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优化乙醇和食糖混合生产过程

优化乙醇和食糖混合生产过程 2011年12月03日 来源： 巴西最大的糖类产品生产商之一，用甘蔗作物来生产食用糖和纯乙醇，并同时发电，以供内部自用及发售到电网上。该公司的挑战是，在没有重大新资本投资的情况下，提高其生产能力和乙醇的产量来满足全球对乙醇不断增长的需求。(基于在巴西乙醇生产的高度竞争性，该公司要求匿名。)此类公司在行业中拓展的最大动力，就在于出口市场糖类产品不断升高的价格以及混合燃料汽车引擎技术的发展。这种技术中，乙醇可以单独使用或者以某种比例和汽油混合使用。现今，在巴西新发售汽车的90%都配有使用混合燃料的引擎，乙醇大约占了车辆燃料供应的20%。在巴西贩售的汽油基本上都是20%乙醇和80%汽油的混合。巴西的大多数乙醇都是糖类产品通过一个以酵母来发酵的发酵和蒸馏过程生产出来的。这种过程相对于在美国的以玉米做原料的乙醇生产，总的来说要消耗更少的能源。这样的结果就是，巴西的乙醇创造了相对于其生产过程消耗量的8.2倍的能源，而对比以玉米作为原料的能源生产，这个数字仅仅是1.5倍。甘蔗用手动或者机器收割下来，然后通过特制的卡车，运送到整个国家的数百个蒸馏厂。这些蒸馏厂基本上都是属于大农场或者农场联盟,同时也由他们来管理。工厂都位于种植场地的附近，大部分在圣保罗州。在碾磨工厂，甘蔗被滚压来榨取甘蔗汁，留下甘蔗渣—富含纤维的残渣。然后汁液用酵母来发酵，把蔗糖分解为二氧化碳和乙醇，再被蒸馏来生成含水的乙醇。甘蔗渣被燃烧来为蒸馏和烘干过程提供热量，甚至是发电用以供给工厂自用，或者卖给其他机构。战略上的自动化大多数的糖类产品生产商的商业策略是设立额外的新碾磨工厂，来满足增长的需求，而该公司感兴趣的是使其现有的碾磨工厂保持一个高水准的技术水平，来增加现有资产的功效。公司相信改进过程自动化，将减少停工时间，同时提高质量、连贯性和收益性。该公司还要求管理能够追踪到其产品的生产过程，从原材料到批处理过程的定期执行，同时检测和分析批次处理的效率和变化。对于公司来说，保持低成本最有效的方法之一是检测和严格控制设备整体效能(OEE)。因此，公司要加强自动化，就要首先在甘蔗接收和压榨的现场，安装GE Fanuc的Proficy Plant Applications效率模块的试用程序。该模块提供了关键因素的全面视图，包括设备的停机时间、数量和事件发生的顺序。如能正确应用，该模块就可以在设备、人员和原料不变的情况下，提供详细、实时的报告来支持增加的产量。在决定何时、如何在其他两个工厂使用试用程序前，作为测试，该试用程序先在一个工厂中运行。因为5到11月的产量增长和处理过程中的进步，新系统帮助控制了有问题的停工期，这样增加了总的产量。从而，基于那些最初的结果，试用程序很快地拓展到三个工厂。由于系统配置数量及应用深度的拓展，Proficy Plant Applications的批处理执行模块被加入到发酵操作领域。软件帮助管理符合ISA S88规格的配方，来保护知识产权。S88标准定义了一套通用的模型和术语，描述和定义了批处理生产系统。除了Plant Applications模块之外，该公司还安装了Proficy Portal和Proficy Historian，包含了10,000个标签和30个客户端。拓展的系统也包括了Proficy HMI/SCADA Cimplicity、PACSystems控制器和90-30系列的PLC，Genius模块也是该自动化系统的一部分。如果有需要的话，Proficy的开放结构也允许这些产品与公司现有的ERP系统交互。项目已经由一队来自系统集成商STI Canada和STI do Brasil的人员分几个阶段完成了。第一阶段是更换了一些管理报告及现有MES方案的质量和实验室参数，获得了既定的包括停机控制和质量控制的效益。控制系统移植在公司使用该试用软件前，操作的控制平台是自行开发的方案，已经运行了大约4年。管理层对其不能够提供所要求的数据速度和有效性感到失望，所以他们决定寻找另外一个MES系统。由于公司经理们着手汇集了一个业务需求的清单，一些问题很快作为极其重要的因素浮现出来，急需解决。所有人都同意，避免非计划的停机是最为重要的。计划是每星期7天24小时的运转，在月生产中，即使是30分钟的停机也显示出很大的不同。当对性能数据更深入地探究，就会很明显地发现，碾磨车间是最多停机问题开始的区域。这里甘蔗被放置在地上用来榨取甘蔗汁。从那里开始，汁液被用作生产成品糖或乙醇的原料。在每个环节上投入多少，取决于现在市场上对成品的需求状况。价格的变化通常都不够剧烈，不足以驱动日产或是周产的变 化。但是产品的调度程序可以每个生产季度变化配置两次或者三次。因为公司可以从两个环节过程中获得效益，相对于那些只生产乙醇的竞争者就有了更广泛的选择。新型的控制系统帮助支持了这种灵活性，使得必要的变化更容易，从而创造最大的收益。乙醇生产可以是非常有利润可图的。对于大规模商业的乙醇生产来说，糖类产品现在是最有效、最划算的原料。巴西已经成为世界上甘蔗产量最大的国家。随着不断增长的全球需求，巴西的生产商已经极力地在技术革新上投资，来降低生产的费用。在1980年，巴西每加仑乙醇的生产花费了生产商超过2.50美元。现在，由于技术的改进，一加仑的产出成本只需0.75美元，对过程改进的研究将找到方法使成本降到更低。但是不仅仅是关于乙醇的问题，在糖类产品生产方面也存在改进的可能。比如可以从同一种原材料中，获取不同等级的糖，每种都有自己的市场价格。而现在的做法是，生产过程完成时，同一个批次的所有等级糖类产品都混合在一起，然后基于不同质量的糖所占的百分比，来决定售出价格。工程师正致力于运用Plant Applications平台，以一种可以根据不同等级来把成品分离到不同储仓里面的方式，来控制生产过程。这种方法最终可以让调度程序基于市场的要求来合成特定等级的糖类产品。维持质量这个自动化难题最重要的部分是过程的实验室部分。现在，大多数乙醇生产商简单地把实验的结果保存在数据表里，做为人工质量控制程序的一部分。一旦在批处理环节上的测试程序性能不好，就需要重新处理消耗的附加生产时间和成本。但是在应用了Proficy Plant应用软件后，公司将质量测量值连接到生产参数中。这样提高了过程的效率，减少了重复工作。鉴于全球都在试图降低对石油的依赖，乙醇等可再生能源正变得日益重要。商业上的成功将取决于维持效率以及保持有竞争力的价格水平。(end)

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