槽控機控制技術在鋁電解生產中的應用

摘要：隨著電解鋁行業產業技術革新和發展，某鋁廠在原有老廠區200kA、350kA鋁電解生產系列的基礎上，按照政府產業規劃，新擴建400kA電解鋁生產系列，大電流強磁場環境對生產工藝技術條件的控制要求也提到了新的高度，本文主要從生產實踐的角度出發，簡要介紹新型槽控機控制技術在其400kA電解系列生產中的應用，以及該廠對槽控機的維護維修管理模式。

關鍵詞：控制系統 電解槽 維護

鋁電解是一個電解槽數量多、高能耗、高粉塵、強磁場、環境惡劣、勞動強度大的生產過程，計算機自動控制技術在鋁電解生產過程中的應用就是為了降低能耗，提高勞動生產率，減少工人勞動強度，改善工廠生產環境，改進生產管理，促進企業快速發展，創造更好的經濟效益和社會效益。近年由于大中型預焙新型槽結構的采用，電解槽電流容量的增大，改變了槽內熔體的磁流體動力學特征，以及點式下料技術、氧化鋁濃相輸送技術和氟化鹽自動加料技術的應用及機械化、自動化作業等對生產工藝操作和管理都提出了新的要求，這就要求開發新的控制系統和設備與之相適應。

隨著我國電解鋁工藝技術不斷改進，電流強度近年連續提升，目前400kA電解槽基本普及，500kA電解槽也已試運行，使得電解廠房內的磁場環境更趨復雜化。然而企業還是按原有設計思路和采樣方式使用槽控機，加之新建鋁廠急于投產，導致槽控機故障增加。目前國內槽控機基本由動力箱和控制箱（邏輯箱）組成，其中動力箱主要完成槽控機的輸入/輸出、供電、檢測和硬件保護功能，動力箱雖然結構簡單，使用常見電氣元件，但處于電解廠房高粉塵、強電流和高磁場環境下，槽控機80%以上故障都出現在動力箱，而且故障原因往往比較隱蔽，如某些電氣元件在現場不能使用，但實驗室測試一切正常。下面就某鋁廠400kA電解系列槽控機控制技術在鋁電解生產中的應用做一介紹。

1 控制系統整體結構

本廠鋁電解槽控制系統采用的是多級分布結構，上位機監控系統以數據為中心，車間一級的控制系統采用總線互聯，在原350kA電解系列控制系統基礎上增加了基于無線通信的移動式信息監控系統，方便現場人員調用生產管理信息。

采用CAN總線協議，槽控機內部結構多CPU智能分布式網絡結構形式使得槽控機的電路板的數量較之前“大板結構”槽控機的電路板數量下降，縮減了各電路板之間用于數據交換的連接線。

2 槽控機技術介紹

槽控機有主模塊、采樣模塊、操作模塊、液晶板、觸摸開關板、采集板（動力部分內）6塊電路板構成。其中主模塊、采樣模塊、操作模塊、液晶板都包含有由看門狗、微處理器、可編程外圍芯片以及CAN總線通信器件構成的電路；采樣模塊和操作模塊采用內部CAN總線與主模塊相連，液晶板采用高速串行總線與主模塊相連，構成內部控制網絡，這四個智能模塊的作用是：采樣模塊：槽控機的“感官”，完成槽電壓和系列電流的采樣，并進行槽電阻計算，信號濾波等預處理。主模塊：是槽控機的“大腦”，智能多環協同控制的核心軟件安裝在主模塊中；除此之外，主模塊還具有接收開關板的輸入信號、實現與外部設備（上位機）的數據交換等功能。操作模塊：是槽控機的“手足”，完成所有對動力單元的輸入/輸出操作，如陽極升降、打殼、下料等動作信號的輸出以及執行情況的檢測輸入。液晶顯示模塊：是槽控機信息輸出的人機交互接口，能以圖形及虛擬面板的方式顯示槽控機的各種控制信息。多個微控制器并行運行、協同工作的方式一方面可使基于嵌入式技術的控制器性能大大提高；另一方面可有效地解決控制器結構簡潔與功能分布之間的矛盾，既克服基于并行總線的插板式控制器接插點過多的缺點，還克服大板式控制器故障風險過于集中的缺點，使控制器特別適合于在高溫、高粉塵和強腐蝕性的環境中工作；此外，智能化模塊之間的互檢能力使控制器的自診斷功能大大提高；模塊化、網絡式的結構為未來軟件升級與硬件擴展創造了條件。

3 在400kA電解系列應用中的改進

在某鋁廠350kA操控系統基礎上，該槽控機增加了如下功能，更加安全且便于現場巡槽人員對槽歷史狀態的監測。

①在顯示面板上有二組大字符數碼顯示管，分別用于顯示系列電流、槽電壓。

②除顯示面板上有12個常用功能顯示的發光二極管外，7寸彩色高分辨圖形液晶提供了更加人性化的槽控機信息輸出接口，能以圖形及虛擬面板的方式顯示槽控機的各種控制信息。

③一套無觸點觸摸開關，接收現場操作人員的人工輸入命令。槽控機具有聯機、自動、手動和純手動四種操作方式。

④大字符LED槽電壓表，提供獨立于槽控機采樣通道的槽電壓顯示，便于現場操作工通過比較兩路電壓顯示值之間的差異，發現電壓采樣偏差過大的情形。

⑤機箱設計方便維修和安裝，箱體與柜門制作規則、平整、不得有機械變形，柜門、密封門鎖、門把手安裝牢固，柜門開、關靈活，箱體防護等級IP54。槽控機底板與箱體絕緣電阻在環境溫度20±5℃和相對濕度為90%的情況下，絕緣電阻>30MΩ以滿足VDE絕緣標準。

4 槽控機維護介紹

目前，某鋁廠400kA電解系列有288臺電解槽，控制系統的車間控制級采用“一對一”分散控制，每臺電解槽配置1臺智能槽控機。管理電算站點配備正副主任兩名，分別對口負責軟、硬件維護管理工作。技術人員3人，負責固定對槽控機通訊線路、通訊箱、語音廣播、指令電話、地溝電纜、防雷等巡檢，定期存儲數據、維護上位機病毒查殺等工作。日常維護人員分四個小組，按照一人作業一人監護要求，現場作業最少需要倆人配合，上位機實時監控另需一人，故每個檢修維護小組配備三人，小組成員要求大專以上學歷。根據電解生產現場實際環境和槽控機運行情況，槽控機維護人員在處理當班期間突發性故障的同時，需日點檢效應燈、槽控機按鈕、絕緣套管、槽控機箱體、聯機通訊燈、槽壓表、液晶屏、數碼顯示、操作板、工藝狀態顯示燈、VF顯示燈、照明檢查、箱體內邏輯部分插頭等，周檢槽控機箱體對地絕緣、槽電壓、回轉計（機械計數器）讀數并完成校對工作，緊固松動和箱體吹灰。上位機監控人員完成工控機和服務器的日常點檢，保證服務器操作系統和數據庫文件無缺失數據傳輸正常，信號分配器數據正常顯示。

因400kA電解系列控制系統集成度較350kA電解系列大大提高，在人員維護方面，克服了之前使用較多電路板，連線復雜易產生故障且故障排查困難的特點，大大降低了日常檢修維護工作量。

5 小結

通過某廠的生產實踐，該控制系統基本上達到了預期的設計目標，控制技術及響應反饋及時，但現場作業復雜，很多問題還需要經驗豐富的區長進行人為調控，確保電解槽穩定。隨著工業化生產進程，智能模糊控制技術在不斷的發展，新的工藝技術條件下，不同目標如：低電耗、高電效、低排放、高穩定等矛盾與沖突更加突出，結合我國現行低電壓電解思路，對電解操作提出更高要求。建議槽控機控制技術應根據現場實際情況，結合各種外界因素，增加專家庫中各大鋁廠生產過程中的真實數據和相應處理措施，使其決策方向更為廣泛和實用?？傊?，今后的槽控技術發展，個人想法會逐漸趨于“傻瓜式”相機模式，為更多企業接受，同時擁有超強的抗干擾能力。

參考文獻：

[1]劉業翔，李劼等編著.現代鋁電解[M].北京：冶金工業出版社.

[2]齊占慶編著.電氣控制技術[M].北京：機械工業出版社.

[3]李建國編著.電工常用電氣線路[M].北京：化學工業出版社.

作者簡介：陳燕（1982-），女，寧夏中衛人，助理工程師，工學學士，從事鋁電解槽控機維護管理工作。