鋁業生產管控一體化解決方案

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鋁業生產管控一體化解決方案長城信息管控一體化解決方案是依據國際製造執行系統協會 MESA、ISA95標準， 針對鋁行業生產工藝和業務開發對應的系統功能，根據現場工藝和工序開發相關DCS、 視頻監控、工藝數據採集接口實現與生產現場DCS集成，通過建立動態物料、能源平衡模型支持氧化鋁、電解鋁生產的優化調度，最終實現生產過程的檢測、控制、優化、 監控、調度、管理的一體化，降低生產能耗和污染物排放，降低生產成本、提高生產效 率，明顯降低生產能耗、污染物排放和降低生產成本，綜合提高生產效率7%、成本降低 3.2%O。

目錄

一、解決方案簡述

1、 方案簡介與功能目標

長城信息管控一體化解決方案是依據國際製造執行系統協會 MESA、ISA95標準， 針對鋁行業生產工藝和業務開發對應的系統功能，根據現場工藝和工序開發相關DCS、 視頻監控、工藝數據採集接口實現與生產現場DCS集成，通過建立動態物料、能源平衡模型支持氧化鋁、電解鋁生產的優化調度，最終實現生產過程的檢測、控制、優化、 監控、調度、管理的一體化，降低生產能耗和污染物排放，降低生產成本、提高生產效 率，明顯降低生產能耗、污染物排放和降低生產成本，綜合提高生產效率7%、成本降低 3.2%O。

該方案為鋁廠生產管理提供統一平台服務，功能上包括生產計劃、生產調度、質量管理、設備管理、倉儲管理、物流管理、成本與績效管理、作業操作管理、計量檢斤、 礦產資源管理、能源管理、安環管理、綜合展示平台等基本功能。向上為ERP系統的 銷售與分銷（SD）、物料管理（MM）、設備管理（PM）、財務會計及成本控制（FI/CO）、 提供數據支持。向下為PCS系統下達作業指令，並接受其提供的實時生產數據。集成方面結合氧化鋁和電解鋁工藝流程和現場控制系統，提供相應的標準接口，實現氧化鋁生 產控制系統、監控系統的集成。

2、 技術體系與技術特點

生產管控一體化解決方案根據職能將系統劃分為三個層次：企業管理層、生產執行 層、過程控制層。實現企業經營、管理、生產的有機集成。

(1)技術目標

以能源與生產為核心優化現有生產控制系統和計量設施，整合、優化視頻監控網絡 和通訊網絡，建立信息共享的綜合監控體系(包括過程參數和現場視頻)、生產及能源 調度指揮體系，用信息化手段打造生產、管控、經營、決策一體化系統，實現數據信息可視化、過程控制集中化、生產管理精細化、運營轉型長效化、經營管理科學化。

通過系統建設實現如下幾個目標：

現場數據可視化：完善計量、檢測和視頻監視設施，建立管理、控制、視頻、通訊 四大網絡，做到生產全流程的信息採集、信息監控的全覆蓋，實現生產現場的數據自動採集、自動處理、實時監控，通過數據、視頻監控及時發現生產過程中存在的問題。

過程控制集中化：升級改造現有控制系統，引入集中控制模式，逐步實現全廠生產控制的大集中，減少人員配置，提高勞動效率。同時配合生產調度管理變革，建設集中化的生產指揮控制中心，實現分公司調度、二級單位調度與車間控制操作的集中聯合辦公，減少溝通環節，提高工作效率。

生產管理精細化：通過能源管理中心等MES層信息化建設，實現氧化鋁生產從原 料到成品全流程的能源平衡、物料平衡，通過專家數據模型找出引起能源消耗、物料消耗的浪費點。從而實現優化生產、科學調度，保障生產的高效與穩定，實現精益生產。

經營決策科學化：建立以數據倉庫、聯機事物分析、專家數據模型為基礎的決策支持系統，通過各種分析、統計和數據挖掘手段，輔助進行科學化經營決策。

（2） 主要技術性能指標

生產調度業務相關數據單次上報響應時間小於5秒；

上報數據確認後，普通分類匯總操作時間在0.5分鐘以內完成；

在網絡暢通、速率500K/S以上時，各類組合條件的普通分類檢索響應時間在5秒 以內；

在網絡暢通的條件下，在監控中心查看的視頻畫面應能夠在3秒內互相切換；

外界事故信息進入系統後，相關預警/報警信息（短信，eMail等）在0.5秒內生 成並發至相關服務器；

（3） 技術路線

1） 網絡技術

運用內部局域網方式，採用生產網、管理網獨立建網，之間通過隔離網閘實現信息溝通。網絡設備和實時數據庫採用雙冗餘措施確保系統可靠穩定。

2） 數據庫技術路線

數據庫採用實時數據庫、關係數據庫，以分布式方法匯集到中心服務器，數據信息逐級提取。生產現場各類DCS、PLC、零星儀器儀表數據經由最近的服務器上傳到中心服務器。

3） 數據採集技術路線

採用TCP/IP協議和OPC規範，將生產現場各類數據採集點進行實時採集。數據采 集內容有計量檢斤數據、動力量、生產工藝參數、設備運行參數、視頻監控、化驗分析數據等，為生產調度和模型選用提供實時信息。

4） 軟件實現技術路線

AL-MES軟件系統採用中間件方法實現，依據ISA標準結合鋁冶煉工藝，開發相應的業務系統，滿足生產控制和管理需要。

5） 動態模型建立技術路線

電解鋁、氧化鋁生產有多個工序組成，針對每一個生產工序，通過數據挖掘、仿真等技術建立針對性的動態模型，內置到中間件平台中。系統可根據生產當前狀態優選調 度模型和控制模型，實現優化生產。

6）接口技術路線

該產品需要開發與現場重要設備、DCS系統、OLC、化驗分析設備、檢斤系統、 ERP等諸多設備和系統接口，本產品將接口進行分類開發，實現常見設備的接入，還可以通過自定義接口配置完成其它設備接入。具體接口功能包括經由PHD採用OPC集成 的DCS系統、通過DDE完成的與電力系統集成、通過接口集成的PLC系統、化驗分 析系統、檢斤系統和一些零星儀表。DCS系統分別涉及氧化鋁鍋爐、汽機、溶出、沉降、分解、過濾、焙燒、蒸發、原料磨等工序，以及35KVA/10KVA配電室/空壓站、水處理、循環水等小型PLC系統。電解鋁主要實現電解槽、鑄造、碳素、供變電站的集成。

其核心技術與關鍵還包括實現生產過程控制、數據檢測、優化調度的有機集成，其中包括硬件集成和軟件集成，以便充分發揮軟件、硬件各自的功能，體現其綜合優勢。 過程控制包括生產過程控制各類控制系統、現場組態畫面、視頻信息和設備運行狀態的 集成與實時監控，為生產過程的可視化遠程調度指揮提供手段。數據檢測包括生產過程量各類生產技術指標、質量化驗結果的檢測（包括儀表、電氣設備運行情況及控制，部 分生產流程的多媒體監控系統等），進出廠物資量（包括氧化鋁、碳素、鹼、煤、礦石、成品氧化鋁、氫氧化鋁等）檢定，生產中使用的水、蒸氣、風、電等動力量測量，以及自動點巡檢系統的數據採集、檢測。優化調度主要針對鋁冶煉工序建立動態物料平衡模 型和優化控制策略進行計算機仿真，例如，根據生產工序進行生產的優化調度、指揮與 控制。氧化鋁生產過程的綜合生產指標由綜合生產指標模型分解為原料堆存、均化和製備過程綜合生產指標、選礦拜爾法過程綜合生產指標、燒結法過程綜合生產指標和氫氧 化鋁焙燒過程綜合生產指標。然後這些綜合生產指標通過工序關鍵工藝指標參數設定模 型分解到各個生產過程，由工序關鍵工藝指標參數設定模型得出各個生產過程的關鍵工藝參數設定。結合鋁冶煉生產過程的特點，通過迴路控制層和迴路優化設定層來實現生產過程的優化控制。

二、應用案例簡述

1、案例名稱與實施時間

案例名稱：中鋁河南分公司電解鋁管控一體化平台

起止時間：2013年4月至2013年12月

2、 應用創新與技術亮點

系統總體設計的先進性原則主要體現在以下幾方面：

(1)系統結構選擇當前主流的J2EE多層B/S架構進行系統開發；

(2)系統採用成熟的中間價技術，實現業務應用的快速設計、快速開發；

(3)軟件的設計中利用先進的面向對象技術、設計模式和組件技術來提高軟件的 通用性和復用性；

(4)平台可方便部署到雲計算平台，以便滿足能源管理中心海量存儲、高速計算 的功能需求。同時，由於後台雲計算的支持為今後能源管理系統向移動應用轉移奠定了基礎

(5)採用雙機冗餘技術：核心服務器採用採用雙機冗餘技術，實現其中一台服務 器故障時系統自動切換。保證系統的穩定性、可靠性；

(6)病毒防護：為防範病毒入侵，能源管理系統中心所涉及的計算機設施接入現 有的防病毒系統；

(7)數據加密：系統對關鍵數據(如：用戶帳號、密碼等關鍵數據)採用密文方式加密存儲，防止數據庫級的數據不被他人竊取、識別。

(8)嚴密的角色及權限管理：通過權限管理機制，控制每個用戶的操作權限，保證數據的安全性。

3、 實施效果與示範意義

(1) 直接經濟效益分析

參照能源消耗結構較類似的冶金企業能源管理中心系統實施前後效益變化估算，預估能源中心建設前後的能源消耗為降低約4%o

企業年消耗折標煤105.0676萬噸標煤。按能源消耗降低4%計，每年可節約標煤 4.2027萬噸，按每噸標煤成本750元計。項目投運後每年可降低成本4.2027萬噸標煤*750 元/噸標煤=3152.025萬元。

(2) 間接經濟效益分析

建設能源管理中心之後，將使得能源公輔系統更加穩定可靠，確保向主工藝系統進行持續穩定、經濟高效的供能，同時能源系統發生故障時，故障恢復的時間大為減小。 以上所有這些都有助於公司產能的提高。根據類似企業的估計，建設能源管理中心後，每年的產量將提高0.5%，按照河南分公司200萬噸產能，氧化鋁投運後的產值約為50 億，因此，建設能源中心後年增加產值為50億*0.5%=2.5千萬元，按照利潤率為10% 計算。間接經濟效益將達到2500萬*10%=250萬元。

（3）環保效益

按年節約4.2027萬噸標煤計算，可減排CO2約10.34萬噸。

綜合效益：項目建成後生產期內平均可實現3152.025+250=3402.025萬元/年的直接 和間接經濟效益以及客觀的環境保護效益。