氧化鋁生產(chǎn)全廠過程控制方案

韓啟勇　王蕊

摘 要：本文介紹了達到當(dāng)今世界先進水平的氧化鋁廠全廠各級的控制方案，通過DCS控制系統(tǒng)、MES（管控一體化控制系統(tǒng)）等實現(xiàn)氧化鋁廠的機械化、自動化、信息化控制過程。針對拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的工藝特點，本著確?？煽?、技術(shù)先進、節(jié)省投資為原則，對全廠過程控制提出整體的控制方案。

關(guān)鍵詞：氧化鋁、DCS控制系統(tǒng)、MES生產(chǎn)管控一體化系統(tǒng)

1 緒論

拜耳法生產(chǎn)氧化鋁分為鋁礦石破碎、細(xì)磨、礦石溶出、礦漿稀釋、母液蒸發(fā)、晶種分解、氫氧化鋁的分離和洗滌，氫氧化鋁的煅燒等多道復(fù)雜工序。在生產(chǎn)過程中每道工序緊密銜接，其過程和產(chǎn)出直接影響著后序的生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。所以對拜耳法氧化鋁工廠的整體過程化控制的可靠性、合理性、先進性提出了很高的要求。隨著現(xiàn)代大型工業(yè)企業(yè)的不斷發(fā)展，應(yīng)用效益最明顯、最直接的系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是工業(yè)控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)把嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、計算機技術(shù)、系統(tǒng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)和多媒體技術(shù)相結(jié)合。氧化鋁廠過程生產(chǎn)中同樣采用DCS控制方式。

2 全廠控制系統(tǒng)整體構(gòu)架

生產(chǎn)制造類企業(yè)的企業(yè)級信息化建設(shè)一般遵循ERP/MES/PCS三層體系結(jié)構(gòu)的原則。即企業(yè)級信息網(wǎng)絡(luò)平臺，如支持企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營、辦公管理的ERP、辦公自動化OA、電子商務(wù)等。還有MES企業(yè)生產(chǎn)管控一體化系統(tǒng)、PCS生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)。

目前在氧化鋁廠的生產(chǎn)管理中PCS和MES普遍得到應(yīng)用。而PCS（生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)）又分為現(xiàn)場儀表及設(shè)備的應(yīng)用管理和DCS（集中分散控制系統(tǒng)）。因此本文將氧化鋁廠的過程控制分為以下三層：

（1）現(xiàn)場儀表層及設(shè)備

（2）DCS控制系統(tǒng)層

（3）MES管控系統(tǒng)層。

3 現(xiàn)場儀表及設(shè)備

氧化鋁工程生產(chǎn)過程工藝參數(shù)的自動檢測包括溫度、壓力、物位、流量、重量、密度、電導(dǎo)率、成分、電流、電壓、功率等。自動控制如：調(diào)節(jié)閥、執(zhí)行器、變頻調(diào)速器、電動機、切斷閥等。由于氧化鋁生產(chǎn)工藝有其自身的特殊性，酸堿腐蝕和結(jié)疤相當(dāng)嚴(yán)重，對現(xiàn)場儀表有很高的性能要求，為確?，F(xiàn)場儀表的正常投運，減少維護工作量，在儀表選型上盡量采用技術(shù)先進、性能可靠、有成熟使用經(jīng)驗的國內(nèi)外大公司的產(chǎn)品。另外盡可能采用智能型的儀表，如：壓力變送器（差壓變送器）、流量計、物位計等，帶有HART、Profibus等通訊協(xié)議，并能夠采集讀取儀表相關(guān)數(shù)據(jù)，如儀表位置、型號、使用時間等。為上層DCS和MES的控制和管理打下很好的基礎(chǔ)。

4 DCS控制系統(tǒng)

整個拜耳法氧化鋁生產(chǎn)根據(jù)工藝生產(chǎn)流程特點和自然區(qū)域位置特點被分為六大片區(qū)，分別為：原料片區(qū)、溶出片區(qū)、沉降片區(qū)、蒸發(fā)片區(qū)、分解片區(qū)、成品片區(qū)。為對這六個片區(qū)進行統(tǒng)一的調(diào)度和監(jiān)控，在廠區(qū)內(nèi)設(shè)氧化鋁中央控制室一個，在中央控制室內(nèi)可實現(xiàn)對氧化鋁生產(chǎn)工藝過程進行集中監(jiān)控和調(diào)度指揮。共設(shè)六個片區(qū)控制室，分別為：

（1）原料片區(qū)控制室（包括：原料磨、原料磨循環(huán)水等）。

（2）溶出片區(qū)控制室（包括：溶出、預(yù)脫硅、高壓泵房等）。

（3）沉降片區(qū)控制室（包括：赤泥分離及洗滌、絮凝劑制備、赤泥壓濾、赤泥輸送泵房、熱水站）。

（4）分解片區(qū)控制室（包括：分解分級、綜合過濾、分解循環(huán)水）。

（5）蒸發(fā)片區(qū)控制室（包括：蒸發(fā)站、蒸發(fā)原液及水洗、蒸發(fā)槽罐區(qū)、排鹽苛化、蒸發(fā)循環(huán)水、酸洗站）。

（6）成品片區(qū)控制室（包括：氫氧化鋁焙燒、氫氧化鋁輸送、氧化鋁倉及包裝、氫氧化鋁倉、焙燒循環(huán)水）。

氧化鋁各片區(qū)DCS控制系統(tǒng)設(shè)通訊接口，通過工業(yè)以太網(wǎng)將各車間連成一體，形成氧化鋁工藝系統(tǒng)完整統(tǒng)一的控制系統(tǒng)局域網(wǎng)。輔助車間或工段設(shè)置PLC控制系統(tǒng)以通訊方式與相關(guān)片區(qū)DCS控制系統(tǒng)的控制器通訊。在片區(qū)控制室內(nèi)設(shè)有操作員站，對本片區(qū)的工藝生產(chǎn)過程實現(xiàn)監(jiān)控和操作；加強設(shè)備管理和人員培訓(xùn)，待相關(guān)片區(qū)控制室內(nèi)監(jiān)控的設(shè)備和工藝系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，可以過渡到主控制室進行集中監(jiān)控，此片區(qū)控制室就留作巡檢、事故處理時用，實現(xiàn)減員增效的目標(biāo)。

電力專業(yè)的變頻器、智能馬達保護器等現(xiàn)場智能設(shè)備作為現(xiàn)場級設(shè)備全部采用通訊方式進入各個車間DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)電氣設(shè)備的信號采集、狀態(tài)監(jiān)控、遠(yuǎn)程操作、連鎖控制等。

生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的信息層采用雙光纖EtherNet/IP工業(yè)以太網(wǎng)，通過以太網(wǎng)將各個車間的信息傳送到全廠中央控制室，對全廠生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)控和調(diào)度。

5 MES管控系統(tǒng)

建立全廠的管控一體化（MES）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享即實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化和管理的科學(xué)化和信息化。要求在生產(chǎn)辦公樓內(nèi)實施綜合布線，預(yù)留數(shù)據(jù)接口，通過不同級別的權(quán)限，使不同的客戶端登錄。通過管控系統(tǒng)的實施加強了企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)調(diào)度管理，強化了企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營管理，優(yōu)化了企業(yè)的生產(chǎn)操作，使得企業(yè)生產(chǎn)控制過程都在實時監(jiān)控之下，它不僅包含了企業(yè)底層生產(chǎn)過程控制、產(chǎn)品質(zhì)量控制、設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)控、能源的檢測與監(jiān)控等大量工業(yè)現(xiàn)場信息的數(shù)字化傳輸與透明化管理，而且覆蓋了企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)管理全過程，通過流程的整體優(yōu)化、信息集成和功能集成，實現(xiàn)對企業(yè)生產(chǎn)資源計劃和控制的優(yōu)化，增加產(chǎn)品產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)消耗和生產(chǎn)經(jīng)營成本，提高整個企業(yè)的運營效率和市場競爭能力。在全廠主控樓設(shè)置用于生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集的服務(wù)器系統(tǒng)和用于現(xiàn)場生產(chǎn)的調(diào)度指揮系統(tǒng)。

6 結(jié)束語

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)成為知識經(jīng)濟的基礎(chǔ)，改變了工業(yè)企業(yè)傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理模式，提高了企業(yè)的工作效率，降低了企業(yè)的人力成本。企業(yè)信息化是企業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，是提高經(jīng)濟效益與競爭力的捷徑和保障。

參考文獻

[1]蔡亮，楊小虎，董金祥.信息戰(zhàn)下的數(shù)據(jù)庫安全——我國的特殊需求分析和對策[J].計算機研究與發(fā)展，2002，39（5）：568-573.

[2]胡壽松.自動控制原理（第四版）[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

（作者單位：東北大學(xué)設(shè)計院（有限公司））