梁 漢，張建文，劉 浪，陶斯堯，廖東庭

（長(zhǎng)沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410012）

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、人工智能、信息技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)企業(yè)管理由原先的金字塔模式向扁平化模式趨勢(shì)發(fā)展?，F(xiàn)代工廠全流程綜合自動(dòng)化系統(tǒng)能很好地契合扁平化管理模式［1］。通過(guò)以長(zhǎng)沙礦冶研究院有限責(zé)任公司為首的研發(fā)團(tuán)隊(duì)科技攻關(guān)，與國(guó)電投所屬企業(yè)合作擬在青海省建設(shè)一條年處理11萬(wàn)片退役光伏組件回收中試研發(fā)線。

長(zhǎng)沙礦冶研究院有限責(zé)任公司以打造國(guó)內(nèi)首家退役光伏組件回收中試線數(shù)字化智能工廠為出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)退役光伏組件回收中試研發(fā)線工藝流程特點(diǎn)，并結(jié)合自動(dòng)化、信息化、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套基于DCS和MES系統(tǒng)，滿足工藝生產(chǎn)、穩(wěn)定可靠的綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)。通過(guò)建設(shè)全流程自動(dòng)化控制系統(tǒng)，一方面對(duì)退役光伏組件回收工藝流程中設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、流程工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)采集，根據(jù)生產(chǎn)狀況及工藝要求，對(duì)組件回收工藝過(guò)程、工藝參數(shù)和運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制和操作［2］。另一方面全方面實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集到跟蹤分析，從綜合診斷到?jīng)Q策支持，全方位提高生產(chǎn)管理水平、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，輔助管理決策。

1 組件回收工藝流程概述

該公司在綜合已有方法優(yōu)點(diǎn)以及大量試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，確定采用聯(lián)合方法處理退役晶硅光伏組件。本項(xiàng)目的原則工藝為：

1.組件分離工序：退役光伏組件通過(guò)機(jī)械法拆除鋁邊框、電纜、接線盒和去除背板，去背板光伏組件通過(guò)破碎、篩分后送入熱解爐中除去EVA，使玻璃與其它組件解離，粗篩分級(jí)選出銅錫焊帶，剩余粗粒物料和細(xì)粒物料分別采用震蕩分選機(jī)和靜電分選機(jī)使硅片與碎玻璃分離。

2.冶金提純工序：對(duì)物理法分選所得硅片采用濕法冶金法提純硅片，通過(guò)使用各種化學(xué)試劑，去除硅電池片表面的發(fā)射極和減反層，同時(shí)將硅電池片表面的金屬浸出到溶液中。最常用的浸出劑包括HNO3、NaOH和HF等。使用HNO3的目的是將硅電池片中的Ag和Cu等浸出到溶液中。使用NaOH溶液的目的是去除鋁電極和發(fā)射極。使用HF的目的是去除氮化硅反射膜，得到亮灰色晶硅片。

2 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

該公司設(shè)計(jì)的退役光伏組件回收中試研發(fā)線綜合自動(dòng)化系統(tǒng)由DCS系統(tǒng)［3，4］（集散控制系統(tǒng)）和MES系統(tǒng)（生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)）組成。通過(guò)建設(shè)全流程自動(dòng)化控制系統(tǒng)，一方面對(duì)退役光伏組件回收工藝流程中設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、流程工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)采集，并將采集的數(shù)據(jù)傳送到中央控制室，由中央控制室操作人員根據(jù)生產(chǎn)狀況及工藝要求，對(duì)組件回收工藝過(guò)程、工藝參數(shù)和運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制和操作。另一方面依托MES系統(tǒng)管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)信息管理、生產(chǎn)過(guò)程管理、生產(chǎn)質(zhì)量管理、庫(kù)存管理、生產(chǎn)能源管理、生產(chǎn)設(shè)備管理、生產(chǎn)報(bào)表管理、移動(dòng)應(yīng)用模塊和大屏展示等系統(tǒng)功能，方便經(jīng)營(yíng)管理部門科學(xué)管理與科學(xué)決策，提高管理效率［5，6］。

2.1 DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)退役光伏組件回收中試研發(fā)線，DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用“3+2”網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，縱向三層設(shè)備，橫向兩層網(wǎng)絡(luò)。三層設(shè)備包括設(shè)備層、控制層和監(jiān)控層，兩層網(wǎng)絡(luò)包括控制網(wǎng)和監(jiān)控網(wǎng)，如圖1所示。

圖1 DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

設(shè)備層主要指各車間現(xiàn)場(chǎng)的電氣設(shè)備、儀器儀表以及各成套設(shè)備I/O接口或通訊接口，采用直接I/O和總線通訊方式與控制層相連，執(zhí)行層的功能直接反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)操作的功能?？刂茖訛橹骺刈詣?dòng)化系統(tǒng)，是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，本DCS系統(tǒng)采用冗余控制站，上連接通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)連接監(jiān)控層，下連接通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)連接各I/O站、智能總線設(shè)備、第三方設(shè)備控制器等。監(jiān)控層由工程師站、操作員站、冗余數(shù)據(jù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)歸檔服務(wù)器、OPC服務(wù)器、工業(yè)交換機(jī)和通訊介質(zhì)組成，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)線進(jìn)行互聯(lián)。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制設(shè)備之間的通信連接，本DCS系統(tǒng)采用PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)中央控制器與執(zhí)行層的通訊，包括現(xiàn)場(chǎng)直接I/O站通訊，智能DP電氣設(shè)備、第三方DP成套設(shè)備等通過(guò)PROFIBUS-DP互相進(jìn)行通訊，智能儀表通過(guò)PROFIBUS-PA互相進(jìn)行通訊，控制設(shè)備與操作設(shè)備或服務(wù)器之間的通信連接采用工業(yè)以太網(wǎng)。

本DCS系統(tǒng)架構(gòu)監(jiān)控層設(shè)計(jì)客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)（C/S）作為該系統(tǒng)的操作、管理系統(tǒng)，以便于將來(lái)的擴(kuò)充和維護(hù)。主要包括工程師站、冗余數(shù)據(jù)服務(wù)器、歸檔服務(wù)器、操作員站，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)融會(huì)貫通。

2.2 MES系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用及云計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，依托自動(dòng)化系統(tǒng)建立控制主干網(wǎng)、實(shí)時(shí)信息主干網(wǎng)、企業(yè)局域網(wǎng)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管控一體化，建立廠級(jí)的生產(chǎn)綜合管理信息系統(tǒng)，以下簡(jiǎn)稱MES系統(tǒng)。MES系統(tǒng)涵蓋光伏回收車間所有生產(chǎn)工序和設(shè)備，全方面實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集到跟蹤分析，從綜合診斷到?jīng)Q策支持，全方位提高生產(chǎn)管理水平、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，輔助管理決策。

本系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能包括基礎(chǔ)信息管理、生產(chǎn)過(guò)程管理、生產(chǎn)質(zhì)量管理、庫(kù)存管理、生產(chǎn)能源管理、生產(chǎn)設(shè)備管理、生產(chǎn)報(bào)表管理、移動(dòng)應(yīng)用模塊和大屏展示系統(tǒng)，如圖2所示。光伏組件回收MES生產(chǎn)管理系統(tǒng)分為WEB終端，APP終端，大數(shù)據(jù)展示平臺(tái)和視頻監(jiān)控四部分。

圖2 MES功能模塊設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)大屏展示系統(tǒng)用來(lái)展示每天的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，大屏以曲線圖、柱狀圖、餅狀圖、表格等多種形式統(tǒng)計(jì)和展示。如每天投入生產(chǎn)的退役光伏組件的數(shù)量和重量統(tǒng)計(jì)的曲線柱狀跟蹤圖、每天各類產(chǎn)出品的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（玻璃的產(chǎn)量和打包量、鋁邊框的產(chǎn)量和打包量、接線盒的產(chǎn)量和打包量等等）、生產(chǎn)各工藝段的電耗數(shù)據(jù)和水耗數(shù)據(jù)、硅粉濕法提純的藥劑消耗信息以及關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率統(tǒng)計(jì)信息等等。

基礎(chǔ)信息管理是為該系統(tǒng)量身定做的B/S架構(gòu)的基礎(chǔ)平臺(tái)，擁有強(qiáng)大統(tǒng)一的用戶、權(quán)限、操作管理功能，使企業(yè)可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)不同車間、部門、崗位、職責(zé)、用戶進(jìn)行訪問(wèn)和操作授權(quán)，也為整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供基本信息支撐，基礎(chǔ)平臺(tái)為上層應(yīng)用服務(wù)提供了堅(jiān)實(shí)有力的支撐。

生產(chǎn)過(guò)程管理實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的全流程遠(yuǎn)程在線監(jiān)視和生產(chǎn)臺(tái)賬數(shù)據(jù)維護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)工作人員通過(guò)PC端、移動(dòng)端錄入生產(chǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)。管理人員可以通過(guò)PC端、移動(dòng)端各種方式實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。生產(chǎn)臺(tái)賬以班的形式每天錄入兩次，每班統(tǒng)計(jì)匯總一次，臺(tái)賬填報(bào)內(nèi)容包括酸堿消耗用量、拆盒設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、拆鋁框設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、組件回收設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間等等。臺(tái)賬內(nèi)容還包括系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)匯總的該班原材料（光伏組件）的投產(chǎn)數(shù)量和重量、成品（玻璃、鋁邊框、接線盒等）的產(chǎn)量以及各生產(chǎn)工藝段的能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

生產(chǎn)質(zhì)量管理是指對(duì)退役光伏板回收生產(chǎn)過(guò)程中去邊框、玻璃去除、篩分、濕法提純等作業(yè)中涉及到需要質(zhì)量檢驗(yàn)的回收產(chǎn)品（如玻璃、鋁邊框、接線盒等）進(jìn)行品位和水分檢驗(yàn)和分析以及對(duì)硅粉球磨粒度進(jìn)行檢驗(yàn)的過(guò)程管理。質(zhì)量管理對(duì)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、檢驗(yàn)過(guò)程和檢驗(yàn)方案進(jìn)行綜合管理，從而保證退役光伏板回收過(guò)程物料和產(chǎn)品的質(zhì)量。

庫(kù)存管理模塊主要對(duì)退役光伏組件原料進(jìn)出倉(cāng)庫(kù)和儲(chǔ)存情況、主要產(chǎn)品（玻璃、鋁邊框、接線盒等）包裝進(jìn)出倉(cāng)庫(kù)和儲(chǔ)存情況進(jìn)行管理，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品驗(yàn)收入庫(kù)到領(lǐng)用出庫(kù)的全程跟蹤管理，一方面有利于公司領(lǐng)導(dǎo)及時(shí)了解庫(kù)存信息，作為公司決策的重要依據(jù)；另一方面有助于物資管理部門及時(shí)掌握物料的需求情況和使用情況，從而可以合理控制庫(kù)存，減少物料庫(kù)存積壓，提高物料的利用率。

生產(chǎn)能源管理主要對(duì)退役光伏組件回收中試線用水、用電等公用能源資源的管理，依據(jù)中試線能源計(jì)量統(tǒng)計(jì)模型，進(jìn)行自動(dòng)或人工計(jì)量匯總及校正，實(shí)現(xiàn)能源計(jì)量信息管理。通過(guò)實(shí)施能源計(jì)量與統(tǒng)計(jì)模塊，有效提高了數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性，及時(shí)掌握中試線能源生產(chǎn)和消耗情況，并快速生成報(bào)表，實(shí)現(xiàn)集一般監(jiān)控、分析于一體的能源管控一體化系統(tǒng)，從而達(dá)到能源集中管理、信息共享和節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本的目標(biāo)。

生產(chǎn)設(shè)備管理對(duì)中試線設(shè)備狀況實(shí)現(xiàn)集中、全面、實(shí)時(shí)的可視化監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)設(shè)備從采購(gòu)、質(zhì)檢、入庫(kù)、出庫(kù)、安裝、運(yùn)行監(jiān)控、維修、直至報(bào)廢的全生命周期管理和信息集成，規(guī)范設(shè)備管理業(yè)務(wù)與流程，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的預(yù)知維修管理模式，減少裝置非計(jì)劃停車時(shí)間，降低維修費(fèi)用。形成從策略的制定、執(zhí)行、評(píng)估到優(yōu)化的閉路循環(huán)，持續(xù)提高設(shè)備維修的工作效率和可靠性。

生產(chǎn)報(bào)表管理主要完成各種報(bào)表統(tǒng)計(jì)工作。對(duì)原始采集數(shù)據(jù)經(jīng)必要的計(jì)算處理后，按指定格式、時(shí)間自動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)報(bào)表輸出，可完成各類統(tǒng)計(jì)報(bào)表（日?qǐng)?bào)、月報(bào)與年報(bào)）的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、校驗(yàn)、匯總等工作。本系統(tǒng)將要統(tǒng)計(jì)的報(bào)表包括電耗報(bào)表、水耗報(bào)表、藥劑消耗報(bào)表、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率報(bào)表和生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)報(bào)表等內(nèi)容。

移動(dòng)應(yīng)用模塊。APP首頁(yè)集中展現(xiàn)中試線需關(guān)注的重要監(jiān)控指標(biāo)，領(lǐng)導(dǎo)、員工只要打開APP，就能快速了解中試線當(dāng)前的生產(chǎn)運(yùn)行狀況；發(fā)現(xiàn)異常指標(biāo)，可通過(guò)APP內(nèi)置的企業(yè)通訊錄迅速聯(lián)系到相關(guān)責(zé)任人，及時(shí)解決問(wèn)題。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)建設(shè)退役光伏組件回收中試研發(fā)線全流程自動(dòng)化控制系統(tǒng)，一方面對(duì)組件回收工藝流程中設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、生產(chǎn)流程中的工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備、工藝過(guò)程、工藝參數(shù)的自動(dòng)控制和操作。另一方面依托MES系統(tǒng)管理平臺(tái)全方面實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集到跟蹤分析，從綜合診斷到?jīng)Q策支持，全方位提高生產(chǎn)管理水平、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，輔助管理決策。

基于DCS和MES的退役光伏組件回收中試線綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，采用當(dāng)今計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、人工智能和信息技術(shù)等前沿技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)先進(jìn)理念，并結(jié)合自動(dòng)化、信息化、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，具有較強(qiáng)的科學(xué)性、實(shí)用性和可操作性。相比于其他系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用集散控制，分散了中試線系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)同時(shí)又便于集中管理以及為未來(lái)中試研發(fā)線的方案調(diào)整、系統(tǒng)功能擴(kuò)展提供了較大的靈活度。另外，系統(tǒng)的冗余配置設(shè)計(jì)使得中試研發(fā)線的穩(wěn)定性得到很大的提高。此外設(shè)計(jì)的MES生產(chǎn)管理系統(tǒng)功能模塊較多，同時(shí)功能也較多，既有WEB端和大數(shù)據(jù)展示平臺(tái)又有移動(dòng)端，使用便捷，性能優(yōu)。

綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的建成，對(duì)于穩(wěn)定和提升組件回收生產(chǎn)過(guò)程工藝指標(biāo)，降低成本和能耗，提高企業(yè)科學(xué)管理水平和決策效率，具有重要的意義，為進(jìn)一步建設(shè)退役光伏組件回收數(shù)字化智能工廠奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。