CN1804135A - 电解铝生产管控一体化集成系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电解铝生产管控一体化集成系统，包括：数据采集模层、数据集中层和数据应用层；其中，数据采集层通过采用具有协议转换、安全隔离和数据缓存的控制通讯接口机连接控制系统，进行生产过程的实时数据采集并转化为统一格式，然后通过以太网络传输到所述数据集中层，控制系统包括电解系统和碳素系统；所述数据集中层对所采集的数据进行加工、处理、分析、存储和发布，并传输给数据应用层，同时根据各个工序的要求，在各个控制系统之间进行数据传输；数据应用层根据数据采集和处理的信息，建立与生产管理相应的应用系统。本发明以生产数据集成、生产业务集成、生产过程分析与优化为一体，能够实现生产工艺过程信息、化验及检测信息、设备运行状态信息、计量信息的集中管理。
Description
技术领域
本发明涉及电解铝行业的生产管控集成系统。
背景技术
从80年代以来经过近20年的发展，可以说电解铝企业生产一线的自动化程度得到了大大的改观。从电解槽控系统的建立到各种控制系统的广泛应用，生产控制层基本上实现了自动化，这就为实施生产信息管理自动化奠定了基础，同时也势必产生这样的需求。
然而，要建立一套生产信息管理自动化系统，使企业生产更加高效更加流畅，则还存在如下问题：
1、横向信息不共享
我国的电解铝控制系统由于电解生产中控制系统专业性发展和采用不同控制生产厂商的控制产品，逐渐的在电解铝生产各工艺中形成许多控制系统“孤岛”(如：电解槽控制、氧化铝输送、电解烟气净化、铸造、生阳极、焙烧、组装、质检化验、能源计量等)。各系统之间控制自成一体，信息不能相互兼容：信息需要重复多次的输入，存在很大的冗余；同时也存在大量的垃圾信息；信息交流的一致性无法保证，系统之间难于进行信息共享，生产管理和调度也难于统揽全局。“孤岛”的问题已经严重地阻碍了企业控制和管理水平发展的整体进程，致使企业在进行新一轮投资投入时，瞻前顾后，难于决断。
例如：在电解铝企业都建有空压站和空压站循环水，一般来说这两个生产区域相对独立，而且各自安装了PLC控制系统，实现了生产控制自动化。在没有建立生产信息管理自动化系统前，这两个控制系统是相对独立的，没有信息交互。而在生产工艺流程上这两个生产机构是密切相关的，是一种主从关系，也就是说空压站循环水本身就是压缩空气生产过程中的一个重要环节。那么做为空压站生产人员及生产管理人员来说，当然希望能够实时地了解到空压站循环水的运行情况，以便更好地进行系统性的生产管理。
诸如这种横向信息不共享的问题在企业中是普遍存在的，是生产信息管理自动化系统所要解决的问题之一。
2、纵向信息不畅通
在电解铝企业生产指挥的核心是生产运行部，是生产管理的职能部门，是公司生产经营活动的指挥中心，负责生产的组织、协调和平衡工作。其根据生产计划情况，对生产进行有效的指挥、监督、控制和协调，使生产均衡、稳定、高效的运行，全面完成生产经营计划。例如：在生产信息管理自动化系统建立之前，生产运行部指挥生产的主要手段是电话。在生产中出现问题时，生产运行部在下情上达和上情下达的基础上，需要及时的提出处理方案和措施，尽可能的减少事故带来的损失。通过电话了解各生产机构的生产运行情况，定时询问定时记录指挥生产。这种纵向信息的沟通实时性差，人为因素多，信息量有限，信息不畅通。
3、企业信息不能集成
电解铝企业中各二级单位虽然均为流程工业形式，但在生产的产品上有很大不同，如电解铝、阳极碳素制品的生产需要的能源原料等，生产过程、生产工艺、生产技术各二级单位都不相同；各分厂的控制系统虽然也有一些数据上传到分公司，但没有形成完整的企业级信息上传标准及流程。尚未形成一个统一的集成控制平台处理各种生产过程数据，无法分析和协调生产过程之间的相互制约因素，从而协调进行全局的优化控制、协调调度。建立一个企业级的生产过程控制平台，有助于达到所有生产过程数据集成，使生产计划、生产调度与生产过程控制有机结合起来。例如：电解铝的生产从氧化铝粉进入生产开始，要经过皮带、浓相、超浓相的输送过程，经过电解、铸造，形成最终产品——铝锭。生产的整个过程中物流与信息流是相伴而行的。然而生产信息无论从数据的实时性、数据的可靠性、数据的完整性、数据的流动性方面都是滞后的，整体来看是不畅通的。这必然导致整个生产系统不具有透明性，生产决策和生产管理就缺少了依据。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明开发的目的在于提供一种电解铝生产管控一体化集成系统，该系统以生产数据集成、生产业务集成、生产过程分析与优化为一体，能够实现生产工艺过程信息、化验及检测信息、设备运行状态信息、计量信息的集中管理，并且能够实现生产实时数据与生产管理静态数据的有机结合。
为实现上述目的，本发明一种电解铝生产管控一体化集成系统包括：数据采集模层、数据集中层和数据应用层；其中，
所述数据采集层通过采用具有协议转换、安全隔离和数据缓存的控制通讯接口机连接控制系统，进行生产过程的实时数据采集并转化为统一格式，然后通过以太网络传输到所述数据集中层，所述控制系统包括电解系统和碳素系统；
所述数据集中层用于对所采集的数据进行加工、处理、分析、存储和发布，并传输给数据应用层，同时根据各个工序的要求，在各个控制系统之间进行数据传输；
所述数据应用层根据数据采集和处理的信息，建立与生产管理相应的应用系统。
进一步地，所述电解系统包括：电解槽控制系统、电解烟气净化控制系统、氧化铝输运及浓相输送控制系统、超浓相输送控制系统、铸造循环水控制系统、铸造保持炉控制系统、铸机控制系统、空压站控制系统、空压站循环水控制系统、天然气调压站控制系统、工艺净循环水控制系统、加压泵站控制系统、整流循环水控制系统和生阳极循环水控制系统；
所述碳素系统包括煅烧控制系统、生阳极控制系统、沥青溶化控制系统、焙烧炉燃烧控制系统、焙烧烟气净化控制系统、阳极组装与残极处理控制系统、热媒锅炉控制系统和余热锅炉控制系统；其中，
所述电解槽控制系统、电解烟气净化控制系统、超浓相输送控制系统、氧化铝输运及浓相输送控制系统、煅烧控制系统、生阳极控制系统、沥青熔化控制系统、焙烧炉燃烧控制系统、焙烧烟气净化控制系统、阳极组装及残极处理控制系统、余热锅炉控制系统、热媒锅炉控制系统、铸造保持炉控制系统和空压站控制系统分别通过所述接口机与各控制系统的上位机连接，所述接口机采集各控制系统上位机的数据，并传输给所述数据集中层；
所述生阳极循环水控制系统、空压站循环水控制系统、铸造循环水控制系统、工艺净循环水控制系统、整流循环水控制系统和加压泵站控制系统分别通过所述接口机(增加DH+卡)与各系统的控制PLC连接，采集实时数据，并传输给所述数据集中层；
所述铸机控制系统和天然气调压站控制系统分别通过所述接口机(增加网卡)与各主机控制系统PLC连接，采集实时数据，并传输给所述数据集中层。
进一步地，所述数据集中层还包括网络视频监控系统，该网络视频监控系统包括摄像头、视频服务器、网络交换机和显示屏，摄像头设置在生产线上，所述摄像头采集图像信号后转换为数字输给所述视频服务器进行图像信号模拟数字转换和压缩，然后传输给所述网络交换机进行视频流传输，最后通过所述显示屏显示。
进一步地，所述数据集中层还包括显示系统，该显示系统由背投影单元、信号处理器、信号接口机和一体化机架组成，所述背投影单元带有VGA信号接口，用于显示工艺流程图、实时和历史数据趋势曲线、视频监视图像；所述信号处理器输入端对应VGA信号源，输出端对应每个背投影单元的信号输入端，完成整个视窗分割到对应显示单元，信号处理器带有网络接口或RS-232接口，接收来自另一台终端对分割图像的命令；所述信号接口机向所述背投影单元提供信号源。
进一步地，所述数据应用层建立的与生产管理相应的应用系统包括：生产统计管理系统、综合查询管理系统、调度指挥管理系统、电解出铝配铝管理系统、能源管理系统、重要设备保障系统、生产过程物料管理系统、计量管理系统、质检与化验管理系统、生产计划管理系统、办公自动化系统和工业信息门户系统。
本发明以生产数据集成、生产业务集成、生产过程分析与优化为一体，能够实现生产工艺过程信息、化验及检测信息、设备运行状态信息、计量信息的集中管理，并且能够实现生产实时数据与生产管理静态数据的有机结合以及数据的纵横向传输，对于优化组织生产、提高产量、保证质量、减少消耗、降低生产成本、节省劳动定员、减轻工作强度和增加生产效益等方面均得到很大改善。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为网络视频监控系统的结构图；
图3为显示系统的结构图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括：数据采集层1、数据集中层2和数据应用层3，
数据采集层1通过采用具有协议转换、安全隔离和数据缓存的控制通讯接口机连接控制系统，进行生产过程的实时数据采集并转化为统一格式，然后通过以太网络传输到数据集中层2，控制系统包括电解系统4和碳素系统5；
数据集中层2通过关系数据库、实时数据库、应用服务器等对所采集的数据进行加工、处理、分析和存储，并传输给数据应用层3，同时根据各个工序的要求，在各个控制系统之间进行数据传输；
数据应用层3根据数据采集和处理的信息，建立与生产管理相应的应用系统。
电解系统4包括：电解槽控制系统6、电解烟气净化控制系统7、氧化铝输运及浓相输送控制系统8、超浓相输送控制系统9、铸造循环水控制系统10、铸造保持炉控制系统11、铸机控制系统12、空压站控制系统21、空压站循环水控制系统22、天然气调压站控制系统23、工艺净循环水控制系统24、加压泵站控制系统25、整流循环水控制系统26和生阳极循环水控制系统27，碳素系统5包括煅烧控制系统13、生阳极控制系统14、沥青溶化控制系统15、焙烧炉燃烧控制系统16、焙烧烟气净化控制系统17、阳极组装与残极处理控制系统18、热媒锅炉控制系统19和余热锅炉控制系统20；其中，电解槽控制系统6、电解烟气净化控制系统7、超浓相输送控制系统9、氧化铝输运及浓相输送控制系统8、煅烧控制系统13、生阳极控制系统14、沥青熔化控制系统15、焙烧炉燃烧控制系统1 6、焙烧烟气净化控制系统17、阳极组装及残极处理控制系统18、余热锅炉控制系统20、热媒锅炉控制系统19、铸造保持炉控制系统11和空压站控制系统21分别通过接口机与各控制系统的上位机连接，接口机采集各控制系统上位机的数据，并传输给数据集中层2；生阳极循环水控制系统27、空压站循环水控制系统22、铸造循环水控制系统10、工艺净循环水控制系统24、整流循环水控制系统26和加压泵站控制系统25分别通过接口机(增加DH+卡)与各系统的控制PLC连接，采集实时数据，并传输给数据集中层5；铸机控制系统12和天然气调压站控制系统23分别通过接口机(增加网卡)与各主机控制系统PLC连接，采集实时数据，并传输给数据集中层5。
数据应用层3建立的与生产管理相应的应用系统包括：生产统计管理系统40、综合查询管理系统41、调度指挥管理系统42、电解出铝配铝管理系统43、能源管理系统44、重要设备保障系统45、生产过程物料管理系统46、计量管理系统47、质检与化验管理系统48、生产计划管理系统49、办公自动化系统50和工业信息门户系统51。
如图2所示，数据集中层2的网络视频监系统30包括摄像头61、视频服务器62、网络交换机63和显示屏64，摄像头61设置在生产线上，摄像头采集图像信号后转换为数字信号传输给视频服务器62进行图像信号模拟数字转换和压缩，然后传输给网络交换机63进行视频流传输，最后通过显示屏64显示。
如图3所示，还包括显示系统31，该显示系统31由背投影单元73、信号处理器72、信号接口机71和一体化机架(未示出)组成，背投影单元73带有VGA信号接口，用于显示工艺流程图、实时和历史数据趋势曲线、视频监视图像；信号处理器72输入端对应VGA信号源，输出端对应每个背投影单元73的信号输入端，完成整个视窗分割到对应显示单元，信号处理器72带有网络接口或RS-232接口，接收来自另一台终端对分割图像的命令；信号接口机71向背投影单元73提供信号源。
Claims (5)
1、一种电解铝生产管控一体化集成系统，其特征在于，包括：数据采集模层、数据集中层和数据应用层；其中，
所述数据采集层通过采用具有协议转换、安全隔离和数据缓存的控制通讯接口机连接控制系统，进行生产过程的实时数据采集并转化为统一格式，然后通过以太网络传输到所述数据集中层，所述控制系统包括电解系统和碳素系统；
所述数据集中层对所采集的数据进行加工、处理、分析、存储和发布，并传输给数据应用层，同时根据各个工序的要求，在各个控制系统之间进行数据传输；
所述数据应用层根据数据采集和处理的信息，建立与生产管理相应的应用系统。
2、根据权利要求1所述的一种电解铝生产管控一体化集成系统，其特征在于，所述电解系统包括：电解槽控制系统、电解烟气净化控制系统、氧化铝输运及浓相输送控制系统、超浓相输送控制系统、铸造循环水控制系统、铸造保持炉控制系统、铸机控制系统、空压站控制系统、空压站循环水控制系统、天然气调压站控制系统、工艺净循环水控制系统、加压泵站控制系统、整流循环水控制系统和生阳极循环水控制系统；
所述碳素系统包括煅烧控制系统、生阳极控制系统、沥青溶化控制系统、焙烧炉燃烧控制系统、焙烧烟气净化控制系统、阳极组装与残极处理控制系统、热媒锅炉控制系统和余热锅炉控制系统；其中，
所述电解槽控制系统、电解烟气净化控制系统、超浓相输送控制系统、氧化铝输运及浓相输送控制系统、煅烧控制系统、生阳极控制系统、沥青熔化控制系统、焙烧炉燃烧控制系统、焙烧烟气净化控制系统、阳极组装及残极处理控制系统、余热锅炉控制系统、热媒锅炉控制系统、铸造保持炉控制系统和空压站控制系统分别通过所述接口机与各控制系统的上位机连接，所述接口机采集各控制系统上位机的数据，并传输给所述数据集中层；
所述生阳极循环水控制系统、空压站循环水控制系统、铸造循环水控制系统、工艺净循环水控制系统、整流循环水控制系统和加压泵站控制系统分别通过所述接口机(增加DH+卡)与各系统的控制PLC连接，采集实时数据，并传输给所述数据集中层；
所述铸机控制系统和天然气调压站控制系统分别通过所述接口机(增加网卡)与各主机控制系统PLC连接，采集实时数据，并传输给所述数据集中层。
3、根据权利要求1或2所述的一种电解铝生产管控一体化集成系统，其特征在于，所述数据集中层还包括网络视频监控系统，该网络视频监控系统包括摄像头、视频服务器、网络交换机和显示屏，摄像头设置在生产线上，所述摄像头采集图像信号后转换为数字输给所述视频服务器进行图像信号模拟数字转换和压缩，然后传输给所述网络交换机进行视频流传输，最后通过所述显示屏显示。
4、根据权利要求3所述的一种电解铝生产管控一体化集成系统，其特征在于，所述数据集中层还包括显示系统，该显示系统由背投影单元、信号处理器、信号接口机和一体化机架组成，所述背投影单元带有VGA信号接口，用于显示工艺流程图、实时和历史数据趋势曲线、视频监视图像；所述信号处理器输入端对应VGA信号源，输出端对应每个背投影单元的信号输入端，完成整个视窗分割到对应显示单元，信号处理器带有网络接口或RS-232接口，接收来自另一台终端对分割图像的命令；所述信号接口机向所述背投影单元提供信号源。
5、根据权利要求4所述的一种电解铝生产管控一体化集成系统，其特征在于，所述数据应用层建立的与生产管理相应的应用系统包括：生产统计管理系统、综合查询管理系统、调度指挥管理系统、电解出铝配铝管理系统、能源管理系统、重要设备保障系统、生产过程物料管理系统、计量管理系统、质检与化验管理系统、生产计划管理系统、办公自动化系统和工业信息门户系统。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |