電解槽槽控機(jī)的自動(dòng)控制與安全保護(hù)措施

摘 要：本文介紹和討論了鋁電解槽控機(jī)的自動(dòng)控制和幾種安全保護(hù)措施，其中包括中電投寧夏青銅峽鋁業(yè)分公司120、150 kA電解系列槽控機(jī)的自動(dòng)控制安全保護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：鋁電解 槽控機(jī) 自動(dòng)控制 安全保護(hù) 陽極升降

中圖分類號(hào)：TF801.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）11（b）-0005-01

鋁電解槽智能模糊控制機(jī)（簡(jiǎn)稱槽控機(jī)）通過智能模糊控制軟件完成對(duì)生產(chǎn)工藝的各種控制功能，是鋁電解生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。槽控機(jī)自動(dòng)控制中的安全保護(hù)措施主要是通過對(duì)電解槽陽極的升降和打殼下料實(shí)現(xiàn)的，一旦控制系統(tǒng)失控，就會(huì)出現(xiàn)電解槽“壓槽”或“拔槽”事故，特別是“拔槽”會(huì)造成系列幾百千安培（目前最大400 kA）電流的陰極與陽極脫開，形成斷路。致使單臺(tái)或多臺(tái)電解槽劇烈爆炸，嚴(yán)重的將會(huì)造成整個(gè)電解系列停產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)損失將會(huì)十分慘重，還可能引起人身傷亡。因此，槽控機(jī)自動(dòng)控制采用了安全可靠的陽極升降定時(shí)保護(hù)、槽電壓越限保護(hù)、接觸器升降互鎖等一系列保護(hù)措施，主要實(shí)現(xiàn)方式有硬件方式、軟件方式以及硬件+軟件方式。

1 槽控機(jī)的自動(dòng)控制

槽控機(jī)控制電解槽的基本依據(jù)是輸入通道采集電解槽的槽電壓和槽電流，并根據(jù)設(shè)定的系列、常用、單槽等一系列參數(shù)進(jìn)行解析運(yùn)算并接收各種工藝操作的手動(dòng)和檢測(cè)信號(hào)；最后，輸出通道通過判斷解析電解槽能量平衡的陽極升降信號(hào)，來發(fā)出電解槽物料平衡信號(hào)。在自動(dòng)狀態(tài)下完成陽極升或降、打殼、下料、效應(yīng)處理、輔助加工、出鋁、換極的過程控制及故障自診斷等功能，也可由人工在手動(dòng)狀態(tài)下操作完成相應(yīng)控制功能。槽控機(jī)通過CANBUS總線完成與工作站上位機(jī)的通訊，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳送、接收及存儲(chǔ)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控機(jī)與上位機(jī)通過有線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)傳送及讀取。

2 槽控機(jī)的安全保護(hù)措施

槽控機(jī)作為電解槽的直接控制級(jí)，實(shí)時(shí)對(duì)電解槽的槽電壓和系列電流采樣解析，并對(duì)其物料平衡和熱平衡的變化過程實(shí)時(shí)地進(jìn)行智能模糊控制。目前，我公司使用的控制軟件有三種：熱平衡控制（陽極極距）；雙平衡控制（能量平衡、物料平衡）；三度尋優(yōu)控制（過熱度、電解質(zhì)溫度、初晶溫度）。其中，電解槽的熱平衡控制原理是通過槽控機(jī)控制電解槽上部的陽極母線升降機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)改變電解槽陽極與陰極間的極距并解析電解過程所需能量收入，當(dāng)極距增大時(shí)，電解槽壓降升高，相應(yīng)的電解槽能量收入增加；極距減少時(shí)，壓降降低，相應(yīng)的熱能量收入減少。目前，我公司槽控機(jī)采用的安全保護(hù)措施主要有以下幾種。

2.1 軟件控制保護(hù)

軟件保護(hù)主要采用軟件定時(shí)保護(hù)，由程序設(shè)定自動(dòng)升降陽極時(shí)的最大時(shí)間，一般為3～6 s，如果升降操作超時(shí)，程序自動(dòng)中斷操作信號(hào)，使陽極升降立即終止；其次是槽電壓過、欠壓保護(hù)，如果電解槽電壓超出程序設(shè)定的最高電壓值（寬死區(qū)）或最低電壓值（窄死區(qū)）時(shí)，程序自動(dòng)停止升降陽極操作或不執(zhí)行升降陽極操作。同時(shí)在電解槽程序中還設(shè)定有每次自動(dòng)升降陽極的動(dòng)作時(shí)間，陽極升、降分為0.5 s、0.8 s和1 s三個(gè)調(diào)整檔次，該參數(shù)可根據(jù)生產(chǎn)過程中根據(jù)工藝要求及陽極升降機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度來調(diào)整。此外，在軟件中還有自診斷程序用來檢測(cè)槽控機(jī)故障信息和電解槽實(shí)時(shí)狀態(tài)，自動(dòng)解析、發(fā)出陽極動(dòng)作命令，同時(shí)發(fā)出語音報(bào)警、槽控機(jī)屏幕顯示區(qū)顯示故障代碼（根據(jù)故障類型定義的故障符號(hào)）提示維修人員排除故障，防止意外事故的發(fā)生。

2.2 硬件保護(hù)

2.2.1 硬件定時(shí)器安全保護(hù)

硬件定時(shí)器由14位二進(jìn)制數(shù)字計(jì)數(shù)器和其他外圍元件組成，由人工設(shè)定時(shí)間。陽極升降時(shí)，檢測(cè)電路檢測(cè)接觸器動(dòng)作信號(hào)，由信號(hào)控制計(jì)數(shù)器的復(fù)位端，使計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，如果該信號(hào)在計(jì)數(shù)器溢出之前消失，說明陽極升降過程停止，計(jì)數(shù)器處于復(fù)位狀態(tài)停止計(jì)數(shù)，等待下一次操作；如果該信號(hào)一直保持到計(jì)數(shù)器溢出，說明升降過程已超出了設(shè)定時(shí)間，說明陽極升降定時(shí)器超時(shí)，信號(hào)傳入CPU，CPU發(fā)出停止陽極升降的指令，終止正在執(zhí)行的陽極升降操作，同時(shí)給出定時(shí)器超時(shí)的故障代碼，并鎖定超時(shí)狀態(tài)，保護(hù)故障現(xiàn)場(chǎng)。

2.2.2 陽極母線上下限安全保護(hù)

上下限安全保護(hù)主要是保證電解槽陽極母線在有效行程0～400 mm的范圍內(nèi)移動(dòng)，防止母線動(dòng)作時(shí)超過設(shè)定的安全位置，使電解槽上部機(jī)構(gòu)發(fā)生機(jī)械損壞，造成事故。行程是由安裝在電解槽上部的兩個(gè)行程探測(cè)儀向CPU發(fā)出上限位和下限位的信號(hào)，在母線到達(dá)上限位時(shí)，只執(zhí)行降陽極操作，而不執(zhí)行升陽極操作；反之，當(dāng)母線到達(dá)下限位時(shí)，只執(zhí)行升陽極操作，而不執(zhí)行降陽極操作，確保了母線升降機(jī)構(gòu)的安全。

2.2.3 主接觸器防粘連及互鎖設(shè)計(jì)

主接觸器防粘連電路中共設(shè)計(jì)了四個(gè)接觸器。其中3KM、4KM兩個(gè)接觸器控制陽極升降電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，它們的常閉觸點(diǎn)串連后，與主接觸器1KM的常開觸點(diǎn)并連，接入1KM、2KM的線圈回路，它們的常閉觸點(diǎn)，與其線圈交叉串連。其作用是，如果正反轉(zhuǎn)接觸器中只要有一個(gè)發(fā)生粘連，則1KM、2KM都不能閉合，即主電源斷開，電機(jī)不得電后立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，可以降低事故概率。此外，電路中3KM、4KM的線圈與對(duì)方的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)，只要升接觸器和降接觸器吸合；另一個(gè)接觸器的線圈由于對(duì)方的常閉觸點(diǎn)斷開而不得電，因而實(shí)現(xiàn)了接觸器互鎖功能。

2.2.4 手動(dòng)陽極升降安全保護(hù)

手動(dòng)操作是槽控機(jī)完全脫離自動(dòng)控制狀態(tài)的操作模式。通常是在供電系統(tǒng)出現(xiàn)系列限電、停電等異常情況下轉(zhuǎn)到手動(dòng)狀態(tài)的操作模式。在手動(dòng)狀態(tài)下，槽控機(jī)會(huì)失去上位機(jī)監(jiān)控及系統(tǒng)軟硬件的保護(hù)，使陽極升降失控的風(fēng)險(xiǎn)性大大增加。

2.2.5 槽控機(jī)抗干擾措施

用AC380V/AC220V隔離變壓器為槽控機(jī)主回路的控制電源進(jìn)行一級(jí)隔離，隔離后的交流AC380V進(jìn)行二級(jí)隔離，變壓為AC220V后分為兩路，一路供槽控機(jī)系統(tǒng)低壓電器控制回路部分使用；另一路通過變壓器變壓為DC12V、5V為槽控機(jī)邏輯電路部分集成電路板提供電工作電源；另外，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用RC吸收回路，過程通道中采用光電耦合隔離，通訊雙絞線、信號(hào)的長(zhǎng)線電流傳輸則采用屏蔽、阻抗匹配等措施；為消除對(duì)集成電路電路板的雜波干擾，電路板中采用了去藕電容配置。

2.3 打殼下料安全保護(hù)

正常情況下電解槽槽電壓總是圍繞著電解槽設(shè)定電壓上下波動(dòng)，定時(shí)的打殼下料維持著電壓穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)打殼下料出現(xiàn)異常過多或過少時(shí)都將影響槽電阻的變化，槽電阻的變化超出正常值時(shí)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件通過條件判斷是否是打殼下料設(shè)備出現(xiàn)問題，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，通知維修人員處理。

3 結(jié)語

本文討論、介紹了槽控機(jī)的自動(dòng)控制和槽控機(jī)的幾種安全保護(hù)措施。對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的工程技術(shù)人員來說，目前，如何在自動(dòng)化控制迅速發(fā)展、生產(chǎn)任務(wù)繁重的情況下，深入掌握、不斷改進(jìn)槽控機(jī)的自動(dòng)控制和安全保護(hù)，對(duì)正確地操作和維護(hù)槽控機(jī)具有現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]內(nèi)部資料150 kA鋁電解操控機(jī)智能控制系統(tǒng)用戶手冊(cè).

[2]內(nèi)部資料120 kA鋁電解生產(chǎn)工藝手冊(cè).