生產數據自動化采集實現能源信息化管理

鄧蕾

摘要：能源是人類生存之本，鑄造工業是國民經濟的重要基礎產業。能耗大、生產過程復雜、效率低等成為制約企業發展的瓶頸。本文結合鋁企業生產實際情況，提出增強企業管理的信息化手段，闡述了鋁企業生產信息及能源管理系統的主要功能，實現了企業優化管理、降低生產能耗、提高生產效率的目的。

關鍵詞：鋁企業；能耗；智能分析；自動化

0引言

能源是人類賴以生存的基礎，也是是制約經濟和社會發展的重要因素。在全球能源緊缺的背景下，如何科學合理地使用新型能源、有效地節約已有能源成為眾多企業、學者研究的課題。傳統鑄造行業設備多、能耗大、生產過程復雜，能源消耗的水平將直接影響產品的成本和利潤指標。

鋁工業是我國現階段單位能耗最高的冶金工業過程，作為重要的基礎原材料產業，優化其生產工藝、創新其控制和管理技術，對國民經濟發展起著重要作用。

因此，優化鋁工業生產過程，加強企業信息化管理，提高生產智能化程度，有效利用能源優化資源配置，實現企業的經濟效益和節能降耗的統一，對我國鋁加工企業的發展具有重要意義。

1 現代鋁企業生產流程及約束條件

1.1 現代鋁企業生產主要環節

現代鋁工業生產有4個主要生產環節：

（1） 鋁土礦的開采過程；

（2） 從鋁土礦提取純氧化鋁的氧化鋁生產過程；

（3） 用冰晶石一氧化鋁熔鹽電解法生產金屬鋁的電解鋁生產過程；

（4） 鋁加工生產過程。其中氧化鋁生產和電解鋁生產是最復雜的兩個工藝過程，此外還有鋁的再生利用以及兩個重要的輔助環節：炭素電極制造和氟鹽生產。

鋁企業具有獨特的生產過程，主要體現在：

* 生產階段性顯著。在熔煉階段，主要以化學變化為主，對鋁液中化學成分的把控是非常嚴格的；在鑄造階段，主要以物理變化為主，需要根據客戶的具體需求，按照限定尺寸嚴格控制產品外形。

* 生產能力體現集中性。熔煉與鑄造階段中關鍵設備的好壞將決定鋁企業生產能力的大小。因此，關鍵設備性能通常作為企業發展的瓶頸。

* 生產階段具有連續性。從熔煉到鑄造，整個高耗能階段以一種連續的生產方式進行，各操作之間的緩沖有限，前后工序要求銜接匹配。

* 生產中的持續高溫操作，所產生的能耗較大，加強能源管理可有效降低生產成本。

1.2 現代鋁企業生產的約束條件

由于鋁生產過程的特殊性，對于生產調度產生了一定的約束性，主要體現為：

（1）工藝約束。工藝約束指在生產過程中為保證生產正常進行和產品質量符合客戶要求所應遵循和滿足的生產規程。

（2）設備約束。設備約束指在生產過程中為實現設備的合理利用及生產順暢、保證產品質量等目的，設備所應遵循的使用規程。

（3）能源平衡約束。鋁在生產過程中，為保證其質量及生產持續性，應保證整個過程中的能源平衡。同時，抓住主要環節降低能耗，建設資源浪費。

因此，需要提出信息化的高效手段，將鋁生產過程中的信息進行實時采集，跟蹤能源變化實現智能調度。通過對數據采用專家智能分析手段，優化生產過程，降低生產能耗，減少資源浪費。同時，提高生產效率，節約勞動成本。在傳統工藝基礎上，與互聯網相結合打造全新型鋁加工企業。

2 鋁企業生產信息及能源管理系統

以鋁企業生產現狀為出發點，梳理鋁企業內部管理流程，及生產工藝流程，通過對主要環節及設備安裝數據自動采集裝置，實現生產跟蹤管理，優化生產過程，提高生產效率。鋁企業生產信息及能源管理系統功能架構圖如圖1所示。

主要功能包括：

1、基礎能源及生產設備管理功能

應用物聯網設備對生產設備基礎信息進行采集，實時跟蹤設備運行情況，并將設備運行數據與生產運營數據進行聯系，為制定生產優化方案奠定基礎。

而基礎能源管理作為能源管理中心在線平衡調度及在線能源管理的補充，包括能源計劃管理、能源實績管理、能源生產運行支持、能源質量管理和能源對比分析等模塊。

2、能源監視功能

能源監控功能主要包括常規設備監控，在線管理和調整，工藝系統、計算機網絡系統等協調監控，滿足節能要求、以遠程監控為核心的節能調度，扁平化的故障監測及分析處理等。分燃氣、電力、水、供氣等子系統監視，對重點設備用能情況單獨監控，對車間工序進行綜合監控，對能源系統無人值守進行遠程監視控制。

3、能耗預測支持

根據生產、轉運、檢修計劃，結合產品單耗等相關量，預測一段時間內的能源供需量，并輔助能管人員制定相應的能源生產供應計劃，從而達到預測性能源供需平衡。

4、能源平衡與優化調度

（1）能源平衡

基于物料移動和平衡、能源生產和平衡等數據，及時掌握企業的生產運行、物料移動、生產執行和生產統計等情況；加強各業務層次間的信息集成和數據共享；提供靈活的生產報表格式定制功能，使報表功能具有良好的維護性和擴展性。能夠方便地基于裝置的生產運行數據進行數據匯總和分析。以物料、能源平衡圖表形式實現。

（2）能源預測與優化調度

主要完成電力負荷預測、用電量預測、多介質平衡優化調度等功能，利用能源管理中心系統的數據和控制平臺，建立能源主要介質的產銷預測模型，并通過能源綜合分析，給出能源系統優化調度方案，通過用戶的調度及管理提供決策依據，實現能源系統的平衡優化運行，達到節能降耗的效果。

5、鋁電解節能專家

該功能通過實時采集鋁電解過程中電解工序、出鋁工序、換極工序、母線提升工序等生產環節的工藝操作參數與能耗數據，構建適用的數據多維模型，挖掘生產工藝參數（生產負荷、氟化鋁加料量、氧化鋁濃度等）與能耗之間的關系及潛在規律，形成專家知識庫，對電解槽焙燒啟動與正常生產進行指導，優化不同工況下的操作參數，實現電解槽穩定高效生產，提高整個電解過程的電流效率。

3 結論

鑄造工業是國民經濟的重要基礎產業，是國家經濟水平和綜合國力的重要標志，但同時鑄造行業也是高能耗、高污染的“大戶”，鑄造工業節能減排工作關系到全社會整體節能減排工作的成效。

本文依據鋁企業生產現狀，以降低能耗、優化管理為目標。提出鋁企業生產信息及能源管理系統建設，旨在通過信息化手段，實現數據實時采集，智能化分析生產問題、優化生產過程、減少冗余操作、提高生產效率，同時有效降低企業能耗，擔負起改善環境的社會責任。

參考文獻：

[1] 柴天佑，鄭秉霖，胡毅，黃肖玲.制造執行系統的研究現狀和發展趨勢[J].控制工程.2005，12（6）：505-510.

[2] 邱竹賢.預焙槽煉鋁[M].北京：冶金工業出版社.2005.

[3] 王捷.氧化鋁生產工藝[M].北京：冶金工業出版社.2006.

[4] 陳良金，陳冬一，田明煥，等.河南省鋁加工產業現狀及未來發展思考[J].江西有色金屬，2010，24（3-4）：28-31.