氧化鋁生產(chǎn)管控的一體化系統(tǒng)設(shè)計
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摘要：本文闡述了氧化鋁生產(chǎn)的工藝流程。針對氧化鋁生產(chǎn)工藝的特點設(shè)計了一種全新的全廠管控一體化智能系統(tǒng)方案。利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將氧化鋁生產(chǎn)中的PCS系統(tǒng)與MES系統(tǒng)有機結(jié)合。建設(shè)智能化的氧化鋁工廠。
關(guān)鍵詞：氧化鋁生產(chǎn)；管控一體化；PCS；MES
1氧化鋁生產(chǎn)工藝
本文闡述的是拜耳法氧化鋁生產(chǎn)工藝。基本原理是用苛性堿溶液在一定溫度下溶出鋁土礦中的氧化鋁，再加入氫氧化鋁，在降溫和攪拌的條件下進行分解，產(chǎn)出的氫氧化鋁經(jīng)焙燒變成氧化鋁[1]。主要工序有：原料磨制；溶出；赤泥沉降分離洗滌；赤泥壓濾；赤泥外排；堿液調(diào)配；母液蒸發(fā)；種子分解；氫氧化鋁過濾；氫氧化鋁焙燒等。
2管控一體化的目的
目前氧化鋁生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)即控制層PCS普遍采用DCS控制系統(tǒng)。能有效的完成設(shè)備的單回路控制，設(shè)備保護聯(lián)鎖控制等。但各工序區(qū)域間的協(xié)調(diào)交流主要靠調(diào)度人員的經(jīng)驗，實行口頭傳達或手動操作[2]。生產(chǎn)指標(biāo)控制主要依靠取樣分析，需要依靠專家進行工藝條件調(diào)整。氧化鋁生產(chǎn)特點是生產(chǎn)流程長，控制回路多，產(chǎn)品及回配的物流關(guān)聯(lián)性強、各工序間相互關(guān)聯(lián)及影響約束條件多。在當(dāng)今市場價格波動的情況下，會造成反饋嚴(yán)重滯后?？刂茰?。管控一體化系統(tǒng)是通過對氧化鋁企業(yè)生產(chǎn)過程進行動態(tài)化管理，來實施完整的閉環(huán)生產(chǎn)。在氧化鋁各生產(chǎn)區(qū)域的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)即控制層(PCS)基礎(chǔ)上，充分利用通訊網(wǎng)絡(luò)、自動化領(lǐng)域最新技術(shù)，將氧化鋁生產(chǎn)中的PCS系統(tǒng)與MES系統(tǒng)有機結(jié)合，使各生產(chǎn)區(qū)域可以在統(tǒng)一平臺集成如生產(chǎn)計劃調(diào)度、能源計量、質(zhì)量控制、安全及設(shè)備故障分析、統(tǒng)計報表等管理功能。利用通訊網(wǎng)絡(luò)使各生產(chǎn)部門、質(zhì)檢部門、工藝部門、物流部門等能使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，提供車間管理信息。負責(zé)車間生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行。從根本上解決生產(chǎn)計劃合理而快速的修正問題。
3管控一體化系統(tǒng)方案
3.1氧化鋁廠過程控制系統(tǒng)（PCS）
（1）在管控中心辦公樓設(shè)置氧化鋁全廠中心控制室。中心控制室設(shè)服務(wù)器、工程師站、工操作站。中心控制室的控制系統(tǒng)由一組以太網(wǎng)交換機與各區(qū)域控制系統(tǒng)通訊。對整個氧化鋁廠各車間集中控制操作。（2）根據(jù)工藝流程及各子項在總圖上的區(qū)域配置，擬在原礦漿磨制、預(yù)脫硅及高壓泵房、赤泥沉降分離洗滌、綜合過濾、母液蒸發(fā)及堿液調(diào)配和氫氧化鋁焙燒等主要車間設(shè)車間級操作員站并配置DCS系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)與中心控制室進行通訊，（3）其它車間均按無人值守方式設(shè)置。所有車間和工段的控制系統(tǒng)均通過工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)集中至全廠中心控制室集中監(jiān)控。在中心控制室集中顯示和操作，便于整個氧化鋁廠各工段的整體調(diào)配、協(xié)調(diào)生產(chǎn)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程監(jiān)測、控制和管理的集中化，自動化和網(wǎng)絡(luò)化等功能，使監(jiān)控管理實現(xiàn)扁平化并相應(yīng)減少操作人員，從而提高勞動生產(chǎn)率。監(jiān)控氧化鋁生產(chǎn)過程中各工序的工藝參數(shù)。所有工藝參數(shù)均可實時地在顯示屏的流程圖中動態(tài)顯示。并能在整個流程畫面中實時的標(biāo)注出工藝參數(shù)的實際值、報警狀態(tài)和操作狀態(tài)等。
3.2氧化鋁廠生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）
其是由計劃管理、調(diào)度管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、能源管理、計量管理、統(tǒng)計分析等模塊組成。（1）計劃管理：通過氧化鋁市場數(shù)據(jù)，原材料數(shù)據(jù)，設(shè)備狀況，產(chǎn)量目標(biāo)。制定調(diào)整生產(chǎn)的指令計劃。編制年、月、日、旬、周、日生產(chǎn)計劃。計劃管理系統(tǒng)是企業(yè)管理的首要職能，是生產(chǎn)調(diào)度指揮的依據(jù)，是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)管理的一項重要內(nèi)容，為其他系統(tǒng)提供目標(biāo)參考數(shù)據(jù)。（2）調(diào)度管理：生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)著眼于氧化鋁生產(chǎn)全流程的監(jiān)控、協(xié)調(diào)，以及突發(fā)事件的動態(tài)化管理與執(zhí)行。對氧化鋁生產(chǎn)過程關(guān)鍵工藝如原料磨制，壓煮溶出，沉降分離洗滌，分解，焙燒，母液蒸發(fā)的關(guān)鍵點指標(biāo)計算，生產(chǎn)過程中突發(fā)事件處理等。利用良好的人機界面，提供調(diào)度決策。通過有效的作業(yè)排序和調(diào)度來優(yōu)化車間性能。（3）質(zhì)量管理：包括質(zhì)檢取樣，質(zhì)檢日報，質(zhì)檢月報，出廠證書等功能。負責(zé)實驗室樣品采樣、化驗、判定、分析，同時根據(jù)檢化驗結(jié)果，形成各種質(zhì)量統(tǒng)計分析報表。完成對質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)制定、生產(chǎn)原燃料和產(chǎn)成品的質(zhì)檢取樣、出具質(zhì)檢報告等。（4）設(shè)備管理：氧化鋁廠生產(chǎn)中由于物料呈堿性，對設(shè)備的腐蝕及管道的結(jié)疤非常嚴(yán)重。設(shè)備的檢修，酸洗系統(tǒng)啟動或換組生產(chǎn)等工作十分頻繁與復(fù)雜。利用設(shè)備的管理系統(tǒng)平臺可有效的進行決策與控制。對設(shè)備運行狀態(tài)、點檢、狀態(tài)檢測、檢驗、保養(yǎng)維修、事故故障、技術(shù)改造等進行全過程控制與管理。（5）能源管理：包括能源數(shù)據(jù)，能源監(jiān)控，能源統(tǒng)計，能源分析，能源平衡，能源考核等功能?？梢詫θ珡S相關(guān)的水，電，風(fēng)，氣進行優(yōu)化管理。氧化鋁生產(chǎn)消耗能源比較大。主要耗能工序為管道化溶出、母液蒸發(fā)、氫氧化鋁焙燒等。（6）計量管理：計量管理系統(tǒng)由物資計量、能源計量、計量器具臺帳管理、計量器具檢修檢定、計量器具狀態(tài)管理系統(tǒng)等模塊構(gòu)成。主要是針對原料如鋁土礦，石灰石，堿液等采購，氧化鋁成品銷售及廠內(nèi)物資倒運、物資調(diào)撥過程進行的計量管理，采集檢斤數(shù)據(jù)。對計量數(shù)據(jù)如水、電、氣、蒸汽等進入DCS系統(tǒng)部分進行自動采集，對汽車衡的檢斤計量數(shù)據(jù)自動/手動采集。（7）統(tǒng)計分析管理：對于生產(chǎn)過程的各重要參數(shù)進行記錄報表打印。以小時、班次、日、月為單位進行計算統(tǒng)計報表?？梢噪S機和定時的打印。并可打印各重要參數(shù)的趨勢曲線。歷史數(shù)據(jù)自動存儲；為歷史的事件分析提供依據(jù)。編制生產(chǎn)報告和各種統(tǒng)計報表，為優(yōu)化組織生產(chǎn)和生產(chǎn)調(diào)度指揮提供依據(jù)。
4結(jié)語
利用通訊網(wǎng)絡(luò)、自動化領(lǐng)域最新技術(shù)，充分考慮氧化鋁生產(chǎn)的特點及規(guī)律，建立的氧化鋁全流程生產(chǎn)管控一體化設(shè)計，將氧化鋁生產(chǎn)的PCS系統(tǒng)與MES系統(tǒng)有機結(jié)合。有效地保證了企業(yè)在行業(yè)中全方位的競爭能力。對建設(shè)以“安全生產(chǎn)、優(yōu)化運行、節(jié)能降耗、人員精簡、環(huán)境清潔”為目標(biāo)的智能化氧化鋁企業(yè)具有重要的實際意義。
參考文獻:
[1]孫洪程，李大字.過程控制工程設(shè)計[J].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2009.
[2]肖亞慶.中國鋁工業(yè)技術(shù)發(fā)展[J].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.
作者:尹翠杰 單位:沈陽鋁鎂設(shè)計研究院有限公司