鋁電解槽的計(jì)算機(jī)控制-OK課件

鋁電解槽的計(jì)算機(jī)控制1鋁電解槽的計(jì)算機(jī)控制1近20年來，自動化技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，其應(yīng)用幾乎深入到了工業(yè)生產(chǎn)過程的各個(gè)方面，產(chǎn)生了巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。22自動化技術(shù)——

是一門綜合應(yīng)用控制理論、電子裝備、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和其他信息技術(shù)，對工業(yè)過程實(shí)現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量，提高質(zhì)量、降低消耗和污染、確保安全等目的的服務(wù)性技術(shù)。3自動化技術(shù)——3計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)及其在工業(yè)自動化中的應(yīng)用——推動了傳統(tǒng)的經(jīng)典控制理論向現(xiàn)代控制理論和智能控制理論的發(fā)展。相應(yīng)地，傳統(tǒng)的模擬型儀器儀表和自動化單元愈來愈多地讓位于采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、開放化的儀器儀表、自動化單元與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。更重要的是，前者不能解決的自動化問題正在被“英才輩出”的后者所解決。4計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)及其在工業(yè)自動化中的應(yīng)用——4自動控制理論與技術(shù)的發(fā)展

19世紀(jì)末：產(chǎn)生自動控制理論（蒸汽發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的調(diào)速器）

20世紀(jì)初～20世紀(jì)50年代前后，建立經(jīng)典控制理論（是各類儀表控制的基礎(chǔ)）

20世紀(jì)60年代末：建立現(xiàn)代控制理論（電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)推動其發(fā)展，是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及智能化儀表的基礎(chǔ)）

70年代以來：建立和發(fā)展智能控制理論（微型計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展推動其發(fā)展，是計(jì)算機(jī)智能控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)）5自動控制理論與技術(shù)的發(fā)展19世紀(jì)末：產(chǎn)生自動控制理論自動控制理論與技術(shù)的發(fā)展控制儀表智能化控制儀表計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)智能控制系統(tǒng)經(jīng)典控制理論與技術(shù)現(xiàn)代控制理論與技術(shù)數(shù)學(xué)模型——高階微分方程式單輸出-單輸出線性定常系統(tǒng)智能控制理論與技術(shù)數(shù)學(xué)模型——一組一階微分方程（狀態(tài)方程）多輸出-多輸出線性或非線性，定?；驎r(shí)變系統(tǒng)知識模型——知識表達(dá)與推理多輸出-多輸出各類復(fù)雜系統(tǒng)6自動控制理論與技術(shù)的發(fā)展控制智能化計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)智能經(jīng)常規(guī)控制理論（經(jīng)典、現(xiàn)代）的缺陷

——依賴?yán)硐牖木_的數(shù)學(xué)模型；

——設(shè)計(jì)方法愈來愈數(shù)學(xué)化；

——控制算法較為理想化；

——不能有效利用人類的非數(shù)學(xué)表述型知識和經(jīng)驗(yàn)；為了擺脫建立數(shù)學(xué)模型的困難，并使控制系統(tǒng)能有效地應(yīng)用人類專家的知識和經(jīng)驗(yàn)，控制理論出現(xiàn)了新的分支——智能控制理論。7常規(guī)控制理論（經(jīng)典、現(xiàn)代）的缺陷——依賴?yán)硐牖木_智能控制的起源——人工智能計(jì)算機(jī)科學(xué)中設(shè)計(jì)研究、設(shè)計(jì)和應(yīng)用智能計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支，是一種知識處理系統(tǒng)，具有記憶、學(xué)習(xí)、信息處理、形式語言、啟發(fā)式推理等功能；簡單地說，是由計(jì)算機(jī)來表示和執(zhí)行人類的智能活動；比較準(zhǔn)確地說，指計(jì)算機(jī)執(zhí)行某些與人的智能有關(guān)的復(fù)雜功能（如推理判斷、圖像識別、理解、學(xué)習(xí)、規(guī)劃和需要有運(yùn)用推理等智能的問題求解）的能力。形象地說，只告訴計(jì)算機(jī)做什么，而不告訴怎樣做，計(jì)算機(jī)便能完成工作，便說計(jì)算機(jī)有了智能。8智能控制的起源——人工智能計(jì)算機(jī)科學(xué)中設(shè)計(jì)研究、設(shè)計(jì)和應(yīng)用智智能控制——多學(xué)科交叉的產(chǎn)物人工智能自動控制智能控制人工智能自動控制智能控制運(yùn)籌學(xué)系統(tǒng)論計(jì)算機(jī)科學(xué)智能控制其他人類工程學(xué)信息論9智能控制——多學(xué)科交叉的產(chǎn)物人工智能自動控制智能控制人工智能智能控制的主要分支——（1）基于人工智能的專家系統(tǒng)（專家控制器）；（2）基于模糊推理和計(jì)算的模糊控制；（3）基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制；（4）基于信息論、遺傳算法和以上三種方法的集成型智能控制。10智能控制的主要分支——10智能技術(shù)在決策支持系統(tǒng)中的應(yīng)用——智能決策支持系統(tǒng)

11智能技術(shù)在決策支持系統(tǒng)中的應(yīng)用——智能決策支持系統(tǒng)11決策支持系統(tǒng)專家系統(tǒng)（人工智能）智能決策支持系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)（DSS）為決策者提供輔助決策的有用信息（“軍師”、“參謀”）；DSS在MIS的基礎(chǔ)上發(fā)展而來；傳統(tǒng)的DSS：以定量決策為主，采用某些數(shù)據(jù)處理方法，從數(shù)據(jù)庫中找到必要的數(shù)據(jù)，并利用數(shù)學(xué)模型的功能，為用戶產(chǎn)生所需要的信息（用于決策的信息）；專家系統(tǒng)（ES）：以定性決策為主，采用知識搜索方法，從存放有大量專家知識的知識庫中獲得解答問題所需的知識，并經(jīng)過推理為用戶產(chǎn)生所需的信息（如用于決策的信息）。IDSS：DSS與ES的結(jié)合，達(dá)到定性輔助決策與定量輔助決策相結(jié)合，大大改善輔助決策的效果。12決策支持系統(tǒng)專家系統(tǒng)智能決策支持系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)（D鋁電解雖然是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，但在應(yīng)用自動化技術(shù)方面卻能緊跟時(shí)代的步伐，這主要是因?yàn)椋?/p>

——近30年來，自動化技術(shù)在鋁電解工業(yè)的節(jié)能、降耗、增產(chǎn)、環(huán)保、安全等各個(gè)方面發(fā)揮了巨大的作用；

——在鋁電解企業(yè)從“高能耗、大污染、勞動力密集型”的傳統(tǒng)形象向“高效率、無污染、自動化”的現(xiàn)代化企業(yè)形象的跨越過程中起到了重大推動作用。13鋁電解雖然是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，但在應(yīng)用自動化技術(shù)方面卻能緊跟時(shí)代的步先進(jìn)自控理論與技術(shù)在鋁電解企業(yè)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在鋁電解生產(chǎn)系列的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中。14先進(jìn)自控理論與技術(shù)在鋁電解企業(yè)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在鋁電解生產(chǎn)國際上從80年代起研究：自適應(yīng)控制、推理控制、專家系統(tǒng)等先進(jìn)控制（智能控制）技術(shù)在鋁電解過程控制中的應(yīng)用。我校從80年代后期起研究自適應(yīng)控制、模糊控制等多種智能控制技術(shù)在鋁電解過程控制中的應(yīng)用。15國際上從80年代起研究：自適應(yīng)控制、推理控制、專家系統(tǒng)等鋁電解過程的特點(diǎn)——鋁電解生產(chǎn)采用多達(dá)數(shù)百臺電解槽串聯(lián)成一個(gè)生產(chǎn)系列的方式進(jìn)行。在強(qiáng)大的直流電流（100～300kA）的作用下鋁電解槽內(nèi)發(fā)生著復(fù)雜的高溫物理化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)，在該體系內(nèi)形成互有關(guān)聯(lián)的、可變的電場、磁場、溫度場、熔體流動場等物理場。16鋁電解過程的特點(diǎn)——161717鋁電解過程的特點(diǎn)（續(xù)）——由于鋁電解槽內(nèi)高溫（940～970℃）熔體的強(qiáng)腐蝕性，濃度、極距和溫度等重要的被控參數(shù)目前尚不能在線檢測，能在線檢測的信號只有槽電壓和系列電流；所以能及時(shí)地反映電解槽狀態(tài)變化的主要參數(shù)便只有由這兩個(gè)信號采集值計(jì)算得到的表觀槽電阻（簡稱槽電阻）：18鋁電解過程的特點(diǎn)（續(xù)）——18鋁電解過程的特點(diǎn)（續(xù)）——槽電阻的變化是多種互有關(guān)聯(lián)的因素綜合作用的結(jié)果，因此難以建立起槽電阻與被控參數(shù)間的確定性的數(shù)學(xué)模型?？梢?，該被控對象具有模型的不確定性。19鋁電解過程的特點(diǎn)（續(xù)）——19鋁電解過程對控制系統(tǒng)的要求：生產(chǎn)實(shí)踐與理論研究表明，要獲得理想的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，關(guān)鍵是：控制好幾個(gè)主要的技術(shù)參數(shù)，使鋁電解槽能處于理想的物料平衡與熱平衡狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行，從而使物理場穩(wěn)定，引起電流效率損失的二次反應(yīng)最大程度地被抑制。為達(dá)到這一目標(biāo)，現(xiàn)代鋁電解工藝對控制系統(tǒng)提出如下要求：20鋁電解過程對控制系統(tǒng)的要求：20鋁電解過程對控制系統(tǒng)的要求（續(xù)）1）控制好鋁電解槽的物料平衡——由于氧化鋁的添加是引起物料平衡變化的主要因素，因此最重要的是控制好氧化鋁的添加速率（即下料速率），使氧化鋁濃度的變化能維持在預(yù)定的一個(gè)很窄的范圍內(nèi)。21鋁電解過程對控制系統(tǒng)的要求（續(xù)）21鋁電解過程對控制系統(tǒng)的要求（續(xù)）：2）控制好鋁電解槽的熱平衡和極距——主要的目的是，以移動陽極作為調(diào)整極距和改變輸入電功率為手段，既維持合適的極距又保持最佳的熱平衡。上限目標(biāo)值下限下降陽極提升陽極22鋁電解過程對控制系統(tǒng)的要求（續(xù)）：上限目標(biāo)值下限下降鋁電解過程對控制系統(tǒng)的要求（續(xù)）：3）槽況的綜合分析與輔助決策——由于存在：不能由計(jì)算機(jī)直接控制的操作工序和工藝參數(shù)，檢測不到的干擾因素和變化因素，控制誤差的積累，導(dǎo)致：鋁電解槽的物料平衡，熱平衡，以及互有關(guān)聯(lián)的物理場會發(fā)生緩慢的變化。這些變化積累到一定的程度后會導(dǎo)致：

電解槽正常的動態(tài)平衡的崩潰，即電解槽成為病槽。因此：計(jì)算機(jī)應(yīng)該具有利用各種可獲取的信息綜合解析電解槽的變化趨勢，并及時(shí)診斷病槽或盡早發(fā)現(xiàn)病槽形成趨勢的能力，以便能及時(shí)地調(diào)整有關(guān)控制參數(shù)或提出人工進(jìn)行維護(hù)性操作的建議。

23鋁電解過程對控制系統(tǒng)的要求（續(xù)）：23

20世紀(jì)80年代點(diǎn)式下料器的成功開發(fā)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了下料方式從“人工下料→定時(shí)（批量）自動下料→準(zhǔn)連續(xù)自動下料”的轉(zhuǎn)變。下料控制（氧化鋁濃度控制）技術(shù)的發(fā)展：中間點(diǎn)式下料器2420世紀(jì)80年代點(diǎn)式下料器的成功開發(fā)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了下料C1234567dd+md-md：設(shè)定極距

R槽電阻氧化鋁濃度利用槽電阻與氧化鋁濃度存在一定的對應(yīng)關(guān)系的原理，人們發(fā)現(xiàn)，通過跟蹤槽電阻的變化，可以判斷和控制氧化鋁濃度。25C1234567dd+md-md：設(shè)定極距R槽電阻氧化鋁點(diǎn)式下料技術(shù)與氧化鋁濃度控制技術(shù)相結(jié)合，使傳統(tǒng)的定時(shí)下料控制技術(shù)轉(zhuǎn)變到準(zhǔn)連續(xù)“按需”下料控制技術(shù)。26點(diǎn)式下料技術(shù)與氧化鋁濃度控制技術(shù)相結(jié)合，使傳統(tǒng)的定時(shí)下料控制法國提出了一種在鋁業(yè)界有重要影響的專利技術(shù)。該技術(shù)采用“欠量下料”與“過量下料”交替進(jìn)行的下料方式，通過跟蹤槽電阻變化曲線來判斷和控制氧化鋁濃度。特點(diǎn)：借鑒了現(xiàn)代控制理論中的系統(tǒng)辨識原理，即通過設(shè)計(jì)能對系統(tǒng)（鋁電解槽）產(chǎn)生激勵作用的輸入信號（下料速率），實(shí)現(xiàn)對模型參數(shù)的辨識，而被辨識的模型參數(shù)能反映系統(tǒng)的狀態(tài)（氧化鋁濃度）。

27法國提出了一種在鋁業(yè)界有重要影響的專利技術(shù)。該技術(shù)采用“欠量也許是受此方法的啟示，挪威提出了用現(xiàn)代控制理論中的一種先進(jìn)控制方法——自適應(yīng)控制來控制氧化鋁濃度的技術(shù)：該技術(shù)按自適應(yīng)控制系統(tǒng)的建模方法建立氧化鋁濃度的估計(jì)模型，使用欠量—過量交替下料方式來對系統(tǒng)（鋁電解槽）產(chǎn)生“激勵”，然后用遞推最小二乘法等參數(shù)估計(jì)方法來估計(jì)能反應(yīng)氧化鋁濃度狀況的模型參數(shù)。28也許是受此方法的啟示，挪威提出了用現(xiàn)代控制理論中的一種先進(jìn)控欠量過量欠量過量欠量槽電阻下料速率簡單的“欠量—過量”交替下料技術(shù)基本原理C1234567

R29欠量過量欠量過量欠量槽電阻下料速率簡單的“欠量—過量”交替下簡單的“欠量—過量”交替下料技術(shù)的缺點(diǎn)：

電解槽始終處于“振蕩”狀態(tài)；電壓調(diào)節(jié)不及時(shí)，且變化范圍太大；出現(xiàn)異常槽況時(shí)，易出現(xiàn)控制失誤。異常槽況易導(dǎo)致控制失誤的原因是，除了氧化鋁濃度外，還有許多其他的因素會引起槽電阻的變化。30簡單的“欠量—過量”交替下料技術(shù)的缺點(diǎn)：30為了克服常規(guī)的“欠量—過量”交替下料控制技術(shù)的缺點(diǎn)，提高氧化鋁濃度控制的精確性和可靠性，我們應(yīng)用現(xiàn)代智能控制技術(shù)開發(fā)了一種專家模糊控制器（算法），該算法根據(jù)對槽況的綜合分析來判斷和控制氧化鋁濃度。

31為了克服常規(guī)的“欠量—過量”交替下料控制技術(shù)的缺點(diǎn)，上位機(jī)監(jiān)控模塊

通信接口

通信接口

自調(diào)整

規(guī)則庫

機(jī)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫

推理機(jī)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)

數(shù)據(jù)處理

信號采集

I,V

鋁電解槽

手動信號

槽況綜合分析與

參數(shù)優(yōu)化／決策

專

家

系統(tǒng)

過程監(jiān)控

模

塊

U

槽控機(jī)模糊專家控制器

鋁電解智能模糊控制系統(tǒng)控制原理槽控機(jī)上位機(jī)32上位機(jī)監(jiān)控模塊通信接口鋁電解槽計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（硬件）的發(fā)展：60～70年代初期：小型機(jī)群控；70年代中期～80年代：“上位機(jī)（小型機(jī)）—槽控機(jī)”兩級集中式控制系統(tǒng)；80年代后期～90年代初期：“上位機(jī)（小型機(jī)）—槽控機(jī)”兩級分布式控制系統(tǒng)；90年代：“上位機(jī)（微機(jī)）—槽控機(jī)”兩級分布式控制系統(tǒng)；90年代末期以來：“管理機(jī)—監(jiān)控機(jī)—槽控機(jī)”網(wǎng)絡(luò)式（全分布式）控制系統(tǒng)。33鋁電解槽計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（硬件）的發(fā)展：331號槽控機(jī)監(jiān)控機(jī)電流信號傳輸線通信線1號電解槽2號槽控機(jī)2號電解槽n號槽控機(jī)n號電解槽鋁電解槽計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算站電解車間整流車間341號槽控機(jī)監(jiān)控機(jī)電通信線1號電解槽2號槽控機(jī)2號電解1號槽控機(jī)系列電流檢測信號交換機(jī)1#監(jiān)控微機(jī)電流信號傳輸線CANBUS通信網(wǎng)M#監(jiān)控微機(jī)1號電解槽2號槽控機(jī)2號電解槽n號槽控機(jī)n號電解槽服務(wù)器接其他監(jiān)控、管理微機(jī)接車間、分廠工作站以太網(wǎng)（TCP／IP通信）鋁電解智能模糊控制系統(tǒng)硬件配置圖整流車間電解車間計(jì)算站351號槽控機(jī)系列電流檢測信號交換機(jī)1#監(jiān)控微機(jī)電流基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的槽控機(jī)的發(fā)展：

80年代以來開發(fā)應(yīng)用：插板式槽控機(jī)——STD總線（并行）結(jié)構(gòu)、插板方式；

90年代中期以來開發(fā)應(yīng)用：大板式槽控機(jī)——STD總線（并行）結(jié)構(gòu)、大板方式；

90年代末期以來開發(fā)應(yīng)用：網(wǎng)絡(luò)式槽控機(jī)——CAN總線（串行）結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)方式。注：自焙槽曾使用：PLC槽控機(jī)。36基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的槽控機(jī)的發(fā)展：80年代以來開網(wǎng)絡(luò)式槽控機(jī)設(shè)計(jì)方案——

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因槽控機(jī)的基本功能可劃分為采樣，解析、操作（動作）、顯示和通信等，所以可相應(yīng)地設(shè)計(jì)若干個(gè)智能化的功能模塊（簡稱智能模塊）。各智能模塊均帶有自己的微處理器，因此均能相對獨(dú)立地運(yùn)行和發(fā)揮自己的功能。

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各智能模塊通過以雙絞線（或雙芯電纜）為通信介質(zhì)的現(xiàn)場總線互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)模塊間的數(shù)據(jù)交換和多個(gè)微控制器的協(xié)同工作，從而使槽控機(jī)的邏輯單元成為一個(gè)先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)體系。并且，該體系與外設(shè)（上位機(jī)）的接口也采用CAN總線協(xié)議，以滿足構(gòu)造全分布式控制系統(tǒng)的要求。37網(wǎng)絡(luò)式槽控機(jī)設(shè)計(jì)方案——37YFC-99網(wǎng)絡(luò)式槽控機(jī)硬件原理圖38YFC-99網(wǎng)絡(luò)式槽控機(jī)硬件原理圖38

槽控機(jī)控制軟件的功能：（1）信號采集（2）槽況解析（3）下料與電阻智能模糊控制（4）氟化鋁添加控制（5）設(shè)定參數(shù)的自修正功能（6）多模式控制方式的自選擇（7）人工操作工序監(jiān)控（8）數(shù)據(jù)處理與存儲（9）與上位機(jī)的數(shù)據(jù)交換（10）故障報(bào)警與事故保護(hù)39槽控機(jī)控制軟件的功能：39上位機(jī)監(jiān)控軟件功能

為了實(shí)現(xiàn)控制功能和便于生產(chǎn)管理，監(jiān)控軟件應(yīng)具有以下功能：(1)

與槽控機(jī)通信的功能；(2)

實(shí)時(shí)監(jiān)控功能；(3)

報(bào)表處理功能；(4)

槽控機(jī)設(shè)定參數(shù)查看/修改功能；(5)

槽狀態(tài)曲線顯示功能；(6)

面板模擬顯示功能；(7)槽況診斷與維護(hù)決策功能。40上位機(jī)監(jiān)控軟件功能40計(jì)算機(jī)在鋁廠其他控制裝置中的應(yīng)用：

電解車間的物料配送系統(tǒng)；煙氣凈化系統(tǒng)；變電整流所中的安全保護(hù)、自動穩(wěn)流和整體監(jiān)控；陽極焙燒系統(tǒng)；各類信號檢測與計(jì)量系統(tǒng)等；

特點(diǎn)：中、低檔的PLC成為構(gòu)造這些系統(tǒng)的自動化單元的首選控制裝置。41計(jì)算機(jī)在鋁廠其他控制裝置中的應(yīng)用：電解車間的物料配送系統(tǒng)鋁電解企業(yè)的綜合自動化建設(shè)42鋁電解企業(yè)的綜合自動化建設(shè)42綜合自動化建設(shè)的基本原則：鋁電解企業(yè)為了實(shí)現(xiàn)綜合自動化建設(shè)的目標(biāo)，應(yīng)該遵循下列基本原則：

在構(gòu)造或選購信號采集與過程控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)選擇新型的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、開發(fā)式的儀器儀表與自動化裝置，特別是盡可能選用具有開放式軟硬件平臺，支持軟硬件組態(tài)和用戶“二次開發(fā)”的智能集成型自動化系統(tǒng)。43綜合自動化建設(shè)的基本原則：43按過程控制與信息管理一體化網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)原則進(jìn)行全廠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的整體規(guī)劃與建設(shè)，解決原來的自動化“孤島”問題并避免產(chǎn)生新的自動化“孤島”。44按過程控制與信息管理一體化網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)原則進(jìn)行全廠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的注重信息資源管理系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，提高各類信息收集、處理、共享及應(yīng)用水平，并在此基礎(chǔ)上建立實(shí)用的企業(yè)信息及決策系統(tǒng)，提高企業(yè)決策和管理現(xiàn)代化水平。45注重信息資源管理系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，提高各類信息收集、處理、共對于大型鋁電解企業(yè)，應(yīng)按照CIMS（流程工業(yè)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)）的思想并結(jié)合鋁電解工業(yè)自身的特點(diǎn)，進(jìn)行基于PCS／MES／ERP三級結(jié)構(gòu)的CIMS建設(shè):PCS——

以產(chǎn)品質(zhì)量和工藝要求為指標(biāo)的先進(jìn)控制技術(shù);MES——

以經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為目標(biāo)的生產(chǎn)過程優(yōu)化運(yùn)行、優(yōu)化控制與優(yōu)化管理技術(shù);ERP——

以財(cái)務(wù)分析決策為核心的整體資源優(yōu)化技術(shù)。46對于大型鋁電解企業(yè)，應(yīng)按照CIMS（流程工業(yè)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)將CIMS的控制、優(yōu)化與決策功能與辦公自動化、電子商務(wù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能集成于一體，構(gòu)成企業(yè)的綜合自動化網(wǎng)絡(luò)體系。47將CIMS的控制、優(yōu)化與決策功能與辦公自動化、電子商務(wù)、遠(yuǎn)程YFC-ERP：基于ERP思想的大型預(yù)焙鋁電解廠管控一體化整體解決方案長沙業(yè)翔科技發(fā)展有限公司2004年5月20日48YFC-ERP：基于ERP思想的大型預(yù)焙鋁電解廠管控一體化整系統(tǒng)概述以鋁電解生產(chǎn)為核心，將生產(chǎn)的各個(gè)要素有機(jī)地整合在一起，從全局的高度來準(zhǔn)確把握電解鋁廠信息化建設(shè)的宗旨，提高系統(tǒng)實(shí)施的可行性和實(shí)用性，形成一套鋁冶煉企業(yè)信息化建設(shè)完整的解決方案。49系統(tǒng)概述以鋁電解生產(chǎn)為核心，將生產(chǎn)的各個(gè)要素有機(jī)地整軟件架構(gòu)YFC-ERP整體解決方案模塊劃分圖50軟件架構(gòu)YFC-ERP整體解決方案模塊劃分圖50總體思想：模塊化分層構(gòu)架，進(jìn)行動態(tài)組裝；第一層：車間控制級，在各電解車間內(nèi)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控；第二層：電解分廠管理級，以調(diào)度系統(tǒng)為核心，實(shí)現(xiàn)電解分廠內(nèi)的生產(chǎn)過程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)進(jìn)行槽況診斷、對各種生產(chǎn)資料和庫存產(chǎn)品進(jìn)行信息化管理；第三層：基于ERP思想的全廠管理控制一體化系統(tǒng)，整合電解、碳素、動力等電解鋁廠各生產(chǎn)部門的資源，無縫集成企業(yè)內(nèi)部與外部的工作流程，實(shí)現(xiàn)企業(yè)各部門的協(xié)同工作。51總體思想：模塊化分層構(gòu)架，進(jìn)行動態(tài)組裝；第一層：車間控制級，軟件運(yùn)行環(huán)境服務(wù)器操作系統(tǒng)：MicrosoftWindows2000Server中文標(biāo)準(zhǔn)版。客戶端操作系統(tǒng)：MicrosoftWindows9x中文版。后臺數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)倉庫：Oracle8i或MSSQLServer2000中文企業(yè)版。52軟件運(yùn)行環(huán)境服務(wù)器操作系統(tǒng)：MicrosoftWindow安全可靠的大容量數(shù)據(jù)庫功能強(qiáng)大的一體化系統(tǒng)實(shí)用高效的生產(chǎn)管理功能及時(shí)便利的網(wǎng)絡(luò)化管理友好清晰的導(dǎo)航界面良好的客戶關(guān)系管理快捷方便的報(bào)表查詢智能分布式控制系統(tǒng)特點(diǎn)53安全可靠的大容量數(shù)據(jù)庫功能強(qiáng)大的一體化系統(tǒng)實(shí)用高效的生產(chǎn)管理主要模塊功能介紹1）過程監(jiān)控系統(tǒng)是整體解決方案的核心部分，也是目前通用管理系統(tǒng)的一個(gè)空白領(lǐng)域；它與鋁電解生產(chǎn)的控制過程和工藝過程緊密相關(guān)，具有很強(qiáng)的領(lǐng)域?qū)I(yè)性。54主要模塊功能介紹1）過程監(jiān)控系統(tǒng)是整體解決方案的核心控制原理55控制原理55接口機(jī)子系統(tǒng)強(qiáng)大的功能56接口機(jī)子系統(tǒng)強(qiáng)大的功能56監(jiān)控表的動態(tài)建立過程57監(jiān)控表的動態(tài)建立過程57接口機(jī)監(jiān)控主界面58接口機(jī)監(jiān)控主界面58客戶端子系統(tǒng)客戶端主界面電解槽歷史曲線查詢59客戶端子系統(tǒng)客戶端主界面電解槽歷史曲線查詢59工藝參數(shù)數(shù)據(jù)錄入界面工藝參數(shù)數(shù)據(jù)查詢60工藝參數(shù)數(shù)據(jù)錄入界面工藝參數(shù)數(shù)據(jù)查詢60操機(jī)員參數(shù)數(shù)據(jù)61操機(jī)員參數(shù)數(shù)據(jù)61電解槽單槽月份分析電解槽單槽跨度分析62電解槽單槽月份分析電解槽單槽跨度分析62后臺數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)服務(wù)器監(jiān)視程序服務(wù)器是數(shù)據(jù)存儲中心和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視中心63后臺數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)服務(wù)器監(jiān)視程序服務(wù)器是數(shù)據(jù)存儲中心和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)2）庫存管理系統(tǒng)庫存管理系統(tǒng)的目標(biāo)：保障公司生產(chǎn)車間、其它科室所需的各類物資的供應(yīng)，保障生產(chǎn)過程中所需的機(jī)械設(shè)備、備件的供應(yīng)工作，并通過有效的管理，提高庫存周轉(zhuǎn)率，降低資金的占用，杜絕物料的積壓與短缺現(xiàn)象。庫存管理是企業(yè)物流系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。庫存管理系統(tǒng)642）庫存管理系統(tǒng)庫存管理系統(tǒng)的目標(biāo)：保障公司生產(chǎn)車間、其它科強(qiáng)大的查詢功能65強(qiáng)大的查詢功能653）專家系統(tǒng)電解槽的槽況分析與判斷及相應(yīng)工藝技術(shù)參數(shù)的調(diào)整是生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵。鋁電解槽專家診斷決策系統(tǒng)663）專家系統(tǒng)電解槽的槽況分析與判斷及相應(yīng)工藝技術(shù)參數(shù)4）人力資源管理系統(tǒng)從員工信息、績效工資等角度幫助企業(yè)管理好企業(yè)的人力資源。當(dāng)日考勤查詢674）人力資源管理系統(tǒng)從員工信息、績效工資等角度幫助企業(yè)管理好5）辦公自動化系統(tǒng)辦公自動化系統(tǒng)是以流程核心為基礎(chǔ)、以B/S為結(jié)構(gòu)、基于Internet架構(gòu)的網(wǎng)上辦公管理系統(tǒng)，為企事業(yè)單位的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供了許多必不可少的功能，為業(yè)務(wù)的開展提供了極大的保證。685）辦公自動化系統(tǒng)辦公自動化系統(tǒng)是以流程核心為基礎(chǔ)、辦公自動化系統(tǒng)主界面69辦公自動化系統(tǒng)主界面696）數(shù)據(jù)挖掘器數(shù)據(jù)挖掘器的三個(gè)主要子模塊：數(shù)據(jù)預(yù)處理、算法選擇和挖掘組件。706）數(shù)據(jù)挖掘器數(shù)據(jù)挖掘器的三個(gè)主要子模塊：數(shù)據(jù)預(yù)處理、算法選OLAP數(shù)據(jù)分析應(yīng)用以某電解鋁廠2000年11月11日到2003年01月03日一個(gè)200kA系列的歷史數(shù)據(jù)為例，進(jìn)行OLAP數(shù)據(jù)分析?？己酥笜?biāo)綜合分析分析對象：電解鋁廠目標(biāo)管理的六個(gè)主要考核指標(biāo)。系列歷年考核目標(biāo)分析表71OLAP數(shù)據(jù)分析應(yīng)用以某電解鋁廠2000年11月11系列歷年工藝數(shù)據(jù)分析表電解質(zhì)水平、分子比和效應(yīng)系數(shù)逐步下降，而鋁水平、電壓則逐步提升。72系列歷年工藝數(shù)據(jù)分析表電解質(zhì)水平、分子比和效應(yīng)系數(shù)逐步下降，部門數(shù)據(jù)分析目的：考核和評價(jià)各部門的生產(chǎn)效益，提高部門的競爭思想；同時(shí)，發(fā)現(xiàn)各部門之間的差距，尋求最優(yōu)的電解槽管理方法。各分廠歷年綜合指標(biāo)考核數(shù)據(jù)分析表略優(yōu)73部門數(shù)據(jù)分析目的：考核和評價(jià)各部門的生產(chǎn)效益，提高部門的競爭對部門維鉆透分析：113#槽單槽分析結(jié)果113#槽各月兩水平趨勢曲線圖波動較大113#槽2002年9月電壓趨勢曲線圖三段升高74對部門維鉆透分析：113#槽單槽分析結(jié)果113#槽各月兩水平時(shí)間維數(shù)據(jù)分析目的：發(fā)現(xiàn)系列或單槽的發(fā)展趨勢，尋找規(guī)律；分析某一段時(shí)間內(nèi)電解槽的運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)問題之所在。2002年各季度電解二分廠工藝數(shù)據(jù)表異常75時(shí)間維數(shù)據(jù)分析目的：發(fā)現(xiàn)系列或單槽的發(fā)展趨勢，尋找規(guī)律；分析灰關(guān)聯(lián)分析由歷史數(shù)據(jù)入手，綜合前期的影響因素進(jìn)行分析，挖掘其隱藏的某些特性，為電解槽的后期生產(chǎn)提供決策依據(jù)?；谊P(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘結(jié)果76灰關(guān)聯(lián)分析由歷史數(shù)據(jù)入手，綜合前期的影響因素進(jìn)行分析在時(shí)間段[2002-11-28，2002-12-27]內(nèi)，影響401#槽槽溫的主要因素是分子比、日均工作電壓、鋁水平和電解質(zhì)水平等。挖掘結(jié)果分析：77在時(shí)間段[2002-11-28，2002-12-27]內(nèi)，影聚類分析某廠部分電解槽（10臺）從2002.12.1-2002.12.31一個(gè)月的歷史數(shù)據(jù)的聚類分析。包括溫度、電解質(zhì)水平、鋁水平、分子比、工作電壓、出鋁量、總功耗、時(shí)間，構(gòu)成一個(gè)8維的事務(wù)拓?fù)淇臻g。系列槽初值化后的三維數(shù)據(jù)空間分布圖孤立點(diǎn)78聚類分析某廠部分電解槽（10臺）從2002.12.1-200偏移系數(shù)分析考察目標(biāo)：平均電壓平均電壓的屬性分布圖79偏移系數(shù)分析考察目標(biāo)：平均電壓平均電壓的屬性分布圖79分箱初始化調(diào)整后的目標(biāo)分箱范圍分箱生成分箱調(diào)整80分箱初始化調(diào)整后的目標(biāo)分箱范圍分箱生成分箱調(diào)整80平均電壓的偏移較小，但下料量和總功耗的偏移系數(shù)較大，導(dǎo)致整體加權(quán)多維偏移系數(shù)較大，需要加強(qiáng)電解槽的管理，調(diào)整控制策略，以提高工作效率。單維偏移系數(shù)與加權(quán)多維偏移系數(shù)挖掘結(jié)果81平均電壓的偏移較小，但下料量和總功耗的偏移系數(shù)較大，導(dǎo)致整體謝謝！THTANKS82謝謝！THTANKS82列舉鋁電解生產(chǎn)和研究中的若干前沿問題，并對其中一個(gè)問題的研究現(xiàn)狀進(jìn)行簡要評述。結(jié)合中鋁山東分公司的情況，簡述鋁電解槽計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本功能，并就控制系統(tǒng)未來的發(fā)展談?wù)勛约旱目捶ā?3列舉鋁電解生產(chǎn)和研究中的若干前沿問題，并對其中一個(gè)問題的研究鋁電解槽的計(jì)算機(jī)控制84鋁電解槽的計(jì)算機(jī)控制1近20年來，自動化技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，其應(yīng)用幾乎深入到了工業(yè)生產(chǎn)過程的各個(gè)方面，產(chǎn)生了巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。852自動化技術(shù)——

是一門綜合應(yīng)用控制理論、電子裝備、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和其他信息技術(shù)，對工業(yè)過程實(shí)現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量，提高質(zhì)量、降低消耗和污染、確保安全等目的的服務(wù)性技術(shù)。86自動化技術(shù)——3計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)及其在工業(yè)自動化中的應(yīng)用——推動了傳統(tǒng)的經(jīng)典控制理論向現(xiàn)代控制理論和智能控制理論的發(fā)展。相應(yīng)地，傳統(tǒng)的模擬型儀器儀表和自動化單元愈來愈多地讓位于采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、開放化的儀器儀表、自動化單元與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。更重要的是，前者不能解決的自動化問題正在被“英才輩出”的后者所解決。87計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)及其在工業(yè)自動化中的應(yīng)用——4自動控制理論與技術(shù)的發(fā)展

19世紀(jì)末：產(chǎn)生自動控制理論（蒸汽發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的調(diào)速器）

20世紀(jì)初～20世紀(jì)50年代前后，建立經(jīng)典控制理論（是各類儀表控制的基礎(chǔ)）

20世紀(jì)60年代末：建立現(xiàn)代控制理論（電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)推動其發(fā)展，是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及智能化儀表的基礎(chǔ)）

70年代以來：建立和發(fā)展智能控制理論（微型計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展推動其發(fā)展，是計(jì)算機(jī)智能控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)）88自動控制理論與技術(shù)的發(fā)展19世紀(jì)末：產(chǎn)生自動控制理論自動控制理論與技術(shù)的發(fā)展控制儀表智能化控制儀表計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)智能控制系統(tǒng)經(jīng)典控制理論與技術(shù)現(xiàn)代控制理論與技術(shù)數(shù)學(xué)模型——高階微分方程式單輸出-單輸出線性定常系統(tǒng)智能控制理論與技術(shù)數(shù)學(xué)模型——一組一階微分方程（狀態(tài)方程）多輸出-多輸出線性或非線性，定常或時(shí)變系統(tǒng)知識模型——知識表達(dá)與推理多輸出-多輸出各類復(fù)雜系統(tǒng)89自動控制理論與技術(shù)的發(fā)展控制智能化計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)智能經(jīng)常規(guī)控制理論（經(jīng)典、現(xiàn)代）的缺陷

——依賴?yán)硐牖木_的數(shù)學(xué)模型；

——設(shè)計(jì)方法愈來愈數(shù)學(xué)化；

——控制算法較為理想化；

——不能有效利用人類的非數(shù)學(xué)表述型知識和經(jīng)驗(yàn)；為了擺脫建立數(shù)學(xué)模型的困難，并使控制系統(tǒng)能有效地應(yīng)用人類專家的知識和經(jīng)驗(yàn)，控制理論出現(xiàn)了新的分支——智能控制理論。90常規(guī)控制理論（經(jīng)典、現(xiàn)代）的缺陷——依賴?yán)硐牖木_智能控制的起源——人工智能計(jì)算機(jī)科學(xué)中設(shè)計(jì)研究、設(shè)計(jì)和應(yīng)用智能計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支，是一種知識處理系統(tǒng)，具有記憶、學(xué)習(xí)、信息處理、形式語言、啟發(fā)式推理等功能；簡單地說，是由計(jì)算機(jī)來表示和執(zhí)行人類的智能活動；比較準(zhǔn)確地說，指計(jì)算機(jī)執(zhí)行某些與人的智能有關(guān)的復(fù)雜功能（如推理判斷、圖像識別、理解、學(xué)習(xí)、規(guī)劃和需要有運(yùn)用推理等智能的問題求解）的能力。形象地說，只告訴計(jì)算機(jī)做什么，而不告訴怎樣做，計(jì)算機(jī)便能完成工作，便說計(jì)算機(jī)有了智能。91智能控制的起源——人工智能計(jì)算機(jī)科學(xué)中設(shè)計(jì)研究、設(shè)計(jì)和應(yīng)用智智能控制——多學(xué)科交叉的產(chǎn)物人工智能自動控制智能控制人工智能自動控制智能控制運(yùn)籌學(xué)系統(tǒng)論計(jì)算機(jī)科學(xué)智能控制其他人類工程學(xué)信息論92智能控制——多學(xué)科交叉的產(chǎn)物人工智能自動控制智能控制人工智能智能控制的主要分支——（1）基于人工智能的專家系統(tǒng)（專家控制器）；（2）基于模糊推理和計(jì)算的模糊控制；（3）基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制；（4）基于信息論、遺傳算法和以上三種方法的集成型智能控制。93智能控制的主要分支——10智能技術(shù)在決策支持系統(tǒng)中的應(yīng)用——智能決策支持系統(tǒng)

94智能技術(shù)在決策支持系統(tǒng)中的應(yīng)用——智能決策支持系統(tǒng)11決策支持系統(tǒng)專家系統(tǒng)（人工智能）智能決策支持系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)（DSS）為決策者提供輔助決策的有用信息（“軍師”、“參謀”）；DSS在MIS的基礎(chǔ)上發(fā)展而來；傳統(tǒng)的DSS：以定量決策為主，采用某些數(shù)據(jù)處理方法，從數(shù)據(jù)庫中找到必要的數(shù)據(jù)，并利用數(shù)學(xué)模型的功能，為用戶產(chǎn)生所需要的信息（用于決策的信息）；專家系統(tǒng)（ES）：以定性決策為主，采用知識搜索方法，從存放有大量專家知識的知識庫中獲得解答問題所需的知識，并經(jīng)過推理為用戶產(chǎn)生所需的信息（如用于決策的信息）。IDSS：DSS與ES的結(jié)合，達(dá)到定性輔助決策與定量輔助決策相結(jié)合，大大改善輔助決策的效果。95決策支持系統(tǒng)專家系統(tǒng)智能決策支持系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)（D鋁電解雖然是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，但在應(yīng)用自動化技術(shù)方面卻能緊跟時(shí)代的步伐，這主要是因?yàn)椋?/p>

——近30年來，自動化技術(shù)在鋁電解工業(yè)的節(jié)能、降耗、增產(chǎn)、環(huán)保、安全等各個(gè)方面發(fā)揮了巨大的作用；

——在鋁電解企業(yè)從“高能耗、大污染、勞動力密集型”的傳統(tǒng)形象向“高效率、無污染、自動化”的現(xiàn)代化企業(yè)形象的跨越過程中起到了重大推動作用。96鋁電解雖然是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，但在應(yīng)用自動化技術(shù)方面卻能緊跟時(shí)代的步先進(jìn)自控理論與技術(shù)在鋁電解企業(yè)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在鋁電解生產(chǎn)系列的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中。97先進(jìn)自控理論與技術(shù)在鋁電解企業(yè)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在鋁電解生產(chǎn)國際上從80年代起研究：自適應(yīng)控制、推理控制、專家系統(tǒng)等先進(jìn)控制（智能控制）技術(shù)在鋁電解過程控制中的應(yīng)用。我校從80年代后期起研究自適應(yīng)控制、模糊控制等多種智能控制技術(shù)在鋁電解過程控制中的應(yīng)用。98國際上從80年代起研究：自適應(yīng)控制、推理控制、專家系統(tǒng)等鋁電解過程的特點(diǎn)——鋁電解生產(chǎn)采用多達(dá)數(shù)百臺電解槽串聯(lián)成一個(gè)生產(chǎn)系列的方式進(jìn)行。在強(qiáng)大的直流電流（100～300kA）的作用下鋁電解槽內(nèi)發(fā)生著復(fù)雜的高溫物理化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)，在該體系內(nèi)形成互有關(guān)聯(lián)的、可變的電場、磁場、溫度場、熔體流動場等物理場。99鋁電解過程的特點(diǎn)——1610017鋁電解過程的特點(diǎn)（續(xù)）——由于鋁電解槽內(nèi)高溫（940～970℃）熔體的強(qiáng)腐蝕性，濃度、極距和溫度等重要的被控參數(shù)目前尚不能在線檢測，能在線檢測的信號只有槽電壓和系列電流；所以能及時(shí)地反映電解槽狀態(tài)變化的主要參數(shù)便只有由這兩個(gè)信號采集值計(jì)算得到的表觀槽電阻（簡稱槽電阻）：101鋁電解過程的特點(diǎn)（續(xù)）——18鋁電解過程的特點(diǎn)（續(xù)）——槽電阻的變化是多種互有關(guān)聯(lián)的因素綜合作用的結(jié)果，因此難以建立起槽電阻與被控參數(shù)間的確定性的數(shù)學(xué)模型?？梢姡摫豢貙ο缶哂心Ｐ偷牟淮_定性。102鋁電解過程的特點(diǎn)（續(xù)）——19鋁電解過程對控制系統(tǒng)的要求：生產(chǎn)實(shí)踐與理論研究表明，要獲得理想的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，關(guān)鍵是：控制好幾個(gè)主要的技術(shù)參數(shù)，使鋁電解槽能處于理想的物料平衡與熱平衡狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行，從而使物理場穩(wěn)定，引起電流效率損失的二次反應(yīng)最大程度地被抑制。為達(dá)到這一目標(biāo)，現(xiàn)代鋁電解工藝對控制系統(tǒng)提出如下要求：103鋁電解過程對控制系統(tǒng)的要求：20鋁電解過程對控制系統(tǒng)的要求（續(xù)）1）控制好鋁電解槽的物料平衡——由于氧化鋁的添加是引起物料平衡變化的主要因素，因此最重要的是控制好氧化鋁的添加速率（即下料速率），使氧化鋁濃度的變化能維持在預(yù)定的一個(gè)很窄的范圍內(nèi)。104鋁電解過程對控制系統(tǒng)的要求（續(xù)）21鋁電解過程對控制系統(tǒng)的要求（續(xù)）：2）控制好鋁電解槽的熱平衡和極距——主要的目的是，以移動陽極作為調(diào)整極距和改變輸入電功率為手段，既維持合適的極距又保持最佳的熱平衡。上限目標(biāo)值下限下降陽極提升陽極105鋁電解過程對控制系統(tǒng)的要求（續(xù)）：上限目標(biāo)值下限下降鋁電解過程對控制系統(tǒng)的要求（續(xù)）：3）槽況的綜合分析與輔助決策——由于存在：不能由計(jì)算機(jī)直接控制的操作工序和工藝參數(shù)，檢測不到的干擾因素和變化因素，控制誤差的積累，導(dǎo)致：鋁電解槽的物料平衡，熱平衡，以及互有關(guān)聯(lián)的物理場會發(fā)生緩慢的變化。這些變化積累到一定的程度后會導(dǎo)致：

電解槽正常的動態(tài)平衡的崩潰，即電解槽成為病槽。因此：計(jì)算機(jī)應(yīng)該具有利用各種可獲取的信息綜合解析電解槽的變化趨勢，并及時(shí)診斷病槽或盡早發(fā)現(xiàn)病槽形成趨勢的能力，以便能及時(shí)地調(diào)整有關(guān)控制參數(shù)或提出人工進(jìn)行維護(hù)性操作的建議。

106鋁電解過程對控制系統(tǒng)的要求（續(xù)）：23

20世紀(jì)80年代點(diǎn)式下料器的成功開發(fā)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了下料方式從“人工下料→定時(shí)（批量）自動下料→準(zhǔn)連續(xù)自動下料”的轉(zhuǎn)變。下料控制（氧化鋁濃度控制）技術(shù)的發(fā)展：中間點(diǎn)式下料器10720世紀(jì)80年代點(diǎn)式下料器的成功開發(fā)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了下料C1234567dd+md-md：設(shè)定極距

R槽電阻氧化鋁濃度利用槽電阻與氧化鋁濃度存在一定的對應(yīng)關(guān)系的原理，人們發(fā)現(xiàn)，通過跟蹤槽電阻的變化，可以判斷和控制氧化鋁濃度。108C1234567dd+md-md：設(shè)定極距R槽電阻氧化鋁點(diǎn)式下料技術(shù)與氧化鋁濃度控制技術(shù)相結(jié)合，使傳統(tǒng)的定時(shí)下料控制技術(shù)轉(zhuǎn)變到準(zhǔn)連續(xù)“按需”下料控制技術(shù)。109點(diǎn)式下料技術(shù)與氧化鋁濃度控制技術(shù)相結(jié)合，使傳統(tǒng)的定時(shí)下料控制法國提出了一種在鋁業(yè)界有重要影響的專利技術(shù)。該技術(shù)采用“欠量下料”與“過量下料”交替進(jìn)行的下料方式，通過跟蹤槽電阻變化曲線來判斷和控制氧化鋁濃度。特點(diǎn)：借鑒了現(xiàn)代控制理論中的系統(tǒng)辨識原理，即通過設(shè)計(jì)能對系統(tǒng)（鋁電解槽）產(chǎn)生激勵作用的輸入信號（下料速率），實(shí)現(xiàn)對模型參數(shù)的辨識，而被辨識的模型參數(shù)能反映系統(tǒng)的狀態(tài)（氧化鋁濃度）。

110法國提出了一種在鋁業(yè)界有重要影響的專利技術(shù)。該技術(shù)采用“欠量也許是受此方法的啟示，挪威提出了用現(xiàn)代控制理論中的一種先進(jìn)控制方法——自適應(yīng)控制來控制氧化鋁濃度的技術(shù)：該技術(shù)按自適應(yīng)控制系統(tǒng)的建模方法建立氧化鋁濃度的估計(jì)模型，使用欠量—過量交替下料方式來對系統(tǒng)（鋁電解槽）產(chǎn)生“激勵”，然后用遞推最小二乘法等參數(shù)估計(jì)方法來估計(jì)能反應(yīng)氧化鋁濃度狀況的模型參數(shù)。111也許是受此方法的啟示，挪威提出了用現(xiàn)代控制理論中的一種先進(jìn)控欠量過量欠量過量欠量槽電阻下料速率簡單的“欠量—過量”交替下料技術(shù)基本原理C1234567

R112欠量過量欠量過量欠量槽電阻下料速率簡單的“欠量—過量”交替下簡單的“欠量—過量”交替下料技術(shù)的缺點(diǎn)：

電解槽始終處于“振蕩”狀態(tài)；電壓調(diào)節(jié)不及時(shí)，且變化范圍太大；出現(xiàn)異常槽況時(shí)，易出現(xiàn)控制失誤。異常槽況易導(dǎo)致控制失誤的原因是，除了氧化鋁濃度外，還有許多其他的因素會引起槽電阻的變化。113簡單的“欠量—過量”交替下料技術(shù)的缺點(diǎn)：30為了克服常規(guī)的“欠量—過量”交替下料控制技術(shù)的缺點(diǎn)，提高氧化鋁濃度控制的精確性和可靠性，我們應(yīng)用現(xiàn)代智能控制技術(shù)開發(fā)了一種專家模糊控制器（算法），該算法根據(jù)對槽況的綜合分析來判斷和控制氧化鋁濃度。

114為了克服常規(guī)的“欠量—過量”交替下料控制技術(shù)的缺點(diǎn)，上位機(jī)監(jiān)控模塊

通信接口

通信接口

自調(diào)整

規(guī)則庫

機(jī)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫

推理機(jī)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)

數(shù)據(jù)處理

信號采集

I,V

鋁電解槽

手動信號

槽況綜合分析與

參數(shù)優(yōu)化／決策

專

家

系統(tǒng)

過程監(jiān)控

模

塊

U

槽控機(jī)模糊專家控制器

鋁電解智能模糊控制系統(tǒng)控制原理槽控機(jī)上位機(jī)115上位機(jī)監(jiān)控模塊通信接口鋁電解槽計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（硬件）的發(fā)展：60～70年代初期：小型機(jī)群控；70年代中期～80年代：“上位機(jī)（小型機(jī)）—槽控機(jī)”兩級集中式控制系統(tǒng)；80年代后期～90年代初期：“上位機(jī)（小型機(jī)）—槽控機(jī)”兩級分布式控制系統(tǒng)；90年代：“上位機(jī)（微機(jī)）—槽控機(jī)”兩級分布式控制系統(tǒng)；90年代末期以來：“管理機(jī)—監(jiān)控機(jī)—槽控機(jī)”網(wǎng)絡(luò)式（全分布式）控制系統(tǒng)。116鋁電解槽計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（硬件）的發(fā)展：331號槽控機(jī)監(jiān)控機(jī)電流信號傳輸線通信線1號電解槽2號槽控機(jī)2號電解槽n號槽控機(jī)n號電解槽鋁電解槽計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算站電解車間整流車間1171號槽控機(jī)監(jiān)控機(jī)電通信線1號電解槽2號槽控機(jī)2號電解1號槽控機(jī)系列電流檢測信號交換機(jī)1#監(jiān)控微機(jī)電流信號傳輸線CANBUS通信網(wǎng)M#監(jiān)控微機(jī)1號電解槽2號槽控機(jī)2號電解槽n號槽控機(jī)n號電解槽服務(wù)器接其他監(jiān)控、管理微機(jī)接車間、分廠工作站以太網(wǎng)（TCP／IP通信）鋁電解智能模糊控制系統(tǒng)硬件配置圖整流車間電解車間計(jì)算站1181號槽控機(jī)系列電流檢測信號交換機(jī)1#監(jiān)控微機(jī)電流基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的槽控機(jī)的發(fā)展：

80年代以來開發(fā)應(yīng)用：插板式槽控機(jī)——STD總線（并行）結(jié)構(gòu)、插板方式；

90年代中期以來開發(fā)應(yīng)用：大板式槽控機(jī)——STD總線（并行）結(jié)構(gòu)、大板方式；

90年代末期以來開發(fā)應(yīng)用：網(wǎng)絡(luò)式槽控機(jī)——CAN總線（串行）結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)方式。注：自焙槽曾使用：PLC槽控機(jī)。119基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的槽控機(jī)的發(fā)展：80年代以來開網(wǎng)絡(luò)式槽控機(jī)設(shè)計(jì)方案——

l

因槽控機(jī)的基本功能可劃分為采樣，解析、操作（動作）、顯示和通信等，所以可相應(yīng)地設(shè)計(jì)若干個(gè)智能化的功能模塊（簡稱智能模塊）。各智能模塊均帶有自己的微處理器，因此均能相對獨(dú)立地運(yùn)行和發(fā)揮自己的功能。

l

各智能模塊通過以雙絞線（或雙芯電纜）為通信介質(zhì)的現(xiàn)場總線互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)模塊間的數(shù)據(jù)交換和多個(gè)微控制器的協(xié)同工作，從而使槽控機(jī)的邏輯單元成為一個(gè)先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)體系。并且，該體系與外設(shè)（上位機(jī)）的接口也采用CAN總線協(xié)議，以滿足構(gòu)造全分布式控制系統(tǒng)的要求。120網(wǎng)絡(luò)式槽控機(jī)設(shè)計(jì)方案——37YFC-99網(wǎng)絡(luò)式槽控機(jī)硬件原理圖121YFC-99網(wǎng)絡(luò)式槽控機(jī)硬件原理圖38

槽控機(jī)控制軟件的功能：（1）信號采集（2）槽況解析（3）下料與電阻智能模糊控制（4）氟化鋁添加控制（5）設(shè)定參數(shù)的自修正功能（6）多模式控制方式的自選擇（7）人工操作工序監(jiān)控（8）數(shù)據(jù)處理與存儲（9）與上位機(jī)的數(shù)據(jù)交換（10）故障報(bào)警與事故保護(hù)122槽控機(jī)控制軟件的功能：39上位機(jī)監(jiān)控軟件功能

為了實(shí)現(xiàn)控制功能和便于生產(chǎn)管理，監(jiān)控軟件應(yīng)具有以下功能：(1)

與槽控機(jī)通信的功能；(2)

實(shí)時(shí)監(jiān)控功能；(3)

報(bào)表處理功能；(4)

槽控機(jī)設(shè)定參數(shù)查看/修改功能；(5)

槽狀態(tài)曲線顯示功能；(6)

面板模擬顯示功能；(7)槽況診斷與維護(hù)決策功能。123上位機(jī)監(jiān)控軟件功能40計(jì)算機(jī)在鋁廠其他控制裝置中的應(yīng)用：

電解車間的物料配送系統(tǒng)；煙氣凈化系統(tǒng)；變電整流所中的安全保護(hù)、自動穩(wěn)流和整體監(jiān)控；陽極焙燒系統(tǒng)；各類信號檢測與計(jì)量系統(tǒng)等；

特點(diǎn)：中、低檔的PLC成為構(gòu)造這些系統(tǒng)的自動化單元的首選控制裝置。124計(jì)算機(jī)在鋁廠其他控制裝置中的應(yīng)用：電解車間的物料配送系統(tǒng)鋁電解企業(yè)的綜合自動化建設(shè)125鋁電解企業(yè)的綜合自動化建設(shè)42綜合自動化建設(shè)的基本原則：鋁電解企業(yè)為了實(shí)現(xiàn)綜合自動化建設(shè)的目標(biāo)，應(yīng)該遵循下列基本原則：

在構(gòu)造或選購信號采集與過程控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)選擇新型的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、開發(fā)式的儀器儀表與自動化裝置，特別是盡可能選用具有開放式軟硬件平臺，支持軟硬件組態(tài)和用戶“二次開發(fā)”的智能集成型自動化系統(tǒng)。126綜合自動化建設(shè)的基本原則：43按過程控制與信息管理一體化網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)原則進(jìn)行全廠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的整體規(guī)劃與建設(shè)，解決原來的自動化“孤島”問題并避免產(chǎn)生新的自動化“孤島”。127按過程控制與信息管理一體化網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)原則進(jìn)行全廠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的注重信息資源管理系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，提高各類信息收集、處理、共享及應(yīng)用水平，并在此基礎(chǔ)上建立實(shí)用的企業(yè)信息及決策系統(tǒng)，提高企業(yè)決策和管理現(xiàn)代化水平。128注重信息資源管理系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，提高各類信息收集、處理、共對于大型鋁電解企業(yè)，應(yīng)按照CIMS（流程工業(yè)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)）的思想并結(jié)合鋁電解工業(yè)自身的特點(diǎn)，進(jìn)行基于PCS／MES／ERP三級結(jié)構(gòu)的CIMS建設(shè):PCS——

以產(chǎn)品質(zhì)量和工藝要求為指標(biāo)的先進(jìn)控制技術(shù);MES——

以經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為目標(biāo)的生產(chǎn)過程優(yōu)化運(yùn)行、優(yōu)化控制與優(yōu)化管理技術(shù);ERP——

以財(cái)務(wù)分析決策為核心的整體資源優(yōu)化技術(shù)。129對于大型鋁電解企業(yè)，應(yīng)按照CIMS（流程工業(yè)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)將CIMS的控制、優(yōu)化與決策功能與辦公自動化、電子商務(wù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能集成于一體，構(gòu)成企業(yè)的綜合自動化網(wǎng)絡(luò)體系。130將CIMS的控制、優(yōu)化與決策功能與辦公自動化、電子商務(wù)、遠(yuǎn)程YFC-ERP：基于ERP思想的大型預(yù)焙鋁電解廠管控一體化整體解決方案長沙業(yè)翔科技發(fā)展有限公司2004年5月20日131YFC-ERP：基于ERP思想的大型預(yù)焙鋁電解廠管控一體化整系統(tǒng)概述以鋁電解生產(chǎn)為核心，將生產(chǎn)的各個(gè)要素有機(jī)地整合在一起，從全局的高度來準(zhǔn)確把握電解鋁廠信息化建設(shè)的宗旨，提高系統(tǒng)實(shí)施的可行性和實(shí)用性，形成一套鋁冶煉企業(yè)信息化建設(shè)完整的解決方案。132系統(tǒng)概述以鋁電解生產(chǎn)為核心，將生產(chǎn)的各個(gè)要素有機(jī)地整軟件架構(gòu)YFC-ERP整體解決方案模塊劃分圖133軟件架構(gòu)YFC-ERP整體解決方案模塊劃分圖50總體思想：模塊化分層構(gòu)架，進(jìn)行動態(tài)組裝；第一層：車間控制級，在各電解車間內(nèi)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控；第二層：電解分廠管理級，以調(diào)度系統(tǒng)為核心，實(shí)現(xiàn)電解分廠內(nèi)的生產(chǎn)過程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)進(jìn)行槽況診斷、對各種生產(chǎn)資料和庫存產(chǎn)品進(jìn)行信息化管理；第三層：基于ERP思想的全廠管理控制一體化系統(tǒng)，整合電解、碳素、動力等電解鋁廠各生產(chǎn)部門的資源，無縫集成企業(yè)內(nèi)部與外部的工作流程，實(shí)現(xiàn)企業(yè)各部門的協(xié)同工作。134總體思想：模塊化分層構(gòu)架，進(jìn)行動態(tài)組裝；第一層：車間控制級，軟件運(yùn)行環(huán)境服務(wù)器操作系統(tǒng)：MicrosoftWindows2000Server中文標(biāo)準(zhǔn)版?？蛻舳瞬僮飨到y(tǒng)：MicrosoftWindows9x中文版。后臺數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)倉庫：Oracle8i或MSSQLServer2000中文企業(yè)版。135軟件運(yùn)行環(huán)境服務(wù)器操作系統(tǒng)：MicrosoftWindow安全可靠的大容量數(shù)據(jù)庫功能強(qiáng)大的一體化系統(tǒng)實(shí)用高效的生產(chǎn)管理功能及時(shí)便利的網(wǎng)絡(luò)化管理友好清晰的導(dǎo)航界面良好的客戶關(guān)系管理快捷方便的報(bào)表查詢智能分布式控制系統(tǒng)特點(diǎn)136安全可靠的大容量數(shù)據(jù)庫功能強(qiáng)大的一體化系統(tǒng)實(shí)用高效的生產(chǎn)管理主要模塊功能介紹1）過程監(jiān)控系統(tǒng)是整體解決方案的核心部分，也是目前通用管理系統(tǒng)的一個(gè)空白領(lǐng)域；它與鋁電解生產(chǎn)的控制過程和工藝過程緊密相關(guān)，具有很強(qiáng)的領(lǐng)域?qū)I(yè)性。137主要模塊功能介紹1）過程監(jiān)控系統(tǒng)是整體解決方案的核心控制原理138控制原理55接口機(jī)子系統(tǒng)強(qiáng)大