鋁電解多功能機組安全控制的發展

高 瑩

(中國有色(沈陽)冶金機械有限公司，遼寧 沈陽 110027)

0 引言

鋁電解多功能機組發展之初的控制系統比較陳舊，是通過較簡單的控制回路進行搭建，沒有太多的聯鎖關系，主要依靠操作和維護人員的經驗完成操作和維護，對人員的技術水平要求較高。隨著工業的發展和自動化水平的提高，鋁電解多功能機組經歷了多次更新換代，由原來的繼電器控制發展到如今的PLC控制、由原來的切電阻調速發展到變頻器調速，這些變化使電控系統的先進性和安全性有了質的飛躍。

1 鋁電解多功能機組安全控制的發展現狀

鋁電解多功能機組作為鋁電解車間的重要設備，其安全性能直接影響到電解車間的安全生產。由于鋁電解多功能機組使用環境惡劣，強磁場、強導電性、粉塵、高溫、腐蝕性氣體等對電控系統的干擾比較嚴重，現有的電氣控制系統通過一些檢測及控制手段提高了鋁電解多功能機組的安全性能[1]，其具體內容如下：

(1)檢修人員手動緊急情況停止系統：在各個通道登車位置，設計了緊急停止裝置，只要啟動該裝置，主回路接觸器都會處于切斷狀態。

(2)緊急拉繩聯鎖系統：拉繩聯鎖系統與PLC聯鎖，PLC完成檢測和安全控制。只要檢修人員拉動了拉繩系統，PLC立即切斷主接觸器線圈的輸出。

(3)激光及人體感應系統：鋁電解多功能機組應用了激光防撞技術，一旦有障礙物出現，該設備立即停止動作。

(4)提升設備的安全驅動系統：利用PLC進行檢測和運算，避免吊鉤沖頂。

(5)變頻器抱閘安全判斷系統：通過對PLC程序設計的調整，采集相關數據，進行了多道聯鎖保護，對多個可能性進行邏輯判斷和邏輯輸出，保證變頻器和抱閘之間合理配合。調整變頻器參數，在抱閘打開之前，先對變頻器進行轉矩輸出，在變頻器轉矩上升到一定程度的時候給出“允許抱閘打開”信號，避免升降設備溜鉤。

(6)操作信號的真假判斷：針對鋁電解多功能機組的生產工藝，列出遙控器每個操作手柄能出現的操作情況，將操作手柄的PLC輸入點狀態制成真值表。在PLC中對應每個手柄編制一段循環檢測的程序，如果讀取的真值與程序中真值表中數值不一致，PLC程序停止運行并發出報警。

(7)語音報警系統：通過語言描述以聲音的方式向操作和維護人員提示目前設備故障所在。

(8)信息提示系統：在鋁電解多功能起重機運行過程中，信息提示系統控制器不斷掃描機組的運行和故障信息，并將掃描到的信息實時發送給網絡信息控制板，控制板最終將信息發送到顯示屏，由顯示屏實時顯示掃描到的運行和故障信息。

(9)絕緣監測：在絕緣破壞時準確、及時提醒操作和維護人員進行檢修。

(10)漏電保護：目前國內設備上應用了漏電保護系統，同時檢測信號送到可編程控制器，控制器馬上斷開主接觸器，斷開全車動力回路電源，避免發生危險事故。

(11)通訊狀態檢測器：通過應用通訊狀態監測器時刻監測遠程PLC框架，只要通訊中斷，機組自動停止運行，并報警通知操作和維護人員通訊中斷[2]。

(12)通廊報警系統：在鋁電解多功能起重機進入通廊范圍內，機組檢測到進入通廊信號后，機組本身聲光報警，提示操作人員機組已經進入通廊，注意避免與鋁包運輸車發生機械碰撞；在鋁包運輸車進入通廊時，地面控制箱檢測到該車駛入通廊，會發出聲光報警，提示鋁包運輸車司機注意鋁電解多功能起重機的位置，避免與之發生機械碰撞。

(13)安全監控管理系統：該系統采用最前沿的軟件開發、網絡通訊、數據采集、信息管理等技術將起重設備的監視與管理功能結合在一起，突破了傳統的監視和管理軟件的應用局限，實現了設備的監視與管理集成化、一體化，從而構建了一個具有設備監視、預警、維護、管理等功能為一體的管理平臺，真正實現起重設備的信息化要求，為起重設備安全運行提供保障，為管理者提供可靠的數據依據和工作內容記錄，能夠有效降低和排除安全隱患，規避事故風險，提高管理質量和效率。

圖1 安全監控管理系統示意圖

2 鋁電解多功能機組安全控制的發展趨勢

隨著全球工業的迅速發展，國內外鋁電解多功能機組控制系統的發展日新月異，尤其在全球逐漸智能化、信息化的時代，鋁電解多功能起重機的電氣控制系統也將向智能化、信息化發展?！爸袊圃?025”的核心是主打中國裝備，設備的安全性能永遠放在首位，特別是近幾年我國冶金起重機行業發生幾起嚴重安全事故，無論是國家相關部門，還是設備生產企業，都從不同角度通過不同方法提高了設備的安全性能，隨著安全生產、以人為本的理念不斷推行，勢必會在設備上通過不同手段和技術提高設備的安全性能[3]。

2.1 通過設備信息化提高設備安全性能

原始數據采集及工程數據轉換。準確地將鋁電解多功能機組的原始數據采用合適的傳感器進行數據采集，將原始數據轉換成電氣信號，再通過控制系統，將電氣數據信號轉換成易懂的工程數據和監控報警內容[4]。在這個過程中傳感器技術、電氣信號傳輸技術、工程數據轉換技術是關鍵，也是數據準確、及時的基本保證。這些原始數據可以通過無線網絡發送到電解車間地面，地面通過組態畫面進行設備的運行狀態顯示，故障報警等都可通過地面監控畫面進行查詢。

人性化報表網絡共享。通過嵌入到組態軟件里面的技術分析軟件，可以將所有數據分類進行統計，將所有部件的更換時間進行記錄，并根據每個部件的壽命提示用戶對使用周期過長的部件進行維護、保養、更換，避免設備非計劃停車和突然故障停車給生產帶來的巨大壓力。同時將與設備安全和操作人員人身安全相關的所有數據進行統計和分析，為管理人員提供更合理的安全管理方案，為設備維護人員提供更安全的控制整改方案，進一步保證設備和操作人員的安全。

圖2 鋁電解多功能機組信息化界面

2.2 通過設備網絡化提高設備安全性能

目前大多數電解車間的各種設備都屬于單體設備，設備之間沒有建立任何數據連接，不會進行數據交換。未來幾年的發展，車間內部的大多數設備都將連接網絡，多臺設備之間可以數據交換，并將所有有關的數據集中采集進行數據分析，不同設備之間的聯鎖關系可以通過設備之間的網絡數據交換完成，避免設備間出現沒有聯鎖關系，操作人員因不清楚設備之間的聯鎖條件而發生安全事故。

同時，不同設備之間通過網絡建立聯鎖后，可根據工藝需要相互交換數據，在保證安全的前提下互相下達運行指令，部分操作人員可撤出鋁電解生產線，保證人員的人身安全。同時也保證了設備的安全穩定運行，不會發生機械碰撞。

另外，通過智能控制的工業云計算和自學習功能，提高了設備智能化和設備工藝運行安全性，避免發生因設備聯鎖不當造成的生產工藝聯鎖反應和惡性循環運行。

圖3 鋁電解多功能機組網絡示意圖

2.3 通過遠程監控提高設備安全性能

PLC在電控系統中處于核心位置，負責控制設備完成不同的動作，監控PLC程序及運行狀況，可以了解整個設備的運行狀態。

未來的設備將通過遠程數據傳輸技術，把設備控制系統中必要數據實時發送到設備的設計和研發單位，通過遠程診斷軟件對數據進行分析結果，技術人員可以判斷設備的運行狀態，并可以及時指導用戶解決設備存在的問題，或通過遠程數據傳輸的方式，在設備生產單位直接為用戶解決設備存在的問題。

圖4 鋁電解多功能機組遠程診斷示意圖

2.4 通過數據記錄監管提高設備安全性能

由于國家對鋁電解多功能機組安全監控系統有記錄數據的要求，但目前數據記錄的類型遠遠不夠，不能對所有狀態進行采集和記錄。未來的控制系統采集和記錄的數據將更全面，一旦操作人員違章操作，都將被記錄在系統中，該數據查詢記錄系統能夠對操作人員起到監管作用，使違章操作出現次數越來越少，保證了設備和操作人員的安全。

同時，設備現場一旦出現問題時，管理人員可通過數據查詢記錄系統對數據進行歷史查詢，了解出現問題時的設備及操作人員的工作狀態。符合安全監控管理提供的未來發展理念，保證了所有過程都留痕，便于開展管理工作。

2.5 通過數據分析提前預判設備故障提高設備安全性能

現階段在運行過程中，不可避免會出現因突發狀況而造成設備短期內無法運行的情況，這一情況對鋁電解車間生產最為棘手，短期內無法恢復設備正常運行，個別電解槽可能出現嚴重事故，并造成較大經濟損失。

未來幾年，更先進、可靠的檢測和智能分析手段將逐漸成熟，系統可通過采集震動、溫度、聲音、電流等多種數據類型，判斷電機、風機、液壓泵等設備的運行狀態，并對其發生故障進行提前預判，給出設備將會發生故障的類型和大概時間，經過早期預警、中期預警和晚期預警提示相關人員及時計劃更換相關設備，避免出現更大的事故，保證設備的安全穩定運行[5]。

圖5 鋁電解多功能機組故障預判人機界面

另外，為了更好讓管理和維護人員及時了解設備的故障狀態，可以通過手機應用軟件了解設備預警情況，在設備將要發生故障之前，手機應用軟件會立即彈出信息，提示其設備將要出現的故障，進一步避免了設備的非計劃停機給整個生產線帶來的不安全因素，保證了整個生產線安全穩定的運行。

3 結束語

上文對鋁電解多功能機組電氣控制技術安全性的發展現狀和趨勢進行分析，隨著檢測技術的提高和自動化的發展，德國提出了“工業4.0”，中國提出了“中國制造2025”的智能控制理念，雖然目前部分安全檢測和控制手段實現存在一定難度，但通過智能控制和先進的監測手段提高設備的安全性是目前電氣控制技術的發展趨勢，是國內外電氣控制發展的必經之路。相信未來，人們可通過更先進的檢測、控制手段，保證設備的安全；通過無人化操作，保證人員的安全，避免鋁電解生產車間發生事故，做到鋁電解生產的絕對安全。