摘要：介紹了某銅電解廠應(yīng)用安科瑞EMS能效管理系統(tǒng)在生產(chǎn)信息化管理的架構(gòu)思路及方法，從傳統(tǒng)銅電解廠管理模式現(xiàn)狀、打造生產(chǎn)化信息管理系統(tǒng)的必要性及該系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計三個方面進行了論述，強調(diào)了傳統(tǒng)電解廠向工業(yè)4.0智能工廠進行轉(zhuǎn)變的必要性及迫切性。

0 引言

過去20年，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進步，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和計算機技術(shù)持續(xù)影響著工業(yè)環(huán)境，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)從最初應(yīng)用于商業(yè)環(huán)境逐步擴展至工業(yè)領(lǐng)域。在傳感器技術(shù)、移動通信技術(shù)及智能分析技術(shù)快速提升的現(xiàn)狀下，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已十分成熟。將工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)科學(xué)、高效的融合，可大幅提升生產(chǎn)制造效率，有效改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本和資源消耗，最終實現(xiàn)將傳統(tǒng)工業(yè)提升到智能化新階段的目標。隨著銅電解工藝的發(fā)展，銅電解流程工藝設(shè)備、原材料加工設(shè)備以及終端產(chǎn)品處理設(shè)備也得到了飛速的提升。在工業(yè)自動化和網(wǎng)絡(luò)信息化高度發(fā)達的今天，銅電解行業(yè)傳統(tǒng)的設(shè)備管理及生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理模式存在生產(chǎn)加工材料成本高、人力資源成本高、設(shè)備管理模式粗放、生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理模式單一并缺乏橫縱貫通的立體性等問題，已逐漸失去市場及社會競爭力。傳統(tǒng)的銅電解廠向工業(yè)4.0智能工廠的轉(zhuǎn)型迫在眉睫。

1傳統(tǒng)銅電解廠生產(chǎn)信息管理模式現(xiàn)狀

1.1 流程工藝管理模式

1.1.1 能源信息管理

銅電解廠通常需要生產(chǎn)水、壓縮風(fēng)、動力電、蒸汽四種能源資源，其中，生產(chǎn)水、壓縮風(fēng)與蒸汽需要計量流量及累計用量信息，動力電需要計量電量累積量。傳統(tǒng)的管理模式依靠工人的經(jīng)驗以及泵的揚程功率進行估算等方式對能源進行計量，工人需要至生產(chǎn)現(xiàn)場對電量電度表讀數(shù)進行記錄。這些方式存在較大的計量誤差及不確定性，無法做到能源系統(tǒng)的精細化管理，能源利用效率低，管理模式粗放，從而帶來生產(chǎn)能源成本高，生產(chǎn)過程無法把控等問題 。

1.1.2 工藝參數(shù)分析數(shù)據(jù)管理

為保證陰極銅產(chǎn)品質(zhì)量，銅電解廠通常需要對陽極板含氧量進行檢測，按時按量對電解液的溫度以及電解液的酸度、添加劑成分含量進行分析，對陰極銅產(chǎn)品成分進行檢測以及電解槽電壓電流數(shù)據(jù)進行測量。傳統(tǒng)的方式需要依靠人為抽樣后送至實驗室進行化驗檢測，該方式存在人力資源成本高、檢驗結(jié)果缺乏時效性以及外部變量不可控等缺陷，對工藝參數(shù)分析數(shù)據(jù)的準確把控帶來較大的難度。

1.2 設(shè)備生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)管理模式

1.2.1 設(shè)備所處理原材料數(shù)據(jù)管理

銅電解廠通常需要行車、陽極整形機組、陰極剝片機組、殘極洗滌機組、電解槽、電解液循環(huán)系統(tǒng)、短接開關(guān)系統(tǒng)以及廠房照明系統(tǒng)等設(shè)備為生產(chǎn)進行服務(wù)。傳統(tǒng)的設(shè)備無法對所被處理的原材料數(shù)量、重量、電解槽電流電壓數(shù)據(jù)及進出液流量、循環(huán)系統(tǒng)液位、短接開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)進行自動采集并歸檔分析處理。

1.2.2 設(shè)備零部件生命周期管理

對于傳統(tǒng)的銅電解設(shè)備，無法對設(shè)備的零部件生命周期進行準確的記錄和分析。同時，設(shè)備的點檢潤滑通常是依靠工人的經(jīng)驗進行處理。由于工人技能的參差不齊，無法對設(shè)備性能進行準確把控及標準化管理，帶來設(shè)備故障率高、生產(chǎn)效率較低、備件成本高且流轉(zhuǎn)率低等問題，給生產(chǎn)帶來較大的成本負擔(dān)。

2 EMS系統(tǒng)在銅電解廠生產(chǎn)信息管理方面的架構(gòu)簡述

2.1 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)簡述

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通過數(shù)據(jù)、資源和系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，實現(xiàn)生產(chǎn)制造的靈活配置、生產(chǎn)過程的按需執(zhí)行、合理優(yōu)化及制造環(huán)境的快速適應(yīng)，是一個由服務(wù)進行驅(qū)動的新型工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將具有環(huán)境感知能力的各類終端、不同的計算模型及工業(yè)無線通信等不斷融入到工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，將傳統(tǒng)工業(yè)提升到智能化階段，最終實現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程優(yōu)化、生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控管理及能源管理等目的。從銅電解廠生產(chǎn)管理角度出發(fā)，通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將能源管理、工業(yè)參數(shù)分析、設(shè)備管理數(shù)據(jù)等信息融合到一套完整的生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)當(dāng)中，最終實現(xiàn)傳統(tǒng)銅電解廠的智能化轉(zhuǎn)型升級。

2.2 設(shè)計依據(jù)及總體框架

基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的銅電解廠生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計以 《國家智能制造標準體系建設(shè)指南 (2018 年版)》 為依據(jù)，結(jié)合 《色金屬行業(yè)智能冶煉工廠建設(shè)指南 (試行)》 中提出的總體設(shè)計及建設(shè)內(nèi)容中的相關(guān)指導(dǎo)意見，充分考慮現(xiàn)實當(dāng)中銅電解廠生產(chǎn)管理的特點和需求，一套完整的銅電解廠EMS系統(tǒng)應(yīng)由一下幾部分組成：①能源管理系統(tǒng);②工藝參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng);③設(shè)備工作數(shù)據(jù)處理系統(tǒng);④設(shè)備生命周期及維護數(shù)據(jù)管理系統(tǒng);⑤生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)。

2.3 能源管理系統(tǒng)

銅電解廠的能源管理系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能：①水、電、風(fēng)、汽能源的在線數(shù)據(jù)監(jiān)測;②實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集及處理;③形成有用的數(shù)據(jù)報表對工廠能源系統(tǒng)進行管控。

本系統(tǒng)可采用安科瑞EMS能效管理系統(tǒng)以實現(xiàn)功能。具體配置如下：

1) 選用羅斯蒙特、E+H 等智能儀表廠商所生產(chǎn)的流量計、壓力變送器以及熱電阻在線測量各區(qū)域所用生產(chǎn)水、壓縮風(fēng)、蒸汽的實時流量、壓力和溫度;

2) 選用安科瑞APM510多功能遠程智能電度表對廠區(qū)內(nèi)各區(qū)域用電點進行電度計量;

3) 選用ABox-5000數(shù)據(jù)采集箱作為數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，可使用多臺數(shù)據(jù)采集箱分布在工廠區(qū)域內(nèi)各能源信息采集點。

4) 選用AcrelEMS能效管理系統(tǒng)軟件作為系統(tǒng)的上位機軟件，分別在現(xiàn)場和工廠主控中心設(shè)置工程師站與操作員站，工作人員可在上位機上對能源數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測[增加APM510的產(chǎn)品介紹]。

2.4 工藝參數(shù)分析系統(tǒng)

銅電解廠的工藝參數(shù)分析系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能：①陽極板含氧量測量;②電解液酸度、濁

度、溫度測量;③電解液成分檢測;④陰極銅成分檢測。

具體配置如下：

1) 配置一臺自動鉆孔取樣機，對陽極板原料進行自動取樣，該樣品通過機械手放置進入測氧儀檢測區(qū)域，對陽極板含氧量進行檢測，其數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)上傳至服務(wù)器，通過ANet網(wǎng)關(guān)與上位機進行數(shù)據(jù)交換;

2) 選取合適的在線測量點，配置酸度儀、濁度儀以及熱電阻，對電解液的酸度、濁度和溫度進行檢測，其檢測數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)或其他通信方式傳入服務(wù)器，通過ANet網(wǎng)關(guān)與上位機進行數(shù)據(jù)交換;

3) 在陰極銅產(chǎn)品成品出口區(qū)域配置自動鉆孔取樣機，通過機械手將樣品放置進入檢測試驗設(shè)備內(nèi)，對陰極銅產(chǎn)品質(zhì)量進行檢測，其檢測數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)或其他通信方式傳入ABox數(shù)據(jù)采集箱再傳入服務(wù)器;

4) 選取合適的取樣點，通過機械手對電解液進行在線取樣，將樣品放置在光譜儀檢測區(qū)域內(nèi)，對電解液成分進行在線檢測化驗，其檢測數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)或其他通信方式傳入ABox數(shù)據(jù)采集箱再傳入服務(wù)器[加入Abox產(chǎn)品介紹];

5)ABox-5000系列數(shù)據(jù)采集箱是安科瑞電氣股份有限公司自主研發(fā)的集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)上傳和邊緣計算于一體的智能數(shù)據(jù)采集箱。整個采集箱可以通過RS485串口或網(wǎng)口采集各類水、電、氣終端設(shè)備的數(shù)據(jù)，并通過以太網(wǎng)、4G、光纖等通訊方式將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器或云平臺。數(shù)據(jù)采集箱采用模塊化，集中式設(shè)計，通過集成各類元器件，方便用戶進行現(xiàn)場的施工布線，對終端數(shù)據(jù)進行采集和監(jiān)控以及上傳數(shù)據(jù)。本采集箱具有可靠性高、功能較強、維護方便、性價比高的特點，免去用戶元器件選型的困擾，能幫助用戶快速的完成系統(tǒng)組網(wǎng)。

2.5 設(shè)備所處理原材料數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

銅電解廠的設(shè)備所處理原材料數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能：①所處理陰陽極板的數(shù)量，重量，板面外形檢測，自動判斷合格或廢板功能;②行車起吊陰陽極板數(shù)量及時間記錄功能;③電解槽短接開關(guān)遠程操作及狀態(tài)監(jiān)測功能;④電解槽槽電壓及電流無線狀態(tài)監(jiān)測及陰陽極板短路監(jiān)測功能;⑤電解槽進出液管道流量狀態(tài)監(jiān)測功能;⑥電解液循環(huán)系統(tǒng)液位、流量及溫度狀態(tài)監(jiān)測功能。

具體配置如下：

1) 根據(jù)陰極銅產(chǎn)量配置陽極整形機組、陰極剝片機組、殘極洗滌機組。要求陽極整形機組具備陽極板數(shù)量計數(shù)與累計、重量計量與記錄、板身厚度測量與記錄功能;陰極剝片機組具備陰極板數(shù)量計數(shù)與累計、重量計量與記錄、板面外形檢測與記錄以及堆垛打包功能;殘極洗滌機組具備極板數(shù)量計數(shù)與累計、重量計量與記錄以及堆垛打包功能。該系統(tǒng)采用主從架構(gòu)的形式，采用PLC 作為地面交換站，并配置服務(wù)器主機，每臺機組采用PLC 作為從站，通過工業(yè)以太網(wǎng)功能將數(shù)據(jù)與Anet網(wǎng)關(guān)進行交換與傳輸;

2) 采用奧地利 KUNZ 公司或芬蘭 Outotec 公司的全自動吊車對陰陽極板進行起吊，該行車采用PLC 進行控制，可對所起吊的陰陽極板數(shù)量、重量進行記錄;行車通過無線通信技術(shù)與Anet網(wǎng)關(guān)進行數(shù)據(jù)交換，從而與機組設(shè)備進行連鎖;

3) 開發(fā)一套電解槽槽電壓及電流在線監(jiān)測裝置，同時具備電解槽內(nèi)陰陽極板短路狀態(tài)監(jiān)測功能，通過Anet網(wǎng)關(guān)無線通信的方式，將數(shù)據(jù)傳入服務(wù)器中，從而實現(xiàn)遠程狀態(tài)監(jiān)測的功能;

4) 采用智能型儀表對電解槽出液管道電解液流量進行在線監(jiān)測，要求儀表具備無線傳輸功能，將流量數(shù)據(jù)傳入ABox數(shù)據(jù)采集箱，再傳入 EMS系統(tǒng)，達到對流量的監(jiān)測目的;

5) 配置一套ABox數(shù)據(jù)采集箱對電解循環(huán)系統(tǒng)的液位、溫度、流量等參數(shù)進行狀態(tài)采集與監(jiān)測，要去該系統(tǒng)可與地面站服務(wù)器進行數(shù)據(jù)交換，達到遠程監(jiān)測和數(shù)據(jù)共享的目的[增加Anet產(chǎn)品介紹]。

2.6 設(shè)備零部件生命周期管理系統(tǒng)

銅電解廠的設(shè)備零部件生命周期管理系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能：①動作設(shè)備的動作次數(shù)計量;②各活動區(qū)域加油潤滑周期記錄及提示;③設(shè)備各區(qū)域及部件點檢周期及點檢內(nèi)容記錄及提示;④設(shè)備各零部件更換記錄、更換原因記錄及更換人員記錄;⑤設(shè)備各零部件對應(yīng)的庫存?zhèn)浼?shù)量及庫存位置記錄，并具備實時更新功能。

具體配置如下：

1) 在設(shè)備的關(guān)鍵活動零部件上加裝射頻識別碼，采用射頻識別技術(shù)，向射頻系統(tǒng)定時發(fā)送設(shè)備動作狀態(tài)以及零部件信息;

2) 設(shè)計一套設(shè)備信息管理系統(tǒng)，要求可實現(xiàn)設(shè)備點檢潤滑周期記錄及提示，設(shè)備零部件更換記錄，更換原因記錄，更換人員記錄;

3) 設(shè)計一套庫房備品備件管理信息系統(tǒng)，可實現(xiàn)對設(shè)備零部件的精細化管理。

3 結(jié)語

1)AcrelEMS能效解決方案可實現(xiàn)虛擬生產(chǎn)與現(xiàn)實生產(chǎn)環(huán)境的融合，采用創(chuàng)新的軟件平臺及功能服務(wù)，讓EMS系統(tǒng)深入到企業(yè)運營過程中，促進企業(yè)縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品制造成本和不良率，有效提升能源利用率;

2)通過不同功能、不同層級的各專業(yè)監(jiān)測模塊的搭建，形成一套統(tǒng)一的包含生產(chǎn)、能源信息化管理系統(tǒng)，提升企業(yè)對于綜合信息的把控能力及市場競爭力;

3)該系統(tǒng)的搭建，對于傳統(tǒng)電解廠轉(zhuǎn)型為工業(yè) 4.0 的智能制造工廠具有重要意義。

審核編輯：湯梓紅