MES過程控制在大型純堿生產裝置上的應用

顧元鵬

摘 要：文中主要介紹了山東海化股份有限公司純堿廠MES過程控制建設狀況，純堿MES三級過程管控，實施過程控制的意義及經濟效益。

關鍵詞：MES過程控制;三級過程管控;自動化;過程管控;純堿

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.032

山東海化股份有限公司純堿廠是上市公司山東海化股份有限公司（企業簡稱山東海化，股票代碼000822）的主體分公司。前身為山東濰坊純堿廠，是國家“七五”重點建設項目，始建于1983年，主要業務為生產和銷售工業碳酸鈉、食品添加劑碳酸鈉。原設計能力為年產60萬/年。經過技術改造和填平補齊，現已達到280萬噸/年，居世界合成堿生產企業之首，占全國總產能的10%。采用氨堿法生產工藝，主要原材料為原鹽、石灰石、焦炭、液氨等。主要工序石灰石煅燒、鹽水精制、精鹽水吸氨、碳酸化、重堿過濾、重堿煅燒、母液蒸氨回收、成品包裝等。主體設備有化鹽桶、除鈣塔、碳化塔、化灰機、石灰窯、蒸餾塔、煅燒爐、包裝機等。

1 純堿廠現狀及過程控制必要性

現階段純堿廠分析人員越來越少，工人老齡化越來越嚴重，很多分析指標，不能按照以前的頻次檢測。但是新的形勢下，企業競爭越來越精細化，外部環保、安全、原材料形勢越來越嚴峻，生產參數的控制越來越重要，但是監管越來越薄弱，引入過程控制越來越重要。

2 純堿生產中的過程控制

傳統的MES過程管理是監控生產過程和自動修正生產中的錯誤來提高生產加工的效率和質量，或是向用戶提供糾正錯誤來提高在線行為的決策和支持[1]。過程管理是一個內部的操作，它的焦點集中在被監控或被控制的設備上，它們通過跟蹤連續的操作來跟蹤整個生產加工過程。過程管理是指：使用一組實踐方法、技術和工具來策劃、控制和改進過程的效果、效率和適應性，包括過程策劃、過程實施、過程監測（檢查）、過程改進（處置）四個部分，即PDCA循環四階段。PDCA循環即戴明循環，是質量管理大師戴明在休哈特的思想基礎之上提出的。

純堿廠MES過程控制就是通過pi監控純堿生產過程的溫度、壓力、流量等參數。我們首先根據實際生產需要設置一個合理范圍，假如參數在范圍之內就判定為合格，超出這個范圍即判定為不合格。通過微積分計算出每小時的合格時間，再除以總時間就是這一個小時的合格率。比如1#碳化塔的出堿溫度儀表是A，我們設定合格范圍是28-32℃，A會實時測量出水的溫度，并將溫度結果實時傳送到DCS系統，DCS通過服務器傳送到pi系統。當pi系統接收到數據時會自動判斷是否合格，假如合格就會把合格的時間存數到點B上，一直合格就一直延長B的時間，假如一個小時內所有時間都是合格的，那么B的值就是100%，假如合格30分鐘就是50%，依次類推。B的值會一直記錄形成曲線存儲在服務器上，我們再通過MES系統把B的值讀取出來放到網頁報表上，這樣考核人員就會知道這個溫度點每個小時、每個班，每一天、每個月的合格率。這個合格率就實時顯示了操作人員的操作和調節情況。除了對溫度點、壓力點的合格率計算，我們還延伸到流量的波動大小計算，根據相同的原理從點到線，再到面，把整個純堿的生產過程精細化全面監控。

我們把所有需要控制的過程平均值和合格率，一起組成一個考核報表，掛鉤員工工資，這樣就提高了員工的積極性。相對于每兩個小時做樣，競爭更加公平，沒有隨機性和看點操作的波動，監控更加精細，生產更加穩定。

3 純堿在現有MES的基礎上，創新三級過程管控

純堿廠的過程控制就是在原有MES基礎上，增加過程控制模塊，通過PI取數，智能判別參數的合規性，自動統計出參數合格率，根據公式測算納入生產工藝考核。MES過程控制不但節約了人力，更重要的是24小時更加精細化的監控了生產的所有過程，通過計算參數優化操作，降低了消耗和成本[2]。

DCS過程參數——PI數據庫——MES——自動計算出合格率

三級過程管控體系架構及考核總思路：

廠級管控，針對各工序能影響產量、消耗、系統平穩的中間過程參數定值、定標準、定考核辦法，以系統穩定、合規運行實現高產、低耗。

車間級管控，由各車間根據廠級管控要求，針對各工序的廠級控制目標，制定完成控制目標所必須的相關參數控制值及工作流程、考核措施。

班組級為實施級，針對車間制定的參數控制要求，嚴格按工作流程進行穩定操作，保證系統穩定、合規運行，以達到高產和低耗。

三級過程管控體系，在考核方面建立層級考核機制，廠級針對重要過程參數對車間進行單點考核（同時為提高全員的肩上的壓力感、重視性，對車間副主任、車間管理員連帶考核），車間級針對班組制定單點考核，班組內部各崗位也要建立單點考核機制，由值班長進行崗位內部考核，同時與四大班一條龍考核掛鉤。

過程重要參數、指標、考核辦法確定后，建點、取點導入數據庫，全程實施MES實時監控，各個參數每小時多次讀取瞬時和平均值，智能判別參數的合規性，自動統計出參數合格率，根據公式測算納入生產工藝考核。

4 效益和作用

最終的考核結果通過MES報表實時展現出來，每天每月匯總直接納入考核，激發了操作人員的積極性。2018年通過抓過程重要參數，提高參數合格率，提高參數的合規性，實現了“抓兩頭，優化中間”，使整個生產流程鏈條實現了持續穩定、優化運行。通過過程控制，2018年新老線指標合格率達到91.62%，對比去年同期提高2.02%，新線精鹽水鹽份完成106.4tt，創歷史同期最好水平，濾過損失從2.5%降至2%，每年可實現經濟效益331.2萬元。

參考文獻：

[1]劉永慶，鄭照.MES在TRW公司生產過程中的應用實踐[C].中國汽車工程學會年會，2014.

[2]劉曉冰.MES：一個有效的制造執行過程計劃和控制技術[J].機械設計與制造工程，2003，32（05）：69-70.