生产数据自动化采集实现能源信息化管理

邓蕾

摘要：能源是人类生存之本，铸造工业是国民经济的重要基础产业。能耗大、生产过程复杂、效率低等成为制约企业发展的瓶颈。本文结合铝企业生产实际情况，提出增强企业管理的信息化手段，阐述了铝企业生产信息及能源管理系统的主要功能，实现了企业优化管理、降低生产能耗、提高生产效率的目的。

关键词：铝企业；能耗；智能分析；自动化

0引言

能源是人类赖以生存的基础，也是是制约经济和社会发展的重要因素。在全球能源紧缺的背景下，如何科学合理地使用新型能源、有效地节约已有能源成为众多企业、学者研究的课题。传统铸造行业设备多、能耗大、生产过程复杂，能源消耗的水平将直接影响产品的成本和利润指标。

铝工业是我国现阶段单位能耗最高的冶金工业过程，作为重要的基础原材料产业，优化其生产工艺、创新其控制和管理技术，对国民经济发展起着重要作用。

因此，优化铝工业生产过程，加强企业信息化管理，提高生产智能化程度，有效利用能源優化资源配置，实现企业的经济效益和节能降耗的统一，对我国铝加工企业的发展具有重要意义。

1 现代铝企业生产流程及约束条件

1.1 现代铝企业生产主要环节

现代铝工业生产有4个主要生产环节：

（1） 铝土矿的开采过程；

（2） 从铝土矿提取纯氧化铝的氧化铝生产过程；

（3） 用冰晶石一氧化铝熔盐电解法生产金属铝的电解铝生产过程；

（4） 铝加工生产过程。其中氧化铝生产和电解铝生产是最复杂的两个工艺过程，此外还有铝的再生利用以及两个重要的辅助环节：炭素电极制造和氟盐生产。

铝企业具有独特的生产过程，主要体现在：

* 生产阶段性显著。在熔炼阶段，主要以化学变化为主，对铝液中化学成分的把控是非常严格的；在铸造阶段，主要以物理变化为主，需要根据客户的具体需求，按照限定尺寸严格控制产品外形。

* 生产能力体现集中性。熔炼与铸造阶段中关键设备的好坏将决定铝企业生产能力的大小。因此，关键设备性能通常作为企业发展的瓶颈。

* 生产阶段具有连续性。从熔炼到铸造，整个高耗能阶段以一种连续的生产方式进行，各操作之间的缓冲有限，前后工序要求衔接匹配。

* 生产中的持续高温操作，所产生的能耗较大，加强能源管理可有效降低生产成本。

1.2 现代铝企业生产的约束条件

由于铝生产过程的特殊性，对于生产调度产生了一定的约束性，主要体现为：

（1）工艺约束。工艺约束指在生产过程中为保证生产正常进行和产品质量符合客户要求所应遵循和满足的生产规程。

（2）设备约束。设备约束指在生产过程中为实现设备的合理利用及生产顺畅、保证产品质量等目的，设备所应遵循的使用规程。

（3）能源平衡约束。铝在生产过程中，为保证其质量及生产持续性，应保证整个过程中的能源平衡。同时，抓住主要环节降低能耗，建设资源浪费。

因此，需要提出信息化的高效手段，将铝生产过程中的信息进行实时采集，跟踪能源变化实现智能调度。通过对数据采用专家智能分析手段，优化生产过程，降低生产能耗，减少资源浪费。同时，提高生产效率，节约劳动成本。在传统工艺基础上，与互联网相结合打造全新型铝加工企业。

2 铝企业生产信息及能源管理系统

以铝企业生产现状为出发点，梳理铝企业内部管理流程，及生产工艺流程，通过对主要环节及设备安装数据自动采集装置，实现生产跟踪管理，优化生产过程，提高生产效率。铝企业生产信息及能源管理系统功能架构图如图1所示。

主要功能包括：

1、基础能源及生产设备管理功能

应用物联网设备对生产设备基础信息进行采集，实时跟踪设备运行情况，并将设备运行数据与生产运营数据进行联系，为制定生产优化方案奠定基础。

而基础能源管理作为能源管理中心在线平衡调度及在线能源管理的补充，包括能源计划管理、能源实绩管理、能源生产运行支持、能源质量管理和能源对比分析等模块。

2、能源监视功能

能源监控功能主要包括常规设备监控，在线管理和调整，工艺系统、计算机网络系统等协调监控，满足节能要求、以远程监控为核心的节能调度，扁平化的故障监测及分析处理等。分燃气、电力、水、供气等子系统监视，对重点设备用能情况单独监控，对车间工序进行综合监控，对能源系统无人值守进行远程监视控制。

3、能耗预测支持

根据生产、转运、检修计划，结合产品单耗等相关量，预测一段时间内的能源供需量，并辅助能管人员制定相应的能源生产供应计划，从而达到预测性能源供需平衡。

4、能源平衡与优化调度

（1）能源平衡

基于物料移动和平衡、能源生产和平衡等数据，及时掌握企业的生产运行、物料移动、生产执行和生产统计等情况；加强各业务层次间的信息集成和数据共享；提供灵活的生产报表格式定制功能，使报表功能具有良好的维护性和扩展性。能够方便地基于装置的生产运行数据进行数据汇总和分析。以物料、能源平衡图表形式实现。

（2）能源预测与优化调度

主要完成电力负荷预测、用电量预测、多介质平衡优化调度等功能，利用能源管理中心系统的数据和控制平台，建立能源主要介质的产销预测模型，并通过能源综合分析，给出能源系统优化调度方案，通过用户的调度及管理提供决策依据，实现能源系统的平衡优化运行，达到节能降耗的效果。

5、铝电解节能专家

该功能通过实时采集铝电解过程中电解工序、出铝工序、换极工序、母线提升工序等生产环节的工艺操作参数与能耗数据，构建适用的数据多维模型，挖掘生产工艺参数（生产负荷、氟化铝加料量、氧化铝浓度等）与能耗之间的关系及潜在规律，形成专家知识库，对电解槽焙烧启动与正常生产进行指导，优化不同工况下的操作参数，实现电解槽稳定高效生产，提高整个电解过程的电流效率。

3 结论

铸造工业是国民经济的重要基础产业，是国家经济水平和综合国力的重要标志，但同时铸造行业也是高能耗、高污染的“大户”，铸造工业节能减排工作关系到全社会整体节能减排工作的成效。

本文依据铝企业生产现状，以降低能耗、优化管理为目标。提出铝企业生产信息及能源管理系统建设，旨在通过信息化手段，实现数据实时采集，智能化分析生产问题、优化生产过程、减少冗余操作、提高生产效率，同时有效降低企业能耗，担负起改善环境的社会责任。

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