基于Profibus现场总线的CIPS在制浆造纸工业中的应用方案

1 引言

　　1973年，美国的Joseph Harrington博士在《Computer Integrated Manufacturing》一书中提出了一种组织企业生产的理论——CIM，直译为计算机集成制造。CIM是一种组织管理和运行企业生产技术的新哲理。

　　CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）是基于CIM哲理而组成的系统，即它是通过计算机硬软件，并综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产全部过程中有关的人、技术、经营管理三要素及其信息流与物质流有机集成并优化运行的复杂大系统。这一定义是针对离散型工业而言，其实以石化、化工、冶金、能源、造纸为代表的流程工业也在向CIMS方向发展。把CIMS概念扩展至流程工业，即形成了流程工业综合自动化系统CIPS（Computer Integrated Process System）概念，也可称为流程工业计算机集成制造系统（CIMS in process industry）。

　　流程工业集成自动化大致经历了以下五个阶段：（1）早期的过程控制阶段;（2）70年代以前的直接数字控制阶段DDC（Direct Digit Control）;（3）70～80年代的集散控制阶段DCS（Distributed Control System）;（4）80年代以后的DCS+优化阶段;（5）流程工业综合自动化（CIPS）阶段。集成化分散控制系统向信息管理系统及计算机网络控制方向扩展，将过程控制和信息管理系统紧密结合起来，便构成了计算机集成过程系统（CIPS）。90年代开始将生产调度、计划优化、经营管理与决策等引入计算机控制系统，使市场意识与优化控制相结合，促使计算机控制系统走向更加完善的CIPS阶段，产生更大的经济效益与技术进步。可见，CIPS是流程工业自动化发展的必然趋势。

2 制浆造纸工业生产流程特点及对CIPS的需求

　　制浆造纸全过程工艺流程（如图1）可以描述为：麦草、芦苇等造纸原料经干、湿法备料，同蒸煮液（黑液和白液）混合后被送往蒸煮部进行高温蒸煮，通过蒸煮反应生成粗浆;粗浆经过洗涤和筛选，除去其中的黑液、渣质和粗大纤维，变成良浆，然后被送往漂白工段，经过CEH三段连续漂白变成纸浆;从洗筛漂车间过来的纸浆，与其它浆种按一定比例配合，并与填料、胶料和染料等添加物料混合，形成混合浆;混合浆被打入成浆池，被清水和白水稀释成规定浓度的纸浆，再与明矾等填料混合，经调浆箱、除砂器、稳浆箱和流浆箱上网，再经压榨、烘干、施胶、压光和卷取变形成成品纸。

　　由此可见，制浆造纸工业属于少品种、大批量的连续型生产方式，另外，制浆造纸业是造成环境污染最严重的行业之一，同时还是木材、化学品、水、电等原材料和能源的消耗大户。因此，为了增强制浆造纸企业的市场应变能力、适应激烈的市场竞争，保证生产过程的连续、稳定、优质和安全，还要在生产的过程中尽可能的减少污染、降低消耗、保护环境，这就需要将现代管理技术、生产技术、信息技术、自动化技术和系统工程技术有效地集成起来，也就是需要在流程工业CIPS理论的指导下,针对制浆造纸企业的生产特点,研究制浆造纸企业CIPS结构和实施方法。

3 制浆造纸工业CIPS的三层体系结构

　　流程工业CIPS的体系结构

　　流程工业CIPS的理论和技术经过多年的研究发展，特别是经过实际应用的考验，已逐步趋向合理的体系结构。其层次结构的框架已由5层结构的Prudue模型（如图2）为ERPMESPCS 3层结构（如图3）。在Prudue模型中，流程工业CIPS自上而下从功能上被分为了经营决策、企业管理、生产调度、过程监控和过程控制5个层次，将管理过程和生产过程明显分开。但在其网络信息系统的设计和应用实践中，如何处理既有生产性质又有管理性质的信息，是一个较大的问题，造成了流程工业CIPS研究与开发过程中混乱和标准的难以统一。ERPMESPCS 3层结构将流程工业系统分为以财务分析/决策为核心的企业资源管理系统（ERP）和以优化管理、以优化运行为核心的生产执行系统（MES）和设备综合控制为核心的过程控制系统（PCS）。这一结构较好地解决了企业管理和生产中一些共性的问题，也为管理和控制链接中各企业的个性问题提供了解决方法。