摘要：本文分析了铜电解生产管理信息系统在某公司的应用，使其铜电解车间逐步达到现代化生产经营能力，并且取得了良好的应用效果。
关键词：铜电解；生产管理；信息系统；应用
铜电解生产管理信息系统的应用，可解决传统铜电解生产管理中存在的劳动力密集、电解数据采集分析困难、现场一线劳动强度大等难题，提高铜电解生产工艺控制与管理水平及生产效率，能节约生产成本。信息管理系统的规划设计和系统设备的选择与现场使用环境、设备运行特点、管理规范和要求等密切相关。科学有效地综合考虑各种因素，改进设计方案，对节省设备投资、减少设备维修时间、故障率、维修成本等都有良好的效果。
一、铜电解工艺设备介绍
铜电解工程主要由电解工段、净液工段、循环水系统、高压配电及电解整流器构成。生产采用传统阳极板常规电解工艺，其主要的生产设备有：各类溶液输送泵、风机、压滤机、整流装置、短路开关、电蒸发器、联动作业机组、电解专用吊车、高压配电系统。铜电解原工艺过程控制的液位、温度、压力及电解槽直流电流等参数。过去是靠人工采集，各种工艺条件通过人工手动控制，入场阳极板数量及出场阴极铜产量也是靠人工统计。生产线中各种设备的运行状况是不同工位操作人员通过电话进行检测和报告，这种生产状况非常不利于铜极板的生产、设备管理及产品质量和数量的检测和计量。
二、铜电解生产管理系统架构
某公司在铜电解扩建工程中采用了最新的铜电解工艺，即永久不锈钢阴极铜电解工艺，该车间年生产能力为40万吨阴极铜。为实现减员增效的目标，根据企业三级结构体系模型，针对铜电解生产过程及设备监控管理的要求，对车间生产管理信息系统进行了统一规划设计。基本结构如下：
1、第一层的基础自动化控制系统(PCS)由五个子系统组成：生产区的DCS控制系统(PC电解、净液、常规电解等)、MNS低压配电总线监控系统、槽面组槽压检测现场总线系统、电解单元和行车PLC系统、电解整流设备的PLC监控系统。这些基础自动化系统的主要任务是完成生产过程的自动化控制、参数报警和重要设备运行状态的监视和控制。同时，通过车间级实时数据库将生产管理所需的实时信息和数据传送给上级，并接收上级的生产指令和控制信息。
2、第二层车间生产管理信息系统(MES)采用分布式结构，它由电解车间的车间级实时数据库服务器和企业信息中心的MES系统组成，它通过以太网连接。信息中心的MES系统通过统一的实时数据库服务器收集电解车间的生产现场数据，通过开发管理应用程序向电解车间的PCS系统发布生产指令和控制信息，向生产管理部门发布生产状态、质量、产量统计等信息，并将生产计划执行情况反馈给上级(ERP)。
3、第三层是企业计划管理系统(ERP)位于企业信息中心，它是企业管理系统的核心，负责制定各种生产和资源计划，向全厂包括电解车间下达生产任务和资源配置计划，返回的信息用于检查生产计划的执行情况，及时调整企业资源配置，以达到企业的最佳生产力和效率。
三、铜电解生产管理信息系统组成
电解生产管理信息系统由生产区控制子系统、现场设备控制子系统和生产管理子系统组成。采用工业以太网(TCP/IP)和OPC通信协议，将现场设备控制子系统互连，建立数据共享通信平台。在生产管理中建立统一的实时数据库，收集各种工艺设备运行数据，进行数据挖掘，开发生产管理应用。
1、生产区控制子系统(PC电解、净液、常规电解等)。在这些生产区域，工艺设备的监控由本地PLC控制系统执行，每个系统都有自己的区域操作权限。
各生产区生产管理数据通过工业以太网导入PC电解控制室SE服务器，电解车间生产管理和公司级管理信息系统从服务器读取所需数据。
2、MNS低压配电子系统。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆系统采用智能电机保护器和现场总线技术对电气设备(电机)的相关数据进行检测，实现电机的远程控制和各种保护功能。MNS柜与电解系统PLC通信介质采用多模光缆，电机运行数据、电机控制等数字信号传输采用Modbus通信协议，实现了PC电解PLC系统与电机保护器的通讯。在总控室值班的电解操作人员能很好地监控MNS低压配电柜的运行状态。
3、槽面组槽压力检测子系统。该系统用于采集电解槽组槽电压数据信号，生产管理人员和操作人员可根据采集的数据和分析报表及历史记录，分析判断电解槽内电解过程的短路、槽温在电解过程中及不同周期条件下的变化数据，能更为准确地掌握铜电解过程。电解槽面槽压检测系统采用TURCK现场总线设备，通过Devicenet总线协议与PC电解系统PLC(AB contrologix5000)进行通信。电解操作组通过值班总控室的管理屏监控电解槽面组槽压，该检测系统还可作为系统平台的基础，在日后增设电解槽温度检测系统时进行统一规划。
4、电解机组及行车生产信息管理子系统。电解材料加工设备的管理子系统由PC电解阳极板、电解铜、残极处理单元及出装槽行车间的通信网络组成。互联通信采用工业以太网TCP/IP传输协议，行车与地面单元间采用无线以太网进行网络通信。信息处理系统服务器(地面站)的地面配置，可根据电解生产的需要，对机组的运行进行管理，并采集机组的处理数据，形成管理报表等，还可与PC电解PLC系统进行通信，向上传输所需的管理数据。
5、电解整流设备。整流器PLC控制器SLC505和PC电解PLC系统通过以太网传输数据。电解操作组人员在值班总控室对整流器的安全运行进行监控和管理。整流器的各种保护，如变压器保护测点信号、纯水装置运行信号、油水冷却器运行信号、整流柜运行信号等，均可纳入监控管理范围，增加声光报警等。
6、常规电解生产过程监控系统和净化生产过程监控系统。这两个生产段的过程监控系统和PC电解生产过程监控系统通过PC电解SE服务器(有不同的操作权限)交换所需数据。当各工段需了解其他工段的工作情况时，可在当地SE客户端了解所需的生产信息，净液工段可方便、及时地了解PC电解液回液量等生产数据。当前，电解系统各部分的SE客户端可监控其他区域的工作情况(有不同的控制权限)。
四、系统的实际应用效果
1、节约了生产成本。成本节约主要体现在车间人员配备和设备控制上。当前，公司年生产电解铜400～450万吨，电解人员定编39人，远少于其它铜电解车间人员配置，如电解整流设备岗位，率先实现了无人值守。因采用先进的生产控制管理信息系统，对电解全部设备进行监控。生产操作人员可通过授权各工段的SE客户端，手动和自动调整设备的运行状态，使设备运行在最佳状态，既满足电解生产的要求，又节约能源。
2、有利于生产管理，提高了铜电解生产过程的管理水平。生产管理信息系统能使公司管理层和车间管理层方便、及时地了解电解生产情况，及时指导和调整生产计划，信息系统收集的历史数据为铜电解工艺过程、质量变化等生产控制的科学分析提供数据依据。同样，生产管理信息系统也有利于生产线操作人员及时、准确地监控生产过程，有效地控制铜质量和功率损耗等过程控制参数，改变铜电解“劳动力密集、手工作坊”的形象。
3、降低了部分岗位操作员的劳动强度。电解作业班组负责电解循环系统的监控，以往现场抄表、开关设备、电解质恒温系统控制等都非常繁忙和劳动强度大。当前操作人员可通过各工段的SE客户端对电解全工段设备、自动记录工艺参数进行监控。机组物料处理系统也是全自动连续运行，如起重机可自动吊运物料，操作员只需在装有空调的控制室中监控其运行即可，所有物料均自动吊运。
五、结语
随着计算机技术、网络通信技术和数据处理技术的发展，以企业资源计划、制造执行系统/过程控制系统三层结构、制造执行系统为核心的生产管理信息系统已得到业界的广泛认可，被越来越多的工业企业采用。目前，在我国，许多企业已逐渐开始利用这一技术来增强其核心竞争力。
参考文献：
[1]杨达东.论铜电解生产管理信息系统建设[J].铜业工程，2014(04)．
[2]卢鹏.铜电解生产管理信息系统架构分析及应用[J].有色冶金设计与研究，2013(03).
论文作者:文华明
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/5
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