铜冶炼行业电解车间智能信息化综合管理平台设计

文/胡子豪 王万军 徐 勇 申 远(.铜陵有色金属集团股份有限公司金冠铜业分公司；2.合肥金星机电科技发展有限公司；3.安徽省工业燃烧监测技术与装备工程实验室）

一、国内外有色行业智能化信息系统研究概况

随着工业4.0 和《中国制造2025》计划的实施，国内外有色行业不断加大智能车间、智能工厂的建设，着力在企业信息化智能化方面进行研究。国外许多电气自动化控制公司开发了过程智能和过程优化软件包，如SIEMENS和ABB公司都集成了相应的优化控制软件；国外一些科研机构也纷纷研发针对现代工业的远程监控系统，比较成熟的产品有IBM公司的Maximo、COPICS系统，瑞典的以C/S结构为主的IFS 系统，美国的以B/S 结构为主的INFOREAM系统和法国的COSWINEAM系统等。以上这些研究和产品有些适用于部分流程工业，对于有色行业适用度不高，有些是模块化的产品，不利于企业的集成和管理，对国内的有色行业存在“水土不服”的情况，对全生产过程的智能化综合管理也没有进行很好的融合与集成。

工信部发布《有色金属工业“十三五”发展规划》后，大量有色行业智能化项目启动。目前国内外新一轮的工艺、设备及管理项目的重心集中于新技术、新管理方法、高效率和低成本的应用。如上海应用技术大学团队项目，通过人工智能方法，对现有人工生产装备进行智能化改造，从根本上解决炭素与焦化生产过程的质量控制、污染问题及智能化产业升级；长沙有色冶金设计研究院有限公司为有色行业的智能制造发展提供了大量的技术参考；美国的辛辛那提大学机械工程系团队对工业领域的人工智能应用研究进展进行了调研和总结。但这些与真正的有色行业信息化与智能化方面还有一定的差距，在信息化方面，存在数据滞后、时效性差、数据来源单一等问题，不能为企业管理与调度人员及时、准确地提供生产决策依据；在智能化方面，大多仍采用“半自动化”操作模式，很难实现生产过程的优化操作运行和精细化管理，必然带来生产运行不稳定、能耗高、热效率低、产品质量和产量波动大等诸多问题。本文针对铜冶炼企业电解车间智能化建设展开全方位的研究探索工作，重点从智能综合信息化管理平台入手，结合无线工业互联网、3D数字化车间、大数据管理驾驶舱，全面推进智能电解车间的建设工作。

二、平台构建形式及总体模块设计

电解车间智能信息化管理平台以生产过程智能监测与预警、信息化智能管理为核心与载体，深度融合生产管理信息与生产实时过程信息，通过生产过程的可视化管理与生产实时数据的自动采集、挖掘与分析，有效提升生产运行水平和决策水平。同时通过建立体系化的运营策略，提高生产可靠性、安全性和经济性，建立高效可靠的智能制造模式，平台的构建形式如图1 所示。

图1 电解车间智能信息化管理平台构建形式

为全面提高车间信息化管理水平和管理效率，实现生产过程、质量、成本、能效、环保、绩效等的监测、分析和可视化管理，设计如图2 所示的电解车间智能化综合管理平台。在整合电解车间原有的DCS控制系统、PI 数据库、自动剥片等系统的基础上，集成已研发的短路检测、自动洒水等系统，融合能耗管理数据、设备数据、绩效数据，构建包含车间全景3D 数字可视化、生产管理驾驶舱、全车间智能检测及巡检、设备管理、工艺过程可视化监测、绩效管理、成本质量管理、安全环保管理的综合智能化管理平台。

图2 电解车间智能信息化管理平台总体模块设计

三、平台技术架构

电解车间智能信息化综合管理平台总体设计为智能感知层、数据服务层和智能应用层三层构架，如图3 所示。智能感知层负责为平台获取基础支撑数据；数据服务层负责进行数据归集、融合和存储实时数据、历史数据以及用户管理数据，为上层网络服务层提供基础数据和通信接口；智能应用层可以广泛拓展功能模块，设计包括车间智能信息化综合管理系统、车间管理驾驶舱、3D 虚拟仿真系统和移动应用。

图3 电解车间智能信息化综合管理平台技术构架

1.智能感知层

智能感知层能够接入电解槽短路检测系统的视频、检测、巡检记录等数据，实现与车间极板短路检测系统数据无缝对接，支持接入能耗传感数据或能管系统数据。支持接入车间的生产控制数据，包括机组和桁车数据、电解车间DCS（集散控制系统）数据和净液系统数据。逐步实现车间无纸化办公，支持人工录入、批量导入外部数据，对接车间现有的ERP 系统。同时提供其他信息化系统接入的标准化接口，实现车间数据全贯通。

2.数据服务层

数据服务层获取数据源层的全部数据，负责进行数据归集、融合和存储，主要分为实时数据和历史数据，实时数据和历史数据共同作为前端网站的数据后台，由搭建的数据库进行保存与备份，并在内存中实时保存最新上传数据，历史数据库还要负责进行数据的统计计算，为应用层的展示以及数据统计分析提供数据支撑。

3.智能应用层

智能应用层主要是Web 端软件和移动应用软件（APP），同时配备一个数据统计分析引擎进行报表生成、数据分析等工作。通过数据的汇总、统计，形成有效的展示和管理平台，最终为车间管理者进行决策指导，实现车间智能化管理。智能应用层中的统计功能强大，支持多维度方式统计，统计表格可穿透，有利于数据溯源，可作为车间信息化管理的强力数据抓手。

四、系统功能模块设计

1.多源异构数据中心

面向实时数据库、关系数据库的多源异构数据平台，解决不同数据源的互联互通问题，实现企业数据化智慧运营，如图4 所示。

图4 多源异构数据中心

2.全车间3D 数字可视化模块

基于虚拟现实技术，实现车间全景3D 数字可视化，同时关联实时的系统感知数据，对主要设备和工艺段实现精细化3D实时状态展示和智能监测。

3.分级多角色综合展示及智能信息化管理系统

开发具有较强柔性化的综合展示及交互系统，面向不同的应用角色提供最佳的人机交互功能，实现全局和分模块业务分析及交互，主要包括车间生产管理、设备管理、成本管理、能源管理、质量管理、安全管理、环保5S、绩效管理、组织管理和资产管理等模块；同时包含三维车间和管理驾驶舱。

4.组态化生产管理驾驶舱系统

开发具有组态化的生产管理驾驶舱（大屏系统），满足单屏或多屏拼接式超高分辨率的数据展示，帮助企业构建全局的数据可视化大屏，如图5 所示。

图5 电解车间管理驾驶舱

五、结语

本文研究的铜冶炼行业电解车间智能信息化综合管理平台，是基于先进的系统构架理念设计的符合当前铜冶炼行业电解车间需求的综合管理平台。其在充分研究车间生产管理的流程和机制的基础上，面向实时数据库、关系数据库构建多源异构数据平台，解决不同数据源的互联互通问题；基于VR 技术，实现车间全景3D 数字可视化及虚拟仿真；设计具有较强柔性化的综合展示及交互系统，实现车间各业务模块；研究具有组态化的生产管理驾驶舱，构建全局的数据可视化大屏；该平台在智能电解车间的建设中进行了验证，取得了较好的实用效果。