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★浙江中智達科技有限公司

1 項目概述

江西鹽業集團晶昊鹽化5G+智慧工廠項目依據晶昊鹽化生產運行實際需求，及推進信息化、數字化與公司業務全面融合的訴求，基于工業互聯網、5G網絡、人工智能、云計算、大數據、移動應用等先進技術，打造了“平臺+5G+應用”的新一代智能工廠。PaaS平臺把晶昊日常生產管理的人機料法環各個環節以及生產、能源、質量、安全、環保、設備等業務的多元數據進行聯通、融合、組織、標準化，賦予了集中集成、實時計算、智能分析、物聯網接入、可視化等核心能力；SaaS應用覆蓋了生產、能源、質量、安全、設備等業務領域，包括生產執行系統、能源管理系統、實驗室管理系統、設備管理系統、安全環保管理與應急指揮系統、數字孿生等5G相關應用；邊緣端投用了包括純堿五大工序及鍋爐車間全流程的先進控制系統。項目歷時一年，在2021年12月底轉入全面試運行階段，項目上線后，單臺鍋爐熱效率提高0.5%，全廠綜合能耗物耗降低5%，綜合生產率提高11%，設備維修成本降低15%，實現安全零事故；數字孿生系統實現可視

化協同生產；實現了企業“安、穩、長、滿、優”運行。本項目達成了江鹽集團智能工廠建設預期目標，提升了工廠數字化和智能化生產水平，增強了企業盈利能力和核心競爭力。

2 項目實施與應用

江西鹽業集團晶昊鹽化5G+智慧工廠項目的整體架構圖如圖1所示：

圖1 整體架構圖

晶昊鹽化5G+智慧工廠項目整體實施內容主要由IT基礎設施（5G建設）、工業互聯網平臺、六大智能控制器、八大智能應用模塊組成。

2.1 IT基礎設施（5G建設）

晶昊智能工廠項目5G專網，即為晶昊鹽化有限公司寬帶無線通信網絡，與廠區原有的有線網絡深度融合。結合晶昊鹽化實際生產特點，實現晶昊鹽化純堿分公司、動力車間、辦公區的5G網絡覆蓋。合理利用廠區地形結構，在廠區內部署了3個電信5G基站，采用按室外宏站，后期隨著具體終端業務部署，針對區域補熱補盲的建網方式，保障帶寬通信；給企業/設備配置專有的SIM卡，實現業務的完全隔離，保障企業的數據安全，不受公網業務干擾。廠區各控制室配置CPE，通過5G信號的形式與基站通信，終端設備通過5G信號將業務數據、生產數據及視頻流等數據以無線的形式傳輸給基站，基站再通過5G定制網將數據傳回系統平臺。

晶昊鹽化5G定制網拓撲圖如圖2所示。

圖2 晶昊鹽化5G定制網拓撲圖

晶昊智能工廠項目采用的是中國電信天翼云專屬云，包含：44核CPU、380G內存、20TSAS云存儲、100M云專線（與廠區機房互聯）。專屬云是從物理上隔離的專屬虛擬化資源池。在專屬云內，用戶獨享計算和網絡資源，同時配套提供一個可高度管控、靈活使用的專屬云管理平臺，實現對專屬云內容、資源靈活、快速管理，就像自建私有云一樣靈活使用專屬云資源。通過以租代建的模式，大幅降低江西晶昊鹽化有限公司固定資產投入成本、運維壓力、擴容壓力以及后續升級要求。

2.2 工業互聯網平臺

利用5G專網+專屬云，運用大數據、云計算和人工智能等技術，搭建工業互聯網一體化管控平臺（工業Paas），提供集中集成、實時計算、智能分析、物聯網接入、可視化等核心能力，為智能化應用（Saas應用）和服務的高效開發、運行和維護提供支撐，為上層的工業軟件提供數據存儲和訪問服務。通過工業互聯網平臺與工業軟件分離的架構模式，實現工業數據與應用業務的有效分離，適應企業在運維過程中因工藝優化、裝置改造、管線改遷等變動引發的持續完善需求。

打造開放、共享的工業互聯網平臺，為生產業務應用提供高度共享、高內聚低耦合的平臺技術服務和業務服務，整合數據中心，營造敏捷安全的IT環境，快速響應業務應用需求。

2.3 六大智能控制器

根據企業生產裝置的運行特點和過程控制現狀，應用多變量模型預測控制、軟測量等技術，開發實施先進控制系統，將模型預測和反饋校正有機結合，克服系統內變量強耦合、非線性、大滯后、負荷變化、進料波動等因素的影響，有效解決裝置運行過程中的多變量協調優化控制問題，大幅度提高裝置的自動化水平，降低操作勞動強度，實現裝置的安全、平穩運行，產品質量穩定，并在此基礎上通過“卡邊”優化，提高產品收率。六大智能控制器包括：純堿車間石灰工序、碳化工序、蒸吸工序、輕灰煅燒工序、重灰煅燒工序和動力車間鍋爐裝置：

（1）純堿裝置石灰工序先進控制成效

·實現了石灰窯的智能計算上料個數、出灰時間、到點自動上料和出灰的功能，并能根據各并聯石灰窯的運行工況實現其生產負荷的動態分配，穩定石灰窯料位，提高自動化控制水平，設備運行正常情況下實現無人監管生產過程，顯著降低操作勞動強度；

·提高了石灰窯裝置操作運行的平穩率，在工藝指標范圍內盡量維持較低的出灰溫度和出氣溫度，同時減少主要過程變量的標準方差30%以上；

·通過先控系統智能控制，穩定石灰窯煅燒區域，保持窯內溫度的均勻分布，保證石灰石的煅燒質量和窯氣濃度，提高熱利用率，降低焦炭消耗0.6千克/噸堿；

·實現化灰頻率與化灰水量的比值控制，根據灰乳密度的變化，實時微調化灰水量，從而穩定灰乳濃度；

·建立電除塵器裝置全自動智能控制系統，在保證除塵效果的情況下，實現無人監守操作過程；

·統一操作規范，先進控制系統的投運率達到90%以上，保持生產操作的一致性，顯著降低勞動強度。

（2）純堿裝置碳化過程先進控制成效

·提高碳化工序綜合自動化水平，穩定生產工況，提高主要工藝參數的平穩性，在常規控制的基礎上，碳化塔關鍵工藝參數（塔底壓力、中部溫度、出堿溫度）的標準偏差（波動幅度）降低30%以上；

·在碳化工序上下游相關工序運行正常且物料達標穩定的條件下，實現使碳化轉化率提高0.2%以上；

·先進控制系統的投運率達到90%以上，顯著降低勞動強度。

（3）純堿裝置蒸吸工序先進控制成效

·提高游離氨蒸氨塔、淡液蒸餾塔、高低真空吸收塔、預灰桶及相關附屬設備的綜合自動化水平，穩定生產工況，提高主要工藝參數的平穩度，波動幅度減少30%以上；

·建立以碳化生產為核心的整體物料平衡系統，實現母液蒸量、精鹽水量、淡氨鹽水量、氨鹽水量、洗水量等物料的平衡控制；

·通過平穩控制和卡邊操作，實現噸堿汽耗降低4kg，噸堿氨耗降低0.1kg；

·先進控制系統的投運率達到90%以上，顯著降低勞動強度。

（4）純堿裝置輕灰工序先進控制成效

·提高輕灰煅燒爐、爐氣冷凝塔等裝置生產過程綜合自動化水平，穩定生產工況，提高關鍵工藝參數的平穩度，使煅燒爐出堿溫度、爐頭壓力、冷凝塔爐氣出口溫度及液位等平均波動幅度減少30%以上；

·合理分配各輕灰煅燒爐生產負荷，減小出堿溫度波動范圍，在保證輕灰質量的前提下，“卡邊”出堿溫度下限操作，達到節能降耗目的，降低蒸汽消耗4kg/噸堿；

·先控系統投運率大于90%，顯著降低勞動強度。

（5）純堿裝置重灰煅燒工序的先進控制成效

·提高重灰煅燒工序生產過程綜合自動化水平，穩定生產工況，提高關鍵工藝參數的平穩度，水堿比、重灰煅燒爐出堿溫度等指標平均波動幅度減少30%以上；

·通過對出堿溫度的平穩控制，在保證輕灰質量的前提下，“卡邊”出堿溫度下限操作，達到節能降耗的目的，降低蒸汽消耗2kg/噸堿；

·先控系統投運率平均大于90%，顯著降低勞動強度。

·降低勞動強度。

（6）鍋爐系統的先進控制成效

·優化控制系統的投用率不低于90％（負荷在10%變化范圍內，且工藝系統不具備自控條件的不計算在內）；

·關鍵工藝參數的標準偏差（波動幅度）降低30%以上；

·通過實施燃燒優化和“卡邊”控制后，單臺鍋爐的熱效率提高0.5%；

·建立鍋爐運行安全保障系統，具有故障診斷和自動切換功能，當鍋爐系統出現主要儀表和設備故障時能自動無擾切換到DCS手動狀態，并進行報警提示。

2.4 八大智能應用模塊

基于工業互聯網、5G網絡等先進技術，覆蓋計劃、調度、操作、工藝、能源、質量、安全、設備等生產管理業務，開發部署生產執行系統、能源管理系統、實驗室信息管理系統、設備管理系統、安全環保管理與應急指揮系統、智能點巡檢系統、AI視頻識別預警和數字孿生等5G相關定制化應用，晶昊鹽化質量管理部、安全環保部、純堿分公司和動力車間的生產業務全部上云，打通了數據流、業務流、管理流，實現了兩大部門和兩大生產單位的所有生產數據和管理要素的統一和共享，實現生產信息的可視化展示，為生產經營提供科學的決策依據。規范以上部門的生產業務管理流程，為實現優化資源利用、降低物耗和能耗、高效生產組織等提供可靠保證。

基于生產過程實時數據庫的工業互聯網平臺，實現了晶昊鹽化生產過程管理信息的可視化、決策科學化；優化資源利用，降低工廠物耗能耗，提高生產管理的精細化水平，增強了企業生產經營的盈利能力；實現了生產全過程的一體化，統一計劃與物料調度，達到對現場的生產、質量的控制與管理的目的；在實現生產、安全、能源、質量一體化協同、精細化和閉環管理水平的基礎上，通過建設智能化系統，監控從原材料進廠到產品出廠的全部生產過程，記錄生產過程產品所使用的原料、能源、工藝、設備、檢驗數據以及產品在各個班組、批次生產的時間、人員等信息，挖掘數據價值，提升生產管理業務的專業化水平，實現晶昊鹽化“安、穩、長、滿、優”運行。并實現了以下目標：

（1）過程數據全面自動采集，實現過程透明、可視化；

（2）專業管理系統全面支撐業務分析需求；

（3）生產管理閉環，生產計劃、執行、統計、績效考核一體化集成；

（4）提高能源管網和關鍵耗能設備的運行效率，提高電力、蒸汽、水等能源和資源的利用效率，從而做到科學決策、正確指揮，確保能源系統安全、可靠、經濟與高效運行，實現能源管理精細化、標準化、信息化、智能化；

（5）提高產品合格率；

（6）規范了現場巡檢行為，提高關鍵設備運行穩定性，提升設備全生命周期管理水平，減少了設備隱患和日常維護成本；

（7）通過AI分析和5G無線網絡，實時安全監控與預警，有效減少人的不安全行為和物的不安全因素，為安全平穩生產，提供安全保障；

（8）實時了解各生產單位的安全環保情況，實時監控現場高風險作業，完善隱患治理機制，提高了企業風險管控能力，實現了“零污染、零事故、零傷害”的安全生產目標；

（9）利用3D和VR（虛擬現實）技術，并結合5G無線網絡，將實時生產運行數據嵌入VR全廠全景系統，實現生產設備、流程、工藝、環境等可視化協調展現：

（10）減員增效，提高工作效率；

3 效益分析

（1）提升工廠數字化轉型升級步伐，打造“鹽化工智能工廠”。通過本項目的研發，將5G技術與流程行業智能工廠完美融合，顯著提升5G的應用范圍和規模，顯著提高工業企業數字化轉型升級步伐。

（2）提升工廠精細化、高效化和現代化生產水平，促進鹽化工產業提質增效。通過項目的實施交付，達到能耗物耗降低5%、綜合生產率提高11%、設備維修成本降低15%、安全零事故等效果，實現企業“安、穩、長、滿、優”運行。

（3）提升工廠數字化、精細化、高效化和現代化生產水平，提質增效節能減排。實現降低焦炭消耗0.6kg/噸堿，碳化轉化率提高0.2%以上，噸堿汽耗降低4kg，噸堿氨耗降低0.1kg，降低輕灰蒸汽消耗4kg/噸堿，降低重灰蒸汽消耗2kg/噸堿，提高單臺鍋爐的熱效率0.5%。顯著提升生產管理業務的專業化和提質增效節能減排效能。

（4）增強企業盈利能力和核心競爭力，形成產業示范效應。本項目是根據晶昊鹽化實際需求情況，推進信息化與公司未來業務全面融合，打造“平臺+5G+應用”的新一代智能工廠，應用覆蓋計劃、調度、操作、工藝、能源、質量、安全、設備等生產管理業務，通過廠區內全業務上云打通企業數據流、業務流、管理流，實現整個晶昊鹽化生產數據的一致性和共享，實現生產信息的可視化展示，為生產經營提供科學的決策依據，規范企業生產業務管理流程，為實現企業優化資源利用、降低物耗和能耗、高效生產組織等提供可靠保證，切實增強企業盈利能力和核心競爭力。在江西晶昊鹽化有限公司的運行示范效應的帶動下，逐漸在江鹽集團其他下屬企業進行推廣應用，實現具有江鹽集團特色的智能工廠建設目標和產業示范效應。

（5）煉油、化工、鋼鐵、冶金、造紙、制藥等流程行業占我國制造業的50%以上，通過本項目的研發和實施，將5G技術與流程行業智能工廠完美融合。項目主要成果之一，即基于5G的流程行業工業互聯網平臺和智能工廠系統套件，可以推廣到國內各流程行業工業企業，顯著提升5G的應用范圍和規模，顯著提高工業企業數字化轉型、智能化升級步伐，具有巨大的社會效益和價值。

摘自《自動化博覽》2023年3月刊