引言
某集团公司年生产能力10万t的铅锌厂2009年进行一期技术改造，对其主体生产车间焙烧、硫酸进行了工艺与扩能改造，2011年底启动了二次技改，将针对其它主体车间进行工艺与扩能改造。根据集团公司要求，在二次技改中，该厂将实施MES(生产执行系统)项目，与集团公司的ERP(企业资源计划)项目对接，针对此要求，经过调研，我们为该厂制定了MES项目实施方案。
2 MES系统结构
在一次技改中，该厂在焙烧、硫酸车间实施了DCS系统，完成了基础过程自动化生产数据(工艺数据、设备控制状态、材料能源消耗等)的采集，实现的DCS系统留有标准的数据接口协议0PC，能将车间全部数据传到厂生产控制中心。同时该厂在一期技改中完成了全厂光纤网络的预布设，为二期技改与厂MES项目的实施做好了网络准备工作。
根据我们的调研结果，该厂的MES信息系统结构将分为两层：基础过程自动化控制系统(PCS)层和MES两层，PCS系统将随着二次技改在各车间分步实施，在完成各车间PCS系统的实施后，再统一实施全厂MES系统，且与集团公司ERP项目衔接。
2.1 PCS层
PCS层完成基础生产数据的实时采集，在车间控制室实现对工艺参数的控制，对关键设备、成套装置的控制与监视，并对主要原料与能源消耗进行秒级采集及统计分析，所有各类数据都保存在实时数据库，通过OPC数据接口远传至厂生产控制中心。PCS最重要的功能就是实现车间一级的生产调度、设备、材料能源及中间产品的质量控制。
2.2 MES层
MES数据服务器平台设在厂生产控制中心，接受各车间传输来的不同类数据，并将数据按统一标准归档在厂级实时数据库。MES层与PCS层间采用工业以太网连接，数据标准接口OPC，通讯协议采用最流行的ProfibusDP和ProfibusNET。MES层生产控制中心拥有最高权限，不仅完成对PCS层的控制，同时也实现对各职能部门的调度指挥。各职能部门通过Internet网协议TCWIP与MES数据服务器连接，按不同职能与管理权限实现对MES层数据资源的管理与调度配置。
MES层通过远程光纤交换机与集团公司实现数据交换。
3 MES系统的功能
3.1 MES与ERP和PCS之间的信息关系
MES根据底层控制系统采集的与生产有关的实时数据，进行一定周期生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程的优化等工作。MES与ERP层和PCS层的信息交互关系如图1。
图1 MES与EPR层和PCS层的信息交互关系
MES层采集生产过程和投产装置的生产控制系统过程数据，数据进行秒级刷新，汇总在统一的数据平台，模拟显示全厂生产流程工况，完成实时／历史曲线的分析统计显示，监控生产、关键设备的运行情况，对异常状况警示报警，实现生产流程和主体设备的安全联锁，完成各类报表等功能性开发应用。
MES系统屏蔽了不同控制系统、层级之间的差异，避免数据的冗余，提高数据的流转速度，并针对下层与上层、现状及未来需求，可定制开发相关应用，并对外提供统计、分析等功能。根据该铅锌厂生产现状与管理模式，结合MES与生产调度及资源优化的模型，确立该铅锌厂的MES系统信息传输流程关系如图2。
图2 MES系统信息传输流程关系
3.2 设计MES系统所要实现的功能
根据该铅锌厂的需求，MES系统设计了生产管理、物料调度管理、质量管理、设备管理、信息查询及能源管理等模块。
3.2.1 生产管理
生产管理是MES系统的核心部分，主要包括：
生产计划的制定与执行；生产能力计划的预测与制定；监视和组织来自人员、仪器和底层控制操作数据以及工序，物料信息；生产过程与产品管理、质量管理；实时查询、统计各种生产数据、产品质量数据；生成相关报表，实现企业生产数据的展现。
3.2.2 物料调度管理
该模块能实现该铅锌厂内物流的动态管理。系统从车间需求、采购计划、人库管理、出库管理、库存盘点等主要环节进行动态信息化管理，从而使相关人员动态掌握库存信息和车间需求，及时制定计划，满足企业需求，减少库存时间，降低成本，提高效率。
3.2.3 质量管理
质量管理模块提供对从制造过程收集来的数据实时的测量分析，来确保产品质量控制以及标记需要被注意的问题。它可以提出一些建议来纠正问题，包括一些有关联的症状、操作和结果来确定问题的来源。
3.2.4 设备管理
设备管理包括设备台帐、设备状态监控、设备运行管理、设备预防性维护管理、设备巡检、故障分析等。通过设备维护管理系统的建立，对关键设备的运行状态进行监控，保证设备运行在正常状态；使得企业可以不断完善设备维护保养项目和周期，逐步建立起良好的设备预防维修机制，提高设备的保障能力。通过规范设备故障维修管理，建立设备维修支持系统，提高设备维修水平。同时充分利用各种设备数据，加强对设备状态的分析研究，进一步提高企业设备管理水平。根据生产线设备运行情况，自动记录各设备的运行时间、停机时闻、设备的故障类型、各类型故障时间、事故、巡检、点检、精度检验、运行状态监测等几个方面的内容。
3.2.5 信息查询
信息查询模块可以提供的查询包括：物料信息、生产信息、原材料信息、销售出库信息等基本资料。
3.2.6 能源管理模块
通过建立网状能源计量体系，全面监控企业能源消耗及管网运行情况，实现能源监测和计量自动化，达到信息共享、自动数据处理和分析的目标。主要包括能源基本信息、计量、平衡、监控等内容。通过能源的管理和考核，挖掘节能潜力，提高能源利用率，促进企业节能降耗增效。完成生产线的能源计划、分配消耗等工作。
4 MES系统的软件实现
MES系统软件实现主要在两个方面。
4.1 对PCS层
利用图形组态软件和实时数据库进行开发，实现各类数据的可视化显示，图形组态工具提供监视与控制手段，系统以模拟图的方式显示生产现场系统运行实际情况，包括物料消耗、生产状态、设备运行参数等，实时预测生产现场的各项指标。数据的显示方式包括模拟量的实时数字显示，开关量的实时图形显示、实时棒图显示等，实时数据的列表式显示以及实时数据的计算结果显示等；当数据超过规定的限值时，系统可自动产生报警信息，反映出生产现场系统运行的实际情况。
4.2 对MES层
开发统一的生产数据管理、设备管理、材料消耗动态管理、产品质量管理及资源调度计划模块，对各类数据加工整合，模块间无缝集成，实现数据信息与物流实态的同步变化，实时管控一体化，消除管控过程中信息孤岛及滞后性，并具有可预测性、可控制的资源管理和调度。
5 结语
根据铅锌厂的实际情况，生产执行系统(MES)的实施，其快速的数据采集能力、高效的数据压缩效率、友好的数据存取界面、高可靠性和易管理性能够给企业的生产经营带来极大的改善，能够消除生产工序之间的信息阻断，能对工序间的操作变化做出及时调整。在将来与ERP系统集成时能够很好的与过程控制系统(PCS)之间的信息进行交流，使管理者能及时准确地掌握生产一线的信息，协调畅通，决策迅速。有效地对生产资源进行分配，同时具有高效的生产能力分析和生产排产手段。MES系统如在该铅锌冶炼厂实施其产生的经济效益和社会效应，将会影响和带动企业信息化建设的步伐。合理有效的规划资金投入，带来生产管理水平的全面提升，企业生产组织理念的转变，生产过程信息化的全面介入，为企业的科技进步与推动企业生产模式的转变发挥不可替代的作用。
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本文标题：某铅锌厂生产执行系统MES的实施方案
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