1 引 言

　　流程工业的计算机集成制造系统采用基于ERP/MES/PCS 三层结构体系是当今过程综合自动化的发展趋势。但是，对于大多数中小企业来说，建立完整的ERP/MES/PCS 系统难度较大，特别是ERP 系统。因此，从实用的角度出发，开发适合中小企业的过程综合自动化系统就显得很有意义。

　　本文介绍的过程综合自动化系统重点放在MES/PCS 层，但具有与上层ERP 软件交换信息的能力，在MES 层的功能开发上不求大而全，注重简洁、实用，满足实际的需求即可。此外，系统具有很强的灵活性和扩充能力，兼容性好，集成能力强，企业可以根据今后的发展规划和资金状况逐步增加系统的功能。该系统在某工厂得到了实际应用，取得了显著的应用效果。

　　2 MES 的结构体系

　　1）总体结构

　　总体结构如图1 所示，PCS 层主要是基础过程控制系统（PCS）。如FCS（现场总线控制系统）、DCS，PLC 以及单（多）回路调节器等现场控制单元，且通常是多种控制系统混合并存的局面。

　　图1 MES 系统总体结构原理图

　　MES 层采用以经济指标为目标的过程优化技术、先进控制技术、过程管理技术、多媒体技术和工业信息技术等， 主要具有如下子系统： 过程管理、生产计划、调度排产、销售管理、多媒体视频与远程监控、远程设备监测与诊断、过程优化、先进控制、无线手机短信报警、设备管理、OPC 服务器等子系统，对生产运行状况进行整体的监控、优化、调度与管理，对财、物资源进行合理配置。

　　系统采用以太网连接各个基础控制系统，并通过OPC 现场通信服务器采集实时生产数据，送入MES 层的实时数据平台，中心控制室具有控制中心（服务器）、数据库服务器等，必要时还配有工程师站、操作站等，系统软件运行在中控室的多个服务器上。

　　2）系统的开发及其功能描述

　　各种服务器、客户端运行在Windows2000/XP/NT4.0 操作系统上，数据库系统为SQL2000。该系统采用了COM/DCOM 组件技术和多层分布式客户/服务器技术实现软件的组件化，实现了以实时数据平台为核心，各个应用服务器的分布式应用。整个系统的开发工具为VC6.0，下面分别说明：

　　(1)实时数据平台运行于控制中心（服务器），负责现场实时数据的采集、存储、归档、维护、下写，报警生成， 事件记录， 时间同步等。支持ODBC 接口、OPC 接口，设备通信驱动。开发上采用了COM/ DCOM 分布式组件技术，接口软件采用进程外组件的方式，可以在网络环境下与其他客户端进行有效的通信。

　　(2)监控组态该软件分为组态和监控两部分，具有工艺画面组态及运行监控功能。此外，软件支持VBA，Flash，具有丰富生动的动画制作功能。

　　(3)OPC 服务器现场数据采集服务器，作为数据接口，实现与多种控制系统的实时数据连接。

　　(4)设备管理主要为车间设备的库存、采购、更换、维护提供方便。

　　(5)过程管理具有工艺数据的记录、分析、整理、工艺性能指标的计算等功能，是对生产过程的正常运行提供操作指导的支持系统。

　　(6)过程优化对生产过程进行优化计算，给出最佳的工艺参数，具有计算、建模与仿真功能。

　　(7)先进控制拥有预测控制、鲁棒PID、模糊控制等选件，其他先进控制软件也可以通过标准接口方便地接入。

　　(8)远程监控可以通过Internet 网，在异地接入自动化系统，达到远程监控的目的，上网方式：电话线拨号、无线GPRS 等。

　　(9)多媒体视频监控通过视频服务器，可以在与控制中心连接的任何一台操作站上查看现场的视频和声音图像，也可在远程实现。

　　(10)远程设备监控与诊断基于Web 服务器方式，通过公共数据网络和Internet 在远程和异地对控制系统设备进行设备的监测、维护。

　　(11)无线手机短信报警系统一些重要的工艺参数报警信息可以短信的方式发送到指定手机上，发送形式可以是单个，多个，也可以群发，还可以根据报警信息的优先级别选择性发送。

　　(12)生产计划与调度排产采用MILP 或其他优化计算方法，对生产计划与调度进行优化计算，使车间的物质资源始终处于比较合理的配置状态。

　　(13)销售管理这里不是ERP 层的对外销售系统，而是企业内部的交易管理系统，目的是便于成本的核算。

　　3 系统的实际应用

　　该系统已成功地应用于某煤化工厂，系统集成了原料车间、炼焦车间、回收车间的控制系统，系统网络配置如图2 所示。

　　图2 某厂综合自动化系统网络配置图

　　原料车间由西门子公司的AS-400 和ET200M 组成DCS 控制系统，通过工业以太网连接工程师站和操作站，OPC 服务器运行于工程师站上；炼焦车间采用西门子公司的S7-300 PLC，与上位机一起组成炼焦车间的控制系统，OPC 服务器也运行于工程师站上，两个控制系统的软件采用PCS7.0，工程师站与操作站均采用高可靠的西门子大屏幕工控机。回收车间采用CENTUM CS1000 控制系统， 本身拥有OPC 服务器的授权，可以直接使用。3 个系统通过光纤接入厂控制中心的SWITCH， 距离通常在300 m之内；厂控制中心位于厂办公大楼内，通过局域网连接厂调度室、总工办、厂长室、工艺科和技术科。厂控制中心拥有多台服务器，即控制中心服务器、数据库服务器、视频服务器、多个应用服务器，分别运行综合自动化系统提供的多种软件和服务，摄像头安装在车间现场， 视频线路单独布线；手机短信报警信息发送器放在厂控制中心。

　　系统经过一年多的运行，取得了令人满意的效果。如建立了焦炉加热自适应优化控制模型，优化了操作参数，实现了自动/ 手动编排推焦计划，能实时获得单孔装煤数据，辨别孔号，自动计算K1，K2，K3装煤合格率等，其中，K3系数提高了10 %以上；焦炉平均周实际出炉数增加了3 %左右；实时获取原料车间的煤种、堆取煤作业量等信息，可实时调整后续生产车间的操作参数值；回收车间煤气运行操作指标稳定，如集合温度周平均波动有所减小，从原来的±1.5 ℃ 降低到±1℃； 煤气成分含量，如CO2，CO，CmHn 等周平均波动幅度明显降低，指标稳定；库房备件总存量有所降低，但有效备件充足，系统可根据设备的使用状况和期限，主动及时更换和采购相关设备部件，变被动维修更换损坏部件为主动预测、维护设备部件，有效地减少了事故发生率。

　　三个车间实现了生产计划与调度排产的统一调度管理，各个车间的生产负荷平衡可以实时调整，优化了生产过程的管理；实现了相关工艺参数的实时采集，并能及时进行分析、比较，并计算出最佳运行工艺参数值；利用远程监控和手机短信报警信息的功能，相关领导可以随时随地掌握工厂的运行状况，发现事故隐患可及时采取措施。

　　总之，系统实时在线真实地反映了各生产车间生产装置的运行生产情况，极大地提高了工厂的生产管理水平，装置的优化运行水平和工艺过程的控制水平，取得了显著的经济效益，得到了厂方的充分肯定。

　　4 结 语

　　该MES 系统从功能上以满足实际需要为标准，扩展性、集成能力强，可与多种现有的FCS，DCS，PLC 等控制系统有机集成，实现车间级的综合自动化；项目实施时， 只需增加一些必要的硬件设备（主要是服务器），利用现有的企业局域网即可，成本低，见效快。

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