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1 项目概述

江西盐业集团晶昊盐化5G+智慧工厂项目依据晶昊盐化生产运行实际需求，及推进信息化、数字化与公司业务全面融合的诉求，基于工业互联网、5G网络、人工智能、云计算、大数据、移动应用等先进技术，打造了“平台+5G+应用”的新一代智能工厂。PaaS平台把晶昊日常生产管理的人机料法环各个环节以及生产、能源、质量、安全、环保、设备等业务的多元数据进行联通、融合、组织、标准化，赋予了集中集成、实时计算、智能分析、物联网接入、可视化等核心能力；SaaS应用覆盖了生产、能源、质量、安全、设备等业务领域，包括生产执行系统、能源管理系统、实验室管理系统、设备管理系统、安全环保管理与应急指挥系统、数字孪生等5G相关应用；边缘端投用了包括纯碱五大工序及锅炉车间全流程的先进控制系统。项目历时一年，在2021年12月底转入全面试运行阶段，项目上线后，单台锅炉热效率提高0.5%，全厂综合能耗物耗降低5%，综合生产率提高11%，设备维修成本降低15%，实现安全零事故；数字孪生系统实现可视

化协同生产；实现了企业“安、稳、长、满、优”运行。本项目达成了江盐集团智能工厂建设预期目标，提升了工厂数字化和智能化生产水平，增强了企业盈利能力和核心竞争力。

2 项目实施与应用

江西盐业集团晶昊盐化5G+智慧工厂项目的整体架构图如图1所示：

图1 整体架构图

晶昊盐化5G+智慧工厂项目整体实施内容主要由IT基础设施（5G建设）、工业互联网平台、六大智能控制器、八大智能应用模块组成。

2.1 IT基础设施（5G建设）

晶昊智能工厂项目5G专网，即为晶昊盐化有限公司宽带无线通信网络，与厂区原有的有线网络深度融合。结合晶昊盐化实际生产特点，实现晶昊盐化纯碱分公司、动力车间、办公区的5G网络覆盖。合理利用厂区地形结构，在厂区内部署了3个电信5G基站，采用按室外宏站，后期随着具体终端业务部署，针对区域补热补盲的建网方式，保障带宽通信；给企业/设备配置专有的SIM卡，实现业务的完全隔离，保障企业的数据安全，不受公网业务干扰。厂区各控制室配置CPE，通过5G信号的形式与基站通信，终端设备通过5G信号将业务数据、生产数据及视频流等数据以无线的形式传输给基站，基站再通过5G定制网将数据传回系统平台。

晶昊盐化5G定制网拓扑图如图2所示。

图2 晶昊盐化5G定制网拓扑图

晶昊智能工厂项目采用的是中国电信天翼云专属云，包含：44核CPU、380G内存、20TSAS云存储、100M云专线（与厂区机房互联）。专属云是从物理上隔离的专属虚拟化资源池。在专属云内，用户独享计算和网络资源，同时配套提供一个可高度管控、灵活使用的专属云管理平台，实现对专属云内容、资源灵活、快速管理，就像自建私有云一样灵活使用专属云资源。通过以租代建的模式，大幅降低江西晶昊盐化有限公司固定资产投入成本、运维压力、扩容压力以及后续升级要求。

2.2 工业互联网平台

利用5G专网+专属云，运用大数据、云计算和人工智能等技术，搭建工业互联网一体化管控平台（工业Paas），提供集中集成、实时计算、智能分析、物联网接入、可视化等核心能力，为智能化应用（Saas应用）和服务的高效开发、运行和维护提供支撑，为上层的工业软件提供数据存储和访问服务。通过工业互联网平台与工业软件分离的架构模式，实现工业数据与应用业务的有效分离，适应企业在运维过程中因工艺优化、装置改造、管线改迁等变动引发的持续完善需求。

打造开放、共享的工业互联网平台，为生产业务应用提供高度共享、高内聚低耦合的平台技术服务和业务服务，整合数据中心，营造敏捷安全的IT环境，快速响应业务应用需求。

2.3 六大智能控制器

根据企业生产装置的运行特点和过程控制现状，应用多变量模型预测控制、软测量等技术，开发实施先进控制系统，将模型预测和反馈校正有机结合，克服系统内变量强耦合、非线性、大滞后、负荷变化、进料波动等因素的影响，有效解决装置运行过程中的多变量协调优化控制问题，大幅度提高装置的自动化水平，降低操作劳动强度，实现装置的安全、平稳运行，产品质量稳定，并在此基础上通过“卡边”优化，提高产品收率。六大智能控制器包括：纯碱车间石灰工序、碳化工序、蒸吸工序、轻灰煅烧工序、重灰煅烧工序和动力车间锅炉装置：

（1）纯碱装置石灰工序先进控制成效

·实现了石灰窑的智能计算上料个数、出灰时间、到点自动上料和出灰的功能，并能根据各并联石灰窑的运行工况实现其生产负荷的动态分配，稳定石灰窑料位，提高自动化控制水平，设备运行正常情况下实现无人监管生产过程，显著降低操作劳动强度；

·提高了石灰窑装置操作运行的平稳率，在工艺指标范围内尽量维持较低的出灰温度和出气温度，同时减少主要过程变量的标准方差30%以上；

·通过先控系统智能控制，稳定石灰窑煅烧区域，保持窑内温度的均匀分布，保证石灰石的煅烧质量和窑气浓度，提高热利用率，降低焦炭消耗0.6千克/吨碱；

·实现化灰频率与化灰水量的比值控制，根据灰乳密度的变化，实时微调化灰水量，从而稳定灰乳浓度；

·建立电除尘器装置全自动智能控制系统，在保证除尘效果的情况下，实现无人监守操作过程；

·统一操作规范，先进控制系统的投运率达到90%以上，保持生产操作的一致性，显著降低劳动强度。

（2）纯碱装置碳化过程先进控制成效

·提高碳化工序综合自动化水平，稳定生产工况，提高主要工艺参数的平稳性，在常规控制的基础上，碳化塔关键工艺参数（塔底压力、中部温度、出碱温度）的标准偏差（波动幅度）降低30%以上；

·在碳化工序上下游相关工序运行正常且物料达标稳定的条件下，实现使碳化转化率提高0.2%以上；

·先进控制系统的投运率达到90%以上，显著降低劳动强度。

（3）纯碱装置蒸吸工序先进控制成效

·提高游离氨蒸氨塔、淡液蒸馏塔、高低真空吸收塔、预灰桶及相关附属设备的综合自动化水平，稳定生产工况，提高主要工艺参数的平稳度，波动幅度减少30%以上；

·建立以碳化生产为核心的整体物料平衡系统，实现母液蒸量、精盐水量、淡氨盐水量、氨盐水量、洗水量等物料的平衡控制；

·通过平稳控制和卡边操作，实现吨碱汽耗降低4kg，吨碱氨耗降低0.1kg；

·先进控制系统的投运率达到90%以上，显著降低劳动强度。

（4）纯碱装置轻灰工序先进控制成效

·提高轻灰煅烧炉、炉气冷凝塔等装置生产过程综合自动化水平，稳定生产工况，提高关键工艺参数的平稳度，使煅烧炉出碱温度、炉头压力、冷凝塔炉气出口温度及液位等平均波动幅度减少30%以上；

·合理分配各轻灰煅烧炉生产负荷，减小出碱温度波动范围，在保证轻灰质量的前提下，“卡边”出碱温度下限操作，达到节能降耗目的，降低蒸汽消耗4kg/吨碱；

·先控系统投运率大于90%，显著降低劳动强度。

（5）纯碱装置重灰煅烧工序的先进控制成效

·提高重灰煅烧工序生产过程综合自动化水平，稳定生产工况，提高关键工艺参数的平稳度，水碱比、重灰煅烧炉出碱温度等指标平均波动幅度减少30%以上；

·通过对出碱温度的平稳控制，在保证轻灰质量的前提下，“卡边”出碱温度下限操作，达到节能降耗的目的，降低蒸汽消耗2kg/吨碱；

·先控系统投运率平均大于90%，显著降低劳动强度。

·降低劳动强度。

（6）锅炉系统的先进控制成效

·优化控制系统的投用率不低于90％（负荷在10%变化范围内，且工艺系统不具备自控条件的不计算在内）；

·关键工艺参数的标准偏差（波动幅度）降低30%以上；

·通过实施燃烧优化和“卡边”控制后，单台锅炉的热效率提高0.5%；

·建立锅炉运行安全保障系统，具有故障诊断和自动切换功能，当锅炉系统出现主要仪表和设备故障时能自动无扰切换到DCS手动状态，并进行报警提示。

2.4 八大智能应用模块

基于工业互联网、5G网络等先进技术，覆盖计划、调度、操作、工艺、能源、质量、安全、设备等生产管理业务，开发部署生产执行系统、能源管理系统、实验室信息管理系统、设备管理系统、安全环保管理与应急指挥系统、智能点巡检系统、AI视频识别预警和数字孪生等5G相关定制化应用，晶昊盐化质量管理部、安全环保部、纯碱分公司和动力车间的生产业务全部上云，打通了数据流、业务流、管理流，实现了两大部门和两大生产单位的所有生产数据和管理要素的统一和共享，实现生产信息的可视化展示，为生产经营提供科学的决策依据。规范以上部门的生产业务管理流程，为实现优化资源利用、降低物耗和能耗、高效生产组织等提供可靠保证。

基于生产过程实时数据库的工业互联网平台，实现了晶昊盐化生产过程管理信息的可视化、决策科学化；优化资源利用，降低工厂物耗能耗，提高生产管理的精细化水平，增强了企业生产经营的盈利能力；实现了生产全过程的一体化，统一计划与物料调度，达到对现场的生产、质量的控制与管理的目的；在实现生产、安全、能源、质量一体化协同、精细化和闭环管理水平的基础上，通过建设智能化系统，监控从原材料进厂到产品出厂的全部生产过程，记录生产过程产品所使用的原料、能源、工艺、设备、检验数据以及产品在各个班组、批次生产的时间、人员等信息，挖掘数据价值，提升生产管理业务的专业化水平，实现晶昊盐化“安、稳、长、满、优”运行。并实现了以下目标：

（1）过程数据全面自动采集，实现过程透明、可视化；

（2）专业管理系统全面支撑业务分析需求；

（3）生产管理闭环，生产计划、执行、统计、绩效考核一体化集成；

（4）提高能源管网和关键耗能设备的运行效率，提高电力、蒸汽、水等能源和资源的利用效率，从而做到科学决策、正确指挥，确保能源系统安全、可靠、经济与高效运行，实现能源管理精细化、标准化、信息化、智能化；

（5）提高产品合格率；

（6）规范了现场巡检行为，提高关键设备运行稳定性，提升设备全生命周期管理水平，减少了设备隐患和日常维护成本；

（7）通过AI分析和5G无线网络，实时安全监控与预警，有效减少人的不安全行为和物的不安全因素，为安全平稳生产，提供安全保障；

（8）实时了解各生产单位的安全环保情况，实时监控现场高风险作业，完善隐患治理机制，提高了企业风险管控能力，实现了“零污染、零事故、零伤害”的安全生产目标；

（9）利用3D和VR（虚拟现实）技术，并结合5G无线网络，将实时生产运行数据嵌入VR全厂全景系统，实现生产设备、流程、工艺、环境等可视化协调展现：

（10）减员增效，提高工作效率；

3 效益分析

（1）提升工厂数字化转型升级步伐，打造“盐化工智能工厂”。通过本项目的研发，将5G技术与流程行业智能工厂完美融合，显著提升5G的应用范围和规模，显著提高工业企业数字化转型升级步伐。

（2）提升工厂精细化、高效化和现代化生产水平，促进盐化工产业提质增效。通过项目的实施交付，达到能耗物耗降低5%、综合生产率提高11%、设备维修成本降低15%、安全零事故等效果，实现企业“安、稳、长、满、优”运行。

（3）提升工厂数字化、精细化、高效化和现代化生产水平，提质增效节能减排。实现降低焦炭消耗0.6kg/吨碱，碳化转化率提高0.2%以上，吨碱汽耗降低4kg，吨碱氨耗降低0.1kg，降低轻灰蒸汽消耗4kg/吨碱，降低重灰蒸汽消耗2kg/吨碱，提高单台锅炉的热效率0.5%。显著提升生产管理业务的专业化和提质增效节能减排效能。

（4）增强企业盈利能力和核心竞争力，形成产业示范效应。本项目是根据晶昊盐化实际需求情况，推进信息化与公司未来业务全面融合，打造“平台+5G+应用”的新一代智能工厂，应用覆盖计划、调度、操作、工艺、能源、质量、安全、设备等生产管理业务，通过厂区内全业务上云打通企业数据流、业务流、管理流，实现整个晶昊盐化生产数据的一致性和共享，实现生产信息的可视化展示，为生产经营提供科学的决策依据，规范企业生产业务管理流程，为实现企业优化资源利用、降低物耗和能耗、高效生产组织等提供可靠保证，切实增强企业盈利能力和核心竞争力。在江西晶昊盐化有限公司的运行示范效应的带动下，逐渐在江盐集团其他下属企业进行推广应用，实现具有江盐集团特色的智能工厂建设目标和产业示范效应。

（5）炼油、化工、钢铁、冶金、造纸、制药等流程行业占我国制造业的50%以上，通过本项目的研发和实施，将5G技术与流程行业智能工厂完美融合。项目主要成果之一，即基于5G的流程行业工业互联网平台和智能工厂系统套件，可以推广到国内各流程行业工业企业，显著提升5G的应用范围和规模，显著提高工业企业数字化转型、智能化升级步伐，具有巨大的社会效益和价值。

摘自《自动化博览》2023年3月刊