我國氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)中自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢

楊軍偉

摘要： 氧化鋁工業(yè)屬于典型的流程工業(yè)，是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱，而自動化技術(shù)是提高氧化鋁工業(yè)企業(yè)競爭力的高技術(shù)之一。

關(guān)鍵詞：氧化鋁工業(yè)；自動化技術(shù)；流程工業(yè)；發(fā)展趨勢

一、引言

流程工業(yè)是對生產(chǎn)過程為連續(xù)或半連續(xù)的工業(yè)企業(yè)的總稱。氧化鋁生產(chǎn)是連續(xù)過程，屬典型的流程工業(yè)。它不僅對流程中各工序本身有實現(xiàn)自動控制的需求，而且與其上下游工序的物流在質(zhì)與量等方面都有直接的關(guān)聯(lián)，所以還必須從整個生產(chǎn)流程的全局，統(tǒng)籌對各工序的控制需求和信息交換需求進(jìn)行優(yōu)化。我國氧化鋁工業(yè)受資源限制，大多不能簡單地采用國外普遍應(yīng)用的拜耳法工藝。因此，不能直接套用國外已成功應(yīng)用的相關(guān)自控技術(shù)，更不可能依靠國外開發(fā)適合我國氧化鋁生產(chǎn)工藝的自控技術(shù)，而只能靠我們自己。加入WTO后，我國鋁廠必須從氧化鋁的產(chǎn)量、質(zhì)量、能耗、勞動生產(chǎn)率、經(jīng)營成本、環(huán)境保護(hù)等方面提升其競爭力，實現(xiàn)自動化是重要途徑之一。但目前我國氧化鋁生產(chǎn)自動化水平較低，迫切需要采用工業(yè)自動化高新技術(shù)成果，提升我國氧化鋁生產(chǎn)的自動化水平。

二、現(xiàn)狀與差距

我國氧化鋁工業(yè)大部分以高鋁、高硅、低鐵、難溶出的一水硬鋁石為原料，采用堿石灰燒結(jié)法和混聯(lián)法工藝。與國外采用三水軟鋁石為原料的拜耳法工藝相比，不利于信號檢測和實現(xiàn)自動化。這主要因為工藝流程更為復(fù)雜，對上下游工藝的銜接質(zhì)量的要求更高，且能耗高、結(jié)疤嚴(yán)重，使自動檢測和控制的難度加大。我國氧化鋁生產(chǎn)應(yīng)用過程控制技術(shù)起步于20世紀(jì)80年代。近20年來，各廠已經(jīng)做了大量的工作。在信號檢測方面，山東和鄭州鋁廠采用中子活化分析儀進(jìn)行生料漿組分的在線分析；山西鋁廠采用從匈牙利引進(jìn)的鋁酸鈉溶液在線分析儀對蒸發(fā)母液進(jìn)行檢測；山東、中州鋁廠采用紅外測溫技術(shù)對大窯燒成帶溫度進(jìn)行檢測；鄭州鋁廠采用攝像儀和溫度圖像分析技術(shù)，檢測大窯燒成帶溫度并了解結(jié)圈狀況；各廠均已大量采用放射線密度計、雷達(dá)物位計、超聲料位計、放射線料位計等非接觸式檢測儀表。在控制方面，通過采用DCS，對大窯、石灰爐、溶出、分解、蒸發(fā)、焙燒等主要工序?qū)崿F(xiàn)了常規(guī)控制；PLC的應(yīng)用較為普遍。在信息集成方面，鄭鋁和貴鋁已走出了一大步；采用拜耳法工藝的平果鋁廠，通過引進(jìn)5家公司的自動化技術(shù)，已達(dá)到較高的自動化水平。

三、實施策略

實施綜合自動化的基本原則是“效益驅(qū)動”，指導(dǎo)方針是“先下后上、先易后難、重點突破”。工作的出發(fā)點和落腳點，都應(yīng)該是獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益，即解決目前存在的問題，使之在產(chǎn)量、質(zhì)量、成本等方面，都能產(chǎn)生明顯的效果，這就是“效益驅(qū)動”?！跋认潞笊稀笔侵冈诮M成的綜合自動化計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，應(yīng)先從最下層的現(xiàn)場信號檢測開始，進(jìn)而實施現(xiàn)場過程控制系統(tǒng)，使處于上層的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)能夠獲取足夠的、可靠的、自動生成的基礎(chǔ)信息。在實施MES過程中，除實施好生產(chǎn)自動化系統(tǒng)之外，還必然涉及上下左右各部門之間的信息交換、管理與決策的優(yōu)化，甚至涉及到現(xiàn)有各部門的設(shè)置和職責(zé)。以上這些，都需要廠領(lǐng)導(dǎo)加以組織、協(xié)調(diào)、統(tǒng)籌運作。

四、過程檢測和控制設(shè)備的應(yīng)用發(fā)展趨勢

（一）新型儀表提供了解決測控難題的辦法。近年來，自動化儀表工業(yè)發(fā)展迅猛，出現(xiàn)了一些性能穩(wěn)定、工作可靠的儀表設(shè)備，如超聲波料位計、雷達(dá)料位計、射頻導(dǎo)納料位計、質(zhì)量流量計、渦街流量計、超聲波流量計、光纖比色溫度計、核子秤等，從而使多年來一直困擾氧化鋁生產(chǎn)過程檢測的料位測量、流量測量等難題開始得到改善。在控制手段方面，出現(xiàn)了凸輪撓曲調(diào)節(jié)閥、變頻調(diào)速控制器等技術(shù)，為解決控制問題提供了新的手段。這些新型測控設(shè)備已在我國氧化鋁生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，并取得了良好效果，為進(jìn)一步擴(kuò)大其使用范圍，使我國的氧化鋁生產(chǎn)過程檢測和過程控制步入一個嶄新的時代奠定了良好的基礎(chǔ)。微電子技術(shù)的發(fā)展，使各種體積小、功能強(qiáng)、速度快的微處理器不斷涌現(xiàn)，使自控裝置向智能化方向發(fā)展，在原功能基礎(chǔ)上增加了數(shù)學(xué)運算、邏輯判斷、信息存貯及通信等功能，與常規(guī)儀表相比，智能控制裝置具有測量精度高，自動校準(zhǔn)，自動修正誤差，自動診斷，允許靈活地改變功能，可以通過數(shù)字通訊構(gòu)成復(fù)雜系統(tǒng)實現(xiàn)高級控制等優(yōu)點，已成為當(dāng)前的發(fā)展趨勢。智能儀表，將在我國氧化鋁工業(yè)中逐步替代常規(guī)儀表。

（二）DCS將進(jìn)一步廣泛應(yīng)用。DCS已在我國的氧化鋁工業(yè)得到成功應(yīng)用，由于受測控方面問題的限制，其應(yīng)用范圍受到很大限制。隨著測控問題的解決，這一現(xiàn)象將得到扭轉(zhuǎn)。自ISO/OSI提出網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的層次思想以來，開放的思想已引入DCS中，開放已成為DCS的一個最基本的要求，不是開放的產(chǎn)品己沒有出路。開放，就是要求不同廠家的產(chǎn)品具有互聯(lián)性，互操作性，互換性，可替代性，可擴(kuò)充性和可移植性。開放的DCS在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在軟件上趨向采用WINDOWN為平臺，在數(shù)據(jù)庫管理方面采用分式數(shù)據(jù)庫。開放的DCS將是我們今后選擇的主導(dǎo)產(chǎn)品，并將利用更新改造，系統(tǒng)升級等手段，逐步淘汰原有的傳統(tǒng)DCS。

（三）現(xiàn)場總線技術(shù)。現(xiàn)場總線一出現(xiàn)就引起人們極大的關(guān)注，由于現(xiàn)場總線具有的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化特點及開放性，現(xiàn)場總線在近年來得到了迅速發(fā)展，對自控領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。但人們對它是又愛又恨：現(xiàn)場總線是微電子、控制、計算機(jī)、儀表、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的成果，以現(xiàn)場總線為核心的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）必將取代傳統(tǒng)的DCS，成為新一代控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，以世界著名DCS生產(chǎn)廠為代表的生產(chǎn)商為占領(lǐng)更多市場份額，堅持不放棄各自的標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)，導(dǎo)致現(xiàn)場總線產(chǎn)品種類繁多，技術(shù)特點各不相同，讓用戶和廣大的現(xiàn)場總線產(chǎn)品制造商在相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的選擇上感到無所適從，在一定程度上妨礙了現(xiàn)場總線的發(fā)展。但是不管IEC現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)最終能否統(tǒng)一，不管現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)能在多大程度上取代DCS，隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的成熟及現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的日趨完善，它都是21世紀(jì)的自動控制系統(tǒng)，必將對我國氧化鋁工業(yè)儀表和控制系統(tǒng)的應(yīng)用產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，我們應(yīng)給予密切關(guān)注人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。目前已開發(fā)、應(yīng)用于氧化鋁生產(chǎn)過程中的軟測量技術(shù)有熟料窯溫度測量、蒸發(fā)溶液苛性堿濃度分析、高壓溶出漿液RP測量、拜爾法一次洗液的苛性堿濃度測量及一次洗液的y值測量等，并將在解決磨機(jī)負(fù)荷測量、種子分解溶液粒度分析等環(huán)節(jié)得到推廣應(yīng)用。

綜上所述，綜合自動化是提升我國氧化鋁工業(yè)競爭力的重要途徑。目前我國氧化鋁工業(yè)的自動化水平較低，亟待以先進(jìn)控制技術(shù)實施改造。相信，通過多方的密切合作，該項目定能取得成功，為推動氧化鋁工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，為先進(jìn)控制技術(shù)在我國氧化鋁工業(yè)中的推廣應(yīng)用，起到示范作用。

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