氧化鋁生產(chǎn)管控的一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘要：本文闡述了氧化鋁生產(chǎn)的工藝流程。針對(duì)氧化鋁生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)設(shè)計(jì)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(jī)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(jìn)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(guò)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(guò)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(hù)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(yàn)，實(shí)行口頭傳達(dá)或手動(dòng)操作[2]。生產(chǎn)指標(biāo)控制主要依靠取樣分析，需要依靠專(zhuān)家進(jìn)行工藝條件調(diào)整。氧化鋁生產(chǎn)特點(diǎn)是生產(chǎn)流程長(zhǎng)，控制回路多，產(chǎn)品及回配的物流關(guān)聯(lián)性強(qiáng)、各工序間相互關(guān)聯(lián)及影響約束條件多。在當(dāng)今市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)的情況下，會(huì)造成反饋嚴(yán)重滯后?？刂茰?。管控一體化系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)氧化鋁企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)化管理，來(lái)實(shí)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(guò)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(dòng)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(jī)結(jié)合，使各生產(chǎn)區(qū)域可以在統(tǒng)一平臺(tái)集成如生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度、能源計(jì)量、質(zhì)量控制、安全及設(shè)備故障分析、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等管理功能。利用通訊網(wǎng)絡(luò)使各生產(chǎn)部門(mén)、質(zhì)檢部門(mén)、工藝部門(mén)、物流部門(mén)等能使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，提供車(chē)間管理信息。負(fù)責(zé)車(chē)間生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行。從根本上解決生產(chǎn)計(jì)劃合理而快速的修正問(wèn)題。

3管控一體化系統(tǒng)方案

3.1氧化鋁廠過(guò)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(jī)與各區(qū)域控制系統(tǒng)通訊。對(duì)整個(gè)氧化鋁廠各車(chē)間集中控制操作。（2）根據(jù)工藝流程及各子項(xiàng)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(guò)濾、母液蒸發(fā)及堿液調(diào)配和氫氧化鋁焙燒等主要車(chē)間設(shè)車(chē)間級(jí)操作員站并配置DCS系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)與中心控制室進(jìn)行通訊，（3）其它車(chē)間均按無(wú)人值守方式設(shè)置。所有車(chē)間和工段的控制系統(tǒng)均通過(guò)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(gè)氧化鋁廠各工段的整體調(diào)配、協(xié)調(diào)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)、控制和管理的集中化，自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化等功能，使監(jiān)控管理實(shí)現(xiàn)扁平化并相應(yīng)減少操作人員，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。監(jiān)控氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中各工序的工藝參數(shù)。所有工藝參數(shù)均可實(shí)時(shí)地在顯示屏的流程圖中動(dòng)態(tài)顯示。并能在整個(gè)流程畫(huà)面中實(shí)時(shí)的標(biāo)注出工藝參數(shù)的實(shí)際值、報(bào)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(jì)劃管理、調(diào)度管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、能源管理、計(jì)量管理、統(tǒng)計(jì)分析等模塊組成。（1）計(jì)劃管理：通過(guò)氧化鋁市場(chǎng)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(jì)劃。編制年、月、日、旬、周、日生產(chǎn)計(jì)劃。計(jì)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(jì)技術(shù)指標(biāo)管理的一項(xiàng)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(dòng)態(tài)化管理與執(zhí)行。對(duì)氧化鋁生產(chǎn)過(guò)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(diǎn)指標(biāo)計(jì)算，生產(chǎn)過(guò)程中突發(fā)事件處理等。利用良好的人機(jī)界面，提供調(diào)度決策。通過(guò)有效的作業(yè)排序和調(diào)度來(lái)優(yōu)化車(chē)間性能。（3）質(zhì)量管理：包括質(zhì)檢取樣，質(zhì)檢日?qǐng)?bào)，質(zhì)檢月報(bào)，出廠證書(shū)等功能。負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)室樣品采樣、化驗(yàn)、判定、分析，同時(shí)根據(jù)檢化驗(yàn)結(jié)果，形成各種質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。完成對(duì)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(bào)告等。（4）設(shè)備管理：氧化鋁廠生產(chǎn)中由于物料呈堿性，對(duì)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(dòng)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(tái)可有效的進(jìn)行決策與控制。對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、點(diǎn)檢、狀態(tài)檢測(cè)、檢驗(yàn)、保養(yǎng)維修、事故故障、技術(shù)改造等進(jìn)行全過(guò)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(jì)，能源分析，能源平衡，能源考核等功能?？梢詫?duì)全廠相關(guān)的水，電，風(fēng)，氣進(jìn)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?yàn)楣艿阑艹?、母液蒸發(fā)、氫氧化鋁焙燒等。（6）計(jì)量管理：計(jì)量管理系統(tǒng)由物資計(jì)量、能源計(jì)量、計(jì)量器具臺(tái)帳管理、計(jì)量器具檢修檢定、計(jì)量器具狀態(tài)管理系統(tǒng)等模塊構(gòu)成。主要是針對(duì)原料如鋁土礦，石灰石，堿液等采購(gòu)，氧化鋁成品銷(xiāo)售及廠內(nèi)物資倒運(yùn)、物資調(diào)撥過(guò)程進(jìn)行的計(jì)量管理，采集檢斤數(shù)據(jù)。對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)如水、電、氣、蒸汽等進(jìn)入DCS系統(tǒng)部分進(jìn)行自動(dòng)采集，對(duì)汽車(chē)衡的檢斤計(jì)量數(shù)據(jù)自動(dòng)/手動(dòng)采集。（7）統(tǒng)計(jì)分析管理：對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程的各重要參數(shù)進(jìn)行記錄報(bào)表打印。以小時(shí)、班次、日、月為單位進(jìn)行計(jì)算統(tǒng)計(jì)報(bào)表?？梢噪S機(jī)和定時(shí)的打印。并可打印各重要參數(shù)的趨勢(shì)曲線。歷史數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)；為歷史的事件分析提供依據(jù)。編制生產(chǎn)報(bào)告和各種統(tǒng)計(jì)報(bào)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(yǔ)

利用通訊網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化領(lǐng)域最新技術(shù)，充分考慮氧化鋁生產(chǎn)的特點(diǎn)及規(guī)律，建立的氧化鋁全流程生產(chǎn)管控一體化設(shè)計(jì)，將氧化鋁生產(chǎn)的PCS系統(tǒng)與MES系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合。有效地保證了企業(yè)在行業(yè)中全方位的競(jìng)爭(zhēng)能力。對(duì)建設(shè)以“安全生產(chǎn)、優(yōu)化運(yùn)行、節(jié)能降耗、人員精簡(jiǎn)、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(shí)際意義。

參考文獻(xiàn):

[1]孫洪程，李大字.過(guò)程控制工程設(shè)計(jì)[J].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2009.

[2]肖亞慶.中國(guó)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(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司