生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動化采集實現(xiàn)能源信息化管理

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摘要：能源是人類生存之本，鑄造工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。能耗大、生產(chǎn)過程復(fù)雜、效率低等成為制約企業(yè)發(fā)展的瓶頸。本文結(jié)合鋁企業(yè)生產(chǎn)實際情況，提出增強(qiáng)企業(yè)管理的信息化手段，闡述了鋁企業(yè)生產(chǎn)信息及能源管理系統(tǒng)的主要功能，實現(xiàn)了企業(yè)優(yōu)化管理、降低生產(chǎn)能耗、提高生產(chǎn)效率的目的。

關(guān)鍵詞：鋁企業(yè)；能耗；智能分析；自動化

0引言

能源是人類賴以生存的基礎(chǔ)，也是是制約經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重要因素。在全球能源緊缺的背景下，如何科學(xué)合理地使用新型能源、有效地節(jié)約已有能源成為眾多企業(yè)、學(xué)者研究的課題。傳統(tǒng)鑄造行業(yè)設(shè)備多、能耗大、生產(chǎn)過程復(fù)雜，能源消耗的水平將直接影響產(chǎn)品的成本和利潤指標(biāo)。

鋁工業(yè)是我國現(xiàn)階段單位能耗最高的冶金工業(yè)過程，作為重要的基礎(chǔ)原材料產(chǎn)業(yè)，優(yōu)化其生產(chǎn)工藝、創(chuàng)新其控制和管理技術(shù)，對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要作用。

因此，優(yōu)化鋁工業(yè)生產(chǎn)過程，加強(qiáng)企業(yè)信息化管理，提高生產(chǎn)智能化程度，有效利用能源優(yōu)化資源配置，實現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能降耗的統(tǒng)一，對我國鋁加工企業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

1 現(xiàn)代鋁企業(yè)生產(chǎn)流程及約束條件

1.1 現(xiàn)代鋁企業(yè)生產(chǎn)主要環(huán)節(jié)

現(xiàn)代鋁工業(yè)生產(chǎn)有4個主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)：

（1） 鋁土礦的開采過程；

（2） 從鋁土礦提取純氧化鋁的氧化鋁生產(chǎn)過程；

（3） 用冰晶石一氧化鋁熔鹽電解法生產(chǎn)金屬鋁的電解鋁生產(chǎn)過程；

（4） 鋁加工生產(chǎn)過程。其中氧化鋁生產(chǎn)和電解鋁生產(chǎn)是最復(fù)雜的兩個工藝過程，此外還有鋁的再生利用以及兩個重要的輔助環(huán)節(jié)：炭素電極制造和氟鹽生產(chǎn)。

鋁企業(yè)具有獨特的生產(chǎn)過程，主要體現(xiàn)在：

* 生產(chǎn)階段性顯著。在熔煉階段，主要以化學(xué)變化為主，對鋁液中化學(xué)成分的把控是非常嚴(yán)格的；在鑄造階段，主要以物理變化為主，需要根據(jù)客戶的具體需求，按照限定尺寸嚴(yán)格控制產(chǎn)品外形。

* 生產(chǎn)能力體現(xiàn)集中性。熔煉與鑄造階段中關(guān)鍵設(shè)備的好壞將決定鋁企業(yè)生產(chǎn)能力的大小。因此，關(guān)鍵設(shè)備性能通常作為企業(yè)發(fā)展的瓶頸。

* 生產(chǎn)階段具有連續(xù)性。從熔煉到鑄造，整個高耗能階段以一種連續(xù)的生產(chǎn)方式進(jìn)行，各操作之間的緩沖有限，前后工序要求銜接匹配。

* 生產(chǎn)中的持續(xù)高溫操作，所產(chǎn)生的能耗較大，加強(qiáng)能源管理可有效降低生產(chǎn)成本。

1.2 現(xiàn)代鋁企業(yè)生產(chǎn)的約束條件

由于鋁生產(chǎn)過程的特殊性，對于生產(chǎn)調(diào)度產(chǎn)生了一定的約束性，主要體現(xiàn)為：

（1）工藝約束。工藝約束指在生產(chǎn)過程中為保證生產(chǎn)正常進(jìn)行和產(chǎn)品質(zhì)量符合客戶要求所應(yīng)遵循和滿足的生產(chǎn)規(guī)程。

（2）設(shè)備約束。設(shè)備約束指在生產(chǎn)過程中為實現(xiàn)設(shè)備的合理利用及生產(chǎn)順暢、保證產(chǎn)品質(zhì)量等目的，設(shè)備所應(yīng)遵循的使用規(guī)程。

（3）能源平衡約束。鋁在生產(chǎn)過程中，為保證其質(zhì)量及生產(chǎn)持續(xù)性，應(yīng)保證整個過程中的能源平衡。同時，抓住主要環(huán)節(jié)降低能耗，建設(shè)資源浪費。

因此，需要提出信息化的高效手段，將鋁生產(chǎn)過程中的信息進(jìn)行實時采集，跟蹤能源變化實現(xiàn)智能調(diào)度。通過對數(shù)據(jù)采用專家智能分析手段，優(yōu)化生產(chǎn)過程，降低生產(chǎn)能耗，減少資源浪費。同時，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約勞動成本。在傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)上，與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合打造全新型鋁加工企業(yè)。

2 鋁企業(yè)生產(chǎn)信息及能源管理系統(tǒng)

以鋁企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀為出發(fā)點，梳理鋁企業(yè)內(nèi)部管理流程，及生產(chǎn)工藝流程，通過對主要環(huán)節(jié)及設(shè)備安裝數(shù)據(jù)自動采集裝置，實現(xiàn)生產(chǎn)跟蹤管理，優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高生產(chǎn)效率。鋁企業(yè)生產(chǎn)信息及能源管理系統(tǒng)功能架構(gòu)圖如圖1所示。

主要功能包括：

1、基礎(chǔ)能源及生產(chǎn)設(shè)備管理功能

應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對生產(chǎn)設(shè)備基礎(chǔ)信息進(jìn)行采集，實時跟蹤設(shè)備運行情況，并將設(shè)備運行數(shù)據(jù)與生產(chǎn)運營數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)系，為制定生產(chǎn)優(yōu)化方案奠定基礎(chǔ)。

而基礎(chǔ)能源管理作為能源管理中心在線平衡調(diào)度及在線能源管理的補充，包括能源計劃管理、能源實績管理、能源生產(chǎn)運行支持、能源質(zhì)量管理和能源對比分析等模塊。

2、能源監(jiān)視功能

能源監(jiān)控功能主要包括常規(guī)設(shè)備監(jiān)控，在線管理和調(diào)整，工藝系統(tǒng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等協(xié)調(diào)監(jiān)控，滿足節(jié)能要求、以遠(yuǎn)程監(jiān)控為核心的節(jié)能調(diào)度，扁平化的故障監(jiān)測及分析處理等。分燃?xì)?、電力、水、供氣等子系統(tǒng)監(jiān)視，對重點設(shè)備用能情況單獨監(jiān)控，對車間工序進(jìn)行綜合監(jiān)控，對能源系統(tǒng)無人值守進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視控制。

3、能耗預(yù)測支持

根據(jù)生產(chǎn)、轉(zhuǎn)運、檢修計劃，結(jié)合產(chǎn)品單耗等相關(guān)量，預(yù)測一段時間內(nèi)的能源供需量，并輔助能管人員制定相應(yīng)的能源生產(chǎn)供應(yīng)計劃，從而達(dá)到預(yù)測性能源供需平衡。

4、能源平衡與優(yōu)化調(diào)度

（1）能源平衡

基于物料移動和平衡、能源生產(chǎn)和平衡等數(shù)據(jù)，及時掌握企業(yè)的生產(chǎn)運行、物料移動、生產(chǎn)執(zhí)行和生產(chǎn)統(tǒng)計等情況；加強(qiáng)各業(yè)務(wù)層次間的信息集成和數(shù)據(jù)共享；提供靈活的生產(chǎn)報表格式定制功能，使報表功能具有良好的維護(hù)性和擴(kuò)展性。能夠方便地基于裝置的生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總和分析。以物料、能源平衡圖表形式實現(xiàn)。

（2）能源預(yù)測與優(yōu)化調(diào)度

主要完成電力負(fù)荷預(yù)測、用電量預(yù)測、多介質(zhì)平衡優(yōu)化調(diào)度等功能，利用能源管理中心系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和控制平臺，建立能源主要介質(zhì)的產(chǎn)銷預(yù)測模型，并通過能源綜合分析，給出能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度方案，通過用戶的調(diào)度及管理提供決策依據(jù)，實現(xiàn)能源系統(tǒng)的平衡優(yōu)化運行，達(dá)到節(jié)能降耗的效果。

5、鋁電解節(jié)能專家

該功能通過實時采集鋁電解過程中電解工序、出鋁工序、換極工序、母線提升工序等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工藝操作參數(shù)與能耗數(shù)據(jù)，構(gòu)建適用的數(shù)據(jù)多維模型，挖掘生產(chǎn)工藝參數(shù)（生產(chǎn)負(fù)荷、氟化鋁加料量、氧化鋁濃度等）與能耗之間的關(guān)系及潛在規(guī)律，形成專家知識庫，對電解槽焙燒啟動與正常生產(chǎn)進(jìn)行指導(dǎo)，優(yōu)化不同工況下的操作參數(shù)，實現(xiàn)電解槽穩(wěn)定高效生產(chǎn)，提高整個電解過程的電流效率。

3 結(jié)論

鑄造工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是國家經(jīng)濟(jì)水平和綜合國力的重要標(biāo)志，但同時鑄造行業(yè)也是高能耗、高污染的“大戶”，鑄造工業(yè)節(jié)能減排工作關(guān)系到全社會整體節(jié)能減排工作的成效。

本文依據(jù)鋁企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀，以降低能耗、優(yōu)化管理為目標(biāo)。提出鋁企業(yè)生產(chǎn)信息及能源管理系統(tǒng)建設(shè)，旨在通過信息化手段，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時采集，智能化分析生產(chǎn)問題、優(yōu)化生產(chǎn)過程、減少冗余操作、提高生產(chǎn)效率，同時有效降低企業(yè)能耗，擔(dān)負(fù)起改善環(huán)境的社會責(zé)任。

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