黃克勤，吳海洋，賈德庚

（四川廣元中孚公司，四川廣元 628000）

四川廣元中孚公司為實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的高度集成化運行和生產(chǎn)過程的可視化管理，以提質(zhì)增效為核心，通過生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控一體化、生產(chǎn)過程管理一體化，兩個建設(shè)思路進(jìn)行數(shù)字化工廠系統(tǒng)搭建，提高企業(yè)生產(chǎn)的柔性，管理的科學(xué)性，從而達(dá)到企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益不斷提高和企業(yè)競爭能力不斷增強的目的，廣元中孚高精鋁材有限公司在工程期間，通過前期智能制造的頂層設(shè)計、研究開發(fā)、具體實施等環(huán)節(jié)，形成了一套可具參考價值的建設(shè)思路。

1 建設(shè)目標(biāo)

依據(jù)工信部《有色金屬行業(yè)智能冶煉工廠建設(shè)指南》，堅持以智能創(chuàng)新為抓手，結(jié)合本部設(shè)備搬遷前的生產(chǎn)運行經(jīng)驗，通過實施機(jī)械化換人、自動化減人、智能化無人，對廣元中孚項目生產(chǎn)運行系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，在保證安全的前提下，實現(xiàn)綠色環(huán)保、高效低耗的目標(biāo)。

2 設(shè)原則及框架

2.1 堅持企業(yè)主體，戰(zhàn)略主導(dǎo)

依據(jù)企業(yè)整體戰(zhàn)略，結(jié)合區(qū)域特征、工藝裝備、兼顧廣元中孚項目投產(chǎn)后管理思路，明確企智能制造重點。

2.2 堅持整體規(guī)劃，分步實施

把握智能制造發(fā)展方向，做好頂層設(shè)計，結(jié)合企業(yè)能力和業(yè)務(wù)需求，分步實施。

2.3 堅持問題導(dǎo)向，因企制宜

以解決企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營管理的實際問題為出發(fā)點，實現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備和控制技術(shù)的升級、突破，因企制宜地進(jìn)行智能工廠建設(shè)。

2.4 堅持創(chuàng)新引領(lǐng)，數(shù)據(jù)驅(qū)動

利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G等技術(shù)夯實智能制造信息基礎(chǔ)設(shè)施，建立廣元中孚數(shù)據(jù)中心，基于數(shù)據(jù)結(jié)果優(yōu)化過程控制，形成迭代學(xué)習(xí)機(jī)制。

圖1 集中控制建設(shè)框架

3 實現(xiàn)形式：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

根據(jù)車間設(shè)備、物流建設(shè)搭建一套完整的底層工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)設(shè)備的數(shù)據(jù)物料數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)的采集、清洗、傳輸及存儲，為智能工廠系統(tǒng)提供可靠的實時生產(chǎn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，驅(qū)動智能工廠系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)智能工廠建設(shè)。

依據(jù)生產(chǎn)工藝流程的特點，首先各個生產(chǎn)模塊應(yīng)分別在各自區(qū)域內(nèi)進(jìn)行組網(wǎng)，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的信息互聯(lián)。由于各部分生產(chǎn)區(qū)域的環(huán)境布局不同，考慮到所需采集和感知數(shù)據(jù)的特殊性，各模塊之間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)和組網(wǎng)方式需根據(jù)各自的實際生產(chǎn)情況進(jìn)行設(shè)計和部署；然后將區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)接入主干網(wǎng)絡(luò)，因此整個數(shù)字化工廠互聯(lián)平臺的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)呈分布式混合型結(jié)構(gòu)，整體架構(gòu)如圖2。

圖2 智能工廠工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架

4 據(jù)采集的實施及遠(yuǎn)期規(guī)劃

生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集框架如圖3所示，從人、機(jī)、料、環(huán)方面分析。

圖3 電解鋁生產(chǎn)控制網(wǎng)

4.1 管控維度

4.1.1 人員數(shù)據(jù)

工作人員上班、下班打卡（遠(yuǎn)期：利用WiFi、5G、智能穿戴設(shè)備等實現(xiàn)對人員的全程管理）。

4.1.2 設(shè)備數(shù)據(jù)

（1）能源儀表數(shù)據(jù)：主要包括電解鋁設(shè)備上的電表、水表、壓縮空氣，用于計算設(shè)備能耗。

（2）設(shè)備數(shù)據(jù)：設(shè)備自帶的PLC數(shù)據(jù)、控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)等。

（3）第三方系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)：存在于工控機(jī)內(nèi)在線檢測系統(tǒng)中的單機(jī)檢測數(shù)據(jù)。

（4）遠(yuǎn)期：利用虛擬現(xiàn)實、數(shù)字孿生技術(shù)對電解槽、大型電機(jī)、空壓機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備建立模型，實現(xiàn)設(shè)備故障預(yù)警、預(yù)診斷，最終達(dá)到巡檢無人化的目的。

4.1.3 物料數(shù)據(jù)，庫存最優(yōu)

（1）各種原材料批次抽檢的結(jié)果數(shù)據(jù)、等級、入庫數(shù)量、編號及名稱等信息。

（2）生產(chǎn)車間材料消耗數(shù)據(jù)。

（3）物流數(shù)據(jù)：原鋁運輸。

（4）遠(yuǎn)期：依據(jù)大數(shù)據(jù)分析，形成物資需求計劃，實現(xiàn)原材料庫存最優(yōu)。

4.1.4 環(huán)境數(shù)據(jù)

主要是廢氣排放、過程監(jiān)控情況。

4.2 電解系統(tǒng)

（1）電解槽槽控系統(tǒng)

通過對現(xiàn)有槽控機(jī)通訊線路及主控軟件改造，實現(xiàn)主控室與電解車間值班室之間數(shù)據(jù)通訊；最終實現(xiàn)槽控系統(tǒng)遠(yuǎn)程集中管理，生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時曲線映射。

（2）三溫、電流分布檢測系統(tǒng)

對電解槽的測溫方法和陽極導(dǎo)桿電流檢測方法進(jìn)行研究，結(jié)合光纖測溫技術(shù)和在線電流檢測技術(shù)，實現(xiàn)電解槽的實時無人測溫、測電流分布設(shè)計，解決工人每天每槽逐個散熱窗人工測溫工作，和及時發(fā)現(xiàn)電流分布不均衡及時預(yù)警。

（3）天車出鋁系統(tǒng)

在出鋁天車上安裝精準(zhǔn)出鋁控制系統(tǒng)，通過現(xiàn)場終端輸入槽號，出鋁量。出鋁完成后相關(guān)數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，方便生成出鋁報表，解決工區(qū)出鋁報表人工統(tǒng)計問題，為車輛運輸系統(tǒng)中車輛實時狀態(tài)提供數(shù)據(jù)支持。

（4）設(shè)備二維碼

在每臺電解槽出鋁端口處張貼二維碼，通過手持終端或者手機(jī)掃碼使用，最終實現(xiàn)每臺電解槽歷史數(shù)據(jù)如：硅、鐵含量、出鋁量、平均電壓等；隨后逐步擴(kuò)展到全廠設(shè)備二維碼管理系統(tǒng)，目前已在陽極組裝系統(tǒng)實施樣板車間的打造，將精益管理的思維融入設(shè)備二維碼管理，實施前后效果如表1所示。

表1 電解系統(tǒng)實施前后效果對比表

4.3 陽極組裝系統(tǒng)

（1）成品陽極發(fā)送量統(tǒng)計系統(tǒng)

根據(jù)電解生產(chǎn)需求及陽極車間的執(zhí)行情況等信息，生成每班次成品陽極發(fā)送日報表，并映射到報表管理系統(tǒng)中。

（2）電解質(zhì)粉碎料料位檢測系統(tǒng)

以現(xiàn)有的電解質(zhì)破碎系統(tǒng)PLC為基礎(chǔ)，將電解質(zhì)粉碎料料位顯示信號映射到集控室，便于電解車間調(diào)劑使用。

（3）中頻爐報警系統(tǒng)

通過對設(shè)備進(jìn)行升級改造，報警系統(tǒng)具備上傳、保存至集控室功能，便于分析設(shè)備運行狀況。

（4）設(shè)備運行參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)

以車間現(xiàn)有的PLC控制網(wǎng)為基礎(chǔ)，將車間主要設(shè)備的運行參數(shù)及報警信息映射至集控室，如除塵器、壓脫機(jī)、澆注機(jī)等。最終實現(xiàn)設(shè)備油溫、油壓、電流、顆粒物排放數(shù)值等數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控。

（5）激光在線導(dǎo)桿清理機(jī)

擬增加一臺激光在線導(dǎo)桿清理機(jī)，提高導(dǎo)桿清理工作效率及清理質(zhì)量。

4.4 凈化、脫硫系統(tǒng)

（1）供料系統(tǒng)

以供料系統(tǒng)控制方式為基礎(chǔ)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸映射到集控室，便于監(jiān)控供料系統(tǒng)運行的實時數(shù)據(jù)，如料倉料位、斗式提升機(jī)運行參數(shù)、空氣提升機(jī)運行參數(shù)、粉碎料料倉料位等。

（2）送料系統(tǒng)

以送料系統(tǒng)控制方式為基礎(chǔ)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸映射到集控室，便于監(jiān)控送料系統(tǒng)運行的實時數(shù)據(jù)，如風(fēng)機(jī)震動、軸間溫度、電流及料倉料位等。

（3）脫氟、除塵系統(tǒng)運行監(jiān)控

以脫氟系統(tǒng)PLC控制網(wǎng)為基礎(chǔ)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸映射到集控室，便于監(jiān)控脫氟系統(tǒng)運行信息的實時數(shù)據(jù)，如風(fēng)量、風(fēng)壓、負(fù)壓、煙溫、壓差、進(jìn)料等。

（4）脫硫系統(tǒng)運行監(jiān)控

以脫硫系統(tǒng)PLC控制網(wǎng)為基礎(chǔ)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸映射到集控室，便于監(jiān)控脫硫系統(tǒng)運行信息的實時數(shù)據(jù)，如pH值、液位高度、料倉料位、進(jìn)出口信息等效果對比如表2所示。

表2 凈化、脫硫無人值守系統(tǒng)對比表

4.5 供電系統(tǒng)

（1）綜保系統(tǒng)

依據(jù)設(shè)計院的設(shè)計，最終在集控室能夠?qū)崿F(xiàn)對整流機(jī)組、整流柜、高壓柜、干式變等供電設(shè)備的遙控、遙信、遙調(diào)等。

藤尾不喜歡在父親指定婚姻對象。她認(rèn)為宗近是游手好閑粗俗之人。在文中的幾處表現(xiàn)了藤尾的厭惡情緒。比如，夏目漱石在文中說“真討厭…那樣乏去的人”，厭惡之情溢于言表?？傊诮鼰o法滿足藤尾的愿望。要說為什么，兩個人的性格和處理事情的方法完全不一致。即使兩人結(jié)婚，也只會加快藤尾的死亡。

（2）循環(huán)水系統(tǒng)

通過對整流循環(huán)水系統(tǒng)的閥門、控制系統(tǒng)等升級改造，最終在集控室實現(xiàn)循壞水系統(tǒng)的無人值守、遠(yuǎn)程啟?？刂?，并且可以監(jiān)控水溫、水壓、流量的實時數(shù)據(jù)。

（3）低壓信息數(shù)據(jù)測量

通過對車間級低壓供電計量設(shè)備進(jìn)行升級改造，能耗數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，便于分析能耗情況，完善管理標(biāo)準(zhǔn)、細(xì)化管理單元。

4.6 公共設(shè)備

（1）空壓機(jī)、余熱利用、冷干機(jī)系統(tǒng)

因空壓機(jī)等設(shè)備陳舊，其中3臺螺桿式空壓機(jī)生產(chǎn)于2002年左右，控制技術(shù)落后，不具備自動化控制的最低要求，需要改造并新增一套統(tǒng)一的自動化控制平臺，最終集控室實現(xiàn)對空壓機(jī)無人值守、遠(yuǎn)程啟停功能，可實現(xiàn)空壓機(jī)、冷干機(jī)、配套余熱回收機(jī)組、空壓機(jī)冷卻用水泵的數(shù)據(jù)監(jiān)控如：壓力、流量、溫度、震動等數(shù)據(jù)的實時信息。

（2）綜合循環(huán)水

通過對綜合循環(huán)水的儀表、控制部分進(jìn)行改造，與加壓泵站系統(tǒng)建立一個統(tǒng)一控制的自動化平臺，最終集控室實現(xiàn)無人值守及遠(yuǎn)程啟停功能。并可實現(xiàn)綜合循環(huán)水?dāng)?shù)據(jù)監(jiān)控如：壓力、流量、溫度、震動等數(shù)據(jù)的實時信息。

（3）加壓泵站

通過對加壓泵站的儀表、控制部分進(jìn)行改造，與綜合循環(huán)水系統(tǒng)建立一個統(tǒng)一控制的自動化平臺，最終集控室實現(xiàn)無人值守及遠(yuǎn)程啟停功能。并可實現(xiàn)加壓泵站數(shù)據(jù)監(jiān)控如：壓力、流量、溫度、震動等數(shù)據(jù)的實時信息。

以上三套系統(tǒng)的運行信息經(jīng)過集中后共同送至集控室進(jìn)行集中運行監(jiān)控，優(yōu)勢如表3所示：

表3 公輔系統(tǒng)集中控制優(yōu)勢對比

4.7 質(zhì)檢、計量系統(tǒng)

（1）在線化驗—數(shù)據(jù)不落地

通過設(shè)備數(shù)據(jù)采集，可自動獲取檢驗設(shè)備的檢驗數(shù)據(jù)并向系統(tǒng)提交。最終實現(xiàn)化驗數(shù)據(jù)實時上傳至服務(wù)器，送檢單位可以在電腦端、移動終端及報表管理系統(tǒng)中查看化驗結(jié)果。

（2）計量系統(tǒng)

對廠區(qū)內(nèi)的地磅、吊鉤磅等稱重計量系統(tǒng)進(jìn)行升級，打造統(tǒng)一計量平臺，共享數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)車輛計量無人值守、自主計量，遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)查詢、計量票據(jù)自動打印、稱重數(shù)據(jù)可接入數(shù)據(jù)中心，參與上下游的各項工藝管控如表4所示：

表4 計量系統(tǒng)無人值守對比

4.8 安防系統(tǒng)

（1）門禁、安全提示系統(tǒng)

第一類為員工進(jìn)出入廠區(qū)、車間，實行生物識別技術(shù)，掃描面部、指紋等方式開門進(jìn)入廠區(qū)、車間，并上傳至服務(wù)器與考勤制度合并，調(diào)取方便。大門處配備對講裝置，另在危險區(qū)域、大門、對非本單位以外人員施行管控。

第二類為車輛進(jìn)入廠區(qū)，實行車牌識別技術(shù)，對車輛進(jìn)出入進(jìn)行管控，門崗實現(xiàn)對講、重點區(qū)域?qū)崿F(xiàn)語音、激光鐳射提醒等。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)整體遵循安防、計量兩大原則，在廠區(qū)內(nèi)主要設(shè)備區(qū)域、生產(chǎn)區(qū)域、道路、大門等部位安裝，達(dá)到全廠區(qū)域內(nèi)監(jiān)控?zé)o死角，因數(shù)量較多，依據(jù)建設(shè)原則分兩個階段實施如圖4所示。

圖4 安防監(jiān)控系統(tǒng)分布

第一階段為廠區(qū)安防、無人值守區(qū)域優(yōu)先安裝。

第二階段廠區(qū)道路、車間設(shè)備區(qū)域。

4.9 倉儲管理系統(tǒng)

構(gòu)建數(shù)字化倉庫，需要對倉庫內(nèi)所有的人員、物料及貨架進(jìn)行編碼，并根據(jù)編碼完成其出入庫的記錄。

（1）入庫數(shù)據(jù)采集

根據(jù)貨物信息，系統(tǒng)提供輸入界面，在輸入信息完成后自動生成二維碼，并將二維碼粘貼到入庫的貨物包裝上。

（2）出庫數(shù)據(jù)采集

原材料出庫時，采用手持機(jī)掃描貨物二維碼跳轉(zhuǎn)到出庫登記界面，填寫對應(yīng)出庫信息，如出庫備件名稱、編號、功能、使用設(shè)備、出庫人員等數(shù)據(jù)。

（3）盤點數(shù)據(jù)采集

采用手持機(jī)的方式通過逐一掃描倉庫貨物的二維碼編號完成貨物的清點。

（4）出入庫單數(shù)據(jù)采集

和其他系統(tǒng)對接，導(dǎo)入數(shù)據(jù)；或者提供錄入界面填寫數(shù)據(jù)。

4.10 生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)（原鋁）

車輛調(diào)度數(shù)據(jù)采集主要是對車輛的狀態(tài)、位置等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)車輛的監(jiān)測和跟蹤。

（1）車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)采集

在車輛上添加數(shù)據(jù)采集模塊采集車輛的狀態(tài)，并進(jìn)行回傳。

（2）位置數(shù)據(jù)采集

在廠區(qū)內(nèi)設(shè)置多個打卡簽到的方式，進(jìn)行車輛監(jiān)測，到車輛到達(dá)打卡點時自動完成打卡；廠區(qū)外采用GPS的方式完成位置信息采集。

（3）打卡數(shù)據(jù)采集

在廠區(qū)內(nèi)設(shè)置讀卡設(shè)備，并在車輛上安裝識別卡，完成到點的打卡簽到。

（4）可視化

調(diào)度室內(nèi)安裝電子看板，實時的顯示所有車輛的位置、狀態(tài)、運輸車輛以及生產(chǎn)車間需求情況等數(shù)據(jù)。

5 遠(yuǎn)景規(guī)劃

數(shù)字孿生技術(shù)得到推廣應(yīng)用，集中控制系統(tǒng)具備迭代學(xué)習(xí)的能力，可以利用大數(shù)據(jù)形成決策，不斷改進(jìn)算法，從中頻爐、空壓機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)、變壓器等中型設(shè)備入手，建立孿生模型，提前預(yù)判電解槽、等大型設(shè)備的運行趨勢，及早采取措施，防止故障發(fā)生，遠(yuǎn)期在電解槽上實現(xiàn)孿生技術(shù)的應(yīng)用，徹底改觀電解鋁企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)在，從降低電耗、減少原材料消耗、減少人員參與、提供能效利用率等方面為碳中和、碳達(dá)峰做出貢獻(xiàn)。