普基鋁業(yè)工程公司（PAE）屬諾貝麗斯鋁業(yè)公司，所研發(fā)的全自動(dòng)化工業(yè)4.0鋁合金錠半連續(xù)直接水冷鑄造（DC Castig）系統(tǒng)AUTOPAK已在全世界一些鋁廠獲得實(shí)際應(yīng)用，效果良好，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。使用企業(yè)有：法國(guó)敦刻爾克鋁廠（Aluminum Dunkerque）、肯聯(lián)鋁業(yè)公司紐布利薩克鋁業(yè)公司（Constellium Neuf Brisach），德國(guó)阿盧諾夫鋁業(yè)公司（Alunorf）、海德魯鋁業(yè)公司諾伊斯（Hygdro Neuss）鋁廠等。

AUTOPAK是諾貝麗斯普基鋁業(yè)工程公司（Novelis PAE）積40余年的研發(fā)成果，經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)，導(dǎo)入了多項(xiàng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用多種傳感器、控制器、執(zhí)行器，熔體水平全自動(dòng)操控，操作起來(lái)既靈活又可靠，安全性大大提高，達(dá)到了工業(yè)4.0各項(xiàng)要求。這套自動(dòng)控制系統(tǒng)，既適于新建企業(yè)，又適于已建成的鑄錠系統(tǒng)的改擴(kuò)建項(xiàng)目。

緊湊式設(shè)計(jì)

鋁合金錠半連續(xù)鑄造廠地并不寬裕，所以鑄造系統(tǒng)裝備應(yīng)盡可能地緊湊些，現(xiàn)有鑄造流槽中有一些不足之處，比如，一部分電線電纜直接安于流槽的上方，處于熱場(chǎng)和苛刻環(huán)境中，有一些企業(yè)在鑄造旁建有小亭，將控制系統(tǒng)安于其中，必須用靈敏的信號(hào)電纜，在安裝更換流槽時(shí)會(huì)被破壞，有些鑄造車間為避免這類事情發(fā)生，將控制亭直接建在流槽上方，占用了一定的空間，造成混亂。

為避免這些欠妥措施，設(shè)計(jì)人員把自動(dòng)控制器金屬驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（AUTOPAK Metal Drive System）設(shè)計(jì)得相當(dāng)緊湊，同時(shí)傳感器和執(zhí)行器都含于其中，為了連接傳感器、執(zhí)行器與PLC（可編程序邏輯控制器）僅用了標(biāo)準(zhǔn)控制器網(wǎng)絡(luò)母線(CAN bus, Controller area network)與電源連接線。這種緊湊式設(shè)計(jì)，一方面大大減輕了熔體的熱與環(huán)境對(duì)自動(dòng)化器件的不良影響，而且留有安裝其它裝備的足夠空間。

靈活的界面(interface)

由于采用了控制器母線(CAN bus),使用名為AUTOPAK界面的數(shù)字化控制軟件就可以自動(dòng)調(diào)定與控制傳感器和執(zhí)行器,同時(shí)利用調(diào)定片(web server)就可以將軟件與整個(gè)系統(tǒng)接通，操作人員可立馬檢查與調(diào)定系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)。

公司為便于操作掌控自動(dòng)鑄造系統(tǒng)，可提供一塊將流槽上方的CAN bus與標(biāo)準(zhǔn)操作網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集于一體的操控牌,可將集中鑄造區(qū)的所有中間參數(shù)立即傳給主監(jiān)控系統(tǒng)。執(zhí)行工業(yè)4.0裝備的所有功能，預(yù)測(cè)一些主要裝備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，包括是否需要更換與修理，還可以通過(guò)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化分析，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

新電容式傳感器

新電容式傳感器由兩個(gè)電極組成。形成一個(gè)電容式熔體水平傳感器，它的作用就是通過(guò)測(cè)定兩個(gè)電極之間的電場(chǎng)以及電極與熔體之間的電場(chǎng)確定熔體金屬水平。

由于傳感器與熔體靠得近，因此必須精準(zhǔn)地控制環(huán)境溫度。普基鋁業(yè)工程公司采用了新的電容式傳感器CS-F240，對(duì)傳感器零件作了可靠的熱保護(hù)。由于在設(shè)計(jì)方面作了這此改進(jìn)，同時(shí)采用了兩次測(cè)量法，因此鑄造車間的環(huán)境條件對(duì)電容式傳感器的工作沒(méi)有影響，能確保熔體水平測(cè)量精準(zhǔn)，通常誤差小于1mm。此外,為了達(dá)到更精準(zhǔn)的測(cè)量，采用了磁線性編碼器，淘汰了敏感電位計(jì)。

為了保證在更高溫度下能長(zhǎng)期工作，試用了新的比熱阻抗連接器(specific heat resistant connector)。這種能在嚴(yán)峻工作條件下工作的電氣元件，能在高達(dá)70℃的高溫下穩(wěn)定可靠地工作，因此環(huán)境溫度上升對(duì)傳感器控制模塊(sensor control module)工作沒(méi)有影響，也不影響它們的使用期限。

公司對(duì)每個(gè)電容式傳感器在發(fā)貨前都進(jìn)行了全方位的校準(zhǔn)試驗(yàn)，能確保其精準(zhǔn)性與使用性能。由于新的CS-F 240電容式傳感器的機(jī)械連接界面與以前生產(chǎn)的傳感性界面相同，因此可方便地替換。

流量控制器

由于對(duì)電容式傳感器在機(jī)械方面作了相應(yīng)的改進(jìn)，流量控制器的尺寸減小了，質(zhì)量也下降到小于7kg，因此便于機(jī)械集成與組裝。控制系統(tǒng)熔體流量始終保持在所需的范圍內(nèi)，一旦發(fā)生意外事件,如停電或發(fā)生緊急停車事故，耐用堅(jiān)固的磁性塞釬可立即自動(dòng)切斷熔體流。鑄造開(kāi)始時(shí)，塞釬會(huì)按程序自動(dòng)打開(kāi)，并放出所需要的熔體流量。塞釬還能按指令前進(jìn)或后退，精準(zhǔn)控制流量大小。

可視管理

可以在鑄造井內(nèi)安裝一臺(tái)照相系統(tǒng)，幫助操作人員隨時(shí)了解井內(nèi)情況，還可以在控制室內(nèi)裝上警鈴，一旦有事就會(huì)報(bào)警。AUTOPAK Metal Drive System(AUTOPAK 金屬驅(qū)動(dòng)系統(tǒng))有維護(hù)記憶功能，新的CS-F240電容式傳感器與FC-F100 熔體流量控制器都集成在數(shù)字控制插電板內(nèi)，不管對(duì)用戶還是對(duì)維護(hù)人員都能提供更好的工效學(xué)（ergonomic)服務(wù)。傳感器與流量控制器都利用常規(guī)耐用的機(jī)械零件，好維護(hù)，成本也低。在系統(tǒng)包內(nèi)還附有裝備與零件質(zhì)量規(guī)格代碼(QR code)，可以追溯它們的來(lái)龍去脈，大大方便了維護(hù)。

2020年年初，德國(guó)阿盧諾夫鋁廠(Alunorf）鑄造線拆下了原來(lái)的人工控制設(shè)備，換上了新的AUTOPAK Metal Drive System。鋁錠鑄造生產(chǎn)線真正大規(guī)模地用上了新的傳感器與控制器。

結(jié)束語(yǔ)

2019年，中國(guó)原鋁產(chǎn)量3593萬(wàn)噸，消費(fèi)量3655萬(wàn)噸，再生鋁產(chǎn)量約700萬(wàn)噸，鋁的總消費(fèi)量4355萬(wàn)噸，其中約34%用于生產(chǎn)壓鑄件與鑄件，另外的66%，即約2874萬(wàn)噸鋁（原鋁與再生鋁之和)用于生產(chǎn)加工材。在生產(chǎn)的加工材中,約有500萬(wàn)噸是用雙輥式鑄軋帶坯軋制的，所以用扁錠軋制與圓錠擠壓的加工材約2400萬(wàn)噸，如果綜合成品率按68%匡算，則需要鑄造約3600萬(wàn)噸扁錠與圓錠。

筆者向鋁工業(yè)界介紹工業(yè)4.0全自動(dòng)化鑄錠技術(shù)的原因有兩個(gè)：一是鑄錠鑄造技術(shù)發(fā)展如何，到了哪一步與哪個(gè)階段，我們?cè)趺崔k，是否應(yīng)緊跟與超過(guò)；二是AUTOPAK Metal Drive System是一套鋁合金鑄錠全自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，不需要人工去操作，操作人員可遠(yuǎn)離鑄造線，只在控制室看看顯示屏，全生產(chǎn)線的運(yùn)轉(zhuǎn)情況就會(huì)盡收眼底，可謂是鋁工業(yè)實(shí)現(xiàn)智能制造的一大步，希望國(guó)內(nèi)的鋁企可以關(guān)注并引進(jìn)。