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    300kA鋁冶煉生產(chǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)原理及應(yīng)用

    2013-05-10 02:30:54趙志平丁曉亮余云菊
    科學(xué)時(shí)代·上半月 2013年3期
    關(guān)鍵詞:電阻值電解槽陽(yáng)極

    趙志平 丁曉亮 余云菊

    【摘 要】300kA鋁冶煉生產(chǎn)線采用了國(guó)內(nèi)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù),本文通過(guò)計(jì)算機(jī)在鋁冶煉生產(chǎn)中的槽電阻(RC)控制,出鋁(TAP)控制,換極(AC)控制,電壓擺(SHK)控制,效應(yīng)(AE)控制,抬母線(ABR)控制,詳細(xì)闡明鋁冶煉生產(chǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的原理及其在300kA鋁冶煉生產(chǎn)中的應(yīng)用。

    【關(guān)鍵詞】槽電阻(RC)控制;出鋁(TAP)控制;換極(AC)控制;電壓擺(SHK)控制;效應(yīng)(AE)控制;抬母線(ABR)控制

    一、引言

    隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,鋁冶煉生產(chǎn)與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的結(jié)合越來(lái)越緊密, 鋁冶煉生產(chǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)能及時(shí)、準(zhǔn)確、科學(xué)、連續(xù)一致地對(duì)鋁冶煉生產(chǎn)進(jìn)行控制,為管理決策提供詳實(shí)可靠的數(shù)據(jù),提高了鋁冶煉生產(chǎn)自動(dòng)化程度,大大減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度,是鋁冶煉生產(chǎn)的核心技術(shù),也是現(xiàn)代鋁冶煉技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。300kA鋁冶煉生產(chǎn)線,引進(jìn)國(guó)內(nèi)先進(jìn)的鋁冶煉生產(chǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù),使鋁冶煉生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)化、科學(xué)化,在生產(chǎn)及管理中發(fā)揮著重要的作用。

    二、300kA鋁冶煉計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

    300kA鋁冶煉計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用的是集散控制結(jié)構(gòu),即集中管理,分散控制。集散控制結(jié)構(gòu)的鋁冶煉計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不僅能完成對(duì)鋁冶煉生產(chǎn)實(shí)時(shí)控制,又能對(duì)整個(gè)生產(chǎn)實(shí)行科學(xué)有效的管理,實(shí)現(xiàn)信息和操作管理的集中化,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    300kA鋁冶煉計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將控制部分(下位機(jī))和管理部分(上位機(jī))分開(kāi),具有控制實(shí)時(shí)性好、擴(kuò)展方便、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn),其主要功能有:下位機(jī)對(duì)系列電壓、系列電流和單槽電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電解槽的工作狀態(tài),對(duì)鋁冶煉過(guò)程中的故障進(jìn)行檢測(cè);針對(duì)鋁冶煉電解槽的不同工作狀態(tài),采用不同的計(jì)算機(jī)控制策略,使電解槽工作在最佳狀態(tài);上位機(jī)對(duì)系列數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和解析,實(shí)現(xiàn)單槽和系列參數(shù)的修改,進(jìn)行異常情況和故障的語(yǔ)音報(bào)警,生成生產(chǎn)報(bào)表并打印,實(shí)現(xiàn)電解槽歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)記錄的保存和顯示。

    三、300kA鋁冶煉生產(chǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)簡(jiǎn)介

    鋁冶煉生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜多變,影響生產(chǎn)的因素極多,300kA大型預(yù)焙槽鋁冶煉生產(chǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)針對(duì)不同的生產(chǎn)過(guò)程制定了相應(yīng)的控制策略:

    1.槽電阻控制(RC)

    1.1槽電阻控制(RC)的定義及目的

    槽電阻控制(RC)是指將當(dāng)前槽電阻與目標(biāo)槽電阻比較,根據(jù)其正負(fù)及變化率進(jìn)行陽(yáng)極升/降控制,槽電阻控制(RC)的目的是①通過(guò)槽電阻調(diào)節(jié)維持正常的極距;②維持理想的熱平衡。

    1.2槽電阻計(jì)算機(jī)控制策略

    槽電阻R=(V-E)/I ,其中V表示槽電壓,E表示槽反電動(dòng)勢(shì),I表示系列電流。計(jì)算機(jī)將槽電阻劃分為四個(gè)區(qū)域,針對(duì)不同區(qū)域?qū)嵭胁煌目刂撇呗?。槽電阻分區(qū)控制圖如下:

    槽電阻計(jì)算機(jī)控制(RC)策略如下:

    ①窄死區(qū)為不調(diào)整區(qū)。此期間不進(jìn)行調(diào)極。

    ②寬死區(qū)為微調(diào)區(qū)。此期間計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)際槽況進(jìn)行輕微調(diào)整,以使槽電阻回到窄死區(qū)。

    ③調(diào)整區(qū)。計(jì)算機(jī)先作粗調(diào),粗調(diào)時(shí)動(dòng)極時(shí)限最大3秒(可調(diào)),保持穩(wěn)定一段時(shí)間后再作微調(diào),以使槽電阻平穩(wěn)的回到窄死區(qū)。

    ④異常區(qū)為報(bào)警區(qū)。槽電阻在此期間計(jì)算機(jī)停止動(dòng)極,發(fā)出報(bào)警,通知現(xiàn)場(chǎng)操作人員處理。

    2.陽(yáng)極更換(AC)控制

    在鋁冶煉生產(chǎn)中,陽(yáng)極更換(AC)指令由人工從操作盤發(fā)出,當(dāng)計(jì)算機(jī)檢測(cè)到陽(yáng)極更換(AC)信號(hào),便旁路RC,禁止陽(yáng)極動(dòng)作,進(jìn)行定時(shí)加工,一旦檢測(cè)到“殘極取出”則停止下料,直到AC結(jié)束。因?yàn)锳C過(guò)程中會(huì)造成大量的熱量損失,并會(huì)有大量的物料落入電解槽中,為了補(bǔ)償電解槽的熱收入和保持物料平衡,在AC結(jié)束后,計(jì)算機(jī)根據(jù)AC額外電壓及AC后額外電阻作用時(shí)間進(jìn)行AC后的附加控制,此過(guò)程下料間隔時(shí)間放大140%。

    3. 出鋁(TAP)控制

    電解槽進(jìn)行出鋁(TAP)作業(yè)時(shí),操作人員從操作盤發(fā)出出鋁(TAP)指令,計(jì)算機(jī)首先檢測(cè)是否滿足出鋁開(kāi)始條件:①當(dāng)前電阻值與目標(biāo)電阻值之差>判斷出鋁已開(kāi)始的電阻值②設(shè)出鋁過(guò)程最新4次5s槽電阻值為:JR4,JR3,JR2,JR1,JRB,當(dāng):JR4-JR3>出鋁開(kāi)始判定用電壓差值1時(shí),若JR4-JR2>出鋁開(kāi)始判定用電壓差值2或(JR4+JR3)/2- JRB >出鋁開(kāi)始判定用電壓差值3。計(jì)算機(jī)判定滿足出鋁條件時(shí),進(jìn)入出鋁控制程序,其控制策略為:①當(dāng)前槽電阻與目標(biāo)電阻值之差>出鋁粗降極判定用電阻差值時(shí),按TAP粗調(diào)陽(yáng)極下降時(shí)間進(jìn)行粗降陽(yáng)極。②當(dāng)前槽電阻與目標(biāo)電阻值之差>出鋁微降極判定用電阻差值時(shí),按TAP微調(diào)陽(yáng)極下降時(shí)間進(jìn)行微降陽(yáng)極。③當(dāng)前槽電阻與目標(biāo)電阻值之差<出鋁微升極判定用電阻差值時(shí),按TAP微調(diào)陽(yáng)極上升時(shí)間進(jìn)行微升陽(yáng)極。

    當(dāng)出鋁下降總時(shí)間>TAP陽(yáng)極下降總時(shí)間限定并出鋁微調(diào)控制次數(shù)>出鋁控制完成條件判別次數(shù)時(shí),出鋁控制正常結(jié)束,進(jìn)入出鋁后附加控制。

    4. 電壓波動(dòng)(SHK)控制

    電解槽內(nèi)的鋁液層受到內(nèi)外力的干擾,會(huì)產(chǎn)生變形和波動(dòng),使各塊陽(yáng)極底部的極距發(fā)生變化,此時(shí)電壓表現(xiàn)為周期性的波動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)電壓波動(dòng)的幅值超過(guò)電壓波動(dòng)判定用電壓值時(shí),計(jì)算機(jī)判定發(fā)生電壓波動(dòng),進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警,將目標(biāo)電阻控制區(qū)由窄死區(qū)轉(zhuǎn)到寬死區(qū), 并根據(jù)擺動(dòng)的強(qiáng)弱分為三級(jí)進(jìn)行微升陽(yáng)極控制;若升極控制不能抑止電壓波動(dòng),則每隔5分鐘進(jìn)行一次報(bào)警,直到人工處理正常。電壓波動(dòng)發(fā)生后,目標(biāo)控制電阻(SNRN)=設(shè)定電阻值+電壓擺后額外電阻值,適當(dāng)?shù)奶岣咴O(shè)定電壓,有利于增加電解槽的熱收入,維持電解槽的穩(wěn)定性。

    5. 效應(yīng)(AE)控制

    陽(yáng)極效應(yīng)是鋁冶煉過(guò)程中發(fā)生在陽(yáng)極上的特殊現(xiàn)象,可分為計(jì)劃效應(yīng),突發(fā)效應(yīng)和閃爍效應(yīng)。計(jì)算機(jī)每5s進(jìn)行一次效應(yīng)檢測(cè),若發(fā)現(xiàn)R5S>AE電壓判定值,則確定有效應(yīng)電阻,如果最新4個(gè)5s電阻中有3個(gè)以上效應(yīng)電阻,則判定發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)。當(dāng)陽(yáng)極效應(yīng)發(fā)生時(shí),計(jì)算機(jī)進(jìn)行一次效應(yīng)加工(按效應(yīng)加工中的下料次數(shù),五點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行加工),同時(shí)發(fā)出效應(yīng)報(bào)警,當(dāng)確定真實(shí)效應(yīng)發(fā)生后,每隔2分鐘進(jìn)行一次效應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)報(bào)警,直至效應(yīng)熄滅。

    6. 抬母線(ABR)控制

    在鋁冶煉生產(chǎn)中,隨著陽(yáng)極的消耗,陽(yáng)極母線的位置會(huì)不斷下移,當(dāng)母線行程接近下限時(shí),就必須進(jìn)行抬母線作業(yè)。當(dāng)人工從操作盤發(fā)出抬母線作業(yè)指令,計(jì)算機(jī)首先進(jìn)行一次效應(yīng)加工,然后按80%的基礎(chǔ)加工間隔進(jìn)行下料加工控制,直到抬母線作業(yè)(ABR)完成,若抬母線操作時(shí)間>抬母線作業(yè)(ABR)最大時(shí)限,計(jì)算機(jī)每隔5分鐘進(jìn)行抬母線時(shí)間過(guò)長(zhǎng)語(yǔ)音報(bào)警,直到人工清除為止。

    四、結(jié)語(yǔ)

    生實(shí)產(chǎn)踐表明,300kA鋁冶煉生產(chǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)能夠?qū)︿X冶煉生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的控制,是鋁冶煉生產(chǎn)的核心技術(shù),在提高電流效率、降低能耗、延長(zhǎng)電解槽槽壽命、優(yōu)化鋁冶煉生產(chǎn)工藝等方面起到了決定性作用,為300kA鋁冶煉生產(chǎn)線高效、平穩(wěn)運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

    作者簡(jiǎn)介:

    趙志平,男,1978年7月生,云南香格里拉人,鋁冶煉工程師,云鋁股份電解二廠計(jì)算站。

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