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铝业生产管控一体化解决方案长城信息管控一体化解决方案是依据国际制造执行系统协会 MESA、ISA95标准， 针对铝行业生产工艺和业务开发对应的系统功能，根据现场工艺和工序开发相关DCS、 视频监控、工艺数据采集接口实现与生产现场DCS集成，通过建立动态物料、能源平衡模型支持氧化铝、电解铝生产的优化调度，最终实现生产过程的检测、控制、优化、 监控、调度、管理的一体化，降低生产能耗和污染物排放，降低生产成本、提高生产效 率，明显降低生产能耗、污染物排放和降低生产成本，综合提高生产效率7%、成本降低 3.2%O。

一、解决方案简述

1、 方案简介与功能目标

长城信息管控一体化解决方案是依据国际制造执行系统协会 MESA、ISA95标准， 针对铝行业生产工艺和业务开发对应的系统功能，根据现场工艺和工序开发相关DCS、 视频监控、工艺数据采集接口实现与生产现场DCS集成，通过建立动态物料、能源平衡模型支持氧化铝、电解铝生产的优化调度，最终实现生产过程的检测、控制、优化、 监控、调度、管理的一体化，降低生产能耗和污染物排放，降低生产成本、提高生产效 率，明显降低生产能耗、污染物排放和降低生产成本，综合提高生产效率7%、成本降低 3.2%O。

该方案为铝厂生产管理提供统一平台服务，功能上包括生产计划、生产调度、质量管理、设备管理、仓储管理、物流管理、成本与绩效管理、作业操作管理、计量检斤、 矿产资源管理、能源管理、安环管理、综合展示平台等基本功能。向上为ERP系统的 销售与分销（SD）、物料管理（MM）、设备管理（PM）、财务会计及成本控制（FI/CO）、 提供数据支持。向下为PCS系统下达作业指令，并接受其提供的实时生产数据。集成方面结合氧化铝和电解铝工艺流程和现场控制系统，提供相应的标准接口，实现氧化铝生 产控制系统、监控系统的集成。

2、 技术体系与技术特点

生产管控一体化解决方案根据职能将系统划分为三个层次：企业管理层、生产执行 层、过程控制层。实现企业经营、管理、生产的有机集成。

(1)技术目标

以能源与生产为核心优化现有生产控制系统和计量设施，整合、优化视频监控网络 和通讯网络，建立信息共享的综合监控体系(包括过程参数和现场视频)、生产及能源 调度指挥体系，用信息化手段打造生产、管控、经营、决策一体化系统，实现数据信息可视化、过程控制集中化、生产管理精细化、运营转型长效化、经营管理科学化。

通过系统建设实现如下几个目标：

现场数据可视化：完善计量、检测和视频监视设施，建立管理、控制、视频、通讯 四大网络，做到生产全流程的信息采集、信息监控的全覆盖，实现生产现场的数据自动采集、自动处理、实时监控，通过数据、视频监控及时发现生产过程中存在的问题。

过程控制集中化：升级改造现有控制系统，引入集中控制模式，逐步实现全厂生产控制的大集中，减少人员配置，提高劳动效率。同时配合生产调度管理变革，建设集中化的生产指挥控制中心，实现分公司调度、二级单位调度与车间控制操作的集中联合办公，减少沟通环节，提高工作效率。

生产管理精细化：通过能源管理中心等MES层信息化建设，实现氧化铝生产从原 料到成品全流程的能源平衡、物料平衡，通过专家数据模型找出引起能源消耗、物料消耗的浪费点。从而实现优化生产、科学调度，保障生产的高效与稳定，实现精益生产。

经营决策科学化：建立以数据仓库、联机事物分析、专家数据模型为基础的决策支持系统，通过各种分析、统计和数据挖掘手段，辅助进行科学化经营决策。

（2） 主要技术性能指标

生产调度业务相关数据单次上报响应时间小于5秒；

上报数据确认后，普通分类汇总操作时间在0.5分钟以内完成；

在网络畅通、速率500K/S以上时，各类组合条件的普通分类检索响应时间在5秒 以内；

在网络畅通的条件下，在监控中心查看的视频画面应能够在3秒内互相切换；

外界事故信息进入系统后，相关预警/报警信息（短信，eMail等）在0.5秒内生 成并发至相关服务器；

（3） 技术路线

1） 网络技术

运用内部局域网方式，采用生产网、管理网独立建网，之间通过隔离网闸实现信息沟通。网络设备和实时数据库采用双冗余措施确保系统可靠稳定。

2） 数据库技术路线

数据库采用实时数据库、关系数据库，以分布式方法汇集到中心服务器，数据信息逐级提取。生产现场各类DCS、PLC、零星仪器仪表数据经由最近的服务器上传到中心服务器。

3） 数据采集技术路线

采用TCP/IP协议和OPC规范，将生产现场各类数据采集点进行实时采集。数据采 集内容有计量检斤数据、动力量、生产工艺参数、设备运行参数、视频监控、化验分析数据等，为生产调度和模型选用提供实时信息。

4） 软件实现技术路线

AL-MES软件系统采用中间件方法实现，依据ISA标准结合铝冶炼工艺，开发相应的业务系统，满足生产控制和管理需要。

5） 动态模型建立技术路线

电解铝、氧化铝生产有多个工序组成，针对每一个生产工序，通过数据挖掘、仿真等技术建立针对性的动态模型，内置到中间件平台中。系统可根据生产当前状态优选调 度模型和控制模型，实现优化生产。

6）接口技术路线

该产品需要开发与现场重要设备、DCS系统、OLC、化验分析设备、检斤系统、 ERP等诸多设备和系统接口，本产品将接口进行分类开发，实现常见设备的接入，还可以通过自定义接口配置完成其它设备接入。具体接口功能包括经由PHD采用OPC集成 的DCS系统、通过DDE完成的与电力系统集成、通过接口集成的PLC系统、化验分 析系统、检斤系统和一些零星仪表。DCS系统分别涉及氧化铝锅炉、汽机、溶出、沉降、分解、过滤、焙烧、蒸发、原料磨等工序，以及35KVA/10KVA配电室/空压站、水处理、循环水等小型PLC系统。电解铝主要实现电解槽、铸造、碳素、供变电站的集成。

其核心技术与关键还包括实现生产过程控制、数据检测、优化调度的有机集成，其中包括硬件集成和软件集成，以便充分发挥软件、硬件各自的功能，体现其综合优势。 过程控制包括生产过程控制各类控制系统、现场组态画面、视频信息和设备运行状态的 集成与实时监控，为生产过程的可视化远程调度指挥提供手段。数据检测包括生产过程量各类生产技术指标、质量化验结果的检测（包括仪表、电气设备运行情况及控制，部 分生产流程的多媒体监控系统等），进出厂物资量（包括氧化铝、碳素、碱、煤、矿石、成品氧化铝、氢氧化铝等）检定，生产中使用的水、蒸气、风、电等动力量测量，以及自动点巡检系统的数据采集、检测。优化调度主要针对铝冶炼工序建立动态物料平衡模 型和优化控制策略进行计算机仿真，例如，根据生产工序进行生产的优化调度、指挥与 控制。氧化铝生产过程的综合生产指标由综合生产指标模型分解为原料堆存、均化和制备过程综合生产指标、选矿拜尔法过程综合生产指标、烧结法过程综合生产指标和氢氧 化铝焙烧过程综合生产指标。然后这些综合生产指标通过工序关键工艺指标参数设定模 型分解到各个生产过程，由工序关键工艺指标参数设定模型得出各个生产过程的关键工艺参数设定。结合铝冶炼生产过程的特点，通过回路控制层和回路优化设定层来实现生产过程的优化控制。

二、应用案例简述

1、案例名称与实施时间

案例名称：中铝河南分公司电解铝管控一体化平台

起止时间：2013年4月至2013年12月

2、 应用创新与技术亮点

系统总体设计的先进性原则主要体现在以下几方面：

(1)系统结构选择当前主流的J2EE多层B/S架构进行系统开发；

(2)系统采用成熟的中间价技术，实现业务应用的快速设计、快速开发；

(3)软件的设计中利用先进的面向对象技术、设计模式和组件技术来提高软件的 通用性和复用性；

(4)平台可方便部署到云计算平台，以便满足能源管理中心海量存储、高速计算 的功能需求。同时，由于后台云计算的支持为今后能源管理系统向移动应用转移奠定了基础

(5)采用双机冗余技术：核心服务器采用采用双机冗余技术，实现其中一台服务 器故障时系统自动切换。保证系统的稳定性、可靠性；

(6)病毒防护：为防范病毒入侵，能源管理系统中心所涉及的计算机设施接入现 有的防病毒系统；

(7)数据加密：系统对关键数据(如：用户帐号、密码等关键数据)采用密文方式加密存储，防止数据库级的数据不被他人窃取、识别。

(8)严密的角色及权限管理：通过权限管理机制，控制每个用户的操作权限，保证数据的安全性。

3、 实施效果与示范意义

(1) 直接经济效益分析

参照能源消耗结构较类似的冶金企业能源管理中心系统实施前后效益变化估算，预估能源中心建设前后的能源消耗为降低约4%o

企业年消耗折标煤105.0676万吨标煤。按能源消耗降低4%计，每年可节约标煤 4.2027万吨，按每吨标煤成本750元计。项目投运后每年可降低成本4.2027万吨标煤*750 元/吨标煤=3152.025万元。

(2) 间接经济效益分析

建设能源管理中心之后，将使得能源公辅系统更加稳定可靠，确保向主工艺系统进行持续稳定、经济高效的供能，同时能源系统发生故障时，故障恢复的时间大为减小。 以上所有这些都有助于公司产能的提高。根据类似企业的估计，建设能源管理中心后，每年的产量将提高0.5%，按照河南分公司200万吨产能，氧化铝投运后的产值约为50 亿，因此，建设能源中心后年增加产值为50亿*0.5%=2.5千万元，按照利润率为10% 计算。间接经济效益将达到2500万*10%=250万元。

（3）环保效益

按年节约4.2027万吨标煤计算，可减排CO2约10.34万吨。

综合效益：项目建成后生产期内平均可实现3152.025+250=3402.025万元/年的直接 和间接经济效益以及客观的环境保护效益。