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众望所“硅”|工业AI加持,SIMATIC PCS 7助力流程行业“运筹帷幄”!

2023-11-20西门子

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作为一家具有深厚工业硅生产工艺背景的科技企业,洛阳西仪与在工业领域具有上百年经验的西门子强强携手,构建了基于过程控制系统DCS+工业人工智能AI的智能优化控制系统。

    工业硅又称金属硅,是由硅石,还原剂等在矿热炉内经冶炼而生成的一种硅单质产品。

    作为下游“光伏,半导体,硅基材料,铝合金”的核心原材料,工业硅目前的国内年产量达到了260万吨以上,并呈现出供需两旺的格局,堪称工业生产领域的“硅石油”。

    产能方面,工业硅的产能格局与原料资源及能源成本有着密不可分的关系,目前国内分布具有明显的地域特征,主要集中于新疆、云南、四川地区,并呈现出显著的增长态势和集中度不断提高的特征。

    结合目前的产能态势,以及广阔的市场前景,探索工业硅生产控制领域的新理念和新方法,在保障工业硅稳定高效生产,成本可控等领域,洛阳西仪智能科技有限公司与西门子一拍即合。

    作为一家具有深厚工业硅生产工艺背景的科技企业,洛阳西仪与在工业领域具有上百年经验的西门子强强携手,构建了基于过程控制系统DCS+工业人工智能AI的智能优化控制系统。

运筹帷幄

    2023年3月31日伴随着热烈的欢呼声,西北宁夏天辽地阔的大地上两台工业硅矿热炉成功点火启动,标志着宁夏新能年产14.5万吨一期项目建设实现新的突破。

图2

    在一期项目成功的背后,搭载了西门子DCS系统SIMATIC PCS 7的矿热炉系统正稳定地运行在中控室内,助力工程人员运筹于“帷幄”之中。

决胜千里

    为了保证项目持续成功,并决胜于“千里”之外。一开始在搭建解决方案的过程中,根据流程工业的项目特征和全厂级自动化理念,基于久经验证且经济高效的CPU和小体积,自带防腐性能IO的西门子DCS系统成为了不二之选。

    工业硅生产过程中输配料,矿热炉控制,烟气除尘,脱硫脱硝等系统统一使用了标准化的软硬件平台,从而消除了各自动化系统之间的孤岛效应,为快速识别生产瓶颈,动态响应市场需求打下坚实的基础。

图3

【电炉主画面】

图4

【电炉液压】

图5

【电炉下料】

未雨绸缪

    与此同时,西门子基于工业人工智能AI的SiePA预测性优化技术与洛阳西仪的核心工艺深度集成,将AI技术应用于矿热炉控制,实现智能控制优化,助力传统工业硅生产取得标志性智能化升级。

    通过挖掘历史运行数据,融合工艺机理和人工经验,从而系统性运用AI技术探索和优化生产过程中的控制曲线,使得物料平衡,回收率,碳平衡等衡量工业硅生产效率与经济性的核心参数得到优化和提高。

    减少操作员干预,所有班次统一的控制策略,并能动态调整,炉子负荷最大化的同时,降低能耗并优化排放。帮助客户固化行业经验,最大化持续性收益,构筑起基于前沿AI技术的“竞争力围墙”。

    AI增强先进控制(APC)

    在工业硅生产实践中,由于炉况信息难测量、控制参数维度高、生产数据有时延,整体能效主要依赖专家经验。西门子SiePA系统利用工业大数据+人工智能算法+资深配电专家经验,训练电炉系统模型,实现AI增强先进控制。

    有别于包括统计控制、内模控制、自适控制、模糊控制等在内的传统先进控制手段,西门子的控制方法能够更好地学习复杂系统中的规律,并处理实际生产中广泛存在的不确定性问题,实现对于关键指标——炉内碳含量更为精确的计算,准确率达到95%以上。

图6

西门子预测性分析系统SiePA 6#炉生产总览页面

    基于模型预测结果,系统进一步实现“长短周期协同控制”,即在“长周期”调整原料系统配碳比,在“短周期”通过C3等参数控制配电系统,以在各种情况下保持理想的产量。配合PCS7控制系统,自控投入率已经达到100%。
       数据透明

    西门子SiePA系统在收集实时数据进行预测分析的同时,也将关键参数汇总,实现了精确到炉次的数据统计,并通过系统内的趋势图工具以及生产记录报表查看与导出功能,为工艺管理专家提供数据支持,辅助运营决策,为精益生产和管理奠定坚实基础。

图7

西门子预测性分析系统SiePA 6#炉报表页面

融会贯通

    西门子强大的OT网络技术以及一网到底的IT与OT集成解决方案以及SCALANCE系列交换机,保障了重要数据的一致性与完整。

    PROFINET实时工业以太网,完成现场实时类数据传输的稳定性&实时性的高标准要求。高集成性的SITOP电源与冗余系统,从根本上保障整个DCS系统在工业硅现场始终处于最佳状态。

    在西门子看来,随着工业硅项目的规模化发展

    采用全厂级自动化集成以减少传统方式带来的信息化孤岛;

    基于AI技术的矿热炉控制优化系统帮助企业找到物料平衡、能源消耗及炉子寿命的最佳结合点,同时实现经济效益最大化;

    后续的全集成能源管理也将助力企业践行低碳发展、碳足迹追踪与精算,打造真正的数字化企业。

    西门子与合作伙伴洛阳西仪始终在助力工业客户道路上矢志不渝,携手前行

责任编辑:杨培
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