。MES应用到芳烃生产过程中，旨在解决实际生产过程中由于操作人员的错误操作造成生产装置的波动和产品质量的下降。由于将MES系统与生产操作系统DCS进行对接，使MES系统具有实时采集数据的特点，避免了人为输入数据出现的错误和误差对生产和决策造成影响。此外，MES系统通过自身的安全架构和系统某些功能的深入应用，提升了企业安全生产的水平。如MES系统对重要工艺指标的实时监控，装置平稳率考核，装置工艺流程图监控、数据趋势图诊断、自动报警等功能，能够及时反馈和调整生产操作，为石化企业的平稳安全运行提供了有利保证.
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本文标题：MES/ERP系统在芳烃生产中的安全应用
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