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中石化MES系统在聚酯部的应用
作者:张薇
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MES(Manufacturing Execution System 生产执行系统),是指运用及时、准确的生产过程信息,指导、启动、响应并记录工厂活动,是一个把生产网络化的系统,它对生产原料的进厂到产成品的出厂整个生产过程进行全程物流管理和跟踪,从而能够对生产相关条件的变化做出迅速的响应、减少非计划停产,提高企业生产过程的效率;通过对罐存和库存的跟踪,有助于及时交货,加快库存周转,进而提高企业的经济效益。

MES2.0 是石化盈科开发的,2006 年2 月天津石化成立了MES 项目组,通过前期建模和测试于2007 年1 月正式应用于聚酯部。通过应用此系统确保了生产过程数据的来源唯一、准确、及时;数据及数据处理结果可以在企业实现共享;系统中的信息可通过多种方式进行综合展现。

1 MES 的特点

一个完整的企业信息架构应包括ERP、MES、PCS 三个层次。生产执行系统是流程工业综合自动化系统ERP/MES/PCS 框架结构中的关键层,向上连接ERP,向下连接过程控制层(PCS)。MES 在企业的综合自动化中起到了承上启下的作用,是整个流程工业综合自动化技术发展的关键。结构图如下所示:

newmaker.com

中石化MES2.0 的核心是“2+1”平衡模型,其中的“2”分别为“调度平衡”和“统计平衡”模型;而“1”为“装置校正”模型。其中统计平衡是MES 系统的精华部分,所有数据都最终在这里汇总。所以,必须确保装置校正模块数据采集的全面性和统计平衡取到的数据与装置录入数据的一致性。

2 MES 原理

MES 主要包括企业生产数据集成平台与核心数据库、装置数据校正、物料移动管理、罐区管理、公用工程管理和全厂物料平衡统计等系统。这些系统由九个模块组成,其中包括五个基础模块,即装置、罐区、仓储、进出厂、部际互供;两个平衡模块,即调度平衡和统计平衡;两个相对独立的模块,即三剂辅料、公用工程管理模块。这些模块都是MES 系统的重要组成部分。如果说各模块勾勒出了MES 的整体框架,那么系统中罐区、装置、侧线、界区、节点、缓存罐等就是填满这些框架的内容,并且将各模块联系在一起,形成一套完整的生产流程。

MES 通过五个基础模块将基础数据输入到系统中,经由调度模块解析、推量后,最终汇总到统计模块。侧线、缓存罐等是数据输入的窗口。

装置校正模块负责装置的相关基础数据的采集,基于装置的设计参数模型和装置投入产出模型,综合考虑生产加工方案,按照一定的逻辑进行数据校正,实现装置级的物料平衡,剔除测量值的显著误差,支持基础投入产出台帐,实现装置级的物料平衡。所以,在中石化MES2.0 系统中及时、准确、全面的采集数据是装置校正的核心问题。在石油化工行业物料形态主要以气、液态为主,但其中不免会有固态物料,在数量很大或计量手段有限的情况下,很难盘点出这些物料的库存。然而,在MES2.0 中料仓、缓存库的盘存量是装置校正模块中的重要数据。由此,重要数据计量困难的问题急待解决。

3 MES 在聚酯部的应用

3.1 料仓缓存量计量

3.1.1 困难问题的产生

因聚酯部物料主要以固体物料为主,而烯烃部和芳烃部均以液体物料为主,所以MES 的应用情况也有所不同。

石油化工企业的生产属于典型的连续性流程制造业,从原料进厂到投入到生产装置,从产品产出到出厂均是连续进行的。而且各装置之间的衔接性也很强,上游装置的产成品一般作为下游装置的进料线原料。以聚酯部聚酯装置为例,聚酯装置的产品PET 熔体是下游长丝/短丝装置的原料,所以保证上游装置的运行稳定,是杜绝全厂非计划停车的基础。聚酯装置的主要原料是精对苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG),其中PTA 是由芳烃部PTA 车间供给的。为了保证原料充足,首先把料送到体积较大的PTA 大料仓储存起来,再由大料仓送到日料仓供装置使用。由于PTA 属于固态粉料,由压空直接吹送到大料仓,所以料位面不可能是水平的,一般呈斜坡状,在这种情况下料位计很难准确地计量出料仓的真实料位,而且当料位较低时,挂在料仓壁上的料掉落下来后,料位计的显示值会是一个虚假的增长值。在这种情况下,靠现有的计量手段很难准确的计量出料仓的真实料位,所以,只能用人工检尺的方法。由于人工检尺非常麻烦,所以我们每月只检一次。

MES 在天津石化的建模初期,计划把聚酯部大料仓做罐区处理,通过追踪收付关系和班检尺来进行管理。这样,大料仓的进料量、出料量和库存量都能在系统中体现出来。但是,由于现有计量技术的局限性,进出量和库存量都会出现较大偏差,有悖于MES2.0 确保数据真实性的原则。

3.1.2 解决困难问题的方法

确保生产过程数据的来源唯一、准确、及时是中石化MES2.0 系统存在的价值根本,为了将MES2.0 系统的存在价值发挥到极致,必须解决大料仓盘存的问题。解决方法如下:建立一个虚拟装置,把大料仓作为这个虚拟装置的缓存罐处理,装置的进料量是互供量,出料量也是互供量,即对这个虚拟装置而言,进出物料完全一致,而且数量相等,最终进入缓存罐——大料仓。生产流程如图所示:

newmaker.com

大料仓的进料量就是虚拟装置的进料量,出料量是虚拟装置与聚酯装置之间的界区量,

界区量可由聚酯装置日料仓的存差量和装置投入量计算得到。计算公式如下:

界区量=日料仓的存差量+进料侧线3 的侧线量

为了便于理解以上公式,下面就一些词汇作一下具体说明:

1) 侧线:以实际物理上的进出料管线为基准,进或出同种物料的多条管线可以定义为一条侧线。

2) 侧线量:装置直接投入或产出的量。

3) 缓存罐:在装置内有若干个物理罐,在生产与统计中需要这些罐的罐存量,但又不关心这些物理罐之间的移动关系。缓存罐必须与侧线关联在一起,同一个缓存罐不能同时属于多条侧线。

4) 界区:两装置之间、装置与罐区之间、互供点与装置之间、装置与仓库之间统称界区。按照生产流程,界区上游模块给下游模块的量称为界区量。

5) 存差量:指缓存罐的缓存后量与缓存前量的差值。

6) 班检尺:MES 系统要求每天的6:00、14:00、22:00 这三个时间点对储罐进行人工检尺,通过检尺出来的罐高,计算出罐量。原则上只要是发生了收付关系的储罐都有进行班检尺。

7) 期初量、期末量:每个统计周期,在盘存时点上通过盘点取得的实物量数据,视为该统计周期的期末量,同时也成为相邻的下一个统计周期的期初量。即早班的缓存量可视为早班的期末量,同时又可视为中班的期初量。

由此可见,增加一个虚拟装置后,我们只需在期初给出一个通过人工检尺得到的较准确的大料仓的库存量,以后每个班次都可以通过计算得到相对准确的量。计算公式如下:

期末量=(侧线2)侧线量+期初量-界区量

3.2 产品入库

3.2.1 困难问题的产生

在化工板块中,聚酯部、烯烃部和芳烃部都有固态产品,固态产品需存放到仓库中。烯烃部和芳烃部的固态产品下线后,按照未指定等级在产品管理站办理预入库手续,待产品化验出等级后,再由产品管理站与车间办理正式入库。聚酯部的产品入库业务具有独特性:产品在车间生产完毕后,经化验分等,按等级进入仓储车间由车间人员直接办理入库手续。而MES 项目顾问在编制固体产品入库程序时,是依据天津公司多数作业部的入库环节编制的,没有考虑到聚酯部产品入库业务的独特性。在天津公司MES 项目进入各模块接口检验阶段时,发现聚酯部统计模块进行统计汇总后,各装置的入库产量数据汇总不到统计层面,这些固态产品的产量数据对于生产作业部来说是必不可少的统计指标。

3.2.2 解决困难问题的方法

在遵守MES 系统产品入库程序的前提下,为了使聚酯部的固态产品的产量数据能够及时、准确地汇总到统计层面,同时又不改变聚酯部实际入库流程的情况下,解决办法如下:

产出固态产品的车间,根据其实际的生产情况,对下线后产品存放问题的处理方式各有不同,有的直接入库,有的暂存车间。不管是那一种情况,在MES 系统中,车间都不设置缓存库。下线后的产品产量数据由车间人员直接录入到仓储管理模块中。在录入过程中视各车间具体情况而定,如下线后已经检验出等级的,在录入过程中需录入等级;如下线后没有检验出等级的,在录入过程中录入未指定(等级)即可。同时,还要为不同车间的产品各选择一个指定的仓库,这就完成了产品的预入库。在实际生产中产品入库后直接存放到最终存放地,但是在MES 系统中,入库后的产品首先放入这个指定仓库,这个指定仓库相当于烯烃部和芳烃部的产品管理站。待产品检验出等级后,车间人员办理正式入库手续,仓储人员再根据正式入库单在MES 系统中查找正式入库产品,并且用实际仓库的名称替换这个指定仓库,最后对产品进行确定等级等处理后,就完成了产品的正式入库。

4 结论

通过采取以上措施,使MES2.0 系统更加完善,也更适应聚酯部生产实际的需要。MES2.0系统的应用使得数据能够及时、准确的被采集到,同时也使一些平时生产过程中很难计量的数据如PTA 大料仓的缓存量,通过系统的平衡及计算功能,也能较准确的被反映出来。这些数据能够更好的反映生产的实际情况,为管理者和操作者作出正确判断提供有力保障。
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (6/3/2014)
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