氧化鋁生產智能化系統(tǒng)的設計方案

文/陳文

1　概述

目前，中國大力倡導實體企業(yè)的智能制造技術，同時，市場也要求企業(yè)針對生產進行精細化管理，以達到降低生產成本，提高企業(yè)利潤的目的。為充分發(fā)揮現代企業(yè)管理理念和先進的生產過程控制技術的作用，使企業(yè)的管理與生產過程信息融為一體，氧化鋁工程需要建設生產智能化系統(tǒng)，將各生產車間及相應的職能部門的信息及數據及時反映到各級管理層，使全廠的管理達到先進智能化模式。

2　氧化鋁生產智能化系統(tǒng)的建設目標

氧化鋁工程生產智能化系統(tǒng)通過對各類數據的采集、加工、處理、分析、存儲、發(fā)布及應用，實現企業(yè)生產經營管理與生產過程控制的高度集成與數據共享，實現對生產過程實時跟蹤與與監(jiān)控，進行科學動態(tài)的調度管理，及時優(yōu)化生產組織，確保企業(yè)生產流程暢通，工藝過程穩(wěn)定，設備運行正常。實現企業(yè)管理信息化、傳輸網絡化、生產自動化、管理科學化的現代企業(yè)目標。

3　氧化鋁生產智能化系統(tǒng)的基本組成部分

作為一個全局性的生產智能化系統(tǒng)，一般由以下幾個部分組成：

（1）企業(yè)生產過程控制系統(tǒng)；

（2）企業(yè)生產調度系統(tǒng)；

（3）企業(yè)能源管理系統(tǒng)；

（4）質檢化驗及檢斤計量管理系統(tǒng)；

（5）視頻監(jiān)控系統(tǒng)；

（6）企業(yè)數據通訊網絡系統(tǒng)；

（7）信息推送系統(tǒng)。

4　氧化鋁生產智能化系統(tǒng)基本設計方案

4.1　企業(yè)生產過程控制系統(tǒng)

氧化鋁工程中，主要分原料、溶出、沉降、分解、綜合過濾、焙燒、蒸發(fā)6大主要生產區(qū)域和熱電、煤氣2大公輔區(qū)域，以及若干輔助工段。作為生產控制的主要手段，氧化鋁工程中生產過程控制系統(tǒng)關系到工藝流程的正常進行及設備的安全運行，重要性不言而喻。

隨著控制水平的不斷升高，生產管理理念的不斷進步，目前氧化鋁主要生產區(qū)域的控制系統(tǒng)配置方式一般采用“分散控制，集中監(jiān)控”的方案，即一方面在原料、溶出等6大主要生產區(qū)域各配置區(qū)域機柜室，配置相對獨立的控制系統(tǒng)，以滿足各生產區(qū)域的獨立控制，降低生產事故風險。另一方面，將各區(qū)域控制系統(tǒng)的操作站集中到氧化鋁生產控制中心，便于業(yè)主進行集中管理，提升管理效率，降低管理成本。同時，在氧化鋁生產控制中心配置冗余服務器，對氧化鋁過程控制數據進行統(tǒng)一管理。

煤氣、熱電區(qū)域，由于其生產過程不直接與氧化鋁生產聯系，且有一定的危險性，故煤氣、熱電區(qū)域均采用獨立控制系統(tǒng)，并在相關區(qū)域內配置獨立的控制室，設置操作站、服務器等，便于業(yè)主快速處理相關生產問題，保障安全生產。

建設全廠過程控制系統(tǒng)網絡，實現各控制系統(tǒng)數據的通訊。采用冗余網絡，一般使用環(huán)網，兼顧網絡的可靠性并最大限度降低建設成本。

4.2　企業(yè)生產調度系統(tǒng)

氧化鋁生產作為典型的流程生產工藝，各工段之間的聯系非常緊密，對公輔工段的要求也很嚴苛，一套迅速、有效、準確的生產調度系統(tǒng)對企業(yè)的安全生產至關重要。

以往的傳統(tǒng)生產調度系統(tǒng)，過于依賴人力，調度人員既要監(jiān)控生產過程數據，又要及時電話指揮，還需要對大量數據進行人工統(tǒng)計及分析，造成調度人員工作強度過大，調度指令的下達及相關數據的匯總往往不及時。有時忙中出錯，由于調度問題造成的生產事故比比皆是。

因此，在企業(yè)生產調度系統(tǒng)的設計中，我們需要兼顧系統(tǒng)可靠、傳輸及時、數據自動采集、報表自動生成、調度臺賬可追溯等多方面的要求，大膽采用新興的通訊及數據庫技術。

（1）采用IP電話系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的模擬電話，IP電話可輕松實現會議、強插、直撥、錄音等傳統(tǒng)調度電話需求，數字化的語音文件更加方便查詢和調用。

（2）調度計算機與生產過程控制網絡連接，通過以太網，可直接訪問各生產數據服務器的過程控制數據，并通過相關客戶端軟件自動生成報表。

4.3　企業(yè)能源管理系統(tǒng)

節(jié)能降耗，不僅經濟效益顯著，也有很高的社會效益。除去正常生產所需能源外，由于缺乏計量或由于計量儀表不準確，通訊傳輸不可靠造成的能源浪費也不容忽視。在氧化鋁工程中，能源計量一般涉及到水、電、壓縮空氣、蒸汽等方面，故在能源管理系統(tǒng)的設計方面，應該注意以下幾點：

4.3.1在廠級、車間級配置完備的計量儀表

分級配置能源計量儀表，既可以滿足不同層級管理者的需求，又可以及時發(fā)現由于跑、冒、滴、漏造成的能源浪費，此外，還為企業(yè)管理者對各車間進行能源考核提供了依據。

4.3.2計量儀表的選擇及數據傳輸

選用高精度（精度不低于±1%F.S）的智能計量儀表，儀表需滿足總線傳輸要求（以太網、Profibus等）。氧化鋁工程能源計量儀表布置比較分散，儀表信號的傳輸介質要采用光纜，以保證長距離傳輸下信號不失真。

4.3.3專門的能源管理服務器及軟件

部分企業(yè)，為求方便簡單地將能源計量數據送入過程控制系統(tǒng)，由于過程控制系統(tǒng)計數及取整的規(guī)則僅為流程控制而設計，在使用三到五年后，能源計量數據的累積精度與準確性都不再能滿足企業(yè)管理需求。因此，在設計中應該考慮專門的能源計量系統(tǒng)服務器，并配置專門的數據庫管理軟件，以確保企業(yè)管理者能夠得到實時、準確的能源計量數據。

4.4　質檢化驗及檢斤計量管理系統(tǒng)

對于氧化鋁企業(yè)來說，原料及成品的質量，進出口物料的計量，直接關系到企業(yè)的利潤。但在傳統(tǒng)的質檢化驗及檢斤計量工作中，由于大量數據靠人力輸入、統(tǒng)計，往往出現統(tǒng)計錯誤甚至人為作弊等問題，對企業(yè)管理者的決策和管理造成了很大的困擾。因此，在氧化鋁工程中質檢化驗及檢斤計量系統(tǒng)的設計中，應注意以下兩個問題：

4.4.1自動采集傳輸

使用計算機及網絡技術，并配合智能化自動檢測、計量設備，將以往靠人力輸入的相關數據通過數據采集裝置自動采集并傳輸至相關服務器進行分類儲存管理，減少人力投入，提升準確率。

4.4.2權限控制

通過權限的設定，有效避免人為刪改數據，保證企業(yè)管理者能得到第一手的真實質檢化驗及檢斤計量數據。

4.5　視頻監(jiān)控系統(tǒng)

氧化鋁工程中視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用，降低了大量的巡檢工作量，生產操作者及管理者不用親臨現場就可以直觀、實時地掌握現場生產狀況。既為企業(yè)降低了人力投入，又避免了工人在現場受傷，降低了企業(yè)發(fā)生安全事故的風險。

圖1：企業(yè)數據通訊網絡結構示意圖

為保證監(jiān)控視頻的清晰度，氧化鋁工程一般采用不低于200萬像素的高清攝像頭，并根據現場實際工況靈活選擇紅外補光、熱成像、高防護、360°全范圍監(jiān)控等功能，確保視頻畫面清晰。此外，配備智能視頻管理軟件，實現AI自動分析設備異常運轉、無關人員誤入等細節(jié)，并實現自動報警，避免由于監(jiān)控人員的疏忽導致不能及時發(fā)現危險。

4.6　企業(yè)數據通訊網絡系統(tǒng)

氧化鋁工程中，企業(yè)數據往往包含生產過程控制數據、能源消耗計量數據、質檢化驗及檢斤計量數據、調度指令數據、視頻監(jiān)控數據等。氧化鋁企業(yè)數據種類多，數據量大，用戶多，因此，必須在考慮一套可靠、高效地企業(yè)數據通訊網絡系統(tǒng)。

在氧化鋁工程企業(yè)數據通訊網絡的設計中，應該著重考慮以下幾點：

（1）采用三網合一（控制網、視頻網、企業(yè)辦公內網合一）的方式。三網在主干層合一，共用傳輸介質，可以最大限度地利用交換機等硬件的傳輸、存儲能力，較之以往工程中各網獨立的設計，三網合一的網絡方案有數據傳輸調用速率快、節(jié)省設備采購及備品投資、降低機房用地面積、方便業(yè)主統(tǒng)一管理等優(yōu)勢。

（2）過程控制網物理隔離。過程控制網絡的可靠，直接關系到整個企業(yè)的正常生產，因此，過程控制網與企業(yè)數據通訊網要實現有效隔離。實現手段可通過防火墻進行物理隔離，并通過軟件實現權限控制，避免由于感染病毒或人為惡意攻擊導致過程控制系統(tǒng)癱瘓。

（3）靈活地選用組網方式。目前，企業(yè)數據通訊網絡一般可用交換機組網，也可使用PON（無源光纖網絡）結構。兩種類型的網絡各有利弊，交換機網絡簡單易行，適合數據傳輸量不大，用戶數量少且分散的場合；而PON網數據傳輸量大，傳輸速率高，適合對網絡速率有較高要求，用戶數量大且集中的場合。在設計過程中，應該針對業(yè)主需要，選取可靠、經濟的網絡結構。企業(yè)數據通訊網絡結構示意圖如圖1所示。

4.7　信息推送系統(tǒng)

氧化鋁生產智能化系統(tǒng)的相關生產數據、調度數據、報警信息，除在操作站上顯示以外，還應該在企業(yè)OA根據相關權限進行顯示。此外，還需要對智能手機終端進行信息推送，信息的顯示可以使用專門的智能手機程序，也可以利用短信息、微信、移動QQ等，確保相關管理者在任何時段，任何位置都可以及時收到相關信息。

5　結語

氧化鋁企業(yè)已逐漸進入微利經營的模式，且目前主要生產工藝成熟，很難有革命性的優(yōu)化創(chuàng)新。因此，只有向管理要效益，才能保證企業(yè)的利潤，保證企業(yè)的生存和發(fā)展。目前的氧化鋁企業(yè)中，新建項目需要有效提高控制水平，存量項目又急需改善管理效率，氧化鋁生產智能化系統(tǒng)，作為一個有效的智能化信息平臺，對企業(yè)節(jié)能降耗、優(yōu)化生產、保障安全意義重大，值得大力推廣，市場潛力巨大。