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1 項目概述

江西鹽業(yè)集團晶昊鹽化5G+智慧工廠(chǎng)項目依據晶昊鹽化生產(chǎn)運行實(shí)際需求，及推進(jìn)信息化、數字化與公司業(yè)務(wù)全面融合的訴求，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G網(wǎng)絡(luò )、人工智能、云計算、大數據、移動(dòng)應用等先進(jìn)技術(shù)，打造了“平臺+5G+應用”的新一代智能工廠(chǎng)。PaaS平臺把晶昊日常生產(chǎn)管理的人機料法環(huán)各個(gè)環(huán)節以及生產(chǎn)、能源、質(zhì)量、安全、環(huán)保、設備等業(yè)務(wù)的多元數據進(jìn)行聯(lián)通、融合、組織、標準化，賦予了集中集成、實(shí)時(shí)計算、智能分析、物聯(lián)網(wǎng)接入、可視化等核心能力；SaaS應用覆蓋了生產(chǎn)、能源、質(zhì)量、安全、設備等業(yè)務(wù)領(lǐng)域，包括生產(chǎn)執行系統、能源管理系統、實(shí)驗室管理系統、設備管理系統、安全環(huán)保管理與應急指揮系統、數字孿生等5G相關(guān)應用；邊緣端投用了包括純堿五大工序及鍋爐車(chē)間全流程的先進(jìn)控制系統。項目歷時(shí)一年，在2021年12月底轉入全面試運行階段，項目上線(xiàn)后，單臺鍋爐熱效率提高0.5%，全廠(chǎng)綜合能耗物耗降低5%，綜合生產(chǎn)率提高11%，設備維修成本降低15%，實(shí)現安全零事故；數字孿生系統實(shí)現可視

化協(xié)同生產(chǎn)；實(shí)現了企業(yè)“安、穩、長(cháng)、滿(mǎn)、優(yōu)”運行。本項目達成了江鹽集團智能工廠(chǎng)建設預期目標，提升了工廠(chǎng)數字化和智能化生產(chǎn)水平，增強了企業(yè)盈利能力和核心競爭力。

2 項目實(shí)施與應用

江西鹽業(yè)集團晶昊鹽化5G+智慧工廠(chǎng)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(chǎng)項目整體實(shí)施內容主要由IT基礎設施（5G建設）、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)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(chǎng)項目5G專(zhuān)網(wǎng)，即為晶昊鹽化有限公司寬帶無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )，與廠(chǎng)區原有的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )深度融合。結合晶昊鹽化實(shí)際生產(chǎn)特點(diǎn)，實(shí)現晶昊鹽化純堿分公司、動(dòng)力車(chē)間、辦公區的5G網(wǎng)絡(luò )覆蓋。合理利用廠(chǎng)區地形結構，在廠(chǎng)區內部署了3個(gè)電信5G基站，采用按室外宏站，后期隨著(zhù)具體終端業(yè)務(wù)部署，針對區域補熱補盲的建網(wǎng)方式，保障帶寬通信；給企業(yè)/設備配置專(zhuān)有的SIM卡，實(shí)現業(yè)務(wù)的完全隔離，保障企業(yè)的數據安全，不受公網(wǎng)業(yè)務(wù)干擾。廠(chǎng)區各控制室配置CPE，通過(guò)5G信號的形式與基站通信，終端設備通過(guò)5G信號將業(yè)務(wù)數據、生產(chǎn)數據及視頻流等數據以無(wú)線(xiàn)的形式傳輸給基站，基站再通過(guò)5G定制網(wǎng)將數據傳回系統平臺。

晶昊鹽化5G定制網(wǎng)拓撲圖如圖2所示。

圖2 晶昊鹽化5G定制網(wǎng)拓撲圖

晶昊智能工廠(chǎng)項目采用的是中國電信天翼云專(zhuān)屬云，包含：44核CPU、380G內存、20TSAS云存儲、100M云專(zhuān)線(xiàn)（與廠(chǎng)區機房互聯(lián)）。專(zhuān)屬云是從物理上隔離的專(zhuān)屬虛擬化資源池。在專(zhuān)屬云內，用戶(hù)獨享計算和網(wǎng)絡(luò )資源，同時(shí)配套提供一個(gè)可高度管控、靈活使用的專(zhuān)屬云管理平臺，實(shí)現對專(zhuān)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(zhuān)屬云資源。通過(guò)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(chǎn)投入成本、運維壓力、擴容壓力以及后續升級要求。

2.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺

利用5G專(zhuān)網(wǎng)+專(zhuān)屬云，運用大數據、云計算和人工智能等技術(shù)，搭建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)一體化管控平臺（工業(yè)Paas），提供集中集成、實(shí)時(shí)計算、智能分析、物聯(lián)網(wǎng)接入、可視化等核心能力，為智能化應用（Saas應用）和服務(wù)的高效開(kāi)發(fā)、運行和維護提供支撐，為上層的工業(yè)軟件提供數據存儲和訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)。通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺與工業(yè)軟件分離的架構模式，實(shí)現工業(yè)數據與應用業(yè)務(wù)的有效分離，適應企業(yè)在運維過(guò)程中因工藝優(yōu)化、裝置改造、管線(xiàn)改遷等變動(dòng)引發(fā)的持續完善需求。

打造開(kāi)放、共享的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，為生產(chǎn)業(yè)務(wù)應用提供高度共享、高內聚低耦合的平臺技術(shù)服務(wù)和業(yè)務(wù)服務(wù)，整合數據中心，營(yíng)造敏捷安全的IT環(huán)境，快速響應業(yè)務(wù)應用需求。

2.3 六大智能控制器

根據企業(yè)生產(chǎn)裝置的運行特點(diǎn)和過(guò)程控制現狀，應用多變量模型預測控制、軟測量等技術(shù)，開(kāi)發(fā)實(shí)施先進(jìn)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(xiàn)性、大滯后、負荷變化、進(jìn)料波動(dòng)等因素的影響，有效解決裝置運行過(guò)程中的多變量協(xié)調優(yōu)化控制問(wèn)題，大幅度提高裝置的自動(dòng)化水平，降低操作勞動(dòng)強度，實(shí)現裝置的安全、平穩運行，產(chǎn)品質(zhì)量穩定，并在此基礎上通過(guò)“卡邊”優(yōu)化，提高產(chǎn)品收率。六大智能控制器包括：純堿車(chē)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(dòng)力車(chē)間鍋爐裝置：

（1）純堿裝置石灰工序先進(jìn)控制成效

·實(shí)現了石灰窯的智能計算上料個(gè)數、出灰時(shí)間、到點(diǎn)自動(dòng)上料和出灰的功能，并能根據各并聯(lián)石灰窯的運行工況實(shí)現其生產(chǎn)負荷的動(dòng)態(tài)分配，穩定石灰窯料位，提高自動(dòng)化控制水平，設備運行正常情況下實(shí)現無(wú)人監管生產(chǎn)過(guò)程，顯著(zhù)降低操作勞動(dòng)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(shí)減少主要過(guò)程變量的標準方差30%以上；

·通過(guò)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(zhì)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(shí)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(shí)時(shí)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(dòng)智能控制系統，在保證除塵效果的情況下，實(shí)現無(wú)人監守操作過(guò)程；

·統一操作規范，先進(jìn)控制系統的投運率達到90%以上，保持生產(chǎn)操作的一致性，顯著(zhù)降低勞動(dòng)強度。

（2）純堿裝置碳化過(guò)程先進(jìn)控制成效

·提高碳化工序綜合自動(dòng)化水平，穩定生產(chǎn)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(guān)鍵工藝參數（塔底壓力、中部溫度、出堿溫度）的標準偏差（波動(dòng)幅度）降低30%以上；

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

·先進(jìn)控制系統的投運率達到90%以上，顯著(zhù)降低勞動(dòng)強度。

（3）純堿裝置蒸吸工序先進(jìn)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(guān)附屬設備的綜合自動(dòng)化水平，穩定生產(chǎn)工況，提高主要工藝參數的平穩度，波動(dòng)幅度減少30%以上；

·建立以碳化生產(chǎn)為核心的整體物料平衡系統，實(shí)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(guò)平穩控制和卡邊操作，實(shí)現噸堿汽耗降低4kg，噸堿氨耗降低0.1kg；

·先進(jìn)控制系統的投運率達到90%以上，顯著(zhù)降低勞動(dòng)強度。

（4）純堿裝置輕灰工序先進(jìn)控制成效

·提高輕灰煅燒爐、爐氣冷凝塔等裝置生產(chǎn)過(guò)程綜合自動(dòng)化水平，穩定生產(chǎn)工況，提高關(guān)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(dòng)幅度減少30%以上；

·合理分配各輕灰煅燒爐生產(chǎn)負荷，減小出堿溫度波動(dòng)范圍，在保證輕灰質(zhì)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(zhù)降低勞動(dòng)強度。

（5）純堿裝置重灰煅燒工序的先進(jìn)控制成效

·提高重灰煅燒工序生產(chǎn)過(guò)程綜合自動(dòng)化水平，穩定生產(chǎn)工況，提高關(guān)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(dòng)幅度減少30%以上；

·通過(guò)對出堿溫度的平穩控制，在保證輕灰質(zhì)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(zhù)降低勞動(dòng)強度。

·降低勞動(dòng)強度。

（6）鍋爐系統的先進(jìn)控制成效

·優(yōu)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(guān)鍵工藝參數的標準偏差（波動(dòng)幅度）降低30%以上；

·通過(guò)實(shí)施燃燒優(yōu)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(dòng)切換功能，當鍋爐系統出現主要儀表和設備故障時(shí)能自動(dòng)無(wú)擾切換到DCS手動(dòng)狀態(tài)，并進(jìn)行報警提示。

2.4 八大智能應用模塊

基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G網(wǎng)絡(luò )等先進(jìn)技術(shù)，覆蓋計劃、調度、操作、工藝、能源、質(zhì)量、安全、設備等生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)，開(kāi)發(fā)部署生產(chǎn)執行系統、能源管理系統、實(shí)驗室信息管理系統、設備管理系統、安全環(huán)保管理與應急指揮系統、智能點(diǎn)巡檢系統、AI視頻識別預警和數字孿生等5G相關(guān)定制化應用，晶昊鹽化質(zhì)量管理部、安全環(huán)保部、純堿分公司和動(dòng)力車(chē)間的生產(chǎn)業(yè)務(wù)全部上云，打通了數據流、業(yè)務(wù)流、管理流，實(shí)現了兩大部門(mén)和兩大生產(chǎn)單位的所有生產(chǎn)數據和管理要素的統一和共享，實(shí)現生產(chǎn)信息的可視化展示，為生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)提供科學(xué)的決策依據。規范以上部門(mén)的生產(chǎn)業(yè)務(wù)管理流程，為實(shí)現優(yōu)化資源利用、降低物耗和能耗、高效生產(chǎn)組織等提供可靠保證。

基于生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)數據庫的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，實(shí)現了晶昊鹽化生產(chǎn)過(guò)程管理信息的可視化、決策科學(xué)化；優(yōu)化資源利用，降低工廠(chǎng)物耗能耗，提高生產(chǎn)管理的精細化水平，增強了企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的盈利能力；實(shí)現了生產(chǎn)全過(guò)程的一體化，統一計劃與物料調度，達到對現場(chǎng)的生產(chǎn)、質(zhì)量的控制與管理的目的；在實(shí)現生產(chǎn)、安全、能源、質(zhì)量一體化協(xié)同、精細化和閉環(huán)管理水平的基礎上，通過(guò)建設智能化系統，監控從原材料進(jìn)廠(chǎng)到產(chǎn)品出廠(chǎng)的全部生產(chǎn)過(guò)程，記錄生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)品所使用的原料、能源、工藝、設備、檢驗數據以及產(chǎn)品在各個(gè)班組、批次生產(chǎn)的時(shí)間、人員等信息，挖掘數據價(jià)值，提升生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)的專(zhuān)業(yè)化水平，實(shí)現晶昊鹽化“安、穩、長(cháng)、滿(mǎn)、優(yōu)”運行。并實(shí)現了以下目標：

（1）過(guò)程數據全面自動(dòng)采集，實(shí)現過(guò)程透明、可視化；

（2）專(zhuān)業(yè)管理系統全面支撐業(yè)務(wù)分析需求；

（3）生產(chǎn)管理閉環(huán)，生產(chǎn)計劃、執行、統計、績(jì)效考核一體化集成；

（4）提高能源管網(wǎng)和關(guān)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(xué)決策、正確指揮，確保能源系統安全、可靠、經(jīng)濟與高效運行，實(shí)現能源管理精細化、標準化、信息化、智能化；

（5）提高產(chǎn)品合格率；

（6）規范了現場(chǎng)巡檢行為，提高關(guān)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(guò)AI分析和5G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，實(shí)時(shí)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(chǎn)，提供安全保障；

（8）實(shí)時(shí)了解各生產(chǎn)單位的安全環(huán)保情況，實(shí)時(shí)監控現場(chǎng)高風(fēng)險作業(yè)，完善隱患治理機制，提高了企業(yè)風(fēng)險管控能力，實(shí)現了“零污染、零事故、零傷害”的安全生產(chǎn)目標；

（9）利用3D和VR（虛擬現實(shí)）技術(shù)，并結合5G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，將實(shí)時(shí)生產(chǎn)運行數據嵌入VR全廠(chǎng)全景系統，實(shí)現生產(chǎn)設備、流程、工藝、環(huán)境等可視化協(xié)調展現：

（10）減員增效，提高工作效率；

3 效益分析

（1）提升工廠(chǎng)數字化轉型升級步伐，打造“鹽化工智能工廠(chǎng)”。通過(guò)本項目的研發(fā)，將5G技術(shù)與流程行業(yè)智能工廠(chǎng)完美融合，顯著(zhù)提升5G的應用范圍和規模，顯著(zhù)提高工業(yè)企業(yè)數字化轉型升級步伐。

（2）提升工廠(chǎng)精細化、高效化和現代化生產(chǎn)水平，促進(jìn)鹽化工產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效。通過(guò)項目的實(shí)施交付，達到能耗物耗降低5%、綜合生產(chǎn)率提高11%、設備維修成本降低15%、安全零事故等效果，實(shí)現企業(yè)“安、穩、長(cháng)、滿(mǎn)、優(yōu)”運行。

（3）提升工廠(chǎng)數字化、精細化、高效化和現代化生產(chǎn)水平，提質(zhì)增效節能減排。實(shí)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(zhù)提升生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)的專(zhuān)業(yè)化和提質(zhì)增效節能減排效能。

（4）增強企業(yè)盈利能力和核心競爭力，形成產(chǎn)業(yè)示范效應。本項目是根據晶昊鹽化實(shí)際需求情況，推進(jìn)信息化與公司未來(lái)業(yè)務(wù)全面融合，打造“平臺+5G+應用”的新一代智能工廠(chǎng)，應用覆蓋計劃、調度、操作、工藝、能源、質(zhì)量、安全、設備等生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)，通過(guò)廠(chǎng)區內全業(yè)務(wù)上云打通企業(yè)數據流、業(yè)務(wù)流、管理流，實(shí)現整個(gè)晶昊鹽化生產(chǎn)數據的一致性和共享，實(shí)現生產(chǎn)信息的可視化展示，為生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)提供科學(xué)的決策依據，規范企業(yè)生產(chǎn)業(yè)務(wù)管理流程，為實(shí)現企業(yè)優(yōu)化資源利用、降低物耗和能耗、高效生產(chǎn)組織等提供可靠保證，切實(shí)增強企業(yè)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(dòng)下，逐漸在江鹽集團其他下屬企業(yè)進(jìn)行推廣應用，實(shí)現具有江鹽集團特色的智能工廠(chǎng)建設目標和產(chǎn)業(yè)示范效應。

（5）煉油、化工、鋼鐵、冶金、造紙、制藥等流程行業(yè)占我國制造業(yè)的50%以上，通過(guò)本項目的研發(fā)和實(shí)施，將5G技術(shù)與流程行業(yè)智能工廠(chǎng)完美融合。項目主要成果之一，即基于5G的流程行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和智能工廠(chǎng)系統套件，可以推廣到國內各流程行業(yè)工業(yè)企業(yè)，顯著(zhù)提升5G的應用范圍和規模，顯著(zhù)提高工業(yè)企業(yè)數字化轉型、智能化升級步伐，具有巨大的社會(huì )效益和價(jià)值。

摘自《自動(dòng)化博覽》2023年3月刊