MPC系统助力氧化铝企业提质降本

干燥后的物料(约150℃)经一级旋风筒P01分离然后在P02(约320~360℃)中被加热(除去结晶水)最后在焙烧炉P03和P04内完成焙烧及产品质量的调整。产品通过旋风冷却器C01,C02,C03和C04冷却，在流化冷却器K01和K02内产品被冷却至存贮温度(80℃)输送至氧化铝大仓。

焙烧过程的热源来自煤气，温度控制靠V19和V08，而助燃空气则来自冷却风的预热空气。如果来料含水分较高时，热发生器(T11)将提供辅助热源。它位于干燥器(A02)之前。焙烧炉(P04)出来的高温废气通过两级旋风分离器的冷却然后经电收尘(P11)除尘后排入大气。废气由O2和CO分析系统监测控制。物料流动的动力靠系统负压，由排风机(P17)提供。位于C02的，在烘炉阶段用于预热C01和C02，为入炉气体提供足够的温度。

该焙烧炉过程在以下四方面需要手动操作完成，包括：

• 氢氧化铝投料量由操作人员手动给定；

• 煤气量由人工通过对主炉温度的判断进行调节燃烧器的烧嘴开度进行手动调节，必要时还需调节煤气阀开度；

• 引风变频开度由操作人员根据烟气含氧量及电收尘出口压力等参数进行手动调节；

• 电除尘电压视排放颗粒是否超标由操作人员手动进行调节。

受上述人工操作的限制，项目投产后总体运行状况并未达到稳定运行的预期目标，主炉温度波动为±25℃以上，热灼减率的均方差波动范围也达0.06%，造成了产品质量不稳定以及煤气消耗量大等问题，在国内氧化铝产能过剩，利润率低的大环境下，该问题急需解决。该企业希望能够通过先进控制技术(APC)的引入，优化焙烧炉工艺指标，得到质量稳定的铝土产品，并显著降低能源消耗。

解决方案

软件的先进性，模型开发和维护的便捷性以及团队的专业性是用户选择APC供应商的几项重要标准。凭借多项领先的专利技术和对氧化铝工艺的熟稔，罗克韦尔自动化的Pavilion8模型预测控制技术解决方案得到了企业的认可。

罗克韦尔自动化的氧化铝APC解决方案能够在短时间内完成控制模型的开发并可在线进行调整，与基于操作规程编程的专家系统相比，能够节省大量的项目执行时间，投资回报周期更短。系统能够始终将生产过程操作控制在优化操作点，为装置带来更大的效益。此外，系统控制器的抗干扰能力和鲁棒性很强，操作人员接受度高，维护工作量小。

在系统设计实施前，罗克韦尔自动化的项目团队与客户一起对生产过程进行了全面分析，分析得出了导致焙烧炉产品质量波动且能耗较高的几个原因：

• 氢氧化铝受上一工序工艺影响，其含水量波动，导致焙烧效果受到较大影响，此外加料系统经常出现下料不畅，导致温度的大幅波动；

• 电收尘的间歇式返灰对焙烧系统的稳定性产生极大影响，进入主炉空气温度下降幅度大，导致焙烧温度随之波动；

• 由于焙烧温度无法实现自动稳定控制，无法将灼减率化验值与焙烧温度的控制形成闭环，导致产品热灼减率波动较大；

• 引风操作的及时性不够，氧量不稳定，导致电耗增大，电收尘工作不平稳；

• 操作人员无法获取排放颗粒值，不能及时调整电收尘以形成闭环。

针对上述问题，罗克韦尔自动化APC解决方案选取的控制操作变量定制了基于Pavilion8上位机系统的智能优化解决方案，该方案能够灵活地将不同工序但又相互关联的单元联系起来进行控制。下图所示是典型的Pavilion8® 服务器与现有控制系统的网络结构，Pavilion8®服务器与现有的控制系统进行数据读写通信。

罗克韦尔自动化提供的Pavilion8® 最新版本产品主要包括：

• Pavilion8® PDI-OPC Process Data Interface过程数据OPC接口；

• Pavilion8® AM-Application Manager 应用程序管理；

• Pavilion8® VOA 软仪表运行软件；

• Pavilion8® Solution Builder 模型开发和组态软件；

• Pavilion8® MPC控制器在线运行软件；

• Pavilion8® Console 控制器性能监视。

Pavilion8®软件在线运行需要服务器级别的计算机和网络配置与DCS/PLC控制系统通过OPC接口进行读写双向通信，软件包括智能优化控制器建模和在线运行引擎，与DCS/PLC的输入输出连接，必要的计算和逻辑运算程序，以及工程师和操作人员操作界面。因此项目配备两台服务器，一台运行Pavilion8 APC控制器，一台作为Pavilion8 Console服务器，是所有APC控制器操作画面和监视控制性能的服务器，同时这台服务器还能够长期保存数据。

效果
炉温和灼减波动均降低约30%，焙烧炉氧量和CO%实现了自动调节，并有效降低了单位氧化铝产品的煤气消耗，整体可节约1.0~2.0%的能耗。在进料和燃料方面彻底告别了手动操作，实现了自动控制和标准化操作，并通过集合烘炉操作程序和APC控制器，实现了烘炉自动操作。Pavilion8模型预测控制系统的引入为客户每年创造的直接经济效益可达300万元左右。

在国家大力推进“中国制造2025”落地的过程中，该氧化铝企业走在了行业的前列，并被列入2016年智能制造试点项目，是全国氧化铝行业唯一的一家智能制造试点示范企业。作为Pavilion8在全球氧化铝焙烧炉领域的首次应用，该项目是一次极为成功的合作。未来，罗克韦尔自动化将继续践行互联企业，帮助传统的氧化铝工业向智能制造转型发展，在新的一轮工业革命中实现新的超越。