槽控机控制技术在铝电解生产中的应用.pdf

June 2023 Industry City289调查研究铝电解的生产过程具有多样性特点，在实际生产过程中，市场需要面对恶劣的环境，包括强磁场、高粉尘、高能耗、电解槽数量过多的那个情况，在其中应用计算机自动控制技术，可以提升工厂双向效益，也就是在提升生产效率的同时将人员的工作强度，还可提升生产过程的管理效率和加速企业创新。最近几年，创新性的槽构架数量越来越多，应用越来越广，电解槽中的电流容量越来越大，由此，电解槽内部出现熔体磁在流体力学特征方面发生变化，且相关的自动化管理、机械化生产等，均因此得到进一步发展，可以促使控制体系和设备的创新具有更加稳定的基础1。以此为基础，当前槽控机的应用受到了广泛关注，但是其中动力箱等部分易出现问题，所以为了保障其运行状态良好，需要针对槽控机控制技术在铝电解生产中的应用进行深入探究。1槽控机基本结构例如 YFC-99 型号的槽控机，其中的控制方式为两级分布模式，主要应用智能模糊控制系统，整体上呈“槽控机上位机”的模式，同时需要使用网络作为辅助，网络体系为 CAN 通信协议，全部槽控机采用一对一的模式直接控制电解槽，并且可以在控制过程中进行电压或是电流的采样工作，也可百丈电解槽内部物料的基本平衡。槽控机方面主要包含两个部分，一是动力箱，一是逻辑箱，二者的主要功能在于控制打壳下料、阳极升降和供电。1.1CPU 网络体系结构为了保障槽控机的使用效果，为其单独设置网络体系，此即为 CPU 网络体系结构，其中包括两个方面的基础，分别是网络通信技术以及现场总线技术，同时需要设置不同的智能化功能模块，数量为 3 个，功能为采样、操作、解析和显示，每一个模块均具有对应的 CPU，所以各个模块均可独立运行，且可借助网络实现数据交换，同时维护数个不同的 CPU 同步运行并保持协调，所以其中必然具有强大的数据处理能力，并且可以呈现出较强的智能化控制能力2。1.2多级隔离槽电压采集槽电压的数据采集过程由多级的隔离保护措施实施保护，可以防止高压自行窜入到控制系统之中，同时，还应该采用电隔离的形式，对输出频率信号和模拟信号划分界限，并获取来自二次仪表的 020mA 的信号，这一信号具有输出频率和电流成正比的关系，其间的转换精度可以达到 0.1%。2槽控机技术槽控机中主要包含六个部分，但是从整体上来看，可进行效用解析的模块仅有四个，分别如下：（1）主模块部分：其中包含智能化协同控制 APP，可将该部分视为操控机的中央处理器，也可将其应用于与上位机之间、与外部设备之间交换数据的途径中；（2）采样部分：这一部分可以完成系列电流采样工作和槽电压采样工作，还可根据采样分析结果推测预处理信号的滤波或是其他信息；（3）实际操作部分：这一部分可以完成单元输出工作和相关得到输入工作，包括下料、打壳等动作进行过程中输出的数据信号，同时也可针对单元执行状态以摘要：当代电解铝行业发展速度较快，相关技术也处于革新的状态当中，在400KA 电解槽逐渐普及以后，500KA 电解槽的应用范围也不断增加，为了优化铝电解的生产质量和效率，需要将槽控机控制技术应用于其中，并注意加强相关的维修和管理工作，以保障其使用效果。所以本文主要针对槽控机控制技术在铝电解生产中的应用进行分析，以供参考。关键词：槽控机控制技术；铝电解；硬件定时器槽控机控制技术在铝电解生产中的应用文/张亚平 张海风产城产城 2023年6月(上)290及输入情况进行实时检测；（4）液晶显示模块部分：这一部分可以作为人机交互过程中的接口，呈现内容的方式为具象化图示或是使用虚拟面板，并对不同类别的控制信息或数据进行反映3。在以上模块发挥自身功能的过程中，需要由数个微控制器进行实时的协同性运作，促使槽控机整体性能得到优化，同时实际功能复杂与架构简单之间的矛盾可以有效解决，且各个智能化部分还可进行相互检测，使控制器自诊能力大幅度提升。在此基础上，为了落实槽控机的自动控制，必须首先收集电解槽的相关参数，主要项目为电压和电流，还应该根据当前已经明确的各项数据，例如单槽数据、输入系列数据等，进一步解析操作信号，并以此为基础将阳极升降信号输出，并开展电解槽平衡性控制工作。数据传输状态下，槽控机连接工作站需要借助 CAN 转以太网以提高数据传输效率，同时也可提升接收数据和响应操作的速度。另外，监控设备也能在这一时间段内实现与工作站总线之间的连接，所以在此过程中借助网络即可全面、实时的落实数据的传送工作和读取工作。3槽控机系统的实际应用槽控机系统整体以分布式控制系统为核心，可以针对生产过程进行全面的监控和管理，并采用分散控制的模式，具有故障分散且实时性较强的优势，其中硬件部分主要包括操控机本身，以及相应的电流分配器、接口机，软件部分则为三个：3.1出铝模块在进行出铝之前，工作人员应操控槽控机，确认出铝开始，之后每 5 秒钟读取一次电压值，以便及时对阳极进行控制，由此，即可针对出铝过程的电压变动情况进行有效把握。完成出铝工作以后，以设定电压为基础，电解槽的目标电压可以在上调一个附加值，且必须等待一定的时间以后，才可恢复到原本的设计电压水平上。且在此过程中，可以正常进行加料操作。此处需要强调的是，在出铝过程中，全部操作的目的均为节能以及控制电压摆4。3.2换极模块换极之前，需要由工作人员手动控制槽控机实施换极操作，槽控机方面需要首先获取能量，之后合理提升阳极幅度，需要注意的是，换极过程中坚决不可移动阳极，只可按照正常的操作规程下料，直至换极操作结束，首先等待一段时间，以完成电压补偿，之后还需在一段时间内保持欠加料的状态，直至换极过程中的输入流量完全被消耗，之后方可恢复正常操作。3.3浓度控制模块在应用浓度控制模块的过程中，对欠加料状态和过加料状态进行合理转换，属于该模块的核心部分，实现二者之间的持续转换以后，传统形式的电阻斜率、阻差不可再作为判断条件，而是需要将电压作为主要判断依据。并且，整个转换过程更加便捷且有效。在将电压作为浓度控制标准的过程中，其中的上限和下限分别为电压控制死区上限或下限的 5/6。在浓度控制模块进入到欠加料状态时，应该逐渐增加间隔以实现欠加料状态，而在进入过加料状态时，也应采用该方式逐渐减少过间隔。并且，在工作人员未进行操控的情况下，如果欠加料状态已经持续五个小时，系统则自动将欠加料状态转换成为过加料状态，而若过加料状态已经持续两个小时，则可自动转换成为欠加料状态5。以上即为槽控机控制技术在铝电解生产过程中的基本应用情况，自槽控机投入实际应用以后，该企业的铝电解生产过程一直处于稳定状态。以此为基础，为了保障槽控机控制技术的持续有效，必须针对其进行合理的改进及适度的维护保养。4槽控机的改进在槽控机控制技术常规应用的基础上，为了提升相关人员的工作便捷性，同时为了更加有效的查看槽控机工作的历史状态，有必要针对槽控机进行以下几个方面的改进：（1）优化显示面板上系列电流及槽电压的显示；（2）在显示面板上清晰标注各个常用功能，同时提供更加清晰、更加人性化的槽控机信息输出接口，并采用图形和虚拟面板的形式对各项信息数据进行分类展示；（3）设置联机、自动、手动以及纯手动四种不同的操作方式，采用无触点形式的触摸开关，实时接收工作人员的输入命令；（4）设置独立于槽控机采样通道之外的槽电压显示模式，以便快速发现两路电压显示值之间的差异，并及时进行相应的调控；（5）根据实际情况优化机箱设计，保障后续维修工作的便捷性。5槽控机的自动控制安全保护槽控机是铝电解生产过程中的直属控制模块之一，能够针对铝电解的生产过程产生的电压、系列电流等参数进行实时监控、收集和解析，并以此为基础对电解槽物料的平衡性进行控制，针对槽控机加强自动控制安全保护，主要需要落实以下几个方面的工作：5.1软件控制保护方法控制软件自身具有定时保护功能，在操控机运行过程中，如果阳极的升降时间大于软件中预设的最大阳极升降时间，程序即能够自动终止操作信号的发送，June 2023 Industry City291调查研究同时暂停阳极的升降，以实现软件控制保护。并且，因为已经在控制软件程序当中设置了电压值的上限和下限，所以在槽电压处于欠压或过压的状态时，软件程序可以自动控制阳极的升降。同时，因为软件具有自诊功能，所以一旦槽控机中出现故障，软件可以及时发现其中的情况，并于屏幕上进行显示，相关工作人员也就可以及时进行调整或维修，从而有利于降低各类不良事件的发生率。5.2硬件控制保护方法5.2.1定时器安全保护一级硬件定时保护：由固态继电器联合 555 定时器共同组成，位于采集板，只要接通主接触器，定时器即可进入到工作状态。一般来说，接通时间的设定值为10s，在接通时间超过设定值的情况下，可以使用电位器进行调节，555 定时器同时输出低电平，并由固态继电器控制电源断开，从而落实保护工作。这一类型的保护电路在阳极升降操作处于任何工作状态时均可起到保护作用。但是在此过程中必须注意，只有将采集上的定时开关移动至定时端位置，保护电路才能正常进行运行。二级硬件定时保护：由固态继电器联合 4060 定时器共同组成，位于操作板，采集板通过检测确认主接触器接通以后能够及时向操作板发出信号，操作版方面开始定时，一般来说设定时间为 3s，可以采用跳线选择开关或是电位器进行综合调节，在超过设定时间以后，接触器线的控制回路电源可以自动断开，也就能够起到保护作用，但是这一保护电路在纯粹手动的状态下，无法针对阳极升降操作进行保护。5.2.2阳极母线上下限的安全保护针对上下限开展安全保护工作，主要目的在于保障母线在电解槽内的活动范围持续处于 0400mm 之内，以避免母线的不合规运行导致电解槽的正常运行受到影响，进而导致上方构件受到机械损坏并引起安全事故。所谓阳极母线活动范围，也就是阳极母线进行运动的整个行程，并且主要由电解槽上方位置的行程探测仪针对阳极母线的具体运动行程进行控制，需要行程探测器与 CPU建立联系，之后持续发出上下限位信号，在母线处于上限位时，及时开展降阳级操作，但不同步开展上升操作，反之相同，由此，母线运行效率可以大幅度提升，升降系统的正常运行也可得到有效保障。5.2.3主接触器防粘连和相互锁定设计在主接触器的防粘连电路之中，接触器的数量共为 4 个，其中两个与阳极升降机管控相关，规格分别为3km 和 4km，在进入到运行状态以后，其需要与常闭触点串联，同时与 1km 主接触器进行并联，使其能够实现1km、2km 线圈常闭触点的结合，且其自身在线圈中处于交互串联的状态，也就可以保障主接触器持续处于正常运转的状态，即使一方接触器出现粘连情况，电机发生意外的可能性仍然较小。同时，在规格为 3km 和 4km的电路圈中，各个常闭触点应该处于串联状态，只要升降接触器之间能够相互有效吸合便可。但是，针对另一方面的线圈，必须采用断电的模式予以保护，尽量避免其与常闭触点结合，以构成其与接触器之间相互联系、相互锁定的关系。5.2.4打壳下料安全保护电解槽中的电压变化情况能够对打壳下料过程进行直接反映，若打壳下料的过程中出现异常情况，则电压值能够发生显著变化，只要通过计算机监控系统了解电压值的变化情况，即可了解打壳下料操作的基本情况。并且在未针对操作过程进行观察时，如果电压值超出既定范围，监控系统能够自动发出警报。结束语根据上文可以了解到，当前槽控机控制技术已经在铝电解生产过程中得到了广泛应用，且应用效果良好，但是因为整体上来看，生产过程中仍然存在作业复杂的问题，所以还需要槽控控制技术不断发展，并注意结合内外部各方面因素优化处理措施，以进一步提升铝电解生产过程的效率和安全性。参考文献：1张晓,李晋宏.基于改进 RMSProp-PPO 算法的铝电解参数寻优模型J.电子元器件与信息技术,2021,5(3):170-174.2孙长好,王健,杨飞,等.ID3 决策树在预测电解槽出铝量中的研究与实现J.轻金属,2021(8):59-62.3阎群,刘波,路辉,等.基于NMPC的铝电解槽氧化铝浓度控制方法研究J.轻金属,2022(8):21-25,32.4石新龙,赵仁涛,王永良.基于铝电解槽等效电路模型的极距变化槽况研究J.轻金属,2022(3):33-37.5吴冠宏.基于槽状态评判的铝电解过程故障诊断及优化方法研究D.广西:广西大学,2022.(作者单位：青海百河铝业有限责任公司）