基于Profibus現場總線的CIPS在制漿造紙工業中的應用方案

1 引言

　　1973年，美國的Joseph Harrington博士在《Computer Integrated Manufacturing》一書中提出了一種組織企業生產的理論——CIM，直譯為計算機集成制造。CIM是一種組織管理和運行企業生產技術的新哲理。

　　CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）是基于CIM哲理而組成的系統，即它是通過計算機硬軟件，并綜合運用現代管理技術、制造技術、信息技術、自動化技術、系統工程技術，將企業生產全部過程中有關的人、技術、經營管理三要素及其信息流與物質流有機集成并優化運行的復雜大系統。這一定義是針對離散型工業而言，其實以石化、化工、冶金、能源、造紙為代表的流程工業也在向CIMS方向發展。把CIMS概念擴展至流程工業，即形成了流程工業綜合自動化系統CIPS（Computer Integrated Process System）概念，也可稱為流程工業計算機集成制造系統（CIMS in process industry）。

　　流程工業集成自動化大致經歷了以下五個階段：（1）早期的過程控制階段;（2）70年代以前的直接數字控制階段DDC（Direct Digit Control）;（3）70～80年代的集散控制階段DCS（Distributed Control System）;（4）80年代以后的DCS+優化階段;（5）流程工業綜合自動化（CIPS）階段。集成化分散控制系統向信息管理系統及計算機網絡控制方向擴展，將過程控制和信息管理系統緊密結合起來，便構成了計算機集成過程系統（CIPS）。90年代開始將生產調度、計劃優化、經營管理與決策等引入計算機控制系統，使市場意識與優化控制相結合，促使計算機控制系統走向更加完善的CIPS階段，產生更大的經濟效益與技術進步。可見，CIPS是流程工業自動化發展的必然趨勢。

2 制漿造紙工業生產流程特點及對CIPS的需求

　　制漿造紙全過程工藝流程（如圖1）可以描述為：麥草、蘆葦等造紙原料經干、濕法備料，同蒸煮液（黑液和白液）混合后被送往蒸煮部進行高溫蒸煮，通過蒸煮反應生成粗漿;粗漿經過洗滌和篩選，除去其中的黑液、渣質和粗大纖維，變成良漿，然后被送往漂白工段，經過CEH三段連續漂白變成紙漿;從洗篩漂車間過來的紙漿，與其它漿種按一定比例配合，并與填料、膠料和染料等添加物料混合，形成混合漿;混合漿被打入成漿池，被清水和白水稀釋成規定濃度的紙漿，再與明礬等填料混合，經調漿箱、除砂器、穩漿箱和流漿箱上網，再經壓榨、烘干、施膠、壓光和卷取變形成成品紙。

　　由此可見，制漿造紙工業屬于少品種、大批量的連續型生產方式，另外，制漿造紙業是造成環境污染最嚴重的行業之一，同時還是木材、化學品、水、電等原材料和能源的消耗大戶。因此，為了增強制漿造紙企業的市場應變能力、適應激烈的市場競爭，保證生產過程的連續、穩定、優質和安全，還要在生產的過程中盡可能的減少污染、降低消耗、保護環境，這就需要將現代管理技術、生產技術、信息技術、自動化技術和系統工程技術有效地集成起來，也就是需要在流程工業CIPS理論的指導下,針對制漿造紙企業的生產特點,研究制漿造紙企業CIPS結構和實施方法。

3 制漿造紙工業CIPS的三層體系結構

　　流程工業CIPS的體系結構

　　流程工業CIPS的理論和技術經過多年的研究發展，特別是經過實際應用的考驗，已逐步趨向合理的體系結構。其層次結構的框架已由5層結構的Prudue模型（如圖2）為ERPMESPCS 3層結構（如圖3）。在Prudue模型中，流程工業CIPS自上而下從功能上被分為了經營決策、企業管理、生產調度、過程監控和過程控制5個層次，將管理過程和生產過程明顯分開。但在其網絡信息系統的設計和應用實踐中，如何處理既有生產性質又有管理性質的信息，是一個較大的問題，造成了流程工業CIPS研究與開發過程中混亂和標準的難以統一。ERPMESPCS 3層結構將流程工業系統分為以財務分析/決策為核心的企業資源管理系統（ERP）和以優化管理、以優化運行為核心的生產執行系統（MES）和設備綜合控制為核心的過程控制系統（PCS）。這一結構較好地解決了企業管理和生產中一些共性的問題，也為管理和控制鏈接中各企業的個性問題提供了解決方法。