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MES在离子膜烧碱生产中的应用

2013/1/16    来源:万方数据    作者:彭爱侠      
关键字:MES  烧碱生产  管控一体化  
介绍了MES在烧碱生产中盐水、电解及脱氯各工序间的生产平衡的优化、实时参数的优化、关联参数的优化、辅助材料的核算、仪表故障等方面的应用情况以及对工艺问题进行的判断分析等。

1 MES简介

    目前,以信息集成为核心的生产管理系统在许多企业已经投用并取得良好的使用效果。实践表明,它能够将先进、科学的管理方法更好地应用于流程工业。将生产管理的经验和领域专家的知识结合起来,协调并参与实时生产管理过程,再结合产品的市场行情,搞好市场分析,形成最佳的生产结构,从而创造更大的经济效益。

    MES(管控一体化)的关键是强调整个生产过程的优化,它需要收集生产过程中大量的实时数据并对实时事件及时处理,同时,又与计划层和控制层保持双向通信能力,从上下两层接收相应数据并反馈处理结果和生产指令。因此,MES作为一种生产模式,把制造系统的计划和进度安排、追踪、监视和控制、物料流动、质量管理、设备的控制和计算机集成制造(CIM)等综合考虑,以最终实施制造自动化战略。图1为MES生产管理数据流图。反映了MES在企业生产管理中的数据流和所处地位。

 图1 MES生产管理数据流程图

图1 MES生产管理数据流程图

    江苏金浦北方氯碱化工有限公司经过多年信息化建设,现已有ERP、多媒体监控系统、实时数据采集系统及多套DCS系统,为MES建设奠定了坚实的基础。图2是MES在公司信息化系统中的地位和作用。

 图2 管控一体化示意图

图2 管控一体化示意图

    MES主要根据ERP系统或本系统后备输入下达的月度资源计划,通过生产计划、工艺质量管理、生产调度、生产统计、工序成本控制、物料及能源平衡来组织和调整生产。并将生产过程中产生的实际信息加以采集、传递和加工处理,对整个生产过程进行动态调整优化,使制造执行过程最大地满足产品质量的要求及符合生产实际情况。

    MES建立了一个“以管理为主线,以成本控制为中心”的信息管理系统,实现企业物流信息和资金流信息的高度集成,从而达到“网上集成办公,生产日清日结,全面控制成本,企业挖潜增效”的目标。

2 MES在操作管理方面的应用

    MES操作管理模块具备的功能包括及时发现和预测异常,迅速控制和分析质量异常的原因;及时发现异常,采取纠正措施,减少废、次品发生;减少过程波动,保证质量,提高客户满意率;充分研究过程,提出改进方案,持续提高产品质量等。

    MES采集大量的生产过程(电气、仪表、生产设备)数据;对这些数据进行收集、保存、分析并以可视化的方式展现,及时发现和预测异常质量波动,迅速控制、分析和调整生产工艺的质量参数;按工序、工艺段、时间来构建单个工艺的质量数据库,获取检验化验、操作者、设备状况等数据;开展工序内部各工艺参数的相关分析,挖掘生产规律,提高工序控制水平。对工业过程中不同的产品线与实时数据库和其他应用集成,例如计划优化、物料平衡,集成各工序的工艺实际数据,并获取合同、用户、设计信息,对公司内整条生产线的质量数据进行综合研究,寻找生产质量瓶颈;同时寻找各工艺质量参数之间的关系:挖掘影响最终成品质量的关键因素;为全线工艺参数整体调整和优化提供有力的分析依据。用统一的解决方案提高操作管理水平,使效益和安全性最大化。

2.1 应用实例1 一次盐水

    将进厂原盐各批次的分析指标(如Ca2+、Mg2+、SO42+离子的含量、Mg2+/Ca2+比值及杂质含量等)及计划使用时间录入盐水端计算机,上传至MES服务器,MES盐水模块根据其值偏离正常值的大小,给出各批次使用时的指导流量参考值。操作人员对各批次实际生产时间进行确认。控制系统根据确认值控制Na2CO3、NaOH、BaCl2加入流量,稍后再根据实际分析控制其过量值(Na2CO3为0.35g/L、NaOH为0.2g/L)进行二次确认或修改,最终确定该批次Na2CO3、NaOH、BaCl2加入流量值。原盐中杂质含量多,影响溶盐、澄清、洗泥等设备的效率,特别是Mg2+/Ca2+比值直接影响盐水澄清的速率。例如当Mg2+/Ca2+=1.0时,盐水澄清速率为0.25m3/h:当Mg2+/Ca2+=2.0时,盐水澄清速率降至0.16m3/h,此时澄清效果比较差,精盐水质量就很难保证。进入电解槽后将使电槽运行恶化。MES由录入Mg2+/Ca2+的比值给出参考反应时间、温度值,操作人员根据各参考值控制各相关控制系统,如盐水进出口流量、蒸汽加入量及淡盐水加入量等,严格控制化盐反应时间、温度及进出口温度差值,确保一次盐水的质量。

2.2 应用实例2 电解

    由于MES实时采集了电解DCS控制系统及公用工程的部分数据,可有效分析判断并给出报告供操作人员参考处理。
 

    (1)电槽电压波动。由MES判断人槽盐水温度、单槽盐水流量、电槽电流、阴阳极液循环量及压力、软水加入量等参数的值及变化率,确定引发原因,对此及时做出报告。如循环泵出口压力波动、电槽短路、氯气、氢气出口压力波动、电槽电流波动或槽电压仪表故障,第一时间给出判断结果。

    (2)槽电压急剧上升。对槽温、电槽电流、阴阳极液加入流量及浓度、入槽盐水温度等一些影响压差波动的参数进行分析,给出参考报告,如槽温低及原因、槽电流升高、阳极液浓度低、阴极液浓度高、阳极液带汽或盐水质量。如果不是这些原因造成的,将建议操作工立刻现场检查电槽情况,判断是否是软管堵塞等原因。

    2.3 应用实例3 差压波动

    对循环泵压力,循环槽液位、Cl2、H2压力PHRA-214及PICA-216/226阀位变化率等参数进行分析,给出判断结果。如循环泵出口压力波动、循环槽液位低、氯气、氢气出口压力波动、PHRA-214高造成阳极液带汽或现场检查差压仪表引压管絮状物情况。

    2.4 应用实例4 脱氯

    采集出口淡盐水ORP值,分析其变化率及偏离正常值的量,再由填料塔真空度PI-312、脱氯前酸度PHICA-312、脱氯后酸度PHICA-314、加入酸碱调节阀位、酸碱储槽液位及电解工序各槽返回淡盐水流量等参数,综合分析后给出仪表、设备或工艺的故障报告,供操作人员参考并上传中心调度室。

3 MES在平衡管理方面的应用

    平衡管理实时收集各工序来自于实时数据库(或人工录入)的实际生产信息,为MES其他模块的运转提供实时的生产实际数据。反映各工序具体的生产状态和物耗、能耗、材耗等实时信息,为进行物料平衡、能耗平衡和成本核算提供依据,在建立全公司生产过程实时数据库系统平台的基础上,进行全公司生产过程数据整定。达到每日全公司物料平衡核算的目的。

    平衡管理通过对全厂范围内各生产装置单元的物流质量和体积的平衡计算,以及对公用工程水、电、蒸汽等的物料和能量平衡计算,建立全公司的物料平衡体系,同时实现对失灵和不准确计量仪表的诊断,提出装置及单元可能存在的跑、冒、滴、漏的部位,提高计量水平和管理能力,为企业ERP系统和其他系统(财务、调度、生产管理等)提供完整、准确、可靠、协调一致的整定数据。

    3.1 应用实例1 盐耗

    由于MES的实时性,可以实时计算大宗原料的分段消耗,即根据进厂盐、卤水的入库量,投人生产的量。相应计算出盐水至离子膜的分段消耗,班、天、周盐耗及相应库存量。及时给出报表和异常情况预警,充分体现实时分析数据的重要性。例如,录入盐水工段盐、卤水的某时间段投入总量(如从接班开始至4h),计算出各时段贮槽的液位高度及生产设备、管线盐水量,再根据出口盐水累计总量值及成品指标,就可计算出该时段一次盐水加入量的盐耗:其间采集生产中的相关参数,如化盐温度、温差、Na2CO3流量、NaOH流量及分析过碱量等,判断生产过程偏离控制指标情况,最终给出一次盐水质量的参考数据。

    同理,MES采集了进电解界区盐水总量FIQ-110及碱生产量FIQ-274的值,由于是连续生产,只需要计算出树脂塔再生时盐水消耗量及返回淡盐水的含盐量,就可以计算出电解工段的盐耗。MES给出盐在以上各工序间的参考消耗、参数偏离控制值的程度及影响消耗各参数的报表。由于是实时数据,可及时解决问题,较根据人工计算成品和原料(烧碱总量和盐总量)的消耗,可准确地判断出现问题的工序和时段。

    3.2 应用实例2 直流电耗

    MES根据采集的各槽工艺电量及碱生产量,可相应计算出离子膜各槽分段的直流电耗。如某槽4h生产烧碱13t。用工艺电量31876kW·h,直流电耗为2452kW·h/t,较正常参考值2450kW·

责任编辑:梁曦
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