摘要：介紹了某銅電解廠應用安科瑞EMS能效管理系統在生產信息化管理的架構思路及方法，從傳統銅電解廠管理模式現狀、打造生產化信息管理系統的必要性及該系統的架構設計三個方面進行了論述，強調了傳統電解廠向工業4.0智能工廠進行轉變的必要性及迫切性。

0 引言

過去20年，隨著科學技術的發展進步，工業網絡和計算機技術持續影響著工業環境，物聯網技術從最初應用于商業環境逐步擴展至工業領域。在傳感器技術、移動通信技術及智能分析技術快速提升的現狀下，工業物聯網技術已十分成熟。將工業物聯網與傳統工業生產科學、高效的融合，可大幅提升生產制造效率，有效改善產品質量，降低生產成本和資源消耗，最終實現將傳統工業提升到智能化新階段的目標。隨著銅電解工藝的發展，銅電解流程工藝設備、原材料加工設備以及終端產品處理設備也得到了飛速的提升。在工業自動化和網絡信息化高度發達的今天，銅電解行業傳統的設備管理及生產數據管理模式存在生產加工材料成本高、人力資源成本高、設備管理模式粗放、生產數據管理模式單一并缺乏橫縱貫通的立體性等問題，已逐漸失去市場及社會競爭力。傳統的銅電解廠向工業4.0智能工廠的轉型迫在眉睫。

1傳統銅電解廠生產信息管理模式現狀

1.1 流程工藝管理模式

1.1.1 能源信息管理

銅電解廠通常需要生產水、壓縮風、動力電、蒸汽四種能源資源，其中，生產水、壓縮風與蒸汽需要計量流量及累計用量信息，動力電需要計量電量累積量。傳統的管理模式依靠工人的經驗以及泵的揚程功率進行估算等方式對能源進行計量，工人需要至生產現場對電量電度表讀數進行記錄。這些方式存在較大的計量誤差及不確定性，無法做到能源系統的精細化管理，能源利用效率低，管理模式粗放，從而帶來生產能源成本高，生產過程無法把控等問題 。

1.1.2 工藝參數分析數據管理

為保證陰極銅產品質量，銅電解廠通常需要對陽極板含氧量進行檢測，按時按量對電解液的溫度以及電解液的酸度、添加劑成分含量進行分析，對陰極銅產品成分進行檢測以及電解槽電壓電流數據進行測量。傳統的方式需要依靠人為抽樣后送至實驗室進行化驗檢測，該方式存在人力資源成本高、檢驗結果缺乏時效性以及外部變量不可控等缺陷，對工藝參數分析數據的準確把控帶來較大的難度。

1.2 設備生產信息數據管理模式

1.2.1 設備所處理原材料數據管理

銅電解廠通常需要行車、陽極整形機組、陰極剝片機組、殘極洗滌機組、電解槽、電解液循環系統、短接開關系統以及廠房照明系統等設備為生產進行服務。傳統的設備無法對所被處理的原材料數量、重量、電解槽電流電壓數據及進出液流量、循環系統液位、短接開關狀態等數據進行自動采集并歸檔分析處理。

1.2.2 設備零部件生命周期管理

對于傳統的銅電解設備，無法對設備的零部件生命周期進行準確的記錄和分析。同時，設備的點檢潤滑通常是依靠工人的經驗進行處理。由于工人技能的參差不齊，無法對設備性能進行準確把控及標準化管理，帶來設備故障率高、生產效率較低、備件成本高且流轉率低等問題，給生產帶來較大的成本負擔。

2 EMS系統在銅電解廠生產信息管理方面的架構簡述

2.1 工業物聯網技術簡述

工業物聯網通過數據、資源和系統的網絡互聯，實現生產制造的靈活配置、生產過程的按需執行、合理優化及制造環境的快速適應，是一個由服務進行驅動的新型工業生態系統。工業物聯網將具有環境感知能力的各類終端、不同的計算模型及工業無線通信等不斷融入到工業生產的各個環節，將傳統工業提升到智能化階段，最終實現生產工藝過程優化、生產設備監控管理及能源管理等目的。從銅電解廠生產管理角度出發，通過工業物聯網技術，將能源管理、工業參數分析、設備管理數據等信息融合到一套完整的生產信息數據管理系統當中，最終實現傳統銅電解廠的智能化轉型升級。

2.2 設計依據及總體框架

基于工業物聯網技術的銅電解廠生產信息管理系統架構設計以 《國家智能制造標準體系建設指南 (2018 年版)》 為依據，結合 《色金屬行業智能冶煉工廠建設指南 (試行)》 中提出的總體設計及建設內容中的相關指導意見，充分考慮現實當中銅電解廠生產管理的特點和需求，一套完整的銅電解廠EMS系統應由一下幾部分組成：①能源管理系統;②工藝參數監測系統;③設備工作數據處理系統;④設備生命周期及維護數據管理系統;⑤生產信息數據分析管理系統。

2.3 能源管理系統

銅電解廠的能源管理系統應具備以下功能：①水、電、風、汽能源的在線數據監測;②實時監測數據的采集及處理;③形成有用的數據報表對工廠能源系統進行管控。

本系統可采用安科瑞EMS能效管理系統以實現功能。具體配置如下：

1) 選用羅斯蒙特、E+H 等智能儀表廠商所生產的流量計、壓力變送器以及熱電阻在線測量各區域所用生產水、壓縮風、蒸汽的實時流量、壓力和溫度;

2) 選用安科瑞APM510多功能遠程智能電度表對廠區內各區域用電點進行電度計量;

3) 選用ABox-5000數據采集箱作為數據采集及處理系統，可使用多臺數據采集箱分布在工廠區域內各能源信息采集點。

4) 選用AcrelEMS能效管理系統軟件作為系統的上位機軟件，分別在現場和工廠主控中心設置工程師站與操作員站，工作人員可在上位機上對能源數據進行實時監測[增加APM510的產品介紹]。

2.4 工藝參數分析系統

銅電解廠的工藝參數分析系統應具備以下功能：①陽極板含氧量測量;②電解液酸度、濁

度、溫度測量;③電解液成分檢測;④陰極銅成分檢測。

具體配置如下：

1) 配置一臺自動鉆孔取樣機，對陽極板原料進行自動取樣，該樣品通過機械手放置進入測氧儀檢測區域，對陽極板含氧量進行檢測，其數據通過工業以太網上傳至服務器，通過ANet網關與上位機進行數據交換;

2) 選取合適的在線測量點，配置酸度儀、濁度儀以及熱電阻，對電解液的酸度、濁度和溫度進行檢測，其檢測數據通過工業以太網或其他通信方式傳入服務器，通過ANet網關與上位機進行數據交換;

3) 在陰極銅產品成品出口區域配置自動鉆孔取樣機，通過機械手將樣品放置進入檢測試驗設備內，對陰極銅產品質量進行檢測，其檢測數據通過以太網或其他通信方式傳入ABox數據采集箱再傳入服務器;

4) 選取合適的取樣點，通過機械手對電解液進行在線取樣，將樣品放置在光譜儀檢測區域內，對電解液成分進行在線檢測化驗，其檢測數據通過工業以太網或其他通信方式傳入ABox數據采集箱再傳入服務器[加入Abox產品介紹];

5)ABox-5000系列數據采集箱是安科瑞電氣股份有限公司自主研發的集數據采集、數據處理、數據上傳和邊緣計算于一體的智能數據采集箱。整個采集箱可以通過RS485串口或網口采集各類水、電、氣終端設備的數據，并通過以太網、4G、光纖等通訊方式將數據上傳至服務器或云平臺。數據采集箱采用模塊化，集中式設計，通過集成各類元器件，方便用戶進行現場的施工布線，對終端數據進行采集和監控以及上傳數據。本采集箱具有可靠性高、功能較強、維護方便、性價比高的特點，免去用戶元器件選型的困擾，能幫助用戶快速的完成系統組網。

2.5 設備所處理原材料數據管理系統

銅電解廠的設備所處理原材料數據管理系統應具備以下功能：①所處理陰陽極板的數量，重量，板面外形檢測，自動判斷合格或廢板功能;②行車起吊陰陽極板數量及時間記錄功能;③電解槽短接開關遠程操作及狀態監測功能;④電解槽槽電壓及電流無線狀態監測及陰陽極板短路監測功能;⑤電解槽進出液管道流量狀態監測功能;⑥電解液循環系統液位、流量及溫度狀態監測功能。

具體配置如下：

1) 根據陰極銅產量配置陽極整形機組、陰極剝片機組、殘極洗滌機組。要求陽極整形機組具備陽極板數量計數與累計、重量計量與記錄、板身厚度測量與記錄功能;陰極剝片機組具備陰極板數量計數與累計、重量計量與記錄、板面外形檢測與記錄以及堆垛打包功能;殘極洗滌機組具備極板數量計數與累計、重量計量與記錄以及堆垛打包功能。該系統采用主從架構的形式，采用PLC 作為地面交換站，并配置服務器主機，每臺機組采用PLC 作為從站，通過工業以太網功能將數據與Anet網關進行交換與傳輸;

2) 采用奧地利 KUNZ 公司或芬蘭 Outotec 公司的全自動吊車對陰陽極板進行起吊，該行車采用PLC 進行控制，可對所起吊的陰陽極板數量、重量進行記錄;行車通過無線通信技術與Anet網關進行數據交換，從而與機組設備進行連鎖;

3) 開發一套電解槽槽電壓及電流在線監測裝置，同時具備電解槽內陰陽極板短路狀態監測功能，通過Anet網關無線通信的方式，將數據傳入服務器中，從而實現遠程狀態監測的功能;

4) 采用智能型儀表對電解槽出液管道電解液流量進行在線監測，要求儀表具備無線傳輸功能，將流量數據傳入ABox數據采集箱，再傳入 EMS系統，達到對流量的監測目的;

5) 配置一套ABox數據采集箱對電解循環系統的液位、溫度、流量等參數進行狀態采集與監測，要去該系統可與地面站服務器進行數據交換，達到遠程監測和數據共享的目的[增加Anet產品介紹]。

2.6 設備零部件生命周期管理系統

銅電解廠的設備零部件生命周期管理系統應具備以下功能：①動作設備的動作次數計量;②各活動區域加油潤滑周期記錄及提示;③設備各區域及部件點檢周期及點檢內容記錄及提示;④設備各零部件更換記錄、更換原因記錄及更換人員記錄;⑤設備各零部件對應的庫存備件數量及庫存位置記錄，并具備實時更新功能。

具體配置如下：

1) 在設備的關鍵活動零部件上加裝射頻識別碼，采用射頻識別技術，向射頻系統定時發送設備動作狀態以及零部件信息;

2) 設計一套設備信息管理系統，要求可實現設備點檢潤滑周期記錄及提示，設備零部件更換記錄，更換原因記錄，更換人員記錄;

3) 設計一套庫房備品備件管理信息系統，可實現對設備零部件的精細化管理。

3 結語

1)AcrelEMS能效解決方案可實現虛擬生產與現實生產環境的融合，采用創新的軟件平臺及功能服務，讓EMS系統深入到企業運營過程中，促進企業縮短產品的研發周期，提高生產效率，降低產品制造成本和不良率，有效提升能源利用率;

2)通過不同功能、不同層級的各專業監測模塊的搭建，形成一套統一的包含生產、能源信息化管理系統，提升企業對于綜合信息的把控能力及市場競爭力;

3)該系統的搭建，對于傳統電解廠轉型為工業 4.0 的智能制造工廠具有重要意義。

審核編輯：湯梓紅