我國氧化鋁工業生產中自動化技術的發展趨勢

楊軍偉

摘要： 氧化鋁工業屬于典型的流程工業，是國民經濟發展的支柱，而自動化技術是提高氧化鋁工業企業競爭力的高技術之一。

關鍵詞：氧化鋁工業；自動化技術；流程工業；發展趨勢

一、引言

流程工業是對生產過程為連續或半連續的工業企業的總稱。氧化鋁生產是連續過程，屬典型的流程工業。它不僅對流程中各工序本身有實現自動控制的需求，而且與其上下游工序的物流在質與量等方面都有直接的關聯，所以還必須從整個生產流程的全局，統籌對各工序的控制需求和信息交換需求進行優化。我國氧化鋁工業受資源限制，大多不能簡單地采用國外普遍應用的拜耳法工藝。因此，不能直接套用國外已成功應用的相關自控技術，更不可能依靠國外開發適合我國氧化鋁生產工藝的自控技術，而只能靠我們自己。加入WTO后，我國鋁廠必須從氧化鋁的產量、質量、能耗、勞動生產率、經營成本、環境保護等方面提升其競爭力，實現自動化是重要途徑之一。但目前我國氧化鋁生產自動化水平較低，迫切需要采用工業自動化高新技術成果，提升我國氧化鋁生產的自動化水平。

二、現狀與差距

我國氧化鋁工業大部分以高鋁、高硅、低鐵、難溶出的一水硬鋁石為原料，采用堿石灰燒結法和混聯法工藝。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自動化。這主要因為工藝流程更為復雜，對上下游工藝的銜接質量的要求更高，且能耗高、結疤嚴重，使自動檢測和控制的難度加大。我國氧化鋁生產應用過程控制技術起步于20世紀80年代。近20年來，各廠已經做了大量的工作。在信號檢測方面，山東和鄭州鋁廠采用中子活化分析儀進行生料漿組分的在線分析；山西鋁廠采用從匈牙利引進的鋁酸鈉溶液在線分析儀對蒸發母液進行檢測；山東、中州鋁廠采用紅外測溫技術對大窯燒成帶溫度進行檢測；鄭州鋁廠采用攝像儀和溫度圖像分析技術，檢測大窯燒成帶溫度并了解結圈狀況；各廠均已大量采用放射線密度計、雷達物位計、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、焙燒等主要工序實現了常規控制；PLC的應用較為普遍。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5家公司的自動化技術，已達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“效益驅動”，指導方針是“先下后上、先易后難、重點突破”。工作的出發點和落腳點，都應該是獲取最大的經濟效益，即解決目前存在的問題，使之在產量、質量、成本等方面，都能產生明顯的效果，這就是“效益驅動”。“先下后上”是指在組成的綜合自動化計算機網絡拓撲結構中，應先從最下層的現場信號檢測開始，進而實施現場過程控制系統，使處于上層的生產執行系統能夠獲取足夠的、可靠的、自動生成的基礎信息。在實施MES過程中，除實施好生產自動化系統之外，還必然涉及上下左右各部門之間的信息交換、管理與決策的優化，甚至涉及到現有各部門的設置和職責。以上這些，都需要廠領導加以組織、協調、統籌運作。

四、過程檢測和控制設備的應用發展趨勢

（一）新型儀表提供了解決測控難題的辦法。近年來，自動化儀表工業發展迅猛，出現了一些性能穩定、工作可靠的儀表設備，如超聲波料位計、雷達料位計、射頻導納料位計、質量流量計、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，出現了凸輪撓曲調節閥、變頻調速控制器等技術，為解決控制問題提供了新的手段。這些新型測控設備已在我國氧化鋁生產中得到了應用，并取得了良好效果，為進一步擴大其使用范圍，使我國的氧化鋁生產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。微電子技術的發展，使各種體積小、功能強、速度快的微處理器不斷涌現，使自控裝置向智能化方向發展，在原功能基礎上增加了數學運算、邏輯判斷、信息存貯及通信等功能，與常規儀表相比，智能控制裝置具有測量精度高，自動校準，自動修正誤差，自動診斷，允許靈活地改變功能，可以通過數字通訊構成復雜系統實現高級控制等優點，已成為當前的發展趨勢。智能儀表，將在我國氧化鋁工業中逐步替代常規儀表。

（二）DCS將進一步廣泛應用。DCS已在我國的氧化鋁工業得到成功應用，由于受測控方面問題的限制，其應用范圍受到很大限制。隨著測控問題的解決，這一現象將得到扭轉。自ISO/OSI提出網絡互聯的層次思想以來，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，不是開放的產品己沒有出路。開放，就是要求不同廠家的產品具有互聯性，互操作性，互換性，可替代性，可擴充性和可移植性。開放的DCS在網絡結構上采用三層網絡結構，在軟件上趨向采用WINDOWN為平臺，在數據庫管理方面采用分式數據庫。開放的DCS將是我們今后選擇的主導產品，并將利用更新改造，系統升級等手段，逐步淘汰原有的傳統DCS。

（三）現場總線技術。現場總線一出現就引起人們極大的關注，由于現場總線具有的數字化和網絡化特點及開放性，現場總線在近年來得到了迅速發展，對自控領域產生深遠影響。但人們對它是又愛又恨：現場總線是微電子、控制、計算機、儀表、網絡技術發展的成果，以現場總線為核心的現場總線控制系統（FCS）必將取代傳統的DCS，成為新一代控制系統的體系結構，以世界著名DCS生產廠為代表的生產商為占領更多市場份額，堅持不放棄各自的標準與技術，導致現場總線產品種類繁多，技術特點各不相同，讓用戶和廣大的現場總線產品制造商在相關技術和產品的選擇上感到無所適從，在一定程度上妨礙了現場總線的發展。但是不管IEC現場總線的標準最終能否統一，不管現場總線控制系統能在多大程度上取代DCS，隨著現場總線技術的成熟及現場總線標準的日趨完善，它都是21世紀的自動控制系統，必將對我國氧化鋁工業儀表和控制系統的應用產生深遠影響，我們應給予密切關注人工神經網絡等。目前已開發、應用于氧化鋁生產過程中的軟測量技術有熟料窯溫度測量、蒸發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，并將在解決磨機負荷測量、種子分解溶液粒度分析等環節得到推廣應用。

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

參考文獻：

[1]宋競寧；淺談氧化鋁廠管網支架的設計[J]；中國高新技術企業；2011年21期

[2]羅建川；基于鋁土礦資源全球化的我國鋁工業發展戰略研究[D]；中南大學；2006年