氧化铝生产全厂过程控制方案

韩启勇　王蕊

摘 要：本文介绍了达到当今世界先进水平的氧化铝厂全厂各级的控制方案，通过DCS控制系统、MES（管控一体化控制系统）等实现氧化铝厂的机械化、自动化、信息化控制过程。针对拜耳法生产氧化铝的工艺特点，本着确保可靠、技术先进、节省投资为原则，对全厂过程控制提出整体的控制方案。

关键词：氧化铝、DCS控制系统、MES生产管控一体化系统

1 绪论

拜耳法生产氧化铝分为铝矿石破碎、细磨、矿石溶出、矿浆稀释、母液蒸发、晶种分解、氢氧化铝的分离和洗涤，氢氧化铝的煅烧等多道复杂工序。在生产过程中每道工序紧密衔接，其过程和产出直接影响着后序的生产和产品质量。所以对拜耳法氧化铝工厂的整体过程化控制的可靠性、合理性、先进性提出了很高的要求。随着现代大型工业企业的不断发展，应用效益最明显、最直接的系统应当是工业控制系统，DCS控制系统把嵌入式系统技术、计算机技术、系统控制技术、网络通讯技术、现场总线技术和多媒体技术相结合。氧化铝厂过程生产中同样采用DCS控制方式。

2 全厂控制系统整体构架

生产制造类企业的企业级信息化建设一般遵循ERP/MES/PCS三层体系结构的原则。即企业级信息网络平台，如支持企业生产、经营、办公管理的ERP、办公自动化OA、电子商务等。还有MES企业生产管控一体化系统、PCS生产过程控制系统。

目前在氧化铝厂的生产管理中PCS和MES普遍得到应用。而PCS（生产过程控制系统）又分为现场仪表及设备的应用管理和DCS（集中分散控制系统）。因此本文将氧化铝厂的过程控制分为以下三层：

（1）现场仪表层及设备

（2）DCS控制系统层

（3）MES管控系统层。

3 现场仪表及设备

氧化铝工程生产过程工艺参数的自动检测包括温度、压力、物位、流量、重量、密度、电导率、成分、电流、电压、功率等。自动控制如：调节阀、执行器、变频调速器、电动机、切断阀等。由于氧化铝生产工艺有其自身的特殊性，酸碱腐蚀和结疤相当严重，对现场仪表有很高的性能要求，为确保现场仪表的正常投运，减少维护工作量，在仪表选型上尽量采用技术先进、性能可靠、有成熟使用经验的国内外大公司的产品。另外尽可能采用智能型的仪表，如：压力变送器（差压变送器）、流量计、物位计等，带有HART、Profibus等通讯协议，并能够采集读取仪表相关数据，如仪表位置、型号、使用时间等。为上层DCS和MES的控制和管理打下很好的基础。

4 DCS控制系统

整个拜耳法氧化铝生产根据工艺生产流程特点和自然区域位置特点被分为六大片区，分别为：原料片区、溶出片区、沉降片区、蒸发片区、分解片区、成品片区。为对这六个片区进行统一的调度和监控，在厂区内设氧化铝中央控制室一个，在中央控制室内可实现对氧化铝生产工艺过程进行集中监控和调度指挥。共设六个片区控制室，分别为：

（1）原料片区控制室（包括：原料磨、原料磨循环水等）。

（2）溶出片区控制室（包括：溶出、预脱硅、高压泵房等）。

（3）沉降片区控制室（包括：赤泥分离及洗涤、絮凝剂制备、赤泥压滤、赤泥输送泵房、热水站）。

（4）分解片区控制室（包括：分解分级、综合过滤、分解循环水）。

（5）蒸发片区控制室（包括：蒸发站、蒸发原液及水洗、蒸发槽罐区、排盐苛化、蒸发循环水、酸洗站）。

（6）成品片区控制室（包括：氢氧化铝焙烧、氢氧化铝输送、氧化铝仓及包装、氢氧化铝仓、焙烧循环水）。

氧化铝各片区DCS控制系统设通讯接口，通过工业以太网将各车间连成一体，形成氧化铝工艺系统完整统一的控制系统局域网。辅助车间或工段设置PLC控制系统以通讯方式与相关片区DCS控制系统的控制器通讯。在片区控制室内设有操作员站，对本片区的工艺生产过程实现监控和操作；加强设备管理和人员培训，待相关片区控制室内监控的设备和工艺系统运行稳定后，可以过渡到主控制室进行集中监控，此片区控制室就留作巡检、事故处理时用，实现减员增效的目标。

电力专业的变频器、智能马达保护器等现场智能设备作为现场级设备全部采用通讯方式进入各个车间DCS系统，实现电气设备的信号采集、状态监控、远程操作、连锁控制等。

生产过程控制系统的信息层采用双光纤EtherNet/IP工业以太网，通过以太网将各个车间的信息传送到全厂中央控制室，对全厂生产过程进行集中监控和调度。

5 MES管控系统

建立全厂的管控一体化（MES）网络系统，实现生产数据共享即实现生产的自动化和管理的科学化和信息化。要求在生产办公楼内实施综合布线，预留数据接口，通过不同级别的权限，使不同的客户端登录。通过管控系统的实施加强了企业内部的生产调度管理，强化了企业的生产经营管理，优化了企业的生产操作，使得企业生产控制过程都在实时监控之下，它不仅包含了企业底层生产过程控制、产品质量控制、设备运行状态的监控、能源的检测与监控等大量工业现场信息的数字化传输与透明化管理，而且覆盖了企业内部生产管理全过程，通过流程的整体优化、信息集成和功能集成，实现对企业生产资源计划和控制的优化，增加产品产量，提高产品质量，降低生产消耗和生产经营成本，提高整个企业的运营效率和市场竞争能力。在全厂主控楼设置用于生产数据采集的服务器系统和用于现场生产的调度指挥系统。

6 结束语

随着计算机技术的发展，信息技术成为知识经济的基础，改变了工业企业传统的生产管理模式，提高了企业的工作效率，降低了企业的人力成本。企业信息化是企业现代化的重要标志，是提高经济效益与竞争力的捷径和保障。

参考文献

[1]蔡亮，杨小虎，董金祥.信息战下的数据库安全——我国的特殊需求分析和对策[J].计算机研究与发展，2002，39（5）：568-573.

[2]胡寿松.自动控制原理（第四版）[M].北京：科学出版社，2001.

（作者单位：东北大学设计院（有限公司））