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FF数字集成实现智能工厂 |
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作者：Juan Jorge Cáceres 来源：控制工程 |
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3,000多个FF设备帮助智利Nueva Aldea的纸浆工厂实现智能化。
面临全球纸浆行业的竞争，纸浆生产需要世界级的工厂来高效而可靠地生产高质量的纸浆。随着原材料成本的提高，能源和运输成本的增加，纸浆生产的利润空间受到了挑战。同时保护环境的需求使得对企业的环境法规要求更加严格。
Celulosa Arauco公司在智利Nueva Aldea建立全球最大的智能化纸浆生产厂时，决定通过数字化和自动化技术来迎接上述挑战。该工厂每年生产856,000吨脱水牛皮纤维素纸浆。作为数字化集成工厂，实现了不同寻常的成功试车运行，在运行前6个月完成了93.6%的目标生产任务，在每月任务基础上，根据计划从提速生产到满负荷生产。
这一工厂成功的关键因素之一在于采用了最新的数字化架构和总线技术，实现了预测性诊断，在早期就避免了停车事故发生。“项目所采用的工厂自动化技术让我们提高了安全性，减少了排放污染”，Nueva Aldea工厂经理Gunars Luks Guzman说，“我们还计划维持目标产量水平，我对参与这一项目感到自豪。”
无论从种植规模还是牛皮木制纸浆、锯材和木板的生产规模来看，Celulosa Arauco公司都是全球最大的林业企业。它拥有年生产310万公吨漂白和非漂白牛皮纸浆的能力，在智利拥有610,000公顷的最大森林种植基地。
这个纸浆生产厂实际上只是Nueva Aldea项目的第二阶段。第一阶段包括一家木材加工厂，由一个锯木厂和一个胶合板生产厂构成，在2004年便投入运行。整个项目成本为14亿美元，其中1亿5千万美元用于第一阶段，8亿5千万美元投入了纸浆厂，另外还有4亿美元投入了林业和其他非直接项目。纸浆厂有2条纤维生产线，一条加工辐射松，另一条加工桉树。
这家纸浆厂还给这一高失业率地区带来了很多工作机会。在工厂建设期间，平均有3300人在现场工作，整个项目将提供1200个永久职位，200个职位属于纸浆工厂。
环境、安全和质量是最高目标
“这家工厂的3大最重要目标是保护环境及、人员安全和生产质量”，Luks说。Arauco选择的设备均符合欧盟最佳可行技术（BAT）指令，该指令从2007年9月开始对欧洲境内的所有纸浆工厂生效。对安全和环境的关注也驱使工厂通过了ISO/IEC 14000和18000审计认证。为了强调环境责任，该工厂率先对其污水排放物进行了废水处理，这在全球只有5家纸浆厂在实施。
工厂成功的关键因素之一在于采用了最新的数字化架构和总线技术
Nueva Aldea工厂还包括一家生物发电厂，能够提供30,000千万电力给工厂和当地的电网。生物发电厂有望在2025年之前，减少大约220万吨二氧化碳温室气体排放。联合国CDM执行委员会给这个项目签发了240,000吨核定减排量指标，即每年减排的二氧化碳数量。
技术选择
自动化策略对Nueva Aldea工厂十分关键。工厂管理层选择艾默生过程管理的PlantWeb数字化工厂和DeltaV数字自动化系统，希望实现改进安全、环境兼容、质量和生产能力。艾默生和Arauco组成的共同团队完成了培训、仿真、开车和调试工作。
“整个工厂从头至尾都是自动化的——从我们投入木料到切片机开始，直至最终生产出一捆浆”，Arauco控制系统项目工程师Alejandro Erazo说，“我们的目标是采用市场上最现代化的技术，并且尽可能用最正确的方式加以使用，让项目的每个部分都更加容易，无论是工程还是配置和开车，贯穿整个工厂。”
系统维护主管Mauricio Quintana补充说：“事实上，面向数字总线技术的自动化系统实现了多种联网协议之间的互通。例如，FF总线用于所有仪表部分，成为了该技术全球最大的纸浆生产安装项目。我们还在电机控制中心、电机控制装置和其他设备上采用了DeviceNet总线。Profibus用于离散远程I/O点和连接多个PLC。”
完整的数字自动化系统
来自阿根廷和智利的艾默生自动化与服务专家同Celulosa Arauco公司一道，完成了一个完整的集成数字化解决方案：艾默生负责编写自动化项目工程管理的功能描述规范（FDS）；Arauco将FDS发给供货商，要求所提供设备的数字化配置数据能直接进入系统数据库。这证明了多个供应商之间的高效集成的价值。
艾默生为这家智能化工厂建立了基于PlantWeb数字化系统和FF网络的整套架构。这一架构集成了3,300个FF设备，包括流量计、液位计、压力和温度仪表、阀门以及数字阀门控制器。通过预测维护软件，可以从遍布全厂的智能设备采集预测性诊断信息，从而向运行和维护人员发出报警和提供数据。
在这个完整集成的工厂中，数字化系统控制还包括2,100多个罗克韦尔E3和E3+马达控制中心（MCC），通过Profibus DP连接的3,500多个离散远程I/O点，通过Profibus DP连接的340多个变频调速装置。DeltaV系统通过Profibus DP与超过15个PLC交互，通过Modbus与专用分析仪器进行通信。艾默生还提供了FF技术咨询、标准定义、自动数据库生成和其他服务。
项目还开发了一个微软Access应用，通过ODBC连接直接进行数字自动化系统配置输出。所有系统I/O接口卡信息、FF卡和FF设备信息、Profibus/DeviceNet设备信息，以及单个I/O通道信息都可以在这个应用中获得。应用还可进行索引和完整性校验，从而发现可能的错误和数据丢失。
通过一张简单的表格，用户就能根据对应的插槽分配I/O接口卡。当I/O卡插入插槽后，表格将分配FF、Profibus或DeviceNet网络到可用的接口端口。同时还有一张子表显示上述任意网络的设备列表。在将所有总线分配到对应I/O卡端口之后，便可创建bulk export表到DeltaV数字自动化系统。
这一应用让用户可以选择对象种类，然后输入每个特定过程。对硬件集成与系统配置创建特别报告。还有其他一些相关详细信息报告，如控制柜每个信号的物理地址、设备设置、仪表量程、报警等，都可用于软件配置。
这一数据库生成的自动化方案大大减少了配置时间，减少数据库错误，为文档、培训、仿真和测试提供可重用的信息来源。
数字化技术加快了配置和开车过程
“数字化总线技术优势的一个最佳例子就体现在智能马达控制的配置过程”，Erazo说，“在以前没有智能马达控制的项目中，一个拥有30台马达的完整马达控制中心配置需要2个星期到1个月，现在只需要半天就可完成。”
“配置一个阀门也比以前快得多。在之前的项目中，我们需要花费半天的时间试图将一个阀门移到所选设定点，这是校准过程的一部分。现在，我们所需做的仅仅是按下一个按钮就能完成自动校准。如果阀门遇到任何问题，我们立刻就能进行诊断。使用FF和预测性维护软件的诊断功能，我们可以快速地判断问题发生在执行机构还是变送器上，或者看看是否只是一个校准问题。”
“预测性维护软件的关键优势之一在于所提供的丰富信息”，维护经理Juan Jorge Caceres说道。“它会告诉我们校准状态和设备是否发生了故障，例如阀门执行机构的问题，然后我们可以在不得不关停之前修复它。先进的诊断功能还帮助我们避免对环境造成危害，提高了工厂利用率。”Erazo补充说：“数字总线技术提供了一种可能，不用去现场便可在主控制区域进行诊断和维护工作。无线网络使我们的技术人员通过手提电脑便可巡视整个工厂，比过去更快地进行设备测试。我们在数字自动化系统中实际没有发现什么错误，成功而快速地启动了整个工厂运行。该技术的广泛应用让工厂配置更加容易。”
为进一步保证平滑开车，艾默生使用完整的高保真系统仿真来进行离线测试，对运行和配置进行验证，培训操作员的熟悉程度。“我们组织相关设备供货商，逐个检查了不同区域数字系统的所有逻辑编程”，Erazo说，“我们通过工厂真实流程模拟进行了此项检查，可以100%地肯定逻辑良好，在开车过程中不会碰到什么麻烦。”除了仿真器培训，操作员还发现控制台简单而直观。“我没有参加关于如何操作系统的培训课程，但事实说明这并非必须”，纸浆液区域负责人Marcos Vidal表示，“这是因为系统操作起来非常简单，类似于Windows风格。内置诊断可以很容易发现并判断问题原因所在。”
项目实现目标
“我们优先考虑的是人员的安全、环境和生产效率”，Quintana说，“这套系统，包括所有相关联网工具、诊断、智能控制等，帮助我们实现了上述目标。该系统是开放的，提供了广泛的连接方式，以便我们在未来继续开发和扩展系统，并充分利用市场其他通信标准的一切优势。”
“Nueva Aldea的开车完全按计划进行”，Luks说，“项目之初我们从风险矩阵的角度规划了设备安装。我们评估了运行中每个环节可能面临的风险，从收货、开车到工厂生产。其结果是让每个人对项目引起足够的关注和重视，不但避免了运行中的大型事故而且实际上也避免了任何小故障。”
“我们采取了平滑渐进的开车路线，也就是说我们始终对过程保持控制，始终将个人安全和环境保护作为最高优先目标，我们的确能实现这些目标”，Luks继续说道，“我们在环境保护方面表现非常不错，即将通过进入碳补偿市场获得额外收入。所采用的设备与控制技术帮助我们从工厂运行的第一天开始就获得了最佳产品质量。”
“工厂设计能力是每年生产856,000吨纤维素”，Luks总结道，“截止4月份，我们每月都能完成93.8%的月度目标任务。数字化技术帮助我们到达这一生产水平，同时保护了我们的人员和环境安全。与所有项目一样，这个项目需要来自所有参与方的关注和投入。团队成员的共同工作是一件很愉快的事。尽管项目规模庞大，但能够按时完成，这很大程度上归功于我们获得的巨大支持。纸浆生产在开车后的6个月内便实现了满额目标的93..8%。”
“在成功的开车之后，我们将以可持续发展的模式继续提高产量，让Nueva Aldea成为整个地区的发展中枢。”(end)
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(12/10/2010) |
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