电解铝生产过程控制系统的研究和应用

电解铝生产过程控制系统的研究和应用

李强

河南神火煤电股份有限公司， 河南 永城 476600

摘要：为了完成电解铝生产工艺的自动化改造计划，本文设计了自动化管理系统、设备监测系统、安全系统等，通过各个系统间的有效衔接，促进电解铝生产的全自动化管理升级。首先介绍电解铝生产过程系统的构成，并研究电解铝生产过程系统，最后提出电解铝生产过程系统应用的效果与意义。总之通过应用该系统，大大提升电解铝厂生产管理水平，形成了较为规范的全新的电解铝生产全过程控制管理模式。

关键词：电解铝；生产过程控制系统；应用

引言：

当前我国在生产铝制品的时候，仍旧是采取数据采集与人工监视操控的模式，在数据反馈与设备操控的过程中常常出现差错，给产品的制造造成了一定的影响。为了解决此问题，提高电解铝的生产效益，笔者提出了一套电解铝生产过程自动化控制、系统，通过依据不同生产环节设计相应的智能化控制子系统，能够很好地提高电解铝的整体生产效率与质量。

一、电解铝生产过程控制系统的构成

综合监控系统以控制对象为基础、设备管理为保障、优化流程为目标，秉承“分级控制、集中监控”理念，进行整体设计，在满足安全性、可靠性、实用性的基础上，建立面向对象、面向全局、开放式、分层分布的电解铝生产综合自动化。系统采用单元结构，分为设备层、监控层二层构架。

1.设备层：包括变电整流、电解槽控、烟气净化、空压站、循环水、设备状态监测、智能直流电源、视频监控等，通过对现场设备状态、作业环境、生产过程的实时监测和控制，为电解系列监控系统提供全面的生产实时过程信息和控制。

2.监控层：建设一体化监控平台，全面接入上述设备层子系统，实现数据的收集汇总和信息共享，实现电解、整流的集中监控，实现各类事故预警和故障快速处理指导，实现WEB远程管理维护等功能。为了防止系统数据传输的干扰，设备层子系统独立组网，与其他子系统物理隔离。监控层采用开放式、双机双网络分层分布式结构，保障系统安全稳定的运行。

二、电解铝生产过程控制系统的研究

1.视频监控系统

为了保障电解铝自动化生产工作开展的可靠性，需要引进先进的视频监控设备，在一些重点车间与设备运行时，需要进行严密的监控。如整流设备、电解车间、阴阳极车间等，都可以安装高速球形的摄像机或者是红外相机等。通过视频监控系统与自动化控制系统进行对接，不仅实现整流设备电解设备的联动控制，并可及时发现电解铝生产过程中的异常情况，对提高电解铝生产自动化具有非常重要的意义。

2.电源系统

在电解铝生产工艺中电源系统起到了动力源作用，一般采取双电池组的方式，保证双组电源可以进行充放电，并且母线进行了很好的连接处理。在开展降压、合闸、分流等工作的时候，主要采取单独母线进行控制管理。在智能电源系统工作的时候，可对电池组的电流、电压、电阻、电容等进行及时测试，并记录相关的数据信息，从而更好地管理控制电解铝生产线的电源设备。

3.电解槽系统

电解槽是电解铝生产工艺中非常重要的一个环节，为了提高电解槽的工作质量，需要对电解槽进行实时地监控。通过电解槽监控系统与自动化控制系统进行很好地对接，可以对电解槽的实际运行状态进行实时地管理控制。在控制室的电子屏幕中可以实时地反馈出监控的参数信息、电解状态的具体数据、电解隐患的预警等，并且通过企业的广播系统对外进行及时地宣告危险指数，确保在安全隐患检测时可以第一时间进行管理控制。

4.整流系统

为了更好地提高电解铝生产的自动化水平，需要构建整流自动化系统，为电解铝自动化控制提供可靠的保障。我国电解铝企业中配置的整流电压都是220V的相关整流设备，在整流自动化控制系统的运行下，可以有效地控制通信设备、故障录波器、信息设备和PLC设备等，提高设备的运行质量与效率。

5.设备管理系统

在工业制铝生产的时候，为了确保各个设备可以安全稳定地运行，需要对电解铝的生产设备进行很好地监测管理，如整流器、GIS开关、整流柜、电解槽等，通过监测管理可根据反馈的设备参数，合理地预测设备使用的寿命与工作效能。在电解铝生产的过程中一旦发生了安全事故，不仅会对企业造成巨大的经济损失且工作人员的人身安全也将受到一定的危害。通过对生产设备进行很好地监测管理，可进行及时有效的预防处理，确保将安全隐患扼杀在萌芽状态下，从而有效地保障电解铝生产的安全与质量。在设备监测管理系统运行的过程中可快速地收集相关设备的运行状态参数信息，通过对设备参数信息的量化处理，从而制定针对性的设备维护管理方案，提高电解铝生产设备的可靠性与安全性。

6.安全系统

在电解铝生产的过程中安全管理系统发挥着重要的作用，安全管理系统渗透到每一个生产环节和事故问题处理当中，在安全管理系统的运行下，进行事前、事中、事后的全过程管理控制，确保电解铝生产工作的可靠性。安全管理系统通过对监测数据参数的分析计算，可以自动辨识危险源，并进行相关的处理和警告，可在第一时间控制相应的事故，避免危险事故的影响扩散，实现电解铝的局部保护与事故隔离，降低事故带给企业的经济损失。在电解铝生产的每一个环节与车间都设计了闭环的安全控制系统，通过对每一个生产环节和槽间进行关联性的安全管理控制，从而更好地发挥出安全管理系统的效能。

三、电解铝生产过程控制系统应用的效果与意义

系统的建设以实现集中监控为核心，进而优化生产管理、保障生产安全及提升能源效率，推动电解铝行业可持续健康发展。目前，天泰铝业公司采用本系统进行技术升级并成功投运，在电解铝行业树立了良好的标杆示范作用。

完善了设备监测管理机制。变压器、GIS、蓄电池、电解槽等设备已纳入在线状态监测和全寿命管理体系，并通过电解工区无线网络数据传输、电解槽况红外巡检测温分析等技术的研究验证，充分发挥了视频系统在生产领域的监视督导功能，实现了设备状态的动态展示、分析处理、统计优化与发布，以及系统的灵活调度、故障诊断与推理等，提升全厂的运行维护水平，提高生产工作效率。

健全了生产安全保障体系。通过故障树指导分析、PID冗错和闭环控制的应用，运行维护人员可以直接获得故障根源，自动分析目前设备的运行情况，除有效地进行电流控制和有载开关的调节外，还可自动切除故障机组，避免机组带病工作，为运行维护带来了真正意义上的便捷，提高安全生产可靠性和劳动效率。

通过完善设备监测管理机制、健全生产安全保障体系实现电解整流综合自动化，可最大限度地提高供电质量，适时调控电解工艺参数，满足铝电解生产的需要，实现综合自动化可提高供电的可靠性，并为恢复供电、快速分析、诊断、报告事故原因提供有效的依据，减少故障次数，缩小事故范围，缩短事故时间。假设采用综合自动化后，此类事故次数大大减少，设备在发生故障前隐患即可被发现，生产设备可以做到不停机不压负荷，每年170kA系列可减少停电损失300万元、压负荷损失45万元，300kA系列每年可减少停电损失320万元、压负荷损失50万元，公司每年可减少损失约700万元。

实现了生产管理模式创新。通过细化监测点设置以及优化运行管理责权，使得生产、运行与管理的结合更加紧密，实现变故障检修为状态检修、变人工巡检为自动故障保修。同时，变运维分离为运行一体，提高了劳动生产率。

结语：

综上，由于工业制铝的生产条件特殊，在工业制铝的过程中需要消耗大量的能源，且造成一定的污染。因此，在我国电解铝企业发展的过程中为了更好地提高企业的核心竞争力，需要大力研发自动化控制系统，要科学合理的控制生产的能耗，需要研发电解铝的自动化控制系统，提高电解铝生产工艺的质量与安全，促进电解铝企业经济效益的提高。

参考文献：

[1]马晴，王云龙，李慧慧.基于在线采集的电解铝自动化控制设计[J].2018.

[2]李冰.基于在线计算机监测的电解铝电解过程监测系统设计[J].2018.