氧化鋁超濃相輸送全自動控制系統實現

王　力

(承德石油高等專科學校 電氣與電子工程系，河北　承德　067000)

在電解鋁行業，電解槽需要的主要原料氧化鋁通過超濃相輸送的方式[1]加到電解槽上(簡稱加料系統)。目前，全國的鋁廠基本都沒有實現加料系統的完全自動化，都是人工加料。加料人員要爬到電解槽上逐個摸布袋(注：料倉上面有一個軟布袋連接料倉和輸送管道)確認是否加滿。此種加料辦法費時、費工又費力，特別摸布袋確認是否已經滿了這一過程，但是手摸布袋這一過程又不敢省掉，因為氧化鋁原料缺料會導致發生陽極效應。當陽極效應發生時， 電解槽電壓急劇升高，對整個電解系列產生很大的不利影響；電流效率降低，影響電解各個技術指標，且使鋁的產量和質量降低；破壞整個電解系列的平穩供電[2]；對環境產生破壞，對資源產生浪費等。另外，電解鋁生產廠家對班組的考核也使相關人員不敢懈怠。為了讓工人從繁重的工作中解脫出來，同時也為了企業的無人值守大計，有必要開發一套完全自動的加料系統。

1　控制范圍及控制要求

1.1　控制范圍

自動加料系統控制范圍如圖1所示。總共3個系列9個車間，每個車間有74個電解槽。中控室在系列2和系列3之間，且處在一端。整個控制區域非常大，系列長大約1 200 m，三個系列寬度約800 m。

1.2　控制要求

自動加料自動化系統開發后，設備能夠實現定時(可以在上位機上設置開始加料時間點)啟動加料風機、打開進風口、定時(時間可以調整)后關閉進風口、延時后再次打開進風口、所屬范圍內料滿指示燈全亮后確認加料完成(加料完成后不得在設定時間內自動啟動加料風機)，停止加料風機運行、關閉進風口。整個加料過程無人值守，所有可能出現的故障情況應能夠及時準確報警并在主控室利用聲音報警提醒檢查。

2　電氣控制系統結構及解決思路

從圖1中可以看出，控制范圍非常大，超出一般總線控制能力。最終確定通過組建光纖環網把加料相關PLC控制系統鏈接起來接到中控室，通訊方式采用工業以太網。網絡走向示意圖如圖2所示。共3個系列9個車間，每個車間用一套PLC實現加料系統的自動化控制，主要控制設備有風機、閥門等，主要檢測參數有電流、壓力、閥門開度等模擬量。考慮到系統規模和用戶使用習慣，最終采用AB公司的RSLogix 500系列PLC。

控制系統核心難點是如何準確判斷電解槽上氧化鋁料箱的料位是否滿。本控制系統總共需要72個料位傳感器，如果采用常規的料位傳感器，在現場實際工況下(高溫、強磁)能夠準確測量的傳感器都非常昂貴，這是遠遠超出廠家預算的。現在國內電解鋁自動加料系統基本都沒有實現完全自動化的主要原因是沒有合適的穩定判斷料位是否已滿的傳感器。如何在有限的預算下實現料位的準確測量，經過現場的仔細試驗和方案論證，最終通過自己研發的一種傳感器實現了穩定可靠的測量，且成本低廉，用戶完全可以接受。此傳感器在測試階段還有現在運行階段，測量效果都非常理想，在穩定性和可靠性上都完全達到用戶要求。

3　上位監控系統軟件設計

本自動化控制系統的所有功能在上位機上體現出來，因為是完全自動化的，如果正常運行，是不需要人工干預的。系列1車間監控主界面如圖3所示。

由于風機是一用一備的，程序默認每隔一個月使一號風機和二號風機輪換一次。但是主界面仍然把風機手動切換畫面放上了，以備某個風機出現故障后手動切換。

程序根據超濃相管道的出口壓力實時調整風機出口閥門的開度，保證氧化鋁粉料的快速正常流動。

系統考慮到各種故障出現的可能性，設置了手動啟動和手動停止按鈕，以備特殊情況下能夠手動啟動和停止系統。但此處的“手動啟動”按鈕只要點一下，就按照啟動順序自動調整閥門和啟動風機，“手動停止”也是一樣，只需按下“手動停止”，就會按照停機工藝逐步關閉閥門，到時間關閉風機。也設置了“手調閥門快速停機”按鈕，通過手動設置閥門關閉情況，來快速停止系統。

系統在調試初期，料位計不是很好使，因此設置了“屏蔽料位計”按鈕，料位計調試好之后這個按鈕基本就沒有用了。后來發現，正常時所有料位計都顯示滿位后就會自動停止加料，此時由于特殊原因需要風機繼續運行，就可以通過“屏蔽料位計”實現。因此，這個按鈕到最后也保留了下來。當系統某個環節出現故障時，通過主控室的聲音提示相關人員，在界面上也把相應故障顯示出來。如圖4所示。出現報警就是紅黃閃爍狀態，以醒目的方式指出報警位置。

能夠實現完全自動化，相關的運行參數必須設置好。這里需要設置的主要參數如下：

1)加料時間的設置。正常4個小時加料一次。本系統設置了12個時間，可以做到2個小時加料一次。核對好PLC系統時間之后，通過設置加料時間就能夠到點準時加料。目前設置的是2點、6點、10點、14點、18點、22點準時加料。后面有6個22點整加料是為了和前面的時間重合，使后面6個加料時間設置不起作用。本系統設置方式非常靈活，可以設置一天內的任意時間為加料時間。

2)報警和限定性設置。全自動運行，異常情況及時報警是設備可靠運行的保證，因此，相關的報警條件可以設置。同樣，其他的限定性設置也要根據具體情況進行設置。比如，電動閥有的就不能開到100%，一開到100%就會出現卡住的現象，因此這里根據實際情況來設置閥門的開到位開度和關到位開度，這樣能夠有效地保證電動閥的開關自如，避免卡住現象發生。具體參數設置如圖5所示。

4　結束語

目前，由于鋁價一直徘徊于低位，大多數鋁廠日子都不太好過[3]，因此，很多鋁廠都在挖空心思降低成本。圖6為此次自動加料改造的公司主控室。原來，這些監控設施都是分散在各個車間，基本一兩個顯示器就需要一名監盤人員，現在，滿屋的監視器只配備一名監盤人員，人工成本節約近80%。從自動加料系統來說，原來每班需要12個人，現在，每班只需要4個人就可以完成，節約三分之二人工成本。本自動加料系統已經運行幾個月了，運行效果良好。此自動加料系統的投入使用，在提高產品質量以及節能降耗方面、減員增效方面作用明顯，同時也為電解鋁生產企業更好地實現現代化控制提供了一個很好的成功案例[4]。

參考文獻：

[1]楊曉軍, 梁冶.電解鋁廠氧化鋁濃相輸送技術應用實踐與改進[J].輕金屬,2004(8):28-30.

[2]劉建新. 淺談鋁電解生產中陽極效應的危害性[J].冶金叢刊,2005(4): 41-44.

[3]薛璇. 鋁在囧途[J].中國有色金屬,2014(11):26-34.

[4]王力. 水箱靜置自動化生產線的實現[J].制造業自動化,2013(2):129-132.