我国氧化铝工业生产中自动化技术的发展趋势

杨军伟

摘要： 氧化铝工业属于典型的流程工业，是国民经济发展的支柱，而自动化技术是提高氧化铝工业企业竞争力的高技术之一。

关键词：氧化铝工业；自动化技术；流程工业；发展趋势

一、引言

流程工业是对生产过程为连续或半连续的工业企业的总称。氧化铝生产是连续过程，属典型的流程工业。它不仅对流程中各工序本身有实现自动控制的需求，而且与其上下游工序的物流在质与量等方面都有直接的关联，所以还必须从整个生产流程的全局，统筹对各工序的控制需求和信息交换需求进行优化。我国氧化铝工业受资源限制，大多不能简单地采用国外普遍应用的拜耳法工艺。因此，不能直接套用国外已成功应用的相关自控技术，更不可能依靠国外开发适合我国氧化铝生产工艺的自控技术，而只能靠我们自己。加入WTO后，我国铝厂必须从氧化铝的产量、质量、能耗、劳动生产率、经营成本、环境保护等方面提升其竞争力，实现自动化是重要途径之一。但目前我国氧化铝生产自动化水平较低，迫切需要采用工业自动化高新技术成果，提升我国氧化铝生产的自动化水平。

二、现状与差距

我国氧化铝工业大部分以高铝、高硅、低铁、难溶出的一水硬铝石为原料，采用碱石灰烧结法和混联法工艺。与国外采用三水软铝石为原料的拜耳法工艺相比，不利于信号检测和实现自动化。这主要因为工艺流程更为复杂，对上下游工艺的衔接质量的要求更高，且能耗高、结疤严重，使自动检测和控制的难度加大。我国氧化铝生产应用过程控制技术起步于20世纪80年代。近20年来，各厂已经做了大量的工作。在信号检测方面，山东和郑州铝厂采用中子活化分析仪进行生料浆组分的在线分析；山西铝厂采用从匈牙利引进的铝酸钠溶液在线分析仪对蒸发母液进行检测；山东、中州铝厂采用红外测温技术对大窑烧成带温度进行检测；郑州铝厂采用摄像仪和温度图像分析技术，检测大窑烧成带温度并了解结圈状况；各厂均已大量采用放射线密度计、雷达物位计、超声料位计、放射线料位计等非接触式检测仪表。在控制方面，通过采用DCS，对大窑、石灰炉、溶出、分解、蒸发、焙烧等主要工序实现了常规控制；PLC的应用较为普遍。在信息集成方面，郑铝和贵铝已走出了一大步；采用拜耳法工艺的平果铝厂，通过引进5家公司的自动化技术，已达到较高的自动化水平。

三、实施策略

实施综合自动化的基本原则是“效益驱动”，指导方针是“先下后上、先易后难、重点突破”。工作的出发点和落脚点，都应该是获取最大的经济效益，即解决目前存在的问题，使之在产量、质量、成本等方面，都能产生明显的效果，这就是“效益驱动”。“先下后上”是指在组成的综合自动化计算机网络拓扑结构中，应先从最下层的现场信号检测开始，进而实施现场过程控制系统，使处于上层的生产执行系统能够获取足够的、可靠的、自动生成的基础信息。在实施MES过程中，除实施好生产自动化系统之外，还必然涉及上下左右各部门之间的信息交换、管理与决策的优化，甚至涉及到现有各部门的设置和职责。以上这些，都需要厂领导加以组织、协调、统筹运作。

四、过程检测和控制设备的应用发展趋势

（一）新型仪表提供了解决测控难题的办法。近年来，自动化仪表工业发展迅猛，出现了一些性能稳定、工作可靠的仪表设备，如超声波料位计、雷达料位计、射频导纳料位计、质量流量计、涡街流量计、超声波流量计、光纤比色温度计、核子秤等，从而使多年来一直困扰氧化铝生产过程检测的料位测量、流量测量等难题开始得到改善。在控制手段方面，出现了凸轮挠曲调节阀、变频调速控制器等技术，为解决控制问题提供了新的手段。这些新型测控设备已在我国氧化铝生产中得到了应用，并取得了良好效果，为进一步扩大其使用范围，使我国的氧化铝生产过程检测和过程控制步入一个崭新的时代奠定了良好的基础。微电子技术的发展，使各种体积小、功能强、速度快的微处理器不断涌现，使自控装置向智能化方向发展，在原功能基础上增加了数学运算、逻辑判断、信息存贮及通信等功能，与常规仪表相比，智能控制装置具有测量精度高，自动校准，自动修正误差，自动诊断，允许灵活地改变功能，可以通过数字通讯构成复杂系统实现高级控制等优点，已成为当前的发展趋势。智能仪表，将在我国氧化铝工业中逐步替代常规仪表。

（二）DCS将进一步广泛应用。DCS已在我国的氧化铝工业得到成功应用，由于受测控方面问题的限制，其应用范围受到很大限制。随着测控问题的解决，这一现象将得到扭转。自ISO/OSI提出网络互联的层次思想以来，开放的思想已引入DCS中，开放已成为DCS的一个最基本的要求，不是开放的产品己没有出路。开放，就是要求不同厂家的产品具有互联性，互操作性，互换性，可替代性，可扩充性和可移植性。开放的DCS在网络结构上采用三层网络结构，在软件上趋向采用WINDOWN为平台，在数据库管理方面采用分式数据库。开放的DCS将是我们今后选择的主导产品，并将利用更新改造，系统升级等手段，逐步淘汰原有的传统DCS。

（三）现场总线技术。现场总线一出现就引起人们极大的关注，由于现场总线具有的数字化和网络化特点及开放性，现场总线在近年来得到了迅速发展，对自控领域产生深远影响。但人们对它是又爱又恨：现场总线是微电子、控制、计算机、仪表、网络技术发展的成果，以现场总线为核心的现场总线控制系统（FCS）必将取代传统的DCS，成为新一代控制系统的体系结构，以世界著名DCS生产厂为代表的生产商为占领更多市场份额，坚持不放弃各自的标准与技术，导致现场总线产品种类繁多，技术特点各不相同，让用户和广大的现场总线产品制造商在相关技术和产品的选择上感到无所适从，在一定程度上妨碍了现场总线的发展。但是不管IEC现场总线的标准最终能否统一，不管现场总线控制系统能在多大程度上取代DCS，随着现场总线技术的成熟及现场总线標准的日趋完善，它都是21世纪的自动控制系统，必将对我国氧化铝工业仪表和控制系统的应用产生深远影响，我们应给予密切关注人工神经网络等。目前已开发、应用于氧化铝生产过程中的软测量技术有熟料窑温度测量、蒸发溶液苛性碱浓度分析、高压溶出浆液RP测量、拜尔法一次洗液的苛性碱浓度测量及一次洗液的y值测量等，并将在解决磨机负荷测量、种子分解溶液粒度分析等环节得到推广应用。

综上所述，综合自动化是提升我国氧化铝工业竞争力的重要途径。目前我国氧化铝工业的自动化水平较低，亟待以先进控制技术实施改造。相信，通过多方的密切合作，该项目定能取得成功，为推动氧化铝工业的技术进步，为先进控制技术在我国氧化铝工业中的推广应用，起到示范作用。

参考文献：

[1]宋竞宁；浅谈氧化铝厂管网支架的设计[J]；中国高新技术企业；2011年21期

[2]罗建川；基于铝土矿资源全球化的我国铝工业发展战略研究[D]；中南大学；2006年