羅克韋爾自動(dòng)化公司的系統(tǒng)改造解決方案每年為鄭州鋁廠節(jié)約600,000美元
在采用了羅克韋爾自動(dòng)化公司的“集成化體系結(jié)構(gòu)”技術(shù)以及獲得SEL-2002的電源管理支持之后，之后，鄭州鋁廠的生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性明顯提高，而且減少了停工時(shí)間和提高了生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，因而節(jié)約了大量資金。
背景
提煉純鋁需要耗費(fèi)大量的電力。在提煉過程中，要通過電解工藝將非天然的成分與其他礦石分離開來，在將電流通過非金屬導(dǎo)體時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，如熔化的氯化鈉成分等等。
因而，這就使得在電解鋁過程中的能量和電力分配成了至關(guān)重要的問題，為了保證產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，就必須對(duì)電解工藝提出精確的要求以及采用精確的控制系統(tǒng)。鄭州鋁廠位于中國的河南省境內(nèi)，其主要產(chǎn)品就是鋁，年產(chǎn)量為140萬噸。鄭州鋁產(chǎn)品的銷售量占全國總銷量的30％，并且是中國最大的鋁材生產(chǎn)地，每年產(chǎn)值5億美元。
挑戰(zhàn)鄭州鋁廠已經(jīng)對(duì)能量和電力供應(yīng)和分配系統(tǒng)進(jìn)行了改造，在過去的幾年中擴(kuò)展了數(shù)次，但是仍然缺少集成化控制平臺(tái)。由于功率和電源保護(hù)仍然依靠過時(shí)的電磁保護(hù)裝置，所以導(dǎo)致工廠每年停工5到6次，停工時(shí)間從5個(gè)小時(shí)到兩天不等。正是由于這種信號(hào)故障和運(yùn)行中斷而導(dǎo)致的生產(chǎn)延期使鄭州鋁廠每年平均損失100，000到200，000美元。
在1980年的一次故障中，由于診斷和運(yùn)行故障致使整個(gè)供電系統(tǒng)中斷，結(jié)果停工時(shí)間和生產(chǎn)延期導(dǎo)致鄭州鋁廠直接經(jīng)濟(jì)損失3百萬美元。
以前的現(xiàn)場(chǎng)手工操作模式已經(jīng)不能滿足日常生產(chǎn)對(duì)功能性、可靠性、穩(wěn)定性、安全性、選擇能力以及靈敏度的要求。因此，減少故障發(fā)生和縮短停工時(shí)間而提高功率監(jiān)測(cè)/管理系統(tǒng)的自動(dòng)化水平就成為了鄭州鋁廠的主要目標(biāo)。本項(xiàng)目中，鄭州鋁廠安裝了電力參數(shù)自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集和集成化數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)施，生產(chǎn)問題也就迎刃而解了。
本次系統(tǒng)的改造也同時(shí)提高了生產(chǎn)的可靠性，并且最終能夠降低生產(chǎn)成本以及使鄭州鋁廠在日益激烈的鋁材市場(chǎng)競(jìng)爭中立于不敗之地。
解決方案南昌耐林自動(dòng)化公司（羅克韋爾自動(dòng)化公司解決方案的提供者）對(duì)鄭州鋁廠進(jìn)行了深入的調(diào)查和咨詢，提出的方案是工廠需要安裝一套更集成化的數(shù)據(jù)采集和控制平臺(tái)。最后，鄭州鋁廠采用了羅克韋爾自動(dòng)化公司的新一代工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)——控制網(wǎng)（ControlNet）。
控制網(wǎng)連接一個(gè)主站與其他八個(gè)PLC聯(lián)網(wǎng)的可編程邏輯控制器(PLC)主控制站。主控制站是電力監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)的“最高權(quán)威核心”，負(fù)責(zé)從所有其他的PLC控制站以及工廠的各電量分配區(qū)域采集數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)中，具有先進(jìn)的生產(chǎn)者-消費(fèi)者通訊技術(shù)的控制網(wǎng)充當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)通信干線，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)各個(gè)分支控制站以及向其傳輸控制指令，因而能夠通過更加統(tǒng)一的平臺(tái)提供更加強(qiáng)大的控制功能。主控制站位于鄭州鋁廠供電廠的中央電力監(jiān)測(cè)室內(nèi)，便于進(jìn)行生產(chǎn)改進(jìn)。
控制網(wǎng)主控制站和分支控制站所采用的PLC是羅克韋爾自動(dòng)化公司的PLC-5 和 ControlLogix 系列控制器。功率監(jiān)測(cè)裝置采用PM II，PM II與ControlLogix 之間使用遠(yuǎn)程I/O網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。每個(gè)分支控制站獨(dú)立執(zhí)行分配功能，如功率保護(hù)、測(cè)量、控制以及事故記錄。獲取的信息將會(huì)根據(jù)需要進(jìn)行處理，并且可以上載到系統(tǒng)中或者從系統(tǒng)中下載下來。
主PLC控制站和分支PLC控制站之間采用控制網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，但是并沒有直接的電氣連接。每個(gè)分支控制站所轄區(qū)域內(nèi)的功能都是完全獨(dú)立的并且分支控制站之間也相互獨(dú)立，以便在系統(tǒng)的任何一個(gè)部分發(fā)生故障時(shí)不會(huì)影響到其他部分的運(yùn)行。這就使得控制系統(tǒng)具有高度可靠性和獨(dú)立性，能夠?qū)崿F(xiàn)分層控制和分布式控制。
除了上述解決方案之外，控制平臺(tái)中還引入了最先進(jìn)以及最受歡迎的電力保護(hù)裝置——SEL-2020，作為系統(tǒng)的繼電保護(hù)方案。由于安裝了SEL微處理器，SEL-2020通信控制器可以使用DNP 3.0通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)與PLC-5之間的通信。這種電氣和繼電保護(hù)解決方案可以確保系統(tǒng)的安全性和可靠性。
成果目前功率監(jiān)測(cè)/管理系統(tǒng)第一階段的更新工作已經(jīng)完成，鄭州鋁廠的生產(chǎn)效率已經(jīng)有了明顯的提高。自從2001年5月控制平臺(tái)安裝完畢之后，鄭州鋁廠已經(jīng)從減少停工時(shí)間和降低維護(hù)成本方面平均每年節(jié)約成本500，000美元。在采用了羅克韋爾自動(dòng)化公司的解決方案之后，就不再需要諸如附加繼電器和備用儀表等備件，因而又能夠?yàn)楣S每年節(jié)約成本100，000美元。
由于供配電發(fā)生故障而導(dǎo)致的停工現(xiàn)象也被根除，使工廠能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的不間斷生產(chǎn)。同時(shí)，由于采用了控制網(wǎng)技術(shù)，不再從每個(gè)儀表手工采集數(shù)據(jù)而是由系統(tǒng)精確地進(jìn)行采集，所以大大降低了維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
項(xiàng)目第二階段將在2002年底進(jìn)行。鄭州鋁廠與耐林自動(dòng)化公司合作，決定在項(xiàng)目地第二階段仍然采用同樣的羅克韋爾自動(dòng)化公司的解決方案來改造第一階段未曾涉及的其他變電站。在下一階段的改造工作完成之后，整個(gè)工廠就將全部采用新的“集成化體系結(jié)構(gòu)”。為了保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性，高級(jí)監(jiān)測(cè)裝置以及電力和能源分配裝置的保護(hù)和管理工作將進(jìn)行進(jìn)一步的標(biāo)準(zhǔn)化。
下頁的體系結(jié)構(gòu)描述了一個(gè)基于信息的企業(yè)中羅克韋爾自動(dòng)化概念。褐色箭頭表示的區(qū)域表示本文檔中正在討論的目前自動(dòng)化水平。其余部分以圖解方式說明了目前羅克韋爾自動(dòng)化能夠提供的從車間到企業(yè)以及更高層次集成的諸多解決方案。
