氧化铝生产智能化系统的设计方案

文/陈文

1　概述

目前，中国大力倡导实体企业的智能制造技术，同时，市场也要求企业针对生产进行精细化管理，以达到降低生产成本，提高企业利润的目的。为充分发挥现代企业管理理念和先进的生产过程控制技术的作用，使企业的管理与生产过程信息融为一体，氧化铝工程需要建设生产智能化系统，将各生产车间及相应的职能部门的信息及数据及时反映到各级管理层，使全厂的管理达到先进智能化模式。

2　氧化铝生产智能化系统的建设目标

氧化铝工程生产智能化系统通过对各类数据的采集、加工、处理、分析、存储、发布及应用，实现企业生产经营管理与生产过程控制的高度集成与数据共享，实现对生产过程实时跟踪与与监控，进行科学动态的调度管理，及时优化生产组织，确保企业生产流程畅通，工艺过程稳定，设备运行正常。实现企业管理信息化、传输网络化、生产自动化、管理科学化的现代企业目标。

3　氧化铝生产智能化系统的基本组成部分

作为一个全局性的生产智能化系统，一般由以下几个部分组成：

（1）企业生产过程控制系统；

（2）企业生产调度系统；

（3）企业能源管理系统；

（4）质检化验及检斤计量管理系统；

（5）视频监控系统；

（6）企业数据通讯网络系统；

（7）信息推送系统。

4　氧化铝生产智能化系统基本设计方案

4.1　企业生产过程控制系统

氧化铝工程中，主要分原料、溶出、沉降、分解、综合过滤、焙烧、蒸发6大主要生产区域和热电、煤气2大公辅区域，以及若干辅助工段。作为生产控制的主要手段，氧化铝工程中生产过程控制系统关系到工艺流程的正常进行及设备的安全运行，重要性不言而喻。

随着控制水平的不断升高，生产管理理念的不断进步，目前氧化铝主要生产区域的控制系统配置方式一般采用“分散控制，集中监控”的方案，即一方面在原料、溶出等6大主要生产区域各配置区域机柜室，配置相对独立的控制系统，以满足各生产区域的独立控制，降低生产事故风险。另一方面，将各区域控制系统的操作站集中到氧化铝生产控制中心，便于业主进行集中管理，提升管理效率，降低管理成本。同时，在氧化铝生产控制中心配置冗余服务器，对氧化铝过程控制数据进行统一管理。

煤气、热电区域，由于其生产过程不直接与氧化铝生产联系，且有一定的危险性，故煤气、热电区域均采用独立控制系统，并在相关区域内配置独立的控制室，设置操作站、服务器等，便于业主快速处理相关生产问题，保障安全生产。

建设全厂过程控制系统网络，实现各控制系统数据的通讯。采用冗余网络，一般使用环网，兼顾网络的可靠性并最大限度降低建设成本。

4.2　企业生产调度系统

氧化铝生产作为典型的流程生产工艺，各工段之间的联系非常紧密，对公辅工段的要求也很严苛，一套迅速、有效、准确的生产调度系统对企业的安全生产至关重要。

以往的传统生产调度系统，过于依赖人力，调度人员既要监控生产过程数据，又要及时电话指挥，还需要对大量数据进行人工统计及分析，造成调度人员工作强度过大，调度指令的下达及相关数据的汇总往往不及时。有时忙中出错，由于调度问题造成的生产事故比比皆是。

因此，在企业生产调度系统的设计中，我们需要兼顾系统可靠、传输及时、数据自动采集、报表自动生成、调度台账可追溯等多方面的要求，大胆采用新兴的通讯及数据库技术。

（1）采用IP电话系统取代传统的模拟电话，IP电话可轻松实现会议、强插、直拨、录音等传统调度电话需求，数字化的语音文件更加方便查询和调用。

（2）调度计算机与生产过程控制网络连接，通过以太网，可直接访问各生产数据服务器的过程控制数据，并通过相关客户端软件自动生成报表。

4.3　企业能源管理系统

节能降耗，不仅经济效益显著，也有很高的社会效益。除去正常生产所需能源外，由于缺乏计量或由于计量仪表不准确，通讯传输不可靠造成的能源浪费也不容忽视。在氧化铝工程中，能源计量一般涉及到水、电、压缩空气、蒸汽等方面，故在能源管理系统的设计方面，应该注意以下几点：

4.3.1在厂级、车间级配置完备的计量仪表

分级配置能源计量仪表，既可以满足不同层级管理者的需求，又可以及时发现由于跑、冒、滴、漏造成的能源浪费，此外，还为企业管理者对各车间进行能源考核提供了依据。

4.3.2计量仪表的选择及数据传输

选用高精度（精度不低于±1%F.S）的智能计量仪表，仪表需满足总线传输要求（以太网、Profibus等）。氧化铝工程能源计量仪表布置比较分散，仪表信号的传输介质要采用光缆，以保证长距离传输下信号不失真。

4.3.3专门的能源管理服务器及软件

部分企业，为求方便简单地将能源计量数据送入过程控制系统，由于过程控制系统计数及取整的规则仅为流程控制而设计，在使用三到五年后，能源计量数据的累积精度与准确性都不再能满足企业管理需求。因此，在设计中应该考虑专门的能源计量系统服务器，并配置专门的数据库管理软件，以确保企业管理者能够得到实时、准确的能源计量数据。

4.4　质检化验及检斤计量管理系统

对于氧化铝企业来说，原料及成品的质量，进出口物料的计量，直接关系到企业的利润。但在传统的质检化验及检斤计量工作中，由于大量数据靠人力输入、统计，往往出现统计错误甚至人为作弊等问题，对企业管理者的决策和管理造成了很大的困扰。因此，在氧化铝工程中质检化验及检斤计量系统的设计中，应注意以下两个问题：

4.4.1自动采集传输

使用计算机及网络技术，并配合智能化自动检测、计量设备，将以往靠人力输入的相关数据通过数据采集装置自动采集并传输至相关服务器进行分类储存管理，减少人力投入，提升准确率。

4.4.2权限控制

通过权限的设定，有效避免人为删改数据，保证企业管理者能得到第一手的真实质检化验及检斤计量数据。

4.5　视频监控系统

氧化铝工程中视频监控系统的应用，降低了大量的巡检工作量，生产操作者及管理者不用亲临现场就可以直观、实时地掌握现场生产状况。既为企业降低了人力投入，又避免了工人在现场受伤，降低了企业发生安全事故的风险。

图1：企业数据通讯网络结构示意图

为保证监控视频的清晰度，氧化铝工程一般采用不低于200万像素的高清摄像头，并根据现场实际工况灵活选择红外补光、热成像、高防护、360°全范围监控等功能，确保视频画面清晰。此外，配备智能视频管理软件，实现AI自动分析设备异常运转、无关人员误入等细节，并实现自动报警，避免由于监控人员的疏忽导致不能及时发现危险。

4.6　企业数据通讯网络系统

氧化铝工程中，企业数据往往包含生产过程控制数据、能源消耗计量数据、质检化验及检斤计量数据、调度指令数据、视频监控数据等。氧化铝企业数据种类多，数据量大，用户多，因此，必须在考虑一套可靠、高效地企业数据通讯网络系统。

在氧化铝工程企业数据通讯网络的设计中，应该着重考虑以下几点：

（1）采用三网合一（控制网、视频网、企业办公内网合一）的方式。三网在主干层合一，共用传输介质，可以最大限度地利用交换机等硬件的传输、存储能力，较之以往工程中各网独立的设计，三网合一的网络方案有数据传输调用速率快、节省设备采购及备品投资、降低机房用地面积、方便业主统一管理等优势。

（2）过程控制网物理隔离。过程控制网络的可靠，直接关系到整个企业的正常生产，因此，过程控制网与企业数据通讯网要实现有效隔离。实现手段可通过防火墙进行物理隔离，并通过软件实现权限控制，避免由于感染病毒或人为恶意攻击导致过程控制系统瘫痪。

（3）灵活地选用组网方式。目前，企业数据通讯网络一般可用交换机组网，也可使用PON（无源光纤网络）结构。两种类型的网络各有利弊，交换机网络简单易行，适合数据传输量不大，用户数量少且分散的场合；而PON网数据传输量大，传输速率高，适合对网络速率有较高要求，用户数量大且集中的场合。在设计过程中，应该针对业主需要，选取可靠、经济的网络结构。企业数据通讯网络结构示意图如图1所示。

4.7　信息推送系统

氧化铝生产智能化系统的相关生产数据、调度数据、报警信息，除在操作站上显示以外，还应该在企业OA根据相关权限进行显示。此外，还需要对智能手机终端进行信息推送，信息的显示可以使用专门的智能手机程序，也可以利用短信息、微信、移动QQ等，确保相关管理者在任何时段，任何位置都可以及时收到相关信息。

5　结语

氧化铝企业已逐渐进入微利经营的模式，且目前主要生产工艺成熟，很难有革命性的优化创新。因此，只有向管理要效益，才能保证企业的利润，保证企业的生存和发展。目前的氧化铝企业中，新建项目需要有效提高控制水平，存量项目又急需改善管理效率，氧化铝生产智能化系统，作为一个有效的智能化信息平台，对企业节能降耗、优化生产、保障安全意义重大，值得大力推广，市场潜力巨大。