MES过程控制在大型纯碱生产装置上的应用

顾元鹏

摘 要：文中主要介绍了山东海化股份有限公司纯碱厂MES过程控制建设状况，纯碱MES三级过程管控，实施过程控制的意义及经济效益。

关键词：MES过程控制;三级过程管控;自动化;过程管控;纯碱

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

山东海化股份有限公司纯碱厂是上市公司山东海化股份有限公司（企业简称山东海化，股票代码000822）的主体分公司。前身为山东潍坊纯碱厂，是国家“七五”重点建设项目，始建于1983年，主要业务为生产和销售工业碳酸钠、食品添加剂碳酸钠。原设计能力为年产60万/年。经过技术改造和填平補齐，现已达到280万吨/年，居世界合成碱生产企业之首，占全国总产能的10%。采用氨碱法生产工艺，主要原材料为原盐、石灰石、焦炭、液氨等。主要工序石灰石煅烧、盐水精制、精盐水吸氨、碳酸化、重碱过滤、重碱煅烧、母液蒸氨回收、成品包装等。主体设备有化盐桶、除钙塔、碳化塔、化灰机、石灰窑、蒸馏塔、煅烧炉、包装机等。

1 纯碱厂现状及过程控制必要性

现阶段纯碱厂分析人员越来越少，工人老龄化越来越严重，很多分析指标，不能按照以前的频次检测。但是新的形势下，企业竞争越来越精细化，外部环保、安全、原材料形势越来越严峻，生产参数的控制越来越重要，但是监管越来越薄弱，引入过程控制越来越重要。

2 纯碱生产中的过程控制

传统的MES过程管理是监控生产过程和自动修正生产中的错误来提高生产加工的效率和质量，或是向用户提供纠正错误来提高在线行为的决策和支持[1]。过程管理是一个内部的操作，它的焦点集中在被监控或被控制的设备上，它们通过跟踪连续的操作来跟踪整个生产加工过程。过程管理是指：使用一组实践方法、技术和工具来策划、控制和改进过程的效果、效率和适应性，包括过程策划、过程实施、过程监测（检查）、过程改进（处置）四个部分，即PDCA循环四阶段。PDCA循环即戴明循环，是质量管理大师戴明在休哈特的思想基础之上提出的。

纯碱厂MES过程控制就是通过pi监控纯碱生产过程的温度、压力、流量等参数。我们首先根据实际生产需要设置一个合理范围，假如参数在范围之内就判定为合格，超出这个范围即判定为不合格。通过微积分计算出每小时的合格时间，再除以总时间就是这一个小时的合格率。比如1#碳化塔的出碱温度仪表是A，我们设定合格范围是28-32℃，A会实时测量出水的温度，并将温度结果实时传送到DCS系统，DCS通过服务器传送到pi系统。当pi系统接收到数据时会自动判断是否合格，假如合格就会把合格的时间存数到点B上，一直合格就一直延长B的时间，假如一个小时内所有时间都是合格的，那么B的值就是100%，假如合格30分钟就是50%，依次类推。B的值会一直记录形成曲线存储在服务器上，我们再通过MES系统把B的值读取出来放到网页报表上，这样考核人员就会知道这个温度点每个小时、每个班，每一天、每个月的合格率。这个合格率就实时显示了操作人员的操作和调节情况。除了对温度点、压力点的合格率计算，我们还延伸到流量的波动大小计算，根据相同的原理从点到线，再到面，把整个纯碱的生产过程精细化全面监控。

我们把所有需要控制的过程平均值和合格率，一起组成一个考核报表，挂钩员工工资，这样就提高了员工的积极性。相对于每两个小时做样，竞争更加公平，没有随机性和看点操作的波动，监控更加精细，生产更加稳定。

3 纯碱在现有MES的基础上，创新三级过程管控

纯碱厂的过程控制就是在原有MES基础上，增加过程控制模块，通过PI取数，智能判别参数的合规性，自动统计出参数合格率，根据公式测算纳入生产工艺考核。MES过程控制不但节约了人力，更重要的是24小时更加精细化的监控了生产的所有过程，通过计算参数优化操作，降低了消耗和成本[2]。

DCS过程参数——PI数据库——MES——自动计算出合格率

三级过程管控体系架构及考核总思路：

厂级管控，针对各工序能影响产量、消耗、系统平稳的中间过程参数定值、定标准、定考核办法，以系统稳定、合规运行实现高产、低耗。

车间级管控，由各车间根据厂级管控要求，针对各工序的厂级控制目标，制定完成控制目标所必须的相关参数控制值及工作流程、考核措施。

班组级为实施级，针对车间制定的参数控制要求，严格按工作流程进行稳定操作，保证系统稳定、合规运行，以达到高产和低耗。

三级过程管控体系，在考核方面建立层级考核机制，厂级针对重要过程参数对车间进行单点考核（同时为提高全员的肩上的压力感、重视性，对车间副主任、车间管理员连带考核），车间级针对班组制定单点考核，班组内部各岗位也要建立单点考核机制，由值班长进行岗位内部考核，同时与四大班一条龙考核挂钩。

过程重要参数、指标、考核办法确定后，建点、取点导入数据库，全程实施MES实时监控，各个参数每小时多次读取瞬时和平均值，智能判别参数的合规性，自动统计出参数合格率，根据公式测算纳入生产工艺考核。

4 效益和作用

最终的考核结果通过MES报表实时展现出来，每天每月汇总直接纳入考核，激发了操作人员的积极性。2018年通过抓过程重要参数，提高参数合格率，提高参数的合规性，实现了“抓两头，优化中间”，使整个生产流程链条实现了持续稳定、优化运行。通过过程控制，2018年新老线指标合格率达到91.62%，对比去年同期提高2.02%，新线精盐水盐份完成106.4tt，创历史同期最好水平，滤过损失从2.5%降至2%，每年可实现经济效益331.2万元。

参考文献：

[1]刘永庆，郑照.MES在TRW公司生产过程中的应用实践[C].中国汽车工程学会年会，2014.

[2]刘晓冰.MES：一个有效的制造执行过程计划和控制技术[J].机械设计与制造工程，2003，32（05）：69-70.