流程工业CIMS管理模式与集成技术-PPT课件

1、MES与中国节能经济 褚 健863计划先进制造与自动化领域浙江大学 2019.7.23目 录一、能源现状与发展趋势二、MES及其主要贡献 三、“十五”期间MES取得的成绩 四、今后的展望 能源危机逼近中国 1993年开始，中国成为原油净进口国2000年进口石油7000多万吨2019年进口原油9000多万吨，依存度达37，2019年进口原油将达到1亿吨以上未来能源缺口将越来越大背景能源危机逼近中国 世界能源构成:原油占39%,煤26% 天然气23%,核能7%,其它再生能源5% 2019年中国消耗石油2.4亿吨， 占全球总量7（GDP占全球4） 石油占中国能源消费总量24中国原油加工损失比先进国家

2、多0.51%中国经济耗油最多是工业部门，占40 第二是运输部门，占25中国GDP增长的代价2019年中国单位GDP增长消耗能源1.6单位（标准煤）2020年中国GDP达到5万亿美元，原油消耗增长若也增长四倍，将达到10亿吨，还有煤、水电、核电等？还有其它原料消耗，不可能！国家规划目标：20202050年原油总消耗4.5亿吨，其中进口2.7，国产1.8亿吨环境污染重大代价，全球70来自制造业，排放55亿吨废物我国单位国民经济生产总值耗能是美国的1.8倍，是日本的3.2倍若2020年再翻两番严峻形势能源我国将面临巨大的能源危机能源利用率远低于国际平均水平原材料矿产和石油是基础原材料，严重短缺原材料

3、利用率远低于国际平均水平流程工业是能源和原材料生产的重要工业 在产业领域中，化工、冶金和建材三大工业能耗占全国总量的40.6% 目前我国8个高耗能行业的单位产品能耗平均比世界先进水平高47% 近年来中国经济的高速增长，是因为全面承袭了西方传统工业的发展模式，更是因为中国对本土能源的过度消耗。从1990年到2019年：中国石油消费量增长100（从1.18亿吨到2.35亿吨）天然气增长92（从114亿立方米到277亿立方米）钢增长143（从0.67亿吨到1.63亿吨）铜增长189（从72.9万吨到211万吨）铝增长380（从72.4万吨到354.5万吨）锌增长311（从36.9万吨到152.3万吨

4、）10种有色金属增长276（从217万吨到816万吨）需求分析-本土能源的过度消耗流程工业现状与发展趋势行业地位:流程工业在国民经济中的地位举足轻重自身特点:多变量、强耦合、多约束、多目标、 非线性、时滞、不确定性、干扰、复杂性发展方向:大型化、高效化、精确化和绿色化现实状况:能耗高、成本高、污染高、 劳动生产率低、资源利用率低期望目标:安全、节能、降耗、环保流程工业的问题“三高两低”能耗高、成本高、污染高、劳动生产率低、资源利用率低中国发达国家能耗130100%劳动生产率20%30100%生产成本高出国外12倍1石化企业应用先进控制不到20美国60在线优化增加收益不到1美国3%5有色金属采选

5、业资源利用率不到35%60以上硫利用率(污染)不到5095以上中国发布中长期节能规划201920192020标准煤/万元GDP2.682.251.542019-2020至2020年下降42.3%共节能4亿吨标准煤年均节能3%，共节能14亿吨标准煤，相当于减少2100万吨二氧化硫的排放量现状与发展趋势节能经济是指在流程工业生产过程中，围绕资源、能源的高效利用的目标，集成采用生产工艺技术、自动化技术、信息技术、优化技术等先进制造技术，达到提高产品质量和产量、降低物耗与能耗、减少环境污染之目的，实现企业综合经济技术指标的最优化，确保可持续发展目 录一、能源现状与发展趋势二、MES及其主要贡献 三、“

6、十五”期间MES取得的成绩 四、今后的展望 图5是以MES为中心的流程工业现代集成制造系统的体系结构。销售服务管理供应链管理产品/工艺设计人力资源财务管理资产管理质量计划成本计划生产计划物料计划设备计划质量管理动态成本控制作业调度物料跟踪控制与管理设备维修管理生产过程管理资源管理在线分配管理生产状况分析生产文档管理生产数据采集控制接口与信息界面过程自动化系统基础自动化仪表经营计划系统企业资源计划制造执行系统过程控制系统计划执行控制BPS层MES层PCS层 关系数据库实时数据库流程企业典型的以MES为中心的三层两库结构石化企业物流管理M E S统计数据装置操作数据报表罐区操作记录质量数据计划数据

7、SAPR/3FISDTDTRMM/MROHRCOPP-PIPMIMISRetailIS-Oil 生产调度进出厂数据石化企业MES生产管理InPlant应用MES可获得的效益美国ARC公司调查产品质量提高19.2%劳动生产率提高13.5产量提高11.5MES：Manufacturing Executive Systeml 优化生产调度，加快在制品库存周转l 减少非计划生产，降低余材l 提高产品质量，大幅增加产品成材率l 提高管理效能，增产减员 例如：转炉优化模型在宝钢股份投入后，在节省冶炼时间（每炉节省1分钟）、降低石灰、合金的消耗，减少渣中的T.Fe含量、提高铁合金收得率等方面，产生经济效益每

8、年500多万元。冶金MES的效益 将经营目标转化成生产操作目标，通过反馈执行结果，不断调整和优化，形成一个周期性的从生产经营到生产运行和过程控制的高效能闭环系统。例如，茂名石化应用MES后，取得显著经济效益。 ：加工成本降低1% 轻油收率提高0.5% 油品损耗降低0.2% 能耗降低1% 石化MES的效益一、能源现状与发展趋势二、MES及其主要贡献 三、“十五”期间MES取得的成绩 四、今后的展望 “石化工业MES”取得的主要成果专利、论文、软件著作权4 项发明专利 20 篇论文 （其中10篇被 SCI 、 EI 索引）10项软件著作权 项目成果的推广应用（合同额）茂名石化MES系统 750万元

9、 安庆石化MES系统 750万元 荆门石化MES系统 750万元 济南石化MES系统 650万元项目应用的经济效益加工成本降低 1% 操作效率提高 1% 轻油收率提高 1% 油品损耗降低 1% 能耗降低 1% 经济效益估算：1,000万元/年（茂名）已完成的四项主要工作石化工业MES整体架构的研究 关键技术的研究 模块化MES软件产品的设计、开发 示范工程的实施 项目的应用的效果在线质量优化控制提高产品质量全厂油品移动、物料平衡及时、准确的生产绩效统计及时、优化的计划和调度。“冶金工业MES”取得的主要成果专利、论文、软件著作权8 项发明专利 67 篇论文 （其中31篇被 SCI 、 EI 索

10、引）17 项软件著作权 1 项国家标准项目成果的推广应用（合同额）上海一钢公司MES系统 1,556万元 宁波宝新一体化管理系统 1,400万元 吉林通钢UTSP(MES)系统 855万元 涟钢冷轧MES系统 610万元上海五钢信息化工程 2,400万元梅钢产销一体化系统 1,850万元项目应用的经济效益生产周期 缩短1天成品出厂周期 缩短2天库存 降低20%交货周期 缩短10天能耗 降低5% 货款回收 提前2天 经济效益估算：1,000万元/年（一钢） 已完成的四项主要工作冶金工业MES整体架构的研究 关键技术的研究 结构化MES软件产品的设计、开发 示范工程的实施 项目的应用的效果优化生产

11、调度，加快在制品库存 周转减少非计划生产，降低余材在线质量判定，提高产品质量， 大幅增加产品成材率提高管理效能，增产减员MES主要单元技术的贡献先进控制与优化实时数据库与监控平台数据校正与物流跟踪数据挖掘监控与在线维护如：PTA生产过程先进控制与优化粗 TA(4-CBA)Air进料混合罐氧化反应器缓冲罐第三结晶器第二结晶器第一结晶器过滤机干燥器AirPXHAc母液催化剂抽出水加氢反应器溶剂脱水塔水HAc结晶干燥PTAPTA生产优化控制系统优化控制系统效果夏季72小时装置产能考核按氧化反应器PX消耗量推算增长2.2%夏季72小时装置消耗考核醋酸单耗下降1.23kg/tPTA非夏季装置产能按氧化反

12、应器FIC114推算增长0.67%72小时考核关键受控变量波动幅度比先控投运前降低20%以上产能保持130%的运行时间增加3%实时数据库与监控平台技术成果基于微内核的多线程体系结构事件驱动的主动规则触发和处理基于反馈控制的实时消息通信自适应的海量数据压缩与解压SQL实时性扩展Real-Time SQL 总体性能指标与PI、Infoplus相当，已有多家成功案例，打破国外产品的垄断地位。实时数据库用户清单中国石油华北石化公司中国石化长岭分公司中国石化巴陵石化合成橡胶厂山西天脊煤化工集团内蒙古蒙华海勃湾发电有限公司秦皇岛发电有限责任公司华润登封发电有限公司野马寨发电有限责任公司山西阳泉煤炭集团五矿

13、同仁堂科技股份有限公司XX空间攻防状态监测航天科技集团东方红卫星公司重庆钢铁股份有限公司西昌太和铁矿济南钢铁股份有限公司扬州石化日本电信雪莲羊绒有限责任公司秦皇岛奥林匹克体育中心中关村西区地下空间开发秦皇岛广播电视大厦国家大剧院（中标）。解决了流程工业企业物流平衡的一系列问题：数据的准确性和一致性大大降低了物流的损耗率为企业的经营决策和计划调度等应用提供了高置信度的数据支撑数据校正与物流跟踪技术应用误差数据数据校正数据利用$ 效益数据校正福建炼化公司应用对象：福建炼化炼油厂全厂主要生产装置，全厂7个主要生产装置，厂区内84个储罐，198个流量及其相关的温度、压力补偿，密度，流量积算。DCS数据

14、占90%，LAB数据占3%，人工数据占7%问题：装置众多，生产信息不够准确，影响决策目标：对各项生产数据进行准确核算给调度、计划部门提供准确的生产信息，为仪表检修提供建议方法：线性准稳态数据校正算法效果：装置物料平衡率达98.5%，数据校正结果与物料平衡数据基本一致 年经济效益 达1000万元以上对象：常压塔的热裂解装置问题：汽油产量偏低方法：数据挖掘诊断结果：冷却盘管的长度太短效益： 每年增加汽油产量10000吨DistillationTowerCrudeoil inletJet fuelgasolinedieselnaphthaheavy oilasphalt heat 数据挖掘应用于燃油

15、生产诊断对象：重整过程问题：产量低方法：数据挖掘诊断结果：进料口位置错误措施：将进料口从99层移至111层 效益：产量增加35NaphthainletPlatinum reformingheatbenzeneethylbenzenesolvent oil platinumcatalystDistillationTower数据挖掘应用于燃油生产诊断一、能源现状与发展趋势二、MES及其主要贡献 三、“十五”期间MES取得的成绩 四、今后的展望 “十一五”目标“集成创新、系统优化”，工艺技术、装备技术、自动化技术和信息技术有机集成 。研究流程工业节能优化的MES共性关键技术 物流和能流的平衡计算与校

16、正技术 节能目标下的物流与能流整体优化系统 产品质量、能耗、物耗、环保等关键绩效指标管理 设备及过程健康诊断系统石化、冶金、煤化工、市政等行业进行综合自动化系统研发与应用示范综合能耗指标下降2% 面向节能的MES单元技术与系统 面向节能的MES集成技术与系统 典型行业综合自动化系统 在工业装备领域MES系统 新的总线技术与标准研究、开发的展望冶金、石化大型炉、窑节能控制与优化过去的标准（现场设备）010mA, 420mA, 05V, 15VRS232, 485国际标准FF, Profibus, LonWorks, DeviceNet, CAN等存在的问题无法统一，专利垄断，如GSM/CDMA5.新的总线技术与标准 现场控制层网络过程监控层网络信息管理层网络ERPMESPCS能否用新的标准来统一？EPAEthernet for Plant AutomationYES!EPA的特点实现E网到底，统一数据通讯协议打破以国外企业制定协议或标准的垄断通用、普及、成本低廉有可能产生工业控制的一次变革制造成本低开发成本低适用面宽以工业以太网为研究主体，实现现场设备互联兼