金矿企业现代化集成制造系统结构.ppt

金矿企业现代集成制造系统三层结构,引言 流程工业计算机集成制造系统CIMS技术受到发达 国家的高度重视，被列入这些国家的重点高技术发展 计划。国际上著名的钢铁企业如日本的新日铁、石化 企业，又如美国的埃克森公司已经实现了全厂CIMS, 并获得了显著的经济效益。流程工业CIMS采用普渡 企业参考体系结构(Purdue Enterprise Reference Arch- Itecture,PERA)，将流程工业CIMS体系结构分为过程 控制、过程优化、生产调度、企业管理和经济决策,五个层次，该结构适用于金字塔式管理模式，将生 产过程的控制与管理明显分开，忽视了生产过程中 的物耗、能耗及设备的适时控制与管理，层次多， 结构复杂，实现CIMS成本高，不便形成平台技术， 不利于推广；此外，目前在过程控制中运行的控制 系统以控制性能为指标，没有将产品质量或工艺要 求作为指标进行优化控制，因而产品质量差，产品 收率低，生产成本高，特别是国际黄金价格一再下 调，如何降低黄金生产成本成为黄金企业必须解决 的关键问题。,本文结合我国黄金生产行业的的实际，率先将 企业资源计划管理系统(ERP)/生产执行系统(MES)/ 过程控制系统(PCS)三层集成结构应用于金矿企业， 提出实现企业扁平化管理的现代集成制造系统，并成 功应用于辽宁省排山楼金矿，取得显著应用成效。,金矿企业特点 1)生产过程 金矿的生产过程由采矿、选矿和 冶炼等组成，采矿过程采用机械化铲运系统，选矿 过程采用全泥氰化炭浆法提金工艺，主要由碎矿、 磨矿、浓密、浸出吸附以及提金工序等组成。其中 破碎工序采用三段破碎闭路流程，磨矿工序采用 两段磨矿两闭路流程，提金工序采用全泥氰化炭 浆法提金，经过高压解吸、电解得到高品味金泥送 往炼金室冶炼。主要工艺流程如图1所示。,图1 选矿工艺流程图,2)企业经营管理过程 金矿经营管理和生产过 程管理分为经理、生产计划处、供应库存处、经营处。 其管理只能基本划分为：经理是企业管理的的决策者 。其主要职能是进行企业经营决策和生产过程管理决 策，如对金矿生产计划(采剥计划、选冶计划、物料 计划、生产成本计划)决策；生产计划处是全矿生产 管理的指挥中心，执行生产计划、调度和生产统计等 方面的管理职能；供应库存处行使全矿原材料、设备、 、备品备件的供应和保管智能；经营处执行全矿的资 金及其他经济指标的管理，行使帐务处理、成本核算,以及全矿经营和生产过程种的财务分析及财务监督等 职能。 目前国内金矿采用人工为主的管理方式，生产数 据的收集、统计、报表由人工完成，因而数据的准确 率不高，由下至上报送报表造成信息的传输滞后及失 真，影响企业人、财、物资源的合理及时配置和生产 过程的管理。,金矿企业现代集成制造系统结构 1) 总体结构 采用ERP/MES/PCS三层框架，结合 金矿企业特点，将以先进控制技术为代表的信息技术 于现代管理技术、先进的黄金生产工艺技术相结合， 提出了现代集成制造系统的体系结构如图2所示。,该系统由企业资源计划系统、生产执行系统、过 程控制系统、企业网服务系统和计算机支撑系统组成 ；其中ERP采用以财务分析决策为核心的整体资源优 化技术，具有下列子系统：计划管理(采剥计划、选 冶计划、物料需求计划、成本计划管理等)，财务管 理(会计管理、成本核算)、人力资源管理、档案管理、 固定资产管理、库存管理、物资供应管理和综合信息 查询于辅助决策等。 MES采用以经济指标为目标的生产过程优化运行、 、优化控制与优化管理技术，具有下列子系统：,生产调度、生产过程数据统计与分析、物料控制与管 理、生产过程成本控制与管理、地测采信息管理、过 程优化、安全管理、设备管理、质量管理(包括化验管 理)以及生产过程信息处理系统等。 PCS采用EIC(Electric Instrument Computer)一体化 计算机集散控制系统集成设计技术和以综合生产指标 为目标地智能优化控制技术，具有采矿、碎矿、磨矿、 浓密、浸出吸附、高压解吸电解、尾矿压虑等过程控 制子系统与金矿生产过程多媒体监控系统。 企业网服务系统包括企业网站、电子商务等子系统,通过MES和计算机网络与数据库组成地计算机支撑系统 实现了上述各个分系统地总体信息集成，以获得企业地 总体效益。 2)功能描述 PCS功能 金矿碎矿计算机集散控制系统和选 矿计算机集散控制系统采用EIC一体化计算机集散控制系 统集成设计技术，将先进控制与以综合生产指标为目标 地智能优化控制技术与金矿采用地先进黄金生产工艺技 术，如碎矿生产采用多碎少磨技术，选矿生产工艺采用 全泥氰化炭浆提金、高效浓密、高压无氰解吸电解、,化学法金泥提纯、尾矿压虑干式堆存实现污染的零排 放技术相结合，实现碎矿、磨矿、浓密、浸出吸附、 高压电解、尾矿压虑等工序自动控制，完成碎矿和选 矿生产过程的电器设备的气动、停止、连锁等逻辑控 制和矿浆浓度、液位、料位、界面、流量、压力、温 度、pH值等工艺参数的回路控制。采用智能解耦控制 技术实现浓密机界面高度和底流浓度底解耦控制，采 用基于综合生产指标底智能优化控制技术实现磨矿粒 度与负荷底优化控制，采用软测量与推理控制技术实 现对浸出吸附过程底氰根离子浓度底控制，采用,自适应自整定PI控制技术实现上述回路的控制。 采用智能控制技术的过程监控与运行管理专家系 统由工况辨识、故障诊断和运行操作知道模块组成。 工况辨识模块在线辨识各种运行工况；根据变化的工 况；，故障诊断模块迅速查明故障原因和异常工况； 运行操作知道专家系统根据变化的工况改变控制策略， 及时处理工况变化及异常工况，在大范围内适应工况 变化，保证系统安全、可靠、优化运行。 ERP功能 金矿企业ERP根据金矿的生产经营 管理流程和组织机构特点，采用以财务分析决策为,核心的整体资源优化技术，根据企业的利润指标确 定企业的标准生产成本，在保证企业标准成本的前 提下，根据销售合同与市场预测来制订企业的生产 计划。生产计划包括采剥计划和选冶疾患、物料需 求计划、生产成本计划。然后进行人、财、物的整 体资源优化分配，从而达到既要连续、均衡地生产， 又要最大限度地降低原料和备品备件地库存量。财 务管理不仅进行会计管理、成本核算，而且通过财 务分析决策对原料供应、产品销售、原料、备品备 件库存、人力资源进行集成管理，保证生产成本不,超过额定地标准成本。上述功能通过网络、数据库和应 用软件来实现。 MES功能 生产制造执行系统MES采用以经济 指标尾目标地生产过程三优即优化运行、优化控制与优 化管理技术，MES起承上启下地关键作用。 根据ERP系统地生产计划，MES对采、选、冶生产 过程进行实时调度，对生产完成情况进行数据统计和分 析，以保证生产计划地完成。此外，根据ERP的生产过 程动态成本计划，MES对反映采、选、冶生产过程成本 的物耗、能耗进行在线计量和成本预测，并与目标成本,进行比较，进行成本否决。同时，给出降低生产制造 过程成本的操作指导。根据ERP的物料计划，MES通 过对采、选、冶黄金生产过程的物料平衡，进行物料 的控制与管理。对设备的运行状况进行实时监控，对 设备的维护进行管理，对设备维修计划进行预测，保 证设备的安全运行。通过对矿石、矿浆以及添加原料 等的及时化验，进行产品质量的实时管理与控制，对 生产过程的运行操作条件进行寻优，保证生产条件和 工况发生变化时，自动寻优最有运行操作条件，以保 证生产过程优化运行。,3)集成功能 采用以企业目标为主导，以知识 链为依托的ERP/MES/PCS三层结构的流程工业现代 集成制造系统的集成技术，通过MES的承上启下作 用和网络与数据库支撑系统，将ERP分系统和PCS分 系统集成，实现经营决策、生产过程管理和过程控 制的信息集成。 ERP的生产计划通过MES的生产调度、生产统 计与分析、生产过程信息管理系统和PCS的生产过 程数据采集系统相集成，通过生产指挥中心使生产 计划、生产调度的一条线的信息处理、反馈和决策 快速响应市场的变化；ERP的采矿生产计划通过,MES的地测采信息管理系统和PCS的地测采数据实时采 集系统实现集成，实现开采境界和剥采比的优化确定。 总之，使生产管理扁平化，提高生产计划制订水平，提 高生产作业计划的效率。 ERP的财务计划、生产成本计划通过MES的生产成 本动态控制系统、生产过程信息管理系统与PCS的生产 过程信息采集系统实现集成，完成目标成本的分解、实 时控制与管理，根据生产过程动态成本，给出降低生产 成本的操作指导，从而实现生产成本的动态控制。 ERP的固定资产管理、备品备件管理通过MES的设 备管理和PCS的设备监控系统实现集成，将设备的静态,管理、价值管理、动态管理、设备检修、备件管理实现 一体化，从而实现生产设备系统的优化运行、优化控制 和优化管理，提高设备的运转效率。 ERP的物料需求计划通过MES的生产过程物料平衡、 物料控制与管理和PCS的生产过程物料进、消、存数据 实时采集系统实现集成，从而降低物耗、提高金回收率。,某金矿现代集成制造系统的实施应用效果 1)系统概况 某金矿生产工艺流程主要有碎矿、磨 矿、浓密、浸出吸附、解吸电解、冶炼、酸洗、炭再 生及压虑等工序组成。采用本文提出的方法，建成某 金矿现代集成制造系统，网络结构如图3所示。,采用EIC一体化计算机集散控制系统集成设计技 术，设计了采、选、冶过程控制系统，生产过程采用 了多媒体监控系统。再碎矿车间自动化系统采用GE 公司PLC,在主选厂自动化系统采用美国Honeywell公 司的SCAN3000/S9000计算机控制系统。 采用以太网的网络拓扑结构的计算机网络系统包 括管理网与实时控制网；通过管理网实现ERP的各个 子系统之间的信息集成；通过实时控制网实现PCS内 各过程控制子系统的集成；管理网与实时控制网的互 联就实现了PCS、MES和ERP的物理集成。采用光纤,做主干网，通过交换机实现100M高速以太交换网， 各子网内通过交换机实现10M以太交换网，具有较强 的可扩展性。管理网与实时控制网均选用WindowsNT 做为网络操作系统。 数据库系统包括实时数据库和关系型数据库，选 用SQL Sever作为主体数据库管理系统，用于构件客 户/服务器的应用模式。通过采用开放数据库互连技术， 实现了异构数据库的的数据库级共享透明访问。 采用了基于Browser/Web Server/Database Server 三层结构的Internet/Intranet技术和服务，建立了金矿,企业网服务系统。企业网服务系统不仅在企业内部形 成了完整的信息共享网络服务体系，而且可进行电子 商务。 磨矿分级作业使选矿厂能量消耗最大、影响金回 收率最重要的作业工段。保持问题的磨矿产品粒度指 标，提高磨矿过程的作业效率，使其工作在最佳负荷， 是磨矿过程的优化控制目标。而粒度与磨机负荷不能 在线连续测量，不能用控制系统的输入输出来描述， 而且受到内扰(设备自身的磨损等)与外扰(处理矿石的 性质变化，处理矿量的变化等)。因此磨矿过程具有,大滞后、强耦合、非线性严重、对象特性参数慢时变等 不确定性，被控输出不能连续在线测量，难于用数学模 型来描述，难以实现优化控制。本文在文献【15】基础 上，采用以综合生产指标为目标的智能优化控制技术， 由预设定模型根据生产工况的边界条件及工艺指标，完 成对浓度和给矿量回路设定值的设定；预测模型对磨矿 过程种不能直接连续测量的溢流粒度与磨机负荷进行预 报；根据粒度与磨机负荷预测值、离线实际测量值分别 与其工艺指标的偏差，由前馈控制模型、反馈控制模型 实时动态修正回路设定值，实现多级闭环控制和滚动优 化；同时通过离线实际测量值与预测值的偏差，对预测,模型进行自适应修正，因而具有自适应自学习功能。各 回路的控制采用智能PID技术，实现控制数的自适应自 整定。当矿石成分和工况变化时，磨机给矿量自动调整 使磨机处于最佳负荷状态，旋流器溢流浓度指标控制误 差为 ，磨矿过程控制曲线如图4所示。 2)应用效果 PCS系统解决了选矿生产过程中浓度、 粒度和酸碱度的控制问题和球磨机“胀肚”、浓密机“溢流 跑浑”和“压耙子”等老大难问题。磨矿控制系统实现了最 终磨矿产品粒度-148um的百分比达到79.8，使黄金回收 率提高了1.0以上；实现了磨机负荷的优化控制，使,生产能力由设计规模1200t/d提高到2000t/d. 研发的MES中的地测信息管理系统优化确定开采境 界和剥采比，使剥采比由原来地10:1降低到现在的6.5:1 ,矿石资源利用率达95以上。MES的设备管理系统对 关键设备的运行、故障、寿命、检修、备品备件进行综 合管理，预报和预防设备故障，降低维护成本，使设备 运转率达到95以上，处于国内同行业领先水平。 黄金生产成本中选矿成本由73.03元/t降为37元/t， 采矿成本由57元/t降为4