ABB智能控制平臺(tái)助力水泥廠實(shí)現(xiàn)智慧化生產(chǎn)

序言

  水泥企業(yè)是傳統(tǒng)的高能耗高污染企業(yè)，雖然隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，水泥企業(yè)的能耗指標(biāo)，排放指標(biāo)有了一定的改善，但是在市場(chǎng)環(huán)境愈加嚴(yán)峻的今天，水泥企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中面臨著各方面的巨大壓力，諸如勞動(dòng)力成本上漲，原料價(jià)格上漲，市場(chǎng)需求萎縮，水泥價(jià)格下降等，因此為了提升企業(yè)自身的核心競(jìng)爭(zhēng)力，必須從生產(chǎn)的源頭進(jìn)行根本性的優(yōu)化，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的能源效率，只有這樣，才能在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)之中占得一席之地。

  同時(shí)，國家也提出了中國制造2025計(jì)劃，其中列出了五大工程，目的就是大幅度提升制造業(yè)整體素質(zhì)，產(chǎn)品質(zhì)量有較大提高。數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化取得明顯進(jìn)展，爭(zhēng)取使用十年的時(shí)間，邁入制造強(qiáng)國行列。在這五大工程其中的第二條，就是“智能制造工程”，其中說道“依托優(yōu)勢(shì)企業(yè)，緊扣關(guān)鍵工序智能化、關(guān)鍵崗位機(jī)器人替代、生產(chǎn)過程智能優(yōu)化控制、供應(yīng)鏈優(yōu)化，建設(shè)重點(diǎn)領(lǐng)域智能工廠/數(shù)字化車間。在基礎(chǔ)條件好、需求迫切的重點(diǎn)地區(qū)、行業(yè)和企業(yè)中，分類實(shí)施流程制造、離散制造、智能裝備和產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)新模式、智能化管理、智能化服務(wù)等試點(diǎn)示范及應(yīng)用推廣。建立智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系和信息安全保障系統(tǒng)，搭建智能制造網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺(tái)?！笨梢钥吹剑瑖覍?duì)于傳統(tǒng)制造業(yè)數(shù)字化，智能化，高度自動(dòng)化的發(fā)展方向，已經(jīng)十分明確。這也是傳統(tǒng)水泥行業(yè)所必須的發(fā)展方向。

現(xiàn)狀

  目前國內(nèi)水泥行業(yè)制造水平依然存在很多問題，雖然經(jīng)歷了多年的發(fā)展，國內(nèi)水泥工廠的電氣化，自動(dòng)化水平已經(jīng)普遍上了一個(gè)臺(tái)階，基本上實(shí)現(xiàn)了DCS/PCS系統(tǒng)的普及，以及關(guān)鍵工藝點(diǎn)測(cè)點(diǎn)儀表的覆蓋，但整體依然存在信息化/智能化程度偏低，信息整合度弱，工廠系統(tǒng)各自為政，信息利用效率低，相當(dāng)多的工廠依然使用傳統(tǒng)的票據(jù)方式傳遞數(shù)據(jù)和信息，造成信息傳遞不及時(shí)，因而影響工廠的調(diào)度生產(chǎn)。另外，相對(duì)于其他行業(yè)，水泥行業(yè)的智能化管控水平依然較低，一些已經(jīng)在其他行業(yè)普遍使用的系統(tǒng)功能在水泥行業(yè)依然罕見，如儀表總線管理，資產(chǎn)管理等，另外還存在一些獨(dú)立設(shè)置的系統(tǒng)，造成系統(tǒng)數(shù)量多，相互不兼容，信息不共享，維護(hù)困難，效率低下。

ABB智能一體化平臺(tái)

  ABB能夠?yàn)槟壳暗乃嘈袠I(yè)帶來世界領(lǐng)先的智能化一體化平臺(tái)，不但能夠滿足工廠的生產(chǎn)流程控制需要，還可以集成設(shè)備管理，儀表管理，總線設(shè)備管理，視頻管理，電氣集成等功能。完全可以使用同一個(gè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠的智能化生產(chǎn)管理，不需要多個(gè)系統(tǒng)，從而可以極大程度上提高系統(tǒng)的整體性，平臺(tái)統(tǒng)一性，降低維護(hù)工作量，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)可用性，減少人力成本和運(yùn)維成本。

  ABB 的800xA控制軟件平臺(tái)的研發(fā)宗旨就是“不僅僅是一套DCS”，其所面向的就是有智能化控制軟件平臺(tái)需求的客戶，通過800Xa系統(tǒng)強(qiáng)大的集成性，基于ABB IndustryIT技術(shù)，將客戶工廠實(shí)現(xiàn)智慧化生產(chǎn)所需的所有必要功能集于一身。

圖1：ABB IndustryIT 統(tǒng)一管控平臺(tái)

  1、設(shè)備管理一體化

  800xA 資產(chǎn)優(yōu)化能夠?qū)ψ詣?dòng)化設(shè)備、工廠基礎(chǔ)設(shè)施、工廠設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、信息技術(shù)資產(chǎn)以及生產(chǎn)流程提供實(shí)時(shí)的資產(chǎn)監(jiān)控、通告和維護(hù)工作流程的優(yōu)化。它是目前市場(chǎng)上獨(dú)一無二的解決方案，能夠在一個(gè)單一的用戶界面上，將傳統(tǒng)意義上互不相干的各類自動(dòng)化和監(jiān)控系統(tǒng)提供的全部信息進(jìn)行整合，從而讓用戶能夠?qū)ζ涓信d趣的某個(gè)資產(chǎn)的健康狀態(tài)和績(jī)效有一個(gè)全面的洞析。通過管理維護(hù)每個(gè)特定系統(tǒng)的全部信息、優(yōu)勢(shì)以及功能，800xA 資產(chǎn)優(yōu)化解決方案大大方便用戶操作-用戶不再需要在多個(gè)系統(tǒng)、工作界面、應(yīng)用程序環(huán)境以及導(dǎo)航手段之間來回切換。

  總體而言，800xA 資產(chǎn)優(yōu)化的特點(diǎn)可以歸納為以下兩類：

  提高資產(chǎn)可用性和績(jī)效

  –資產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控

  –資產(chǎn)狀態(tài)報(bào)告

  優(yōu)化運(yùn)營和維護(hù)效率

  –計(jì)算機(jī)維護(hù)管理系統(tǒng)（CMMS）集成

  –儀表管理系統(tǒng)（IMS）校準(zhǔn)集成

  并且，ABB 800xA的資產(chǎn)管理可以涵蓋到工廠的每一個(gè)角落，包括主機(jī)設(shè)備，電氣設(shè)備，儀器儀表，網(wǎng)絡(luò)通訊，IT設(shè)備等等。有了這樣的集成平臺(tái)，生產(chǎn)管理人員可以在一個(gè)界面中管理自己工廠中幾乎所有的資產(chǎn)，包括其使用壽命，運(yùn)行狀況，維護(hù)計(jì)劃等等。

圖2：資產(chǎn)監(jiān)控平臺(tái)可以涵蓋工廠的所有角落

  2、視頻系統(tǒng)一體化：

  800xA系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)視頻系統(tǒng)的一體化集成，這樣可以省去一套獨(dú)立的CCTV系統(tǒng)，并且800xA系統(tǒng)的視頻集成功能非常強(qiáng)大，可以支持多達(dá)數(shù)百個(gè)視頻信號(hào)的輸入，并且更加方便的是，這些視頻信號(hào)可以無縫集成在操作員的工作界面之中，操作員的視線可以無需離開操作界面即可觀察現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)視頻畫面。可以大幅度的提高操作員的工作效率，并且，這些視頻信號(hào)可以不僅僅限于一些傳統(tǒng)的CCTV信號(hào)源，包括一些巡檢不便的區(qū)域，也可以通過加裝IP攝像頭來給予操作員隨時(shí)觀察現(xiàn)場(chǎng)狀況的可能性，從而可以直觀的觀測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及儀表的工作狀況，從而大幅度的提高運(yùn)維的效率。

圖3：視頻集成架構(gòu)圖

  同時(shí)，800xA的視頻平臺(tái)并不僅僅可以用于生產(chǎn)的視頻監(jiān)控，它同樣可以集成安防的視頻系統(tǒng)，這樣又可以省去一套額外的安防視頻系統(tǒng)，同時(shí)由于所有信息集成于同一個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，因此對(duì)于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)追溯及查閱，是非常方便的，作為工廠的管理者，再也不用費(fèi)心去不同的系統(tǒng)查閱不同的資料了。

圖4：多樣的視頻源集成

  此外，針對(duì)水泥企業(yè)普遍使用的看火電視，800xA系統(tǒng)同樣可以實(shí)現(xiàn)集成，為什么還要有一臺(tái)額外的電腦來占用中控室本來就不寬裕的空間？ 而且其數(shù)據(jù)還只能在這臺(tái)電腦上查看，使用800xA集成平臺(tái)之后，不但可以省去額外的電腦空間，并且該看火電視的圖像及溫度信息，在系統(tǒng)所有節(jié)點(diǎn)上都是可以訪問的，也包括管理人員的界面。無形之中大幅度提高了儀表設(shè)備的利用效率。

圖5:看火電視視頻集成

  3、電氣集成一體化

  在目前的水泥廠中，電氣管理系統(tǒng)往往還使用獨(dú)立的繼電保護(hù)和監(jiān)控系統(tǒng)，最多使用串行通訊將一些中低壓繼電保護(hù)設(shè)備的測(cè)量信號(hào)傳遞到控制系統(tǒng)中，但這種通訊方式不但不易維護(hù)，而且可靠性也比較差，此外由于系統(tǒng)相互獨(dú)立，操作人員對(duì)于設(shè)備的電氣運(yùn)行狀況并不能獲得第一手信息，在系統(tǒng)設(shè)備由于電氣故障出現(xiàn)跳停的時(shí)候，操作人員基本上無法得知是何種電氣故障，也沒有辦法第一時(shí)間排除故障，而必須要通知電氣人員去現(xiàn)場(chǎng)查看才可以得知具體的故障，無形之中降低了系統(tǒng)的運(yùn)行效率，也增加了維護(hù)人員的工作負(fù)荷，而在實(shí)現(xiàn)電氣集成一體化之后，完全可以避免這一問題。并且實(shí)現(xiàn)集成一體化之后，電氣系統(tǒng)可以使用和控制系統(tǒng)一樣的歷史記錄及報(bào)表功能，非常方便，并且也可以減少因?yàn)槎嗵紫到y(tǒng)而造成的人力資源成本。

  電氣集成是指把同一工廠內(nèi)的過程自動(dòng)化和電力自動(dòng)化整合到同一個(gè)控制系統(tǒng)。這將形成一個(gè)單一的自動(dòng)化環(huán)境，不僅統(tǒng)一對(duì)過程設(shè)備的控制，而且統(tǒng)一對(duì)變電站設(shè)備及輸配電的保護(hù)、監(jiān)測(cè)與控制。集成過程自動(dòng)化系統(tǒng)和電力自動(dòng)化系統(tǒng)之后，其工程、操作和維護(hù)只需要一個(gè)單一的策略來完成。不管您是生產(chǎn)還是消耗電力，電氣集成有助于提高生產(chǎn)效率和降低運(yùn)營成本，這可以為您帶來上百萬美元的經(jīng)濟(jì)效益。

圖6:電氣集成一體化

ABB專家優(yōu)化系統(tǒng)

  為了響應(yīng)國家中國制造2025中關(guān)于智能制造部分的目標(biāo)：“依托優(yōu)勢(shì)企業(yè)，緊扣關(guān)鍵工序智能化、關(guān)鍵崗位機(jī)器人替代、生產(chǎn)過程智能優(yōu)化控”，同時(shí)出于目前市場(chǎng)環(huán)境的考慮，水泥企業(yè)都迫切需要在生產(chǎn)控制環(huán)節(jié)提升自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的完全自動(dòng)化，智能化。從而提升生產(chǎn)線的工藝穩(wěn)定性，質(zhì)量穩(wěn)定性，降低單位產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，包括能耗成本及設(shè)備損耗成本，提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，在嚴(yán)酷的市場(chǎng)環(huán)境中得以生存和發(fā)展，并且響應(yīng)國家節(jié)能降耗的要求，建立綠色環(huán)保的現(xiàn)代型水泥企業(yè)。

  專家優(yōu)化系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)過程的控制、穩(wěn)定及優(yōu)化。它使得優(yōu)秀操作員的操作方法在任何時(shí)候都可以精確、省力、持續(xù)的運(yùn)用。這種知識(shí)系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)化的程序規(guī)范確保了高度可行及長(zhǎng)期維護(hù)的便利。專家優(yōu)化的核心概念是最小化操作人員的操作代之以自動(dòng)導(dǎo)航方式來完成過程操作。

  一個(gè)安裝了專家優(yōu)化系統(tǒng)的用戶將會(huì)直接受益，系統(tǒng)的性能從“普通操作員級(jí)”上升為“優(yōu)秀操作員級(jí)”。這意味著優(yōu)秀操作員每天，每時(shí)每刻都在進(jìn)行最佳狀態(tài)的操作。由于增加了專家優(yōu)化應(yīng)用工程師提供的過程專家系統(tǒng)技術(shù)，加上客戶專家與這些工程師的交流，可以預(yù)見在此基礎(chǔ)上生產(chǎn)過程收益會(huì)大大增加，通常在不到一年的時(shí)間里，您為專家優(yōu)化系統(tǒng)的投入就可以得到回報(bào)。

  ABB的專家優(yōu)化系統(tǒng)融合了先進(jìn)的APC控制技術(shù)與數(shù)十年的水泥工藝經(jīng)驗(yàn)，其實(shí)用性，可靠性以及經(jīng)濟(jì)型早已在全世界數(shù)百條生產(chǎn)線的應(yīng)用案例中得到了驗(yàn)證，由于其在開發(fā)伊始就是專門針對(duì)于水泥工廠所開發(fā)的，所以其中融合了在多年應(yīng)用中積累下來的應(yīng)對(duì)水泥生產(chǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)的特殊情況的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。這些對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)率是非常重要的，意味著系統(tǒng)不但可以在系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)代替人操作生產(chǎn)過程，也可以在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)特殊狀況的時(shí)候進(jìn)行及時(shí)且正確的應(yīng)對(duì)。幫助生產(chǎn)過程快速的恢復(fù)正常，提高生產(chǎn)線的運(yùn)行效率及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

圖7:ABB專家優(yōu)化系統(tǒng)融合先進(jìn)控制技術(shù)及水泥過程經(jīng)驗(yàn)

  對(duì)于典型的100萬噸/年的一個(gè)熟料工廠的直接回報(bào)

  –增加輸出產(chǎn)量    3～5％

  –減少燃料消耗    3～5％

  –減少污染排除量    根據(jù)工廠條件各有不同

  –減少電能消耗    3～5％

  –減少耐熱材料消耗10～

  –減少質(zhì)量的波動(dòng)性10～20％

  –專家優(yōu)化系統(tǒng)在線運(yùn)行率90～99％

  同樣也會(huì)獲得其他很難量化但也同樣重要的收益：

  –有助于多種難于處理的廢料的利用，

  –控制工廠排放以達(dá)到環(huán)境法案的要求

  –保證過程控制的持續(xù)平穩(wěn)，消滅由于交接班造成的操作偏差

  –增加涉及過程及過程動(dòng)態(tài)的窯的規(guī)格知識(shí)系統(tǒng)

  –脫離常規(guī)生產(chǎn)過程內(nèi)容，使操作員和管理者可以專注于其他事項(xiàng)

  –為工廠管理提供工具和信息，以便更客觀地分析和管理生產(chǎn)過程。

  –由于產(chǎn)量增加，可以相應(yīng)減少資金周轉(zhuǎn)需求

  –由于提高了運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，從而減低了工廠維護(hù)的成本。

結(jié)語

  針對(duì)于國家制造2025中提出的目標(biāo)“推進(jìn)制造過程智能化。在重點(diǎn)領(lǐng)域試點(diǎn)建設(shè)智能工廠/數(shù)字化車間，加快人機(jī)智能交互、工業(yè)機(jī)器人、智能物流管理、增材制造等技術(shù)和裝備在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，促進(jìn)制造工藝的仿真優(yōu)化、數(shù)字化控制、狀態(tài)信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自適應(yīng)控制。加快產(chǎn)品全生命周期管理、客戶關(guān)系管理、供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，促進(jìn)集團(tuán)管控、設(shè)計(jì)與制造、產(chǎn)供銷一體、業(yè)務(wù)和財(cái)務(wù)銜接等關(guān)鍵環(huán)節(jié)集成，實(shí)現(xiàn)智能管控”。ABB可以為水泥企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化制造提供所有的技術(shù)平臺(tái)，使得水泥企業(yè)可以很方便的將國家策略與自身工廠的實(shí)際需求相結(jié)合，將國家方針落到實(shí)處，從而實(shí)現(xiàn)工廠的現(xiàn)代化，智能化，智慧化，提高企業(yè)的運(yùn)營水平，降低企業(yè)的運(yùn)營成本，打造智能的、先進(jìn)的、綠色的現(xiàn)代化水泥企業(yè)。