槽控机控制技术在铝电解生产中的应用

摘要：随着电解铝行业产业技术革新和发展，某铝厂在原有老厂区200kA、350kA铝电解生产系列的基础上，按照政府产业规划，新扩建400kA电解铝生产系列，大电流强磁场环境对生产工艺技术条件的控制要求也提到了新的高度，本文主要从生产实践的角度出发，简要介绍新型槽控机控制技术在其400kA电解系列生产中的应用，以及该厂对槽控机的维护维修管理模式。

关键词：控制系统 电解槽 维护

铝电解是一个电解槽数量多、高能耗、高粉尘、强磁场、环境恶劣、劳动强度大的生产过程，计算机自动控制技术在铝电解生产过程中的应用就是为了降低能耗，提高劳动生产率，减少工人劳动强度，改善工厂生产环境，改进生产管理，促进企业快速发展，创造更好的经济效益和社会效益。近年由于大中型预焙新型槽结构的采用，电解槽电流容量的增大，改变了槽内熔体的磁流体动力学特征，以及点式下料技术、氧化铝浓相输送技术和氟化盐自动加料技术的应用及机械化、自动化作业等对生产工艺操作和管理都提出了新的要求，这就要求开发新的控制系统和设备与之相适应。

随着我国电解铝工艺技术不断改进，电流强度近年连续提升，目前400kA电解槽基本普及，500kA电解槽也已试运行，使得电解厂房内的磁场环境更趋复杂化。然而企业还是按原有设计思路和采样方式使用槽控机，加之新建铝厂急于投产，导致槽控机故障增加。目前国内槽控机基本由动力箱和控制箱（逻辑箱）组成，其中动力箱主要完成槽控机的输入/输出、供电、检测和硬件保护功能，动力箱虽然结构简单，使用常见电气元件，但处于电解厂房高粉尘、强电流和高磁场环境下，槽控机80%以上故障都出现在动力箱，而且故障原因往往比较隐蔽，如某些电气元件在现场不能使用，但实验室测试一切正常。下面就某铝厂400kA电解系列槽控机控制技术在铝电解生产中的应用做一介绍。

1 控制系统整体结构

本厂铝电解槽控制系统采用的是多级分布结构，上位机监控系统以数据为中心，车间一级的控制系统采用总线互联，在原350kA电解系列控制系统基础上增加了基于无线通信的移动式信息监控系统，方便现场人员调用生产管理信息。

采用CAN总线协议，槽控机内部结构多CPU智能分布式网络结构形式使得槽控机的电路板的数量较之前“大板结构”槽控机的电路板数量下降，缩减了各电路板之间用于数据交换的连接线。

2 槽控机技术介绍

槽控机有主模块、采样模块、操作模块、液晶板、触摸开关板、采集板（动力部分内）6块电路板构成。其中主模块、采样模块、操作模块、液晶板都包含有由看门狗、微处理器、可编程芯片以及CAN总线通信器件构成的电路；采样模块和操作模块采用内部CAN总线与主模块相连，液晶板采用高速串行总线与主模块相连，构成内部控制网络，这四个智能模块的作用是：采样模块：槽控机的“感官”，完成槽电压和系列电流的采样，并进行槽电阻计算，信号滤波等预处理。主模块：是槽控机的“大脑”，智能多环协同控制的核心软件安装在主模块中；除此之外，主模块还具有接收开关板的输入信号、实现与外部设备（上位机）的数据交换等功能。操作模块：是槽控机的“手足”，完成所有对动力单元的输入/输出操作，如阳极升降、打壳、下料等动作信号的输出以及执行情况的检测输入。液晶显示模块：是槽控机信息输出的人机交互接口，能以图形及虚拟面板的方式显示槽控机的各种控制信息。多个微控制器并行运行、协同工作的方式一方面可使基于嵌入式技术的控制器性能大大提高；另一方面可有效地解决控制器结构简洁与功能分布之间的矛盾，既克服基于并行总线的插板式控制器接插点过多的缺点，还克服大板式控制器故障风险过于集中的缺点，使控制器特别适合于在高温、高粉尘和强腐蚀性的环境中工作；此外，智能化模块之间的互检能力使控制器的自诊断功能大大提高；模块化、网络式的结构为未来软件升级与硬件扩展创造了条件。

3 在400kA电解系列应用中的改进

在某铝厂350kA操控系统基础上，该槽控机增加了如下功能，更加安全且便于现场巡槽人员对槽历史状态的监测。

①在显示面板上有二组大字符数码显示管，分别用于显示系列电流、槽电压。

②除显示面板上有12个常用功能显示的发光二极管外，7寸彩色高分辨图形液晶提供了更加人性化的槽控机信息输出接口，能以图形及虚拟面板的方式显示槽控机的各种控制信息。

③一套无触点触摸开关，接收现场操作人员的人工输入命令。槽控机具有联机、自动、手动和纯手动四种操作方式。

④大字符LED槽电压表，提供独立于槽控机采样通道的槽电压显示，便于现场操作工通过比较两路电压显示值之间的差异，发现电压采样偏差过大的情形。

⑤机箱设计方便维修和安装，箱体与柜门制作规则、平整、不得有机械变形，柜门、密封门锁、门把手安装牢固，柜门开、关灵活，箱体防护等级IP54。槽控机底板与箱体绝缘电阻在环境温度20±5℃和相对湿度为90%的情况下，绝缘电阻>30MΩ以满足VDE绝缘标准。

4 槽控机维护介绍

目前，某铝厂400kA电解系列有288台电解槽，控制系统的车间控制级采用“一对一”分散控制，每台电解槽配置1台智能槽控机。管理电算站点配备正副主任两名，分别对口负责软、硬件维护管理工作。技术人员3人，负责固定对槽控机通讯线路、通讯箱、语音广播、指令电话、地沟电缆、防雷等巡检，定期存储数据、维护上位机病毒查杀等工作。日常维护人员分四个小组，按照一人作业一人监护要求，现场作业最少需要俩人配合，上位机实时监控另需一人，故每个检修维护小组配备三人，小组成员要求大专以上学历。根据电解生产现场实际环境和槽控机运行情况，槽控机维护人员在处理当班期间突发性故障的同时，需日点检效应灯、槽控机按钮、绝缘套管、槽控机箱体、联机通讯灯、槽压表、液晶屏、数码显示、操作板、工艺状态显示灯、VF显示灯、照明检查、箱体内逻辑部分插头等，周检槽控机箱体对地绝缘、槽电压、回转计（机械计数器）读数并完成校对工作，紧固松动和箱体吹灰。上位机监控人员完成工控机和服务器的日常点检，保证服务器操作系统和数据库文件无缺失数据传输正常，信号分配器数据正常显示。

因400kA电解系列控制系统集成度较350kA电解系列大大提高，在人员维护方面，克服了之前使用较多电路板，连线复杂易产生故障且故障排查困难的特点，大大降低了日常检修维护工作量。

5 小结

通过某厂的生产实践，该控制系统基本上达到了预期的设计目标，控制技术及响应反馈及时，但现场作业复杂，很多问题还需要经验丰富的区长进行人为调控，确保电解槽稳定。随着工业化生产进程，智能模糊控制技术在不断的发展，新的工艺技术条件下，不同目标如：低电耗、高电效、低排放、高稳定等矛盾与冲突更加突出，结合我国现行低电压电解思路，对电解操作提出更高要求。建议槽控机控制技术应根据现场实际情况，结合各种外界因素，增加专家库中各大铝厂生产过程中的真实数据和相应处理措施，使其决策方向更为广泛和实用。总之，今后的槽控技术发展，个人想法会逐渐趋于“傻瓜式”相机模式，为更多企业接受，同时拥有超强的抗干扰能力。

参考文献：

[1]刘业翔，李等编著.现代铝电解[M].北京：冶金工业出版社.

[2]齐占庆编著.电气控制技术[M].北京：机械工业出版社.

[3]李建国编著.电工常用电气线路[M].北京：化学工业出版社.

作者简介：陈燕（1982-），女，宁夏中卫人，助理工程师，工学学士，从事铝电解槽控机维护管理工作。