大數據技術在預熱混捏冷卻系統中的應用研究

楊玉乾，王 毅

（山東華鵬精機股份有限公司，山東 煙臺 264003）

炭素材料具備自身獨特的特性，屬于基礎工程材料，廣泛應用于國民經濟的各個領域及高新技術產業(yè)。作為導電材料在黑色金屬、有色金屬冶煉工業(yè)中發(fā)揮著重大的作用。炭素材料及制品在實際生產過程中所涉及到的關鍵工藝參數控制非常重要，并且相關數據量比較龐大，所以將大數據分析技術在炭素材料及制品的生產過程中進行應用、分析及研究，對提高炭素材料及制品的質量和生產效率具有重要意義。

1 炭素制品生產過程大數據分析體系概述

1.1 炭素制品生產過程中數據的主要特點

（1）參數的控制非常重要。炭素制品在混捏成型生產過程中所涉及到的導熱油溫度、壓力、干料溫度、糊料溫度、運行時間等參數對于炭素制品的成型質量影響較大。

（2）數據數量較為龐大。炭素制品在實際生產過程中的數據采集工作量較大，并且需要對各種工況運行的數據進行收集，進而使得數據量不斷增加[1]。

（3）數據的準確性不易控制。在實際的炭素制品生產過程中，對數據進行記錄時，由于數據具有時效性，如果對于數據的收集時間把控不到位，就會出現數據不準確的問題。

1.2 炭素制品生產大數據分析體系

為了便于炭素制品生產企業(yè)的大數據分析與應用，需要對其進行大數據的分析體系的構建。其中主要包括以下幾個系統的建立：①信息收集系統。該系統的作用是對企業(yè)運行過程中所有的生產數據進行采集和整理。②信息儲存系統。將生產炭素制品全過程中信息數據進行分類、總結，對整理完成的數據進行存儲。③信息分析系統。該系統采用較權威的數據建模技術對生產數據進行更進一步的挖掘，獲得有效數據可為企業(yè)生產決策提供理論依據。④信息傳輸與執(zhí)行系統。主要是針對分析后的信息，進行數據的傳輸和后端指令處理，進而發(fā)揮大數據技術的應用價值。

2 大數據技術在預熱混捏冷卻系統中的應用研究

2.1 炭素制品生產參數控制過程

預熱混捏冷卻系統在炭素制品生產中實現物料的高溫預熱、混捏及低溫混捏冷卻作業(yè)，是滿足國際先進炭素制品生產工藝的混捏工序關鍵設備。

目前在炭素制品生產行業(yè)領域中比較先進的混捏工藝包含預熱、混捏和冷卻3個過程。在高溫混捏作業(yè)過程中，需要在比較高的溫度下進行預熱和混捏作業(yè)；為了保證炭素制品的成型質量，需要控制糊料的合理溫度，通過冷卻工藝將糊料溫度降低至合理的溫度控制范圍并進行低溫混捏，可以實現瀝青吸附層的內部分子結構的有序排列。在實際生產過程中為了控制炭素制品的生產質量和效率情況，利用大數據技術對預熱混捏冷卻系統的生產過程和所用設備運行的參數進行監(jiān)測和控制，實現設備的智能化運行。炭素制品實際生產作業(yè)現場的運行狀況可通過傳感器傳送到數據采集系統中，實時數據庫可以收到所采集的實時數據，歷史數據庫會存入歷史數據信息。數據采集系統會將以上兩種類型數據進行有效存儲，共同構成完整的數據庫，通過控制運行主程序系統的實時監(jiān)控、遠程控制、人機交互設置，若設備運行出現異常其運行參數數據會自動存儲到數據庫中，為設備故障診斷提供依據。

2.2 實時監(jiān)測與控制系統

（1）重要生產參數實時監(jiān)測與控制系統。通過溫度、時間等關鍵工藝參數的實時監(jiān)測系統與傳感系統，對炭素制品混捏生產過程中的導熱油溫度、壓力、干料預熱溫度/時間、糊料預熱溫度/時間等參數進行精確控制和數據傳輸。保證在導熱油溫度為230℃、壓力為0.3MPa的條件下，干料溫度在20分鐘～25分鐘內達到140℃～145℃，糊料溫度在30分鐘～35分鐘內達到160℃～190℃。通過關鍵參數的實時監(jiān)測與控制，保證炭素制品生產的質量和效率水準。同時在生產過程中采集到的不同的溫度、時間、壓力等參數值，以及對于產品的質量和效率情況的影響等數據。

通過無線數據傳輸系統，進入大數據存儲系統進行存儲分析，通過強化學習的方式對執(zhí)行系統進行正反饋，以獲得更優(yōu)的操作參數，提升炭素制品的質量和效率，降低生產成本。

（2）故障診斷與智能識別系統。在炭素制品的生產過程中，由于參數的波動，導致不合格品的產生及浪費大量的物料。通過借助大數據分析技術對異常參數進行自動智能篩選。當實時生產參數與歷史數據庫中的有效參數具有較大差異性，導致數據信息出現波動，與此同時數據的異常范圍已經超過規(guī)定波動范圍，即可判定設備出現異?；蚬收犀F象。大數據分析系統可以對實時生產數據和歷史數據進行對比監(jiān)測，當設備出現異常狀況能快速識別。當設備發(fā)生故障后，傳統的方式是通過人工檢查的方式進行，此種方式對于故障診斷人員的經驗和技能依賴程度較高，而且故障診斷結果經常因為人員的經驗和能力不同產生診斷偏差現象。如果診斷失誤，輕則浪費檢修工時或重新返修，重則損壞設備導致生產斷線。為避免此種情況，在故障診斷的過程中，可以采用知識圖譜的方式對設備運行過程中出現的故障進行智能診斷。

（3）輔助安全監(jiān)測與控制系統。對導熱油旋轉接頭及金屬軟管工作狀態(tài)安裝實時監(jiān)測系統，監(jiān)測信息遠傳中央控制系統。出現異常情況時，通過信息傳感與控制執(zhí)行系統，啟動緊急停機并報警。對攪刀安裝安全監(jiān)測系統，實時監(jiān)測攪刀實際工作狀態(tài)，監(jiān)測信息遠傳中央控制系統。對攪刀進行專門設計，通過位置傳感器實時監(jiān)測攪刀的運行情況，對攪刀的運行狀態(tài)信息實時遠傳中央控制系統。出現攪刀被異物卡住等異常情況時，立即緊急停機并報警，防止設備發(fā)生損壞現象。

2.3 遠程控制及設備維護和保養(yǎng)服務

無線數據傳輸系統可配套開發(fā)設備狀態(tài)監(jiān)測的人機交互界面，可以實時顯示現場監(jiān)測數據的動態(tài)特征，對所有的監(jiān)測數據進行信息分析和數據記錄等操作，便于歷史記錄的查詢，為設備故障診斷提供數據依據。

圖1 大數據采集、傳輸、分析及遠程服務系統圖

3 結語

在炭素制品的生產過程中，利用大數據分析技術，可以獲取到大量的生產數據信息，通過各種硬件設施與軟件系統的支持，將獲取的大量數據信息進行有效的分析與運用，從而實現炭素制品生產過程的實時監(jiān)測和遠程控制。大數據技術在炭素制品生產過程中的應用與研究，對于提升炭素制品的生產質量和生產效率發(fā)揮了重要的作用，同時為黑色金屬工業(yè)、有色金屬工業(yè)等生產過程的信息化和智能化發(fā)展夯實了基礎。