大數(shù)據(jù)技術(shù)在預(yù)熱混捏冷卻系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

楊玉乾，王 毅

（山東華鵬精機股份有限公司，山東 煙臺 264003）

炭素材料具備自身獨特的特性，屬于基礎(chǔ)工程材料，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域及高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。作為導(dǎo)電材料在黑色金屬、有色金屬冶煉工業(yè)中發(fā)揮著重大的作用。炭素材料及制品在實際生產(chǎn)過程中所涉及到的關(guān)鍵工藝參數(shù)控制非常重要，并且相關(guān)數(shù)據(jù)量比較龐大，所以將大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在炭素材料及制品的生產(chǎn)過程中進行應(yīng)用、分析及研究，對提高炭素材料及制品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率具有重要意義。

1 炭素制品生產(chǎn)過程大數(shù)據(jù)分析體系概述

1.1 炭素制品生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)的主要特點

（1）參數(shù)的控制非常重要。炭素制品在混捏成型生產(chǎn)過程中所涉及到的導(dǎo)熱油溫度、壓力、干料溫度、糊料溫度、運行時間等參數(shù)對于炭素制品的成型質(zhì)量影響較大。

（2）數(shù)據(jù)數(shù)量較為龐大。炭素制品在實際生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)采集工作量較大，并且需要對各種工況運行的數(shù)據(jù)進行收集，進而使得數(shù)據(jù)量不斷增加[1]。

（3）數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性不易控制。在實際的炭素制品生產(chǎn)過程中，對數(shù)據(jù)進行記錄時，由于數(shù)據(jù)具有時效性，如果對于數(shù)據(jù)的收集時間把控不到位，就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問題。

1.2 炭素制品生產(chǎn)大數(shù)據(jù)分析體系

為了便于炭素制品生產(chǎn)企業(yè)的大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用，需要對其進行大數(shù)據(jù)的分析體系的構(gòu)建。其中主要包括以下幾個系統(tǒng)的建立：①信息收集系統(tǒng)。該系統(tǒng)的作用是對企業(yè)運行過程中所有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行采集和整理。②信息儲存系統(tǒng)。將生產(chǎn)炭素制品全過程中信息數(shù)據(jù)進行分類、總結(jié)，對整理完成的數(shù)據(jù)進行存儲。③信息分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用較權(quán)威的數(shù)據(jù)建模技術(shù)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行更進一步的挖掘，獲得有效數(shù)據(jù)可為企業(yè)生產(chǎn)決策提供理論依據(jù)。④信息傳輸與執(zhí)行系統(tǒng)。主要是針對分析后的信息，進行數(shù)據(jù)的傳輸和后端指令處理，進而發(fā)揮大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用價值。

2 大數(shù)據(jù)技術(shù)在預(yù)熱混捏冷卻系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

2.1 炭素制品生產(chǎn)參數(shù)控制過程

預(yù)熱混捏冷卻系統(tǒng)在炭素制品生產(chǎn)中實現(xiàn)物料的高溫預(yù)熱、混捏及低溫混捏冷卻作業(yè)，是滿足國際先進炭素制品生產(chǎn)工藝的混捏工序關(guān)鍵設(shè)備。

目前在炭素制品生產(chǎn)行業(yè)領(lǐng)域中比較先進的混捏工藝包含預(yù)熱、混捏和冷卻3個過程。在高溫混捏作業(yè)過程中，需要在比較高的溫度下進行預(yù)熱和混捏作業(yè)；為了保證炭素制品的成型質(zhì)量，需要控制糊料的合理溫度，通過冷卻工藝將糊料溫度降低至合理的溫度控制范圍并進行低溫混捏，可以實現(xiàn)瀝青吸附層的內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)的有序排列。在實際生產(chǎn)過程中為了控制炭素制品的生產(chǎn)質(zhì)量和效率情況，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對預(yù)熱混捏冷卻系統(tǒng)的生產(chǎn)過程和所用設(shè)備運行的參數(shù)進行監(jiān)測和控制，實現(xiàn)設(shè)備的智能化運行。炭素制品實際生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場的運行狀況可通過傳感器傳送到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，實時數(shù)據(jù)庫可以收到所采集的實時數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)庫會存入歷史數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會將以上兩種類型數(shù)據(jù)進行有效存儲，共同構(gòu)成完整的數(shù)據(jù)庫，通過控制運行主程序系統(tǒng)的實時監(jiān)控、遠程控制、人機交互設(shè)置，若設(shè)備運行出現(xiàn)異常其運行參數(shù)數(shù)據(jù)會自動存儲到數(shù)據(jù)庫中，為設(shè)備故障診斷提供依據(jù)。

2.2 實時監(jiān)測與控制系統(tǒng)

（1）重要生產(chǎn)參數(shù)實時監(jiān)測與控制系統(tǒng)。通過溫度、時間等關(guān)鍵工藝參數(shù)的實時監(jiān)測系統(tǒng)與傳感系統(tǒng)，對炭素制品混捏生產(chǎn)過程中的導(dǎo)熱油溫度、壓力、干料預(yù)熱溫度/時間、糊料預(yù)熱溫度/時間等參數(shù)進行精確控制和數(shù)據(jù)傳輸。保證在導(dǎo)熱油溫度為230℃、壓力為0.3MPa的條件下，干料溫度在20分鐘～25分鐘內(nèi)達到140℃～145℃，糊料溫度在30分鐘～35分鐘內(nèi)達到160℃～190℃。通過關(guān)鍵參數(shù)的實時監(jiān)測與控制，保證炭素制品生產(chǎn)的質(zhì)量和效率水準(zhǔn)。同時在生產(chǎn)過程中采集到的不同的溫度、時間、壓力等參數(shù)值，以及對于產(chǎn)品的質(zhì)量和效率情況的影響等數(shù)據(jù)。

通過無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，進入大數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)進行存儲分析，通過強化學(xué)習(xí)的方式對執(zhí)行系統(tǒng)進行正反饋，以獲得更優(yōu)的操作參數(shù)，提升炭素制品的質(zhì)量和效率，降低生產(chǎn)成本。

（2）故障診斷與智能識別系統(tǒng)。在炭素制品的生產(chǎn)過程中，由于參數(shù)的波動，導(dǎo)致不合格品的產(chǎn)生及浪費大量的物料。通過借助大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對異常參數(shù)進行自動智能篩選。當(dāng)實時生產(chǎn)參數(shù)與歷史數(shù)據(jù)庫中的有效參數(shù)具有較大差異性，導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息出現(xiàn)波動，與此同時數(shù)據(jù)的異常范圍已經(jīng)超過規(guī)定波動范圍，即可判定設(shè)備出現(xiàn)異常或故障現(xiàn)象。大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)可以對實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進行對比監(jiān)測，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常狀況能快速識別。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障后，傳統(tǒng)的方式是通過人工檢查的方式進行，此種方式對于故障診斷人員的經(jīng)驗和技能依賴程度較高，而且故障診斷結(jié)果經(jīng)常因為人員的經(jīng)驗和能力不同產(chǎn)生診斷偏差現(xiàn)象。如果診斷失誤，輕則浪費檢修工時或重新返修，重則損壞設(shè)備導(dǎo)致生產(chǎn)斷線。為避免此種情況，在故障診斷的過程中，可以采用知識圖譜的方式對設(shè)備運行過程中出現(xiàn)的故障進行智能診斷。

（3）輔助安全監(jiān)測與控制系統(tǒng)。對導(dǎo)熱油旋轉(zhuǎn)接頭及金屬軟管工作狀態(tài)安裝實時監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測信息遠傳中央控制系統(tǒng)。出現(xiàn)異常情況時，通過信息傳感與控制執(zhí)行系統(tǒng)，啟動緊急停機并報警。對攪刀安裝安全監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測攪刀實際工作狀態(tài)，監(jiān)測信息遠傳中央控制系統(tǒng)。對攪刀進行專門設(shè)計，通過位置傳感器實時監(jiān)測攪刀的運行情況，對攪刀的運行狀態(tài)信息實時遠傳中央控制系統(tǒng)。出現(xiàn)攪刀被異物卡住等異常情況時，立即緊急停機并報警，防止設(shè)備發(fā)生損壞現(xiàn)象。

2.3 遠程控制及設(shè)備維護和保養(yǎng)服務(wù)

無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)可配套開發(fā)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的人機交互界面，可以實時顯示現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的動態(tài)特征，對所有的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行信息分析和數(shù)據(jù)記錄等操作，便于歷史記錄的查詢，為設(shè)備故障診斷提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

圖1 大數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析及遠程服務(wù)系統(tǒng)圖

3 結(jié)語

在炭素制品的生產(chǎn)過程中，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以獲取到大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息，通過各種硬件設(shè)施與軟件系統(tǒng)的支持，將獲取的大量數(shù)據(jù)信息進行有效的分析與運用，從而實現(xiàn)炭素制品生產(chǎn)過程的實時監(jiān)測和遠程控制。大數(shù)據(jù)技術(shù)在炭素制品生產(chǎn)過程中的應(yīng)用與研究，對于提升炭素制品的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率發(fā)揮了重要的作用，同時為黑色金屬工業(yè)、有色金屬工業(yè)等生產(chǎn)過程的信息化和智能化發(fā)展夯實了基礎(chǔ)。