中國鋁電解槽計算機控制技術(shù)發(fā)展的回顧與展望

1、.：.；中國鋁電解槽計算機控制技術(shù)開展的回想與展望*楊振海孫淑萍邱竹賢摘要全面表達(dá)了我國鋁電解槽控制技術(shù)的開展過程和現(xiàn)狀，指出目前常用控制技術(shù)的優(yōu)缺陷及能夠的改良，并較詳細(xì)地引見了自順應(yīng)控制和分布式系統(tǒng)的原理及其在鋁電解上的運用，指出中國鋁電解控制技術(shù)將開展成為以氧化鋁濃度自順應(yīng)控制為根底的智能模糊控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞自順應(yīng)控制，分布式系統(tǒng)，氧化鋁濃度。分類號TF?821Review and Prospect of Computer Control System for Aluminum Smelters in ChinaYang Zhenhai, Sun Shuping, Qiu Zhuxian

2、(School of Materials and Metallurgy,Northeastern University, Shenyang 110006,China)ABSTRACTThe development in past thirty years and current situation of control technology for aluminum smelters in China were systematically presented. The weakness,advantage and possible improvement of each control me

3、thods were analysed. The principle of adaptive control and distributed control system applied for aluminum electrolysis were introduced elaborately. Computer control technology for aluminum smelters in China is developing in intelligent fuzzy control system based on the adaptive control of alumina c

4、oncentration. The quality of alumina and prebaked anode,functions and stability of controller,and stability of cell current are very important for the control effectiveness. More studies on alumina dissolution in molten electrolyte and on conductance of molten electrolyte are needed to develop the c

5、ontrol technology for aluminum smelters.KEY WORDSadaptive control, distributed control system, alumina content.(Received September 29,1998)1常規(guī)鋁電解控制技術(shù)的開展歷程我國計算機控制技術(shù)在電解鋁上的運用開場于70年代初，在短短的二三十年內(nèi)，這方面的控制技術(shù)不斷在不斷更新和提高，如今已在許多方面與國際上的先進(jìn)程度獲得了同步開展。1972年冶金工業(yè)部組織有關(guān)單位赴羅馬尼亞調(diào)查后，組織有關(guān)單位迅速開展鋁電解消費過程自動控制的研討和實驗。1974年沈陽鋁鎂設(shè)計研討

6、院與撫順鋁廠協(xié)作, 研制成“多臺槽巡回檢測和陽極自動調(diào)整安裝1，并在撫順鋁廠101車間部分槽上運轉(zhuǎn)。同年兩單位又研制成第1臺64?kA中間打殼下料的預(yù)焙槽模擬式控制安裝。1975年10月，東北工學(xué)院研制成1臺工業(yè)控制用計算機LSK-74系統(tǒng)，在撫順鋁廠對?kA預(yù)焙陽極電解槽進(jìn)展自動調(diào)整極距和預(yù)告效應(yīng)的初步實驗，獲得了較好的效果。80年代初貴州鋁廠全套引進(jìn)日本輕金屬株式會社160?kA預(yù)焙槽控制系統(tǒng)，它是二級集中式控制系統(tǒng)，第一級上位主機采用PDP-11/84小型機，主要完成系列208臺電解槽的數(shù)據(jù)采集、過程解析、操作命令發(fā)布以及信息管理等項控制義務(wù)；第二級槽控箱只按上位主機發(fā)布的操作命令完成相

7、應(yīng)的動作時序2。主機每隔2?min一致對采集的全系統(tǒng)一切槽的槽電壓和系列電流進(jìn)展解析，將其計算成平滑電阻，并與相應(yīng)槽設(shè)定電阻比較；此外，主機每隔2?min對系列一切槽的加料進(jìn)展一次解析，經(jīng)過槽控機驅(qū)動槽下料安裝下料，完成按等間隔時間定期定量打殼加料(NB)過程。可以看出，該控制技術(shù)與如今相比是簡單和粗糙的，難以滿足鋁電解控制的要求，需求進(jìn)一步的改良和提高。在此之后，沈陽鋁鎂設(shè)計研討院開發(fā)研討了青海鋁廠鋁電解槽計算機控制系統(tǒng)，根本上是“日輕技術(shù)的翻版和自建，除中央控制機及其附屬安裝采用引進(jìn)設(shè)備外，槽控機、外部接口箱等均采用國產(chǎn)設(shè)備。 該系統(tǒng)于1987年投產(chǎn)時開場在線控制運轉(zhuǎn)，根本平安可靠，各主要

8、控制和管理性能到達(dá)了設(shè)計要求，這闡明我國已有了獨立開發(fā)和制造鋁電解控制系統(tǒng)的才干。最初的貴鋁一期、青鋁一期、包鋁二期都采用這種電解鋁計算機控制系統(tǒng)(已改造)，二級集中式控制，在主機和槽控機之間采用并行總線相連。 這雖使鋁電解消費目的有了一定提高，但系統(tǒng)造價高、可靠性差、短少靈敏性、難以滿足復(fù)雜實時控制的要求，需求有更先進(jìn)的技術(shù)來取代。2分布式控制系統(tǒng)的開發(fā)運用隨著現(xiàn)代電解鋁工藝和計算機控制技術(shù)的高速開展，國外已由多極分布式控制系統(tǒng)替代了70年代采用的一級或二級為主的集中控制及區(qū)域控制構(gòu)造。順應(yīng)這一開展，沈陽鋁鎂設(shè)計研討院研討開發(fā)了基于BITBUS總線技術(shù)的鋁電解槽分布式控制系統(tǒng)3，在1990年

9、和1991年與撫順鋁廠、青海鋁廠進(jìn)展了協(xié)作研討和現(xiàn)場運轉(zhuǎn)，并在青鋁二期工程中推行運用。該系統(tǒng)的設(shè)計為大型預(yù)焙槽計算機控制創(chuàng)出了一條新路?？刂葡到y(tǒng)框圖如下。圖1BITBUS分布式控制系統(tǒng)框圖3自順應(yīng)控制的研討開發(fā)及原理1991年，貴州鋁廠和貴陽鋁鎂設(shè)計研討院結(jié)合完成了大型預(yù)焙槽滯環(huán)自順應(yīng)控制系統(tǒng)的開發(fā)，在貴鋁二期5臺槽上進(jìn)展了實驗，并開發(fā)出新型風(fēng)動點式下料安裝。高效能電解槽的特點是能長期處于非常穩(wěn)定的形狀下消費，詳細(xì)講這種電解槽的能量收支和物料收支是平衡的，槽況是可以自我調(diào)理的，依托的手段是計算機控制，這種電解槽的電解溫度、氧化鋁濃度、電解質(zhì)結(jié)殼外形等技術(shù)條件根本是一個常數(shù)。所謂自順應(yīng)控制，就是

10、使電解槽在能量和物料平衡的形狀下任務(wù)，槽子處于根本穩(wěn)定形狀。 滯環(huán)非線性自順應(yīng)律如圖2。圖2滯環(huán)非線性自順應(yīng)律在這個滯環(huán)里分3個區(qū)域：1區(qū)為欠量加料區(qū)，范圍是ABGHOA；2區(qū)是正常加料區(qū)，范圍是BCFGHAN；3區(qū)是過量加料區(qū)，范圍是CDEFGBC。欠量區(qū)和過量區(qū)包含了正常區(qū)。根據(jù)槽電阻斜率的變化，進(jìn)展欠量、正常和過量3個形狀的切換控制，使系統(tǒng)漸近穩(wěn)定于滯環(huán)區(qū)域內(nèi)任務(wù)。自順應(yīng)控制的根本思想是根據(jù)Al2O3濃度與槽電阻對應(yīng)關(guān)系，利用槽電阻“辨識Al2O3濃度，然后控制Al2O3加料速率。貴州鋁廠在二電解150槽上進(jìn)展了多次特定條件下的槽電阻與Al2O3濃度測定，將采集系統(tǒng)得到的并經(jīng)過平滑處置的

11、槽電阻與化驗分析得出的Al2O3濃度作成曲線如圖3所示。圖3槽電阻與Al2O3濃度關(guān)系曲線同期，撫順鋁廠和沈陽鋁鎂設(shè)計研討院也進(jìn)展了這方面的研討，并得出類似的Al2O3濃度與槽電阻關(guān)系曲線。 經(jīng)過槽電阻變化間接“丈量Al2O3濃度，并據(jù)此改動加料速度(即正常加料、欠量加料、過量加料3個周期)到達(dá)Al2O3濃度控制的目的。4智能模糊控制和專家系統(tǒng)的開展自1992年起，沈陽鋁鎂設(shè)計研討院和撫順鋁廠共同承當(dāng)了有色總公司“八五攻關(guān)工程“智能型鋁電解槽工業(yè)實驗，于1994年經(jīng)過了技術(shù)鑒定，在撫鋁?kA鋁電解槽上推行運用。該實驗采用了以PCBUS(管理級)BITBUS(通訊網(wǎng)絡(luò))STDBUS(控制級)構(gòu)成

12、的分布式計算機控制系統(tǒng)，并運用先進(jìn)的Bitbus工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、高速V/F轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、信號的無融點檢測電路等新技術(shù)開發(fā)了槽控機，具有較完善的陽極升降維護(hù)、過欠壓維護(hù)及硬件自診斷系統(tǒng)，并開發(fā)了與工藝技術(shù)相順應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和運用軟件，使智能化技術(shù)在我國鋁電解消費上初次得到了運用。19951997年間，青海鋁廠與中南工業(yè)大學(xué)共同承當(dāng)了“智能模糊控制技術(shù)在160?kA預(yù)焙鋁電解槽上的開發(fā)運用，并于1997年8月經(jīng)過總公司鑒定。該系統(tǒng)采用“模糊控制槽控機(DCC級)工控微機(SCC級)的二級分布式控制方式。控制軟件主要由DCC級的“實時控制(專家模糊控制器)，SCC級的“電解質(zhì)溫度與槽膛內(nèi)形在線仿真，“槽況診

13、斷，以及“組織與監(jiān)視等4個子系統(tǒng)構(gòu)成。系統(tǒng)綜合運用了智能控制的三大塊，即模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)，并進(jìn)展了工藝技術(shù)條件優(yōu)化和相關(guān)設(shè)備改造。新系統(tǒng)投入運轉(zhuǎn)后，在技術(shù)目的和經(jīng)濟(jì)效益兩個方面均獲得較好的效果。同期，貴州鋁廠、貴陽鋁鎂設(shè)計研討院與北方工業(yè)大學(xué)協(xié)作開展了智能模糊控制技術(shù)在180?kA預(yù)焙鋁電解槽上的開發(fā)運用，其內(nèi)容與上文所述青海鋁廠的技術(shù)根本類似，這里就不再反復(fù)。5總結(jié)以上是我國鋁電解工藝自動控制開展的根本動態(tài)，可以歸納為以下幾個階段：(1) 運用計算機進(jìn)展簡單的動作控制，不對電解槽形狀進(jìn)展分析、檢查、判別和處置，過程控制大多采用簡單的定值控制；(2) 自順應(yīng)控制階段，即根據(jù)電解槽所

14、處的形狀，分析、判別槽子需求氧化鋁或調(diào)整的情況，作出相應(yīng)的處置。這種控制為閉環(huán)最優(yōu)控制系統(tǒng);(3) 開發(fā)專家系統(tǒng)并實施階段，這個階段如今正著手進(jìn)展，主要義務(wù)是構(gòu)成控制鋁電解消費的專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)對電解槽的控制是根據(jù)電解槽的形狀數(shù)據(jù)進(jìn)展分析，判別槽子形狀的優(yōu)劣，并對槽子作出相應(yīng)處置。6現(xiàn)階段技術(shù)存在的問題及改良總體來說，我國鋁電解控制技術(shù)在很多方面都已接近了國際程度，在控制算法、槽況診斷、動態(tài)仿真等方面有其獨到之處。但鋁電解廠的消費目的與國際先進(jìn)程度相比仍有一定差距，這是有多方面緣由的。從消費原料來看，首先是氧化鋁來源不穩(wěn)定，經(jīng)常是同時運用國內(nèi)幾家工廠的氧化鋁，或既用國內(nèi)的，也運用國外的，而對物料特性要求不嚴(yán)厲，從而給自順應(yīng)控制帶來一定困難；其次，陽極炭塊的質(zhì)量需求得到保證，這是許多工廠面臨的問題。從硬件設(shè)備來看，槽控機的功能和穩(wěn)定性還需提高，下料安裝、升降安裝等機械電氣設(shè)備的性能還需加強，并要有及時可靠的維修保證。電流的穩(wěn)定既需求良好的整流安裝，也需求電廠等其它單位的配合。此外，還需求才干好素質(zhì)高的現(xiàn)場操作人員及嚴(yán)厲的管理制度。置信在不久的未來，中國的鋁電解控制技術(shù)會得到更好的開展，到達(dá)或領(lǐng)先于世界先進(jìn)程度，消費技術(shù)目的也能到達(dá)世界先進(jìn)鋁廠的程度*楊振海，男，