CN102176154A

CN102176154A - 流程企业信息集成与智能管控系统

Info

Publication number: CN102176154A
Application number: CN2011100647465A
Authority: CN
Inventors: 刘大礼; 吴淮宁; 章霞
Original assignee: NANJING DENET AUTOMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: NANJING DENET AUTOMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2011-09-07

Abstract

本发明公开了一种流程企业信息集成与智能管控系统，该系统包括资源计划系统（BPS）、过程分析系统（MES）和过程自动化系统（PCS)；PCS采集企业设备运行过程中的数据，并将数据传送给MES；MES对接收到的的数据进行实时在线监测、故障诊断分析，进行智能化控制，同时将信息传送给BPS并接收BPS指令；BPS、MES和PCS通过计算机网络及数据库支持系统进行通信。本发明以流程企业的数据信息流为主要研究对象，对设备在线监测的制造执行业务平台进行开发，在PCS、BPS、历史/实时数据库、计算机网络技术的基础上，构建流程企业数据信息的一体化管控网络，以实现全厂运行管理的智能化管控，全面提高了企业的经济效益和综合管理水平。

Description

流程企业信息集成与智能管控系统

技术领域

本发明涉及一种企业信息管理系统，具体地说是一种流程企业信息集成与智能管控系统。

背景技术

自1973年美国J.Harrington博士提出CIM计算机集成制造的概念以来，以机械工业为代表的离散工业管控一体化（CIMS计算机集成制造系统）得到了飞速的发展和成功应用。但由于流程工业生产连续性、管道化、资源能源消耗大及对环境影响大等方面特点，以及影响着控制和管理两方面数据信息流的极其复杂性，流程工业的管、控信息化一直面对着艰难的集成化难题。再加上不同流程工业企业控制对象和生产工艺的特殊性，同一管、控信息系统很难在不同行业中应用推广。随着信息化的不断推进，甚至不少流程制造企业越来越面临着“信息孤岛、数据成灾、知识缺乏”的尴尬境地。

随着国家宏观经济政策转变，各企业都提出了利益最大化的经营目标，尤其是在国家提出建立“节约型社会”的大背景下，高度重视现有软硬件资源整合，加强管控软件的研发和实施，推动一体化管控技术的发展，全面提升流程工业生产管理、设备优化运行和企业经营管理的水平，降低成本、促进节能增效和环保，提高流程企业的整体信息化水平和持续竞争能力，已经成为我国流程工业生产过程自动化和管理现代化的必然趋势。

从流程制造业信息化开始研究和实施以来，BPS（资源计划系统—ERP/MRP）、MES（制造执行系统）和PCS（过程控制系统—DCS/PLC）的工作就是分别进行的。流程工业一体化管控的理论研究，在最近10年才得到了快速的发展。70～80年代以工厂自动化PCS为主，80～90年代以管理信息化BPS为主。进入21世纪初，仍然以提升工厂自动化水平，普及DCS、SCADA、PLC、FCS和提升管理信息化水平，由开发MIS转向推广普及ERP为主。因此，流程工业制造执行系统(MES)及其实时数据库的应用研究一直是流程制造业信息化推进工作的断层、残缺环和狭缝。

总之，流程工业的PCS、BPS、MES应用系统、以及流程工业管控一体化应用技术的理论研究在国内外都有了相当的基础，PCS、BPS作为单一的产品已成功推向市场并得到了用户的广泛认同，人们对流程工业管控一体化、MES的概念、MES在企业信息化中的地位已开始形成共识。但由于MES系统功能、历史/实时数据库、三层结构体系的一体化构建等应用技术研究的相对落后，至今MES系统还未能得到很好的推广应用，流程企业数据信息的一体化管控也就无从谈起。

发明内容

针对流程制造业信息化进程中的这一现状，本发明的目的是提供一种流程企业信息集成与智能管控系统，本发明以流程企业的数据信息流为主要研究对象，对设备在线监测的制造执行业务平台进行开发，在过程自动化系统（PCS）、资源计划系统（BPS）、历史/实时数据库、计算机网络技术的基础上，构建流程企业数据信息的一体化管控系统，全面提高了企业的经济效益和综合管理水平。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种流程企业信息集成与智能管控系统，其特征在于：该系统包括资源计划系统（BPS）、过程分析系统（MES）和过程自动化系统（PCS)；过程自动化系统（PCS)采集企业设备运行过程中的数据，并将数据传送给过程分析系统（MES）；过程分析系统（MES）对接收到的的数据进行实时在线监测、故障诊断分析，进行智能化控制，同时将信息传送给资源计划系统（BPS）并接收资源计划系统（BPS）指令；资源计划系统（BPS）、过程分析系统（MES）和过程自动化系统（PCS)通过计算机网络及数据库支持系统进行通信。

本发明中，过程自动化系统（PCS)为基础自动化层，包括集散控制系统（DCS）、现场控制系统（FCS）和PLC。过程分析系统（MES）为生产过程运行优化层，包括实时数据监控、故障诊断分析和智能化控制。资源计划系统（BPS）为企业生产经营优化层，包括企业资源管理（ERP）、供应链管理（SCM）、客户关系管理（CRM）、产品质量数据管理（PQDM）。计算机网络及数据库支持系统以计算机网络及数据支撑系统搭建构件化的软件集成平台和技术分析平台，包括：高速以太网、关系数据库、实时数据库和现场总线。

本发明对过程自动化系统（PCS）的数据进行实时在线监测与故障诊断分析，实现对全厂运行设备的智能化控制。对基础业务构建集成平台，解决了资源计划系统（BPS）、过程自动化系统（PCS）的数据信息畅通，实现企业运行管理的智能优化管控，即解决企业运行管理中信息数据“管理”与“控制”的一体化问题。

本发明利用先进的计算机技术、通讯网络技术和数据库技术，通过过程分析系统（MES）来实现资源计划系统（BPS）和过程自动化系统(PCS)的集成，达到生产过程中的实时信息流和企业经营的商务信息流的统一和优化的目标。同时通过信息的流动和控制实现资金流、物流的闭环控制。生产与管理的有机融合生产自动化系统的实时数据，通过安全装置传送到管理系统中，使管理人员能及时了解生产状况和设备运行状况；同时解决传统的经营计划系统（BPS）的数据采集问题，实现管理工作流程化和工作流程的有效控制。

本发明成功解决了流程工业ERP、MES、PCS等多方面的资源整合和企业信息数据一体化管控的需求问题，将有效促进流程工业生产设备的优化运行、减少非计划停机次数、降低生产物资库存和提高企业的综合管理水平，对石油、化工、冶金、电力等在国民经济中占有重要经济地位的基础性原料工业的发展有直接的带动作用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

一种本发明所述的流程企业信息集成与智能管控系统，见图1，该系统包括资源计划系统（BPS）、过程分析系统（MES）和过程自动化系统（PCS)；过程自动化系统（PCS)采集企业设备运行过程中的数据，并将数据传送给过程分析系统（MES）；过程分析系统（MES）对接收到的的数据进行实时在线监测、故障诊断分析，进行智能化控制，同时将信息传送给资源计划系统（BPS）并接收资源计划系统（BPS）指令；资源计划系统（BPS）、过程分析系统（MES）和过程自动化系统（PCS)通过计算机网络及数据库支持系统进行通信。

任何时候过程自动化系统(PCS)的安全运行比其它方面都要重要。在常规MES系统中，PCS至MES系统采用通用TCP/IP协议传输数据，为了保证过程控制系统(PCS)的安全性，往往采用防火墙等方案对MES和PCS进行隔离，但不能从根本上解决问题。这是因为：

1)TCP/IP协议是控制系统和Internet网络的通用协议，物理上不是隔离的；

2) 过程控制系统(PCS)采用的多是微软操作系统，一般缺陷较多，容易受到黑客和病毒的攻击；

3)某些情况下，防火墙也存在安全隐患，如：防火墙设置不正确，防火墙本身存在缺陷等。

MES系统采用专用接口装置和专用通讯协议取得控制系统的实时数据，从而实现PCS与MES系统的物理隔离。

1)PCS)MES之间采用高速串口连接，且中间经过一个专用接口装置，而不是采用网卡直接连接MES网络的方式，也就断绝了控制系统受过黑客和病毒攻击的物理基础；

2)数据传输过程采用了专用的通讯协议，与TCP/IP协议完全不兼容，该协议不提供TCP/IP协议常见的文件共享、文件传输、远程控制等功能，所有数据单向传输，即只能由PCS传向MES系统，也就断绝了黑客和病毒攻击的软件基础；

3) PCS至MES系统的通讯协议非常简单并且高效，除实时数据外，不提供任何其它数据传输功能，同时也可以保证没有任何数据经MES系统反向传入控制系统。

4)由于MES系统与PCS之间相互隔离，MES系统的任何设备故障不会影响PCS的正常运行；

5)系统实时数据刷新速度不大于2秒（与控制系统同步）；

6)与超过150种分散控制系统（DCS）、PLC、有标准接口；对特殊的控制系统，可以提供接口开发工具；

a、进口 DCS 系统接口：ABB、Foxboro、Eurotherm、L&N、Siemens 等

b、国产 DCS 系统接口：和利时、新华、国电智深、浙大中控等

c、通用串行通讯接口：Modbus、CDT 等

d、通用实时数据库接口：InSQL、PI、iHistorian、eDNA、PHD 等

e、通用组态软件接口：FIX32/iFIX、Intouch、WinCC、Simplicity、Genisis、组态王、力控、MCGS 等；

f、其它通用数据接口：OPC、DD E、关系型数据库接口、简单文件协议等。

该方案已在数十家电厂成功应用，其间已有经历多次Internet网络病毒泛滥，但从未出现病毒经MES系统传入DCS系统或其它任何DCS系统因为MES而受到攻击的现象。

网络硬件

1)网络： MES网络推荐采用独立的工业级双光纤冗余环网，网络主干速度为1000M，并且100M到桌面，通过防火墙与主干网络连接，当主干网络发生故障时，不会影响到MES系统的正常运行。

实时数据传输部分的工业级双光纤冗余环网的优点有：

a、工业级的高可靠性通讯网络，远远超过商用网络设备，这是最重要的；

b、提供断线快速恢复功能，当一侧线路发生通讯故障时，自动切换到另一侧线路运行，确保MES系统的不间断运行和设备安全；

c、系统故障/异常时主动报警，最大限度防止和减少损失；

d、对工业通讯网络提供关键的管理功能。

e、无需网络核心交换机，提高网络可靠性的同时，降低系统总造价。

当MES网络采用常规方案时，网络核心交换机应选用高背板带宽的企业级交换机以满足系统的性能要求。

2)客户端：常规MES系统的客户端可以达一百多台，如果采用安装客户端软件的方式实现MES系统客户端功能，其工作量将极为巨大，现在投运或在建的多数MES系统也存在该问题。

MES系统采用基于瘦客户端方案，通过MES/MIS网络上任一台计算机的Web浏览器（操作系统自带）即可访问MES系统的所有功能，客户端无需安装任何软件，从而大大减少MES系统培训和维护的工作量。由于采用瘦客户端方案，系统也很容易扩展到广域网，用户不在厂内时仍然可以通过宽带网访问MES系统，获得第一手的生产管理信息，同时，可以通过广域网对MES系统进行日常的维护。

3)服务器：目前主流的服务器均可以满足一个10万点以上MES系统的数据采集、计算、保存及100个以上客户端访问的要求，所以在服务器具体选型时就完全不必过于追求高性能，这为全厂MES/ BPS硬件和网络结构的统筹规划提供了方便。在实际应用中可以采用现有的经营计划系统（BPS）网络和服务器，从而大大降低系统成本。为提高系统可靠性，可采用双机集群方式配置。

1、以PCS为代表的基础自动化层，主要包括的技术内容有：先进控制技术、软测量技术、实时数据库技术、可靠性技术、数据融合与数据处理技术、集散控制系统（DCS）、现场控制系统（FCS）、多总线网络化控制系统、基于高速以太网和无线技术的现场控制设备、传感器技术、特种执行机构等等。

2、以MES为代表的生产过程运行优化层，主要包括的技术内容有：先进建模与流程模拟技术、先进计划与调度技术、实时优化技术、运行考核技术、故障诊断与健康维护技术、数据挖掘与数据校正技术、动态质量控制与管理技术、动态成本控制与管理技术等等。

1）、基于故障知识库的故障诊断和事故预报理论：完整的设备故障知识库，为诊断和报警提供了参考依据。其主要内容包括：国内外首次提出大型机电设备嵌入式在线监控与故障诊断体系结构；在国内外首次提出大型机电设备远程监控与诊断信息标准化技术，解决目前过程控制系统、状态监测与故障诊断系统、设备维护、优化控制及管理系统等各自为政的信息“孤岛”效应；在国内外首次提出生产过程控制与生产状态监控、产品质量在线监控、大型机电设备的设备状态监控结合的理念，实现信息管理的智能化。

2）、神经网络、专家系统、异构数据库理论等在国外已被引入了过程控制领域，并取得了显著的成果，当前一些优秀的优化控制软件都采用了神经网络等理论。

3）、基于仿真机平台的故障诊断、优化运行及操作指导系统：仿真机可以再现实际机组的各种稳态和动态特性，特别是可以作大量零成本的破坏性的试验，来找出故障的原因或征兆，来完善知识库，并对实际机组的运行进行事故预报。

4）、提供了企业资源计划系统(信息综合管理系统及决策系统)的接口：在企业只许信息化推进过程中，计算机应用的初级阶段多半是在单机上进行的单项开发，客观存在所面向的是企业基层的数据处理工作，是以减轻繁重的劳动，提高工作效率为目的的，不涉及企业的整体概念，但是发展到管理信息系统阶段，它除了为基层的数据处理服务外，更主要的是面向高层管理和决策，本项目提出的制造执行系统(MES)注重了生产、管理、决策三层的需求，以提高企业各部门的效益为目的，为流程企业真正实现生产控制、过程管理、经营决策的一体化和流程化提供了可能。通过该系统的投运实施，可有效地解决企业信息孤岛、数据灾难和知识化管理平台等问题，为生产设备的优化分析和在线指导提供了可能，大大提高了机电设备的安全运行和信息数据的管理。

5）、在发电企业的应用中，全方位的低成本分析系统，为竞价上网提供决策依据。一方面积极争取竞价上网售电，增加售电收入；另一方面加强内部成本分析、预测和控制，特别是加强运行优化，减少损耗，降低成本，我们希望通过建立经营管理系统，辅助管理人员实现对发电成本的实时计算，正确地预测生产成本变化趋势，为控制成本提供依据；为报价工作提供多种辅助决策信息和有成本依据、最低风险、能得到较高出力的报价建议。建立发电厂经营管理系统，旨在为管理者提供成本收支与核算信息、成本分析和预测、生产经营信息、实时能量损耗分析信息，使电厂决策者、管理者能够随时掌握电厂的发电生产运行与经营状态。

3、以BPS为代表的企业生产经营优化层，主要包括的技术内容有：企业资源管理（ERP）、供应链管理（SCM）、客户关系管理（CRM）、产品质量数据管理（PQDM）、数据仓库技术、设备资源管理、企业电子商务平台等等。

BPS/MES/PCS三层系统一体化构建主要是以计算机网络/数据支撑系统搭建构件化的软件集成平台和技术分析平台，主要技术内容包括：OPC互连技术、构件化模块技术、人工智能技术、隔离网关技术、.NET技术、虚拟仿真技术、软件构造技术等等。

本发明为流程工业提供了一整套的信息化解决方案，完成了生产监控、设备管理与维护、设备状态监控与故障预报、优化运行及操作指导、工作管理、低成本运营、经营决策等多个部分的开发及整合，该管控一体化的投入实施必将极大的提高企业信息自动化水平，充分发挥生产、管理、决策等层面的不同岗位人员的工作效率，达到企业利益最大化的目标。

Claims

1.一种流程企业信息集成与智能管控系统，其特征在于：该系统包括资源计划系统（BPS）、过程分析系统（MES）和过程自动化系统（PCS)；过程自动化系统（PCS)采集企业设备运行过程中的数据，并将数据传送给过程分析系统（MES）；过程分析系统（MES）对接收到的的数据进行实时在线监测、故障诊断分析，进行智能化控制，同时将信息传送给资源计划系统（BPS）并接收资源计划系统（BPS）指令；资源计划系统（BPS）、过程分析系统（MES）和过程自动化系统（PCS)通过计算机网络及数据库支持系统进行通信。

2.根据权利要求1所述的流程企业信息集成与智能管控系统，其特征在于：过程自动化系统（PCS)为基础自动化层，包括集散控制系统（DCS）、现场控制系统（FCS）和PLC。

3.根据权利要求1所述的流程企业信息集成与智能管控系统，其特征在于：过程分析系统（MES）为生产过程运行优化层，包括实时数据监控、故障诊断分析和智能化控制。

4.根据权利要求1所述的流程企业信息集成与智能管控系统，其特征在于：资源计划系统（BPS）为企业生产经营优化层，包括企业资源管理（ERP）、供应链管理（SCM）、客户关系管理（CRM）、产品质量数据管理（PQDM）。

5.根据权利要求1所述的流程企业信息集成与智能管控系统，其特征在于：计算机网络及数据库支持系统以计算机网络及数据支撑系统搭建构件化的软件集成平台和技术分析平台，包括：高速以太网、关系数据库、实时数据库和现场总线。