鋁電解廠智能化與自動化的應用與發展

張軍杰

（青海西部水電有限公司，青海 海東 810800）

經濟不斷發展進步，全球化趨勢愈發明顯，工業發展空間也在不斷擴大，在新的時代背景下也有了新的發展要求。伴隨工業智能化以及自動化出現，工業戰略新型工業化帶動，實現信息化促進工業化發展，工業化帶動信息化進步，鋁電解廠的實際生產管理需要轉變思路。在長時間研究后，實現功能優化控制，針對機械自動化以及診斷智能化方面進行深入化研究，實現物理現場的在線監測，實現電解鋁生產的發展控制。目前鋁電解行業的發展亟需智能化與自動化引入，實現產業領域更新換代，對產業長久穩定發展具有重要作用。

1 自動化技術應用現狀

自從上世紀50年代以來，有色冶金行業已經開始引入自動化技術，因此，電解鋁廠的自動化技術覆蓋率相對來說較高。通常情況下，在工廠自動化系統中，主要劃分為幾個板塊，例如車間控制系統、視頻監視系統以及電解槽控系統，這些系統的利用需要借助以太網，連接到全網的控制中心。電解槽控系統的利用需要將實時控制作為基礎，統計分析電解過程中產生的數據，利用系統中的數據收集功能，快速收集化驗室、測量等相關實時數據，分析不同設備數據，針對異常槽的出現，及時找到異常出現的原因，通過更加直觀的方式呈現給操作人員以及管理人員。車間控制系統需要在每一個生產車間中安裝PLC控制系統，設備需要具備系統控制聯網，在連接過程中，需要利用以太網將信息工藝參數傳輸到控制中心，通過這種方式實現控制中心遠程監督功能；視頻控制系統主要劃分為兩個部分，也就是生產視頻監控以及安保視頻監控，系統通過數字網絡技術，實時監視以及記錄生產現場以及運行設備。在發現隱患之后，查詢歷史圖像，可以為安全事故的發生提供相應資料，具有可靠性[1]。

技術應用弊端。工廠自動化應用弊端也較為顯著，在實際使用中，配電所并沒有配備出相應的智能化電氣設備，缺乏必要性的配電系統，并且電氣應用過程巡檢人員數量較多，排查用電故障時，經常出現不及時的情況；電網電價高低峰問題，針對負荷以及電解槽信息并沒有實現協同優化。重點工藝設備使用過程中冗余現象嚴重，儀表長時間使用損壞或者是受到干擾等，難以提供精準化的數據。一部分電解鋁工廠使用的設備比較古老，設備運行過程中，高磁場以及高電流的影響，出現較差的抗干擾能力。電解鋁生產過程較為復雜，會受到內部以及外部因素影響，在生產現場需要配備相應的工作人員手動操作，才能夠確保生產穩定性。電解鋁生產過程，企業總部與下屬分廠之間，各個車間并沒有統一化的信息平臺，難以發揮各個部門的生產優勢。

2 多功能機組自動化研究分析

在電解鋁生產過程中，起著核心作用的設備為電解多功能天車，設備主要工作是電解生產打殼、下料以及槽大修等。這一設備在實際生產中需要負責多種生產規模化任務，不斷研究和改進自動化技術，對生產效率提高，降低物料消耗以及工業產值提升具有重要作用。

在多功能天車設備中應用PLC控制技術，可以實現自動加料以及設備的自動檢測，通過PLC控制技術與變頻器控制技術結合，可以將大車與小車的應用自動精準對位，結合實際情況，開啟或者是關閉放料閥門。利用控制器對天車中的對位加料系統進行改進，可以補充其加料裝置中的自動控制功能。通過PLC控制技術改造電氣系統后，可以有效解決設備頻繁故障問題。通過網絡控制技術應用，研究天車設備應用過程中故障報警以及參數信息控制功能，與此同時，在大車與小車變頻器調速之后，可以滿足跳車快速操作需求。使用自動化測高裝置，將其集成于多功能機組中，對換級效率具有提高作用，這一過程中可以降低勞動強度，減少煙氣排放問題。通過總線連接方式，可以安裝一定的變頻器，與智能電機保護器同時構成MPI網絡，實現低位控制高位，在網絡應用基礎上可以實現天車功能的開發，對換級效率提高具有重要作用。使用觸摸式工控機以及PLC設備，形成整車網絡總線控制形式，保證信號有效傳輸以及電機回路的有效簡化控制等。利用新型化的多功能鋁電解裝置，實現一次性打撈料塊以及殘渣，防止人工撈渣出現的安全問題。利用智能化絕緣監控電子裝置，可以實現多功能機組絕緣結構部分的實時監控，提高自動保護功能；改變大車與小車軌道，安裝相應的吹灰裝置，清洗原有系統中的限位問題，優化以及改進絕緣護套。

經過改造以及研究之后，多功能機組的綜合性實現不斷提升，其特性優勢顯著，實現自動化精準定位、自動化診斷故障，具備較強的抗干擾性等，設備在實際應用中，自動化以及智能化在多方面具有較好的體現[2]。

3 在線檢測以及槽況診斷功能

鋁電解廠在槽物理場中主要劃分為電場、熱場以及溫度場等，形式較為多樣，不同物理場之間的分布對鋁電解槽的電流效率和能量消耗等具有直接性影響，是其關鍵性的經濟技術要素。基于這一情況鋁電解生產過程中需要將多物理場在線連續監測作為改進要素的重要方式。在多物理場間斷手動測試中，經常出現問題，例如較為常見的時間誤差、結果誤差或者是難以連續監測問題等。針對多物理場出現的眾多問題，相關研究人員分別研究鋁電解應用系統中的在線監測以及分析系統，結合實際情況，設計系統中的模塊化系統硬件以及運行具備穩定性的軟件系統，這兩種系統的結合使用可以有效采集分析數據，在判斷電流分布以及電解槽情況階段時提供準確化數據。通過新型光纖光棚高溫傳感器的開發應用，針對槽殼上的光纖傳感器建立多點溫度監測網絡，可以實現不同環境下槽殼溫度的實時在線監測。在開發系統軟件之后，可以在線監測極距以及陽極電流分布，針對在線監測系統的應用可以為操作管理思路處理提供支持。將單片機作為核心，使用陽極導桿等距壓降，通過上位機的應用存儲數據，顯示液面波動曲線，對這一數據進行實時監測。使用語言結合方式，對混合編程進行軟件開發，積極發揮數值計算與界面優勢，在線監測電解鋁槽樘內部情況。

相比于手動測試，實現自動化在線連續監測系統，并且測試系統過程的實時連續性，進行數據自動化采集等，可以為其提供重要對的基礎性數據。

針對陽極故障診斷，使用新型陽極電流測量儀可以判斷噪聲的性質以及強度，使用針對性的噪聲抑制方法。在運用頻域方面分析，使用多樣化方式，開發定位檢測功能，實現震動信號的采集與分析，提高管理效果，形成一體化輔助系統，檢測以及預報陽極效應。結合陽極電流信號的實際能量特點，建立神經網絡診斷模型，診斷電解鋁實際槽況。

4 電解鋁工廠自動化技術應用措施分析

4.1 工藝設備中傳感器配置分析

在電解鋁自動化系統應用中，核心工藝設備為智能化傳感器設備，這一設備的應用可以實現數據自動化篩選，進行初步加工，不斷降低控制中心的自動化系統負荷壓力；使用相應冗余裝置，可以選擇自動切換備用部件，防止設備出現故障，造成工藝流程的中斷，提高生產安全可靠性。

4.2 配電系統升級處理

在生產過程中實現設備升級，首先處理高壓開關柜，使用電動化設計，便于遠程操作。在這一設備中安裝內部攝像頭，操作過程中，可以實時視頻監測開關柜內部裝置運行。工程生產需要使用變壓器、負荷出現配置等，其具備通訊功能，是一種多功能性儀表，使用通訊管理措施，將不同設備的參數上傳到服務器中，進行設備有效監測。重視智能化供電與配電管理系統，這一系統應用是在互聯網技術基礎上，對數字化配電有效解決，使用云計算以及大數據分析功能，實現系統中智能設備之間的互相聯系，對其高效維護，提高配電運行性的可靠性，保證配電系統在實際應用中具有全方位的改善作用。智能化配電設備的高速采集以及處理，可以針對數據進行電能質量管理，輔以有效的維護管理工作。一部分長時間使用的設備，出現老化問題，可以對其起到一定預警作用，減少停電時間，降低停電次數，延長設備使用周期。互聯網接口與供電企業實現信息對接，可以使用最低電價。

4.3 構建智能化管理平臺

電解鋁工廠建立綜合性的網絡平臺，具備工業化以及信息化，首先一級平臺建立，主要是企業的ERP系統，利用云技術，對分廠數據進行交換以及共享。二級平臺建立主要任務有信息展示以及能源管理等，相比之下，二級管理系統功能較為多樣化，包括生產數據以及能源管理等均有涉及。三級管理平臺主要有工控管理、工藝智能化設備等，通過平臺建設可以促進生產與管理的智能化。

首先是生產智能化階段，其中主要有智能檢測以及智能槽控等，在智能檢測中，物聯網技術支持下，能夠進行多個廠站之間的結合，通過運營單元作為基礎，建立二級平臺，對所有廠站集中監控，實現統一化調度以及移動式管理；利用專家系統診斷故障，防范風險，集合監控、報警與診斷，形成聯動機制。在遠程終端控制下，對電解槽進行控制，使用歷史數據進行大數據分析，促進電解鋁生產過程的數字化[3]。

其次是管理智能化階段，在這一階段中，主要有設備管理以及人員管理兩方面，首先是設備管理，使用三維模型，基于自動化系統實時數據，通過視覺感知技術應用，對設備行以在線管理，統計分析設備使用壽命以及相應成本，結合設備實際使用情況，制定養護維修措施。人員管理方面主要是使用智能視覺分析技術，對工廠內人員、設備以及事件進行性無人化操作，提高智能化水平。這一過程中需要重視生產運行管理以及設備管理等，降低人力成本，提高生產安全性。

5 總結

電解鋁工廠的管理、控制與決策實現智能化是一項十分重要的任務，不能一蹴而就，鋁廠實現智能化建設需要其他技術的支持，例如大數據技術、物聯網以及人工智能技術，這些技術在各個生產領域中產生了重要作用，將其應用到電解鋁生產中，需要結合實際情況，針對性應用，降低生產成本。