中国铝电解槽计算机控制技术发展的回顾与展望

1、.：.；中国铝电解槽计算机控制技术开展的回想与展望*杨振海孙淑萍邱竹贤摘要全面表达了我国铝电解槽控制技术的开展过程和现状，指出目前常用控制技术的优缺陷及能够的改良，并较详细地引见了自顺应控制和分布式系统的原理及其在铝电解上的运用，指出中国铝电解控制技术将开展成为以氧化铝浓度自顺应控制为根底的智能模糊控制系统。关键词自顺应控制，分布式系统，氧化铝浓度。分类号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常规铝电解控制技术的开展历程我国计算机控制技术在电解铝上的运用开场于70年代初，在短短的二三十年内，这方面的控制技术不断在不断更新和提高，如今已在许多方面与国际上的先进程度获得了同步开展。1972年冶金工业部组织有关单位赴罗马尼亚调查后，组织有关单位迅速开展铝电解消费过程自动控制的研讨和实验。1974年沈阳铝镁设计研讨

6、院与抚顺铝厂协作, 研制成“多台槽巡回检测和阳极自动调整安装1，并在抚顺铝厂101车间部分槽上运转。同年两单位又研制成第1台64?kA中间打壳下料的预焙槽模拟式控制安装。1975年10月，东北工学院研制成1台工业控制用计算机LSK-74系统，在抚顺铝厂对?kA预焙阳极电解槽进展自动调整极距和预告效应的初步实验，获得了较好的效果。80年代初贵州铝厂全套引进日本轻金属株式会社160?kA预焙槽控制系统，它是二级集中式控制系统，第一级上位主机采用PDP-11/84小型机，主要完成系列208台电解槽的数据采集、过程解析、操作命令发布以及信息管理等项控制义务；第二级槽控箱只按上位主机发布的操作命令完成相

7、应的动作时序2。主机每隔2?min一致对采集的全系统一切槽的槽电压和系列电流进展解析，将其计算成平滑电阻，并与相应槽设定电阻比较；此外，主机每隔2?min对系列一切槽的加料进展一次解析，经过槽控机驱动槽下料安装下料，完成按等间隔时间定期定量打壳加料(NB)过程。可以看出，该控制技术与如今相比是简单和粗糙的，难以满足铝电解控制的要求，需求进一步的改良和提高。在此之后，沈阳铝镁设计研讨院开发研讨了青海铝厂铝电解槽计算机控制系统，根本上是“日轻技术的翻版和自建，除中央控制机及其附属安装采用引进设备外，槽控机、外部接口箱等均采用国产设备。 该系统于1987年投产时开场在线控制运转，根本平安可靠，各主要

8、控制和管理性能到达了设计要求，这阐明我国已有了独立开发和制造铝电解控制系统的才干。最初的贵铝一期、青铝一期、包铝二期都采用这种电解铝计算机控制系统(已改造)，二级集中式控制，在主机和槽控机之间采用并行总线相连。 这虽使铝电解消费目的有了一定提高，但系统造价高、可靠性差、短少灵敏性、难以满足复杂实时控制的要求，需求有更先进的技术来取代。2分布式控制系统的开发运用随着现代电解铝工艺和计算机控制技术的高速开展，国外已由多极分布式控制系统替代了70年代采用的一级或二级为主的集中控制及区域控制构造。顺应这一开展，沈阳铝镁设计研讨院研讨开发了基于BITBUS总线技术的铝电解槽分布式控制系统3，在1990年

9、和1991年与抚顺铝厂、青海铝厂进展了协作研讨和现场运转，并在青铝二期工程中推行运用。该系统的设计为大型预焙槽计算机控制创出了一条新路。控制系统框图如下。图1BITBUS分布式控制系统框图3自顺应控制的研讨开发及原理1991年，贵州铝厂和贵阳铝镁设计研讨院结合完成了大型预焙槽滞环自顺应控制系统的开发，在贵铝二期5台槽上进展了实验，并开发出新型风动点式下料安装。高效能电解槽的特点是能长期处于非常稳定的形状下消费，详细讲这种电解槽的能量收支和物料收支是平衡的，槽况是可以自我调理的，依托的手段是计算机控制，这种电解槽的电解温度、氧化铝浓度、电解质结壳外形等技术条件根本是一个常数。所谓自顺应控制，就是

10、使电解槽在能量和物料平衡的形状下任务，槽子处于根本稳定形状。 滞环非线性自顺应律如图2。图2滞环非线性自顺应律在这个滞环里分3个区域：1区为欠量加料区，范围是ABGHOA；2区是正常加料区，范围是BCFGHAN；3区是过量加料区，范围是CDEFGBC。欠量区和过量区包含了正常区。根据槽电阻斜率的变化，进展欠量、正常和过量3个形状的切换控制，使系统渐近稳定于滞环区域内任务。自顺应控制的根本思想是根据Al2O3浓度与槽电阻对应关系，利用槽电阻“辨识Al2O3浓度，然后控制Al2O3加料速率。贵州铝厂在二电解150槽上进展了多次特定条件下的槽电阻与Al2O3浓度测定，将采集系统得到的并经过平滑处置的

11、槽电阻与化验分析得出的Al2O3浓度作成曲线如图3所示。图3槽电阻与Al2O3浓度关系曲线同期，抚顺铝厂和沈阳铝镁设计研讨院也进展了这方面的研讨，并得出类似的Al2O3浓度与槽电阻关系曲线。 经过槽电阻变化间接“丈量Al2O3浓度，并据此改动加料速度(即正常加料、欠量加料、过量加料3个周期)到达Al2O3浓度控制的目的。4智能模糊控制和专家系统的开展自1992年起，沈阳铝镁设计研讨院和抚顺铝厂共同承当了有色总公司“八五攻关工程“智能型铝电解槽工业实验，于1994年经过了技术鉴定，在抚铝?kA铝电解槽上推行运用。该实验采用了以PCBUS(管理级)BITBUS(通讯网络)STDBUS(控制级)构成

12、的分布式计算机控制系统，并运用先进的Bitbus工业控制网络、高速V/F转换系统、信号的无融点检测电路等新技术开发了槽控机，具有较完善的阳极升降维护、过欠压维护及硬件自诊断系统，并开发了与工艺技术相顺应的数学模型和运用软件，使智能化技术在我国铝电解消费上初次得到了运用。19951997年间，青海铝厂与中南工业大学共同承当了“智能模糊控制技术在160?kA预焙铝电解槽上的开发运用，并于1997年8月经过总公司鉴定。该系统采用“模糊控制槽控机(DCC级)工控微机(SCC级)的二级分布式控制方式。控制软件主要由DCC级的“实时控制(专家模糊控制器)，SCC级的“电解质温度与槽膛内形在线仿真，“槽况诊

13、断，以及“组织与监视等4个子系统构成。系统综合运用了智能控制的三大块，即模糊控制、神经网络和专家系统，并进展了工艺技术条件优化和相关设备改造。新系统投入运转后，在技术目的和经济效益两个方面均获得较好的效果。同期，贵州铝厂、贵阳铝镁设计研讨院与北方工业大学协作开展了智能模糊控制技术在180?kA预焙铝电解槽上的开发运用，其内容与上文所述青海铝厂的技术根本类似，这里就不再反复。5总结以上是我国铝电解工艺自动控制开展的根本动态，可以归纳为以下几个阶段：(1) 运用计算机进展简单的动作控制，不对电解槽形状进展分析、检查、判别和处置，过程控制大多采用简单的定值控制；(2) 自顺应控制阶段，即根据电解槽所

14、处的形状，分析、判别槽子需求氧化铝或调整的情况，作出相应的处置。这种控制为闭环最优控制系统;(3) 开发专家系统并实施阶段，这个阶段如今正着手进展，主要义务是构成控制铝电解消费的专家系统。专家系统对电解槽的控制是根据电解槽的形状数据进展分析，判别槽子形状的优劣，并对槽子作出相应处置。6现阶段技术存在的问题及改良总体来说，我国铝电解控制技术在很多方面都已接近了国际程度，在控制算法、槽况诊断、动态仿真等方面有其独到之处。但铝电解厂的消费目的与国际先进程度相比仍有一定差距，这是有多方面缘由的。从消费原料来看，首先是氧化铝来源不稳定，经常是同时运用国内几家工厂的氧化铝，或既用国内的，也运用国外的，而对物料特性要求不严厉，从而给自顺应控制带来一定困难；其次，阳极炭块的质量需求得到保证，这是许多工厂面临的问题。从硬件设备来看，槽控机的功能和稳定性还需提高，下料安装、升降安装等机械电气设备的性能还需加强，并要有及时可靠的维修保证。电流的稳定既需求良好的整流安装，也需求电厂等其它单位的配合。此外，还需求才干好素质高的现场操作人员及严厉的管理制度。置信在不久的未来，中国的铝电解控制技术会得到更好的开展，到达或领先于世界先进程度，消费技术目的也能到达世界先进铝厂的程度*杨振海，男，