氧化鋁生產全廠過程控制方案

韓啟勇　王蕊

摘 要：本文介紹了達到當今世界先進水平的氧化鋁廠全廠各級的控制方案，通過DCS控制系統、MES（管控一體化控制系統）等實現氧化鋁廠的機械化、自動化、信息化控制過程。針對拜耳法生產氧化鋁的工藝特點，本著確保可靠、技術先進、節省投資為原則，對全廠過程控制提出整體的控制方案。

關鍵詞：氧化鋁、DCS控制系統、MES生產管控一體化系統

1 緒論

拜耳法生產氧化鋁分為鋁礦石破碎、細磨、礦石溶出、礦漿稀釋、母液蒸發、晶種分解、氫氧化鋁的分離和洗滌，氫氧化鋁的煅燒等多道復雜工序。在生產過程中每道工序緊密銜接，其過程和產出直接影響著后序的生產和產品質量。所以對拜耳法氧化鋁工廠的整體過程化控制的可靠性、合理性、先進性提出了很高的要求。隨著現代大型工業企業的不斷發展，應用效益最明顯、最直接的系統應當是工業控制系統，DCS控制系統把嵌入式系統技術、計算機技術、系統控制技術、網絡通訊技術、現場總線技術和多媒體技術相結合。氧化鋁廠過程生產中同樣采用DCS控制方式。

2 全廠控制系統整體構架

生產制造類企業的企業級信息化建設一般遵循ERP/MES/PCS三層體系結構的原則。即企業級信息網絡平臺，如支持企業生產、經營、辦公管理的ERP、辦公自動化OA、電子商務等。還有MES企業生產管控一體化系統、PCS生產過程控制系統。

目前在氧化鋁廠的生產管理中PCS和MES普遍得到應用。而PCS（生產過程控制系統）又分為現場儀表及設備的應用管理和DCS（集中分散控制系統）。因此本文將氧化鋁廠的過程控制分為以下三層：

（1）現場儀表層及設備

（2）DCS控制系統層

（3）MES管控系統層。

3 現場儀表及設備

氧化鋁工程生產過程工藝參數的自動檢測包括溫度、壓力、物位、流量、重量、密度、電導率、成分、電流、電壓、功率等。自動控制如：調節閥、執行器、變頻調速器、電動機、切斷閥等。由于氧化鋁生產工藝有其自身的特殊性，酸堿腐蝕和結疤相當嚴重，對現場儀表有很高的性能要求，為確保現場儀表的正常投運，減少維護工作量，在儀表選型上盡量采用技術先進、性能可靠、有成熟使用經驗的國內外大公司的產品。另外盡可能采用智能型的儀表，如：壓力變送器（差壓變送器）、流量計、物位計等，帶有HART、Profibus等通訊協議，并能夠采集讀取儀表相關數據，如儀表位置、型號、使用時間等。為上層DCS和MES的控制和管理打下很好的基礎。

4 DCS控制系統

整個拜耳法氧化鋁生產根據工藝生產流程特點和自然區域位置特點被分為六大片區，分別為：原料片區、溶出片區、沉降片區、蒸發片區、分解片區、成品片區。為對這六個片區進行統一的調度和監控，在廠區內設氧化鋁中央控制室一個，在中央控制室內可實現對氧化鋁生產工藝過程進行集中監控和調度指揮。共設六個片區控制室，分別為：

（1）原料片區控制室（包括：原料磨、原料磨循環水等）。

（2）溶出片區控制室（包括：溶出、預脫硅、高壓泵房等）。

（3）沉降片區控制室（包括：赤泥分離及洗滌、絮凝劑制備、赤泥壓濾、赤泥輸送泵房、熱水站）。

（4）分解片區控制室（包括：分解分級、綜合過濾、分解循環水）。

（5）蒸發片區控制室（包括：蒸發站、蒸發原液及水洗、蒸發槽罐區、排鹽苛化、蒸發循環水、酸洗站）。

（6）成品片區控制室（包括：氫氧化鋁焙燒、氫氧化鋁輸送、氧化鋁倉及包裝、氫氧化鋁倉、焙燒循環水）。

氧化鋁各片區DCS控制系統設通訊接口，通過工業以太網將各車間連成一體，形成氧化鋁工藝系統完整統一的控制系統局域網。輔助車間或工段設置PLC控制系統以通訊方式與相關片區DCS控制系統的控制器通訊。在片區控制室內設有操作員站，對本片區的工藝生產過程實現監控和操作；加強設備管理和人員培訓，待相關片區控制室內監控的設備和工藝系統運行穩定后，可以過渡到主控制室進行集中監控，此片區控制室就留作巡檢、事故處理時用，實現減員增效的目標。

電力專業的變頻器、智能馬達保護器等現場智能設備作為現場級設備全部采用通訊方式進入各個車間DCS系統，實現電氣設備的信號采集、狀態監控、遠程操作、連鎖控制等。

生產過程控制系統的信息層采用雙光纖EtherNet/IP工業以太網，通過以太網將各個車間的信息傳送到全廠中央控制室，對全廠生產過程進行集中監控和調度。

5 MES管控系統

建立全廠的管控一體化（MES）網絡系統，實現生產數據共享即實現生產的自動化和管理的科學化和信息化。要求在生產辦公樓內實施綜合布線，預留數據接口，通過不同級別的權限，使不同的客戶端登錄。通過管控系統的實施加強了企業內部的生產調度管理，強化了企業的生產經營管理，優化了企業的生產操作，使得企業生產控制過程都在實時監控之下，它不僅包含了企業底層生產過程控制、產品質量控制、設備運行狀態的監控、能源的檢測與監控等大量工業現場信息的數字化傳輸與透明化管理，而且覆蓋了企業內部生產管理全過程，通過流程的整體優化、信息集成和功能集成，實現對企業生產資源計劃和控制的優化，增加產品產量，提高產品質量，降低生產消耗和生產經營成本，提高整個企業的運營效率和市場競爭能力。在全廠主控樓設置用于生產數據采集的服務器系統和用于現場生產的調度指揮系統。

6 結束語

隨著計算機技術的發展，信息技術成為知識經濟的基礎，改變了工業企業傳統的生產管理模式，提高了企業的工作效率，降低了企業的人力成本。企業信息化是企業現代化的重要標志，是提高經濟效益與競爭力的捷徑和保障。

參考文獻

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（作者單位：東北大學設計院（有限公司））