罗克韦尔“集成化体系结构”技术在郑州铝厂的应用

罗克韦尔自动化公司的系统改造解决方案每年为郑州铝厂节约600,000美元
在采用了罗克韦尔自动化公司的“集成化体系结构”技术以及获得SEL-2002的电源管理支持之后，之后，郑州铝厂的生产效率和稳定性明显提高，而且减少了停工时间和提高了生产标准，因而节约了大量资金。

背景
提炼纯铝需要耗费大量的电力。在提炼过程中，要通过电解工艺将非天然的成分与其他矿石分离开来，在将电流通过非金属导体时，将会产生化学反应，如熔化的氯化钠成分等等。

因而，这就使得在电解铝过程中的能量和电力分配成了至关重要的问题，为了保证产品的产量和质量，就必须对电解工艺提出精确的要求以及采用精确的控制系统。郑州铝厂位于中国的河南省境内，其主要产品就是铝，年产量为140万吨。郑州铝产品的销售量占全国总销量的30％，并且是中国最大的铝材生产地，每年产值5亿美元。



挑战
郑州铝厂已经对能量和电力供应和分配系统进行了改造，在过去的几年中扩展了数次，但是仍然缺少集成化控制平台。由于功率和电源保护仍然依靠过时的电磁保护装置，所以导致工厂每年停工5到6次，停工时间从5个小时到两天不等。正是由于这种信号故障和运行中断而导致的生产延期使郑州铝厂每年平均损失100，000到200，000美元。

在1980年的一次故障中，由于诊断和运行故障致使整个供电系统中断，结果停工时间和生产延期导致郑州铝厂直接经济损失3百万美元。

以前的现场手工操作模式已经不能满足日常生产对功能性、可靠性、稳定性、安全性、选择能力以及灵敏度的要求。因此，减少故障发生和缩短停工时间而提高功率监测/管理系统的自动化水平就成为了郑州铝厂的主要目标。本项目中，郑州铝厂安装了电力参数自动化数据采集和集成化数据监测设施，生产问题也就迎刃而解了。

本次系统的改造也同时提高了生产的可靠性，并且最终能够降低生产成本以及使郑州铝厂在日益激烈的铝材市场竞争中立于不败之地。

解决方案
南昌耐林自动化公司（罗克韦尔自动化公司解决方案的提供者）对郑州铝厂进行了深入的调查和咨询，提出的方案是工厂需要安装一套更集成化的数据采集和控制平台。最后，郑州铝厂采用了罗克韦尔自动化公司的新一代工业控制网络——控制网（ControlNet）。


控制网连接一个主站与其他八个PLC联网的可编程逻辑控制器(PLC)主控制站。主控制站是电力监测和管理系统的“最高权威核心”，负责从所有其他的PLC控制站以及工厂的各电量分配区域采集数据。在系统中，具有先进的生产者-消费者通讯技术的控制网充当现场通信干线，负责监测各个分支控制站以及向其传输控制指令，因而能够通过更加统一的平台提供更加强大的控制功能。主控制站位于郑州铝厂供电厂的中央电力监测室内，便于进行生产改进。

控制网主控制站和分支控制站所采用的PLC是罗克韦尔自动化公司的PLC-5 和 ControlLogix 系列控制器。功率监测装置采用PM II，PM II与ControlLogix 之间使用远程I/O网络进行通信。每个分支控制站独立执行分配功能，如功率保护、测量、控制以及事故记录。获取的信息将会根据需要进行处理，并且可以上载到系统中或者从系统中下载下来。

主PLC控制站和分支PLC控制站之间采用控制网网络进行通信，但是并没有直接的电气连接。每个分支控制站所辖区域内的功能都是完全独立的并且分支控制站之间也相互独立，以便在系统的任何一个部分发生故障时不会影响到其他部分的运行。这就使得控制系统具有高度可靠性和独立性，能够实现分层控制和分布式控制。

除了上述解决方案之外，控制平台中还引入了最先进以及最受欢迎的电力保护装置——SEL-2020，作为系统的继电保护方案。由于安装了SEL微处理器，SEL-2020通信控制器可以使用DNP 3.0通信协议实现与PLC-5之间的通信。这种电气和继电保护解决方案可以确保系统的安全性和可靠性。

成果
目前功率监测/管理系统第一阶段的更新工作已经完成，郑州铝厂的生产效率已经有了明显的提高。自从2001年5月控制平台安装完毕之后，郑州铝厂已经从减少停工时间和降低维护成本方面平均每年节约成本500，000美元。在采用了罗克韦尔自动化公司的解决方案之后，就不再需要诸如附加继电器和备用仪表等备件，因而又能够为工厂每年节约成本100，000美元。

由于供配电发生故障而导致的停工现象也被根除，使工厂能够实现稳定的不间断生产。同时，由于采用了控制网技术，不再从每个仪表手工采集数据而是由系统精确地进行采集，所以大大降低了维护人员的劳动强度。

项目第二阶段将在2002年底进行。郑州铝厂与耐林自动化公司合作，决定在项目地第二阶段仍然采用同样的罗克韦尔自动化公司的解决方案来改造第一阶段未曾涉及的其他变电站。在下一阶段的改造工作完成之后，整个工厂就将全部采用新的“集成化体系结构”。为了保证生产的稳定性，高级监测装置以及电力和能源分配装置的保护和管理工作将进行进一步的标准化。

下页的体系结构描述了一个基于信息的企业中罗克韦尔自动化概念。褐色箭头表示的区域表示本文档中正在讨论的目前自动化水平。其余部分以图解方式说明了目前罗克韦尔自动化能够提供的从车间到企业以及更高层次集成的诸多解决方案。