氧化鋁生產過程在線監測系統的設計

文/劉柯楠 方運濤

新時期以來，伴隨著電解鋁行業的規模發展，氧化鋁行業也取得了較大成就。資料顯示，我國氧化鋁行業全球占比達到53%，氧化鋁的進口下降到7%。就氧化鋁行業的發展而言，其市場總量、消費總量、核心技術裝備、生產技術管理以居于世界前列。而不可忽視的是，氧化鋁的生產過程中，多個工序具有多變量，強耦合、難監測的特點，而同時部分工序的結巴、堵塞等情況較為嚴重，這就對氧化鋁的在線監測系統提出了更高的要求。亟待需求更為先進的監測設備和控制系統來達成基于生產目標的過程性優化，從而提升生產控制能力的不斷提升。氧化鋁生產的在線監測系統是基于沉降槽來完成系統方式的設計和應用。沉降槽屬錐形結構，其主要是實現氧化鋁生產過程中固液分離，從而有效減少電解鋁生產過程中的二次反應。同時獲得氧化鋁生產過程中的浮游物含量低，高產量溢流和液固比合格的底流。

1 氧化鋁沉降槽系統設計方案

氧化鋁沉降槽的耙機負荷可視為氧化鋁生產的重要評測指標。氧化鋁耙機負荷的大小直接決定了沉降槽物料沉積的多少。若氧化鋁生產線沉降槽內的沉積物過度則會在較大程度上導致耙機負荷過載，從而誘發沉降槽的生產事故。因此，可選擇性地在沉降槽蝸桿的彈簧處建立在線監測報警系統，來實現對這一生產環節的控制。其工作原理為：當沉降槽內沉積物增多時，蝸桿拉簧被壓縮。而后在通過傳感器將彈簧的負壓波動上傳至控制器并在數顯屏上將機載負荷進行實時顯示。而在生產過程中，若氧化鋁沉降槽的負荷達到或超過警戒值時，會自動發出聲光報警，提升工作人員進行及時處置，從而有效地避免在氧化鋁生產過程中的垮槽等惡性事故發生幾率。

2 分離式沉降槽耙機的硬件構成

可編控制器是分離式沉降槽耙機的主要硬件，它具有環境適應力強，靈活通用、維修簡單等特點，被廣泛地應用于工業的自動控制系統。當前，在我國工業自動化控制系統中應用較多的是PLC 可編程控制器，其由Siemens公司研制。Siemens 公司的PLC 產品與同類型控制器相比在擴展性、指令功能及產品價格上具有突出的優勢。這系列PLC 產品有CPU 和多個可編控制模塊組成，這一特性也使得在實際的工業應用中，展現出較高的組網功能。其控制規模可以突破幾十、甚至幾百個點，可通過PLC-PLC 網絡的形式，實現對工業設備系統更為多元的控制和覆蓋。

3 分離式沉降槽耙機的軟件設計

在PLC 設備基礎上設計出燒結法分離沉降槽耙機負荷在線微機監測系統。該系統能夠實現對沉降槽內的物料沉積情況進行精準的監控且性能可靠。同時，基于PLC 可編控制器的監測系統在抗干擾能力方面也呈現出較大的優勢。分離式沉降槽耙機的軟件程序結構為：開始→數據采樣→標度變化→數據顯示→報警處理→結束，并在數據采樣和報警處理的程序段完成監控的常態循環。就數顯環節的程序設計而言，其能夠將分離沉降槽中所采集的壓力實時數顯，這一設計需完成多項轉化：①將脈沖轉化為MO.0。②將待顯示數字送入VW。③輸出數位SDA 和時鐘位SCK。在實際檢測的過程中，當可將采集到的數據與人機輸入數據相比較。當輸入數據大于實踐數據的時候，耙機將繼續工作；當輸入數據小于實際數據的時候，將發出聲光報警。

4 分離式沉降槽耙機的報警控制界面

組態軟件可實現對氧化鋁沉降槽的數據采集和過程控制的信息處理，是在PLC 硬件和軟件平臺上共同可發出來。組態軟件可采用靈活的組態方式，實現對氧化鋁沉降槽自動化控制的快速構建，從而形成分離式沉降槽耙機的能水平孔報警控制的人機交互界面。當前，在氧化鋁生產過程中普遍采用的組態軟件FameView 由北京杰控開發，能夠實現對氧化鋁生產過程中的數據采集、過程監控及數據管理等操作。其在實踐的運行中表明，這一組態軟件在穩定性和運行速度、界面樣式等方面良好地契合了分離式沉降槽工業控制要求。

5 氧化鋁生產過程在線監測系統的設計發展方向

隨著我國工業水平和可編控制器性能的不斷提升，在線監測系統將更為完善，更好地服用與氧化鋁的生產檢測環節。在實際的運行中，以PLC 的CPU 為監控系統核心，與LVDT 直桿式線位移傳感器、變送器、負荷傳感器等設備共同組成了這一在線監視系統。實現了對耙機的負荷變化的實時顯示，同時可以查看氧化鋁沉降槽耙機的歷史變化曲線。并在使用周期、安全、維修上能夠較為符合氧化鋁生產過程在線監測的要求。而隨著信息技術的全面發展，這一在線監測系統可實現在3D，數據集成等方面大的突破，成為在線監測系統設計的重要研發方向。

綜上所述，氧化鋁生產過程在線監測系統管理工作將直接影響到電解鋁企業的安全生產。在線監測是電解鋁企業掌握設備運行狀態，發現設備潛在故障隱患、降低設備事故發生頻率的有效手段。在線監測系統的建設中將FameView 與PLC 應用到氧化鋁沉降槽耙機負荷監測報警系統中，有效實現了對沉降槽耙機的監測管理。不可忽視的是，氧化鋁生產過程在線監測系統的建設是一項長期性的工作，需在多效渠道的共同促成中才可有效實現。在線監測系統的建設進程中，應結合智能化設備改良和升級、人才管理機制完善等策略，達成電解鋁企業在設備在線監測成效助推下的提速增效，促進電解鋁行業的長遠發展。