槽控機(jī)控制技術(shù)在鋁電解生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

馬永田

（中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司連城分公司，甘肅 永登 730335）

鋁電解是一個(gè)多樣性的生產(chǎn)過(guò)程，常會(huì)面臨強(qiáng)磁場(chǎng)、環(huán)境惡劣、電解槽數(shù)目多、高粉塵、高能耗、勞動(dòng)強(qiáng)度較大等困難。運(yùn)用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)，能夠促進(jìn)工廠雙向效益的提升，即有效減少能源耗費(fèi)和降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度、提升工廠生產(chǎn)率，促進(jìn)企業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展和生產(chǎn)過(guò)程中的管理等。近年來(lái)，大中型預(yù)焙創(chuàng)新槽構(gòu)架的運(yùn)用能夠拓展電解槽的電流容量，變更槽內(nèi)的熔體的磁流體動(dòng)力學(xué)性征。另外，氧化鋁濃相輸送、點(diǎn)式下料、氟化鹽自動(dòng)加料相應(yīng)技術(shù)的運(yùn)用，以及自動(dòng)化管理、機(jī)械化生產(chǎn)等方式的施行，使得相關(guān)創(chuàng)新型的控制體系、設(shè)備等方面的革新具備堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

伴隨我國(guó)電解鋁技藝的不斷革新，電流強(qiáng)度逐年增加，在400KA電解槽普遍化發(fā)展的同時(shí)，500KA電解槽也逐漸被運(yùn)用，使得電解廠房中特定的磁場(chǎng)環(huán)境日益繁復(fù)化。當(dāng)前國(guó)內(nèi)的槽控機(jī)有基礎(chǔ)性的兩種類別，即控制箱和動(dòng)力箱。其中，后者的構(gòu)架較簡(jiǎn)單、內(nèi)構(gòu)中運(yùn)用的電氣元件也較普遍，其對(duì)槽控機(jī)有供電、輸出和輸入、相關(guān)硬件保護(hù)以及檢測(cè)的效用。但是，槽控機(jī)的大多數(shù)故障問(wèn)題都發(fā)生在該動(dòng)力箱。其中，一系列問(wèn)題故障常根源難究，更多處于“盲區(qū)”狀態(tài)，譬如，某部分要件在運(yùn)作現(xiàn)場(chǎng)呈無(wú)法正常應(yīng)用的狀態(tài)，但在實(shí)際測(cè)驗(yàn)過(guò)程中，卻表現(xiàn)出良好的現(xiàn)象。

1 關(guān)于控制系統(tǒng)整體構(gòu)架

該特定鋁廠中，鋁電解槽控制體系運(yùn)用多級(jí)分布的內(nèi)構(gòu)，即上位機(jī)監(jiān)控體系，以信息化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)依據(jù)。另外，為了使廠內(nèi)操作人員便利的運(yùn)用技術(shù)、生產(chǎn)和管理過(guò)程中各類信息數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)的車間一級(jí)，其控制體系運(yùn)用了總線互聯(lián)的方式。

有機(jī)運(yùn)用CAN總線協(xié)議，使得槽控機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)更多以CPU智能分布式網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的形式呈現(xiàn)。相對(duì)于以往“大板結(jié)構(gòu)”槽控機(jī)的電路板數(shù)目，該形式使得槽控機(jī)的電路板數(shù)目可視性有所減少，槽控機(jī)中各電路板之間增加了進(jìn)行信息、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的連接線。

2 關(guān)于槽控機(jī)技術(shù)

槽控機(jī)由六大部分電路板構(gòu)成，即主模塊部分、采樣部分、實(shí)際操作部分、液晶板部分、觸摸開(kāi)關(guān)板以及動(dòng)力部分內(nèi)的采集板。其中，前四部分都包含內(nèi)構(gòu)電路，譬如，微處理器、看門狗、可編程外圍芯片以及CAN總線通信器件。其中，實(shí)際操作部分及采樣部分，運(yùn)用內(nèi)部CAN總線來(lái)聯(lián)結(jié)主模塊部分。另外，內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)液晶板運(yùn)用高速串行總線來(lái)聯(lián)結(jié)主模塊部分達(dá)成。而在具體的構(gòu)成部分中，前四項(xiàng)模塊部分的效用解析，如下文所示。

（1）主模塊部分。該部分是槽控機(jī)的“中央處理器”，內(nèi)含智能化的協(xié)同控制App。同時(shí)，該模塊部分還擁有相應(yīng)的特性或效用，譬如，接收到開(kāi)關(guān)板的輸入信號(hào)；能達(dá)成與上位機(jī)或者外部設(shè)備的信息、數(shù)據(jù)的交換等。

（2）采樣部分。該部分是槽控機(jī)的“靈敏感官”，能實(shí)現(xiàn)對(duì)系列電流以及槽電壓的采樣環(huán)節(jié)。此外，還能對(duì)槽電阻進(jìn)行一定的推算，以及針對(duì)信號(hào)濾波等進(jìn)行預(yù)處理等。

（3）實(shí)際操作部分。該部分是槽控機(jī)的“執(zhí)行四肢”。在項(xiàng)目實(shí)操過(guò)程中，可達(dá)成對(duì)動(dòng)力單元的實(shí)際輸入和輸出的運(yùn)作，譬如，對(duì)實(shí)際下料、陽(yáng)極升降以及打殼等動(dòng)作數(shù)據(jù)信號(hào)的輸出。同時(shí)，還對(duì)其實(shí)際執(zhí)行狀況有具體檢測(cè)、輸入的作用。

（4）液晶顯示模塊部分。該部分是槽控機(jī)[1]數(shù)據(jù)輸出的人與機(jī)的交互接口，能通過(guò)具象化圖示和虛擬面板的形式來(lái)呈現(xiàn)在槽控機(jī)中，反映出各類別控制信息、數(shù)據(jù)。

而該模塊在實(shí)際發(fā)生效用過(guò)程中[2]會(huì)出現(xiàn)數(shù)個(gè)微控制器的協(xié)同性實(shí)時(shí)運(yùn)作，該方式具備以下三個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)效用：①該模塊運(yùn)作過(guò)程中，微控制器更多運(yùn)用嵌入式的技術(shù)模式，較大地提升了控制器的性能等。②該優(yōu)良方式能優(yōu)化處理實(shí)體控制器，解決構(gòu)架簡(jiǎn)單與實(shí)際功用多樣分布之間的矛盾問(wèn)題，使得控制器適應(yīng)于在高粉塵、高溫以及強(qiáng)腐蝕性的外部狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)作。在規(guī)避并行總線下的插板式控制器，接插點(diǎn)過(guò)多劣勢(shì)的同時(shí)，還能緩和大板式控制器故障風(fēng)險(xiǎn)較為集中的弊端。③通過(guò)智能化部分間的互相檢測(cè)效用[2]，可提升控制器的自診能力。另外，網(wǎng)絡(luò)化和模塊化的構(gòu)架也為后續(xù)軟、硬件的拓展、優(yōu)化等奠定了基礎(chǔ)。

3 創(chuàng)新型電解系列運(yùn)行中的完善

該鋁廠基于350KA操控體系[3]對(duì)槽控機(jī)創(chuàng)設(shè)了以下功效，以便提升巡槽工作人員的槽體監(jiān)測(cè)安全性及高效率等。

（1）顯示面板上會(huì)實(shí)時(shí)通過(guò)兩組大字符顯示管顯示電流以及槽電壓。此外，面板中的七寸高分辨彩色液晶中，槽控機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)輸出接口，可通過(guò)直觀圖示及虛擬面板方式顯現(xiàn)相關(guān)控制信息。

（2）槽控機(jī)常有聯(lián)機(jī)、自動(dòng)、手動(dòng)及純手動(dòng)四種實(shí)操方式。廠內(nèi)實(shí)操人員的人為命令輸入的實(shí)時(shí)接收，通過(guò)無(wú)觸點(diǎn)觸摸開(kāi)關(guān)達(dá)成。另外大字符LED槽電壓表的運(yùn)用，利于實(shí)操過(guò)程中實(shí)時(shí)悉知對(duì)電壓采樣的偏差狀況。

（3）機(jī)箱的設(shè)計(jì)，應(yīng)禁止箱體等發(fā)生物理性形變，并且便于裝載及后期維系養(yǎng)護(hù)等。

4 關(guān)于槽控機(jī)的維護(hù)

由于400KA的電解系列控制體系的集成度高于350KA的電解系列，在實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中有效降低了常規(guī)性的人員維檢工作量。比如，有效規(guī)避了以往實(shí)際連線繁復(fù)、動(dòng)力箱等故障排查難度大、運(yùn)用電路板過(guò)多等劣勢(shì)。針對(duì)該特定鋁廠，具體對(duì)槽控機(jī)的常規(guī)性及周期性的維系與養(yǎng)護(hù)是必要的。具體方式如，對(duì)于常規(guī)性的機(jī)體維系與養(yǎng)護(hù)，可適時(shí)進(jìn)行優(yōu)化小組劃分，高效分配給三位實(shí)操工作人員，其中兩位協(xié)同配合共同作業(yè)，另外一位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及管理。在工作項(xiàng)目施行之前，應(yīng)確保小組內(nèi)組員自身綜合素養(yǎng)及專業(yè)技能水平達(dá)到應(yīng)有的要求，若不達(dá)標(biāo)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行培訓(xùn)，以確保相應(yīng)環(huán)節(jié)工作的品質(zhì)等[4]。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)特定鋁廠的分析，了解到電解槽的相對(duì)穩(wěn)定性保障，仍需要相應(yīng)控制技術(shù)的革新。實(shí)踐中，槽控機(jī)控制技術(shù)地應(yīng)用，應(yīng)綜合多樣性因素，依據(jù)實(shí)況適時(shí)調(diào)整與應(yīng)對(duì)等。