氧化鋁超濃相輸送全自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

王　力

(承德石油高等?？茖W(xué)校 電氣與電子工程系，河北　承德　067000)

在電解鋁行業(yè)，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(jiǎn)稱加料系統(tǒng))。目前，全國的鋁廠基本都沒有實(shí)現(xiàn)加料系統(tǒng)的完全自動(dòng)化，都是人工加料。加料人員要爬到電解槽上逐個(gè)摸布袋(注：料倉上面有一個(gè)軟布袋連接料倉和輸送管道)確認(rèn)是否加滿。此種加料辦法費(fèi)時(shí)、費(fèi)工又費(fèi)力，特別摸布袋確認(rèn)是否已經(jīng)滿了這一過程，但是手摸布袋這一過程又不敢省掉，因?yàn)檠趸X原料缺料會(huì)導(dǎo)致發(fā)生陽極效應(yīng)。當(dāng)陽極效應(yīng)發(fā)生時(shí)， 電解槽電壓急劇升高，對(duì)整個(gè)電解系列產(chǎn)生很大的不利影響；電流效率降低，影響電解各個(gè)技術(shù)指標(biāo)，且使鋁的產(chǎn)量和質(zhì)量降低；破壞整個(gè)電解系列的平穩(wěn)供電[2]；對(duì)環(huán)境產(chǎn)生破壞，對(duì)資源產(chǎn)生浪費(fèi)等。另外，電解鋁生產(chǎn)廠家對(duì)班組的考核也使相關(guān)人員不敢懈怠。為了讓工人從繁重的工作中解脫出來，同時(shí)也為了企業(yè)的無人值守大計(jì)，有必要開發(fā)一套完全自動(dòng)的加料系統(tǒng)。

1　控制范圍及控制要求

1.1　控制范圍

自動(dòng)加料系統(tǒng)控制范圍如圖1所示。總共3個(gè)系列9個(gè)車間，每個(gè)車間有74個(gè)電解槽。中控室在系列2和系列3之間，且處在一端。整個(gè)控制區(qū)域非常大，系列長(zhǎng)大約1 200 m，三個(gè)系列寬度約800 m。

1.2　控制要求

自動(dòng)加料自動(dòng)化系統(tǒng)開發(fā)后，設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)定時(shí)(可以在上位機(jī)上設(shè)置開始加料時(shí)間點(diǎn))啟動(dòng)加料風(fēng)機(jī)、打開進(jìn)風(fēng)口、定時(shí)(時(shí)間可以調(diào)整)后關(guān)閉進(jìn)風(fēng)口、延時(shí)后再次打開進(jìn)風(fēng)口、所屬范圍內(nèi)料滿指示燈全亮后確認(rèn)加料完成(加料完成后不得在設(shè)定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)啟動(dòng)加料風(fēng)機(jī))，停止加料風(fēng)機(jī)運(yùn)行、關(guān)閉進(jìn)風(fēng)口。整個(gè)加料過程無人值守，所有可能出現(xiàn)的故障情況應(yīng)能夠及時(shí)準(zhǔn)確報(bào)警并在主控室利用聲音報(bào)警提醒檢查。

2　電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(huán)網(wǎng)把加料相關(guān)PLC控制系統(tǒng)鏈接起來接到中控室，通訊方式采用工業(yè)以太網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)走向示意圖如圖2所示。共3個(gè)系列9個(gè)車間，每個(gè)車間用一套PLC實(shí)現(xiàn)加料系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，主要控制設(shè)備有風(fēng)機(jī)、閥門等，主要檢測(cè)參數(shù)有電流、壓力、閥門開度等模擬量?？紤]到系統(tǒng)規(guī)模和用戶使用習(xí)慣，最終采用AB公司的RSLogix 500系列PLC。

控制系統(tǒng)核心難點(diǎn)是如何準(zhǔn)確判斷電解槽上氧化鋁料箱的料位是否滿。本控制系統(tǒng)總共需要72個(gè)料位傳感器，如果采用常規(guī)的料位傳感器，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況下(高溫、強(qiáng)磁)能夠準(zhǔn)確測(cè)量的傳感器都非常昂貴，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出廠家預(yù)算的?，F(xiàn)在國內(nèi)電解鋁自動(dòng)加料系統(tǒng)基本都沒有實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化的主要原因是沒有合適的穩(wěn)定判斷料位是否已滿的傳感器。如何在有限的預(yù)算下實(shí)現(xiàn)料位的準(zhǔn)確測(cè)量，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)的仔細(xì)試驗(yàn)和方案論證，最終通過自己研發(fā)的一種傳感器實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定可靠的測(cè)量，且成本低廉，用戶完全可以接受。此傳感器在測(cè)試階段還有現(xiàn)在運(yùn)行階段，測(cè)量效果都非常理想，在穩(wěn)定性和可靠性上都完全達(dá)到用戶要求。

3　上位監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本自動(dòng)化控制系統(tǒng)的所有功能在上位機(jī)上體現(xiàn)出來，因?yàn)槭峭耆詣?dòng)化的，如果正常運(yùn)行，是不需要人工干預(yù)的。系列1車間監(jiān)控主界面如圖3所示。

由于風(fēng)機(jī)是一用一備的，程序默認(rèn)每隔一個(gè)月使一號(hào)風(fēng)機(jī)和二號(hào)風(fēng)機(jī)輪換一次。但是主界面仍然把風(fēng)機(jī)手動(dòng)切換畫面放上了，以備某個(gè)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障后手動(dòng)切換。

程序根據(jù)超濃相管道的出口壓力實(shí)時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)出口閥門的開度，保證氧化鋁粉料的快速正常流動(dòng)。

系統(tǒng)考慮到各種故障出現(xiàn)的可能性，設(shè)置了手動(dòng)啟動(dòng)和手動(dòng)停止按鈕，以備特殊情況下能夠手動(dòng)啟動(dòng)和停止系統(tǒng)。但此處的“手動(dòng)啟動(dòng)”按鈕只要點(diǎn)一下，就按照啟動(dòng)順序自動(dòng)調(diào)整閥門和啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，“手動(dòng)停止”也是一樣，只需按下“手動(dòng)停止”，就會(huì)按照停機(jī)工藝逐步關(guān)閉閥門，到時(shí)間關(guān)閉風(fēng)機(jī)。也設(shè)置了“手調(diào)閥門快速停機(jī)”按鈕，通過手動(dòng)設(shè)置閥門關(guān)閉情況，來快速停止系統(tǒng)。

系統(tǒng)在調(diào)試初期，料位計(jì)不是很好使，因此設(shè)置了“屏蔽料位計(jì)”按鈕，料位計(jì)調(diào)試好之后這個(gè)按鈕基本就沒有用了。后來發(fā)現(xiàn)，正常時(shí)所有料位計(jì)都顯示滿位后就會(huì)自動(dòng)停止加料，此時(shí)由于特殊原因需要風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，就可以通過“屏蔽料位計(jì)”實(shí)現(xiàn)。因此，這個(gè)按鈕到最后也保留了下來。當(dāng)系統(tǒng)某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時(shí)，通過主控室的聲音提示相關(guān)人員，在界面上也把相應(yīng)故障顯示出來。如圖4所示。出現(xiàn)報(bào)警就是紅黃閃爍狀態(tài)，以醒目的方式指出報(bào)警位置。

能夠?qū)崿F(xiàn)完全自動(dòng)化，相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)必須設(shè)置好。這里需要設(shè)置的主要參數(shù)如下：

1)加料時(shí)間的設(shè)置。正常4個(gè)小時(shí)加料一次。本系統(tǒng)設(shè)置了12個(gè)時(shí)間，可以做到2個(gè)小時(shí)加料一次。核對(duì)好PLC系統(tǒng)時(shí)間之后，通過設(shè)置加料時(shí)間就能夠到點(diǎn)準(zhǔn)時(shí)加料。目前設(shè)置的是2點(diǎn)、6點(diǎn)、10點(diǎn)、14點(diǎn)、18點(diǎn)、22點(diǎn)準(zhǔn)時(shí)加料。后面有6個(gè)22點(diǎn)整加料是為了和前面的時(shí)間重合，使后面6個(gè)加料時(shí)間設(shè)置不起作用。本系統(tǒng)設(shè)置方式非常靈活，可以設(shè)置一天內(nèi)的任意時(shí)間為加料時(shí)間。

2)報(bào)警和限定性設(shè)置。全自動(dòng)運(yùn)行，異常情況及時(shí)報(bào)警是設(shè)備可靠運(yùn)行的保證，因此，相關(guān)的報(bào)警條件可以設(shè)置。同樣，其他的限定性設(shè)置也要根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)置。比如，電動(dòng)閥有的就不能開到100%，一開到100%就會(huì)出現(xiàn)卡住的現(xiàn)象，因此這里根據(jù)實(shí)際情況來設(shè)置閥門的開到位開度和關(guān)到位開度，這樣能夠有效地保證電動(dòng)閥的開關(guān)自如，避免卡住現(xiàn)象發(fā)生。具體參數(shù)設(shè)置如圖5所示。

4　結(jié)束語

目前，由于鋁價(jià)一直徘徊于低位，大多數(shù)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(dòng)加料改造的公司主控室。原來，這些監(jiān)控設(shè)施都是分散在各個(gè)車間，基本一兩個(gè)顯示器就需要一名監(jiān)盤人員，現(xiàn)在，滿屋的監(jiān)視器只配備一名監(jiān)盤人員，人工成本節(jié)約近80%。從自動(dòng)加料系統(tǒng)來說，原來每班需要12個(gè)人，現(xiàn)在，每班只需要4個(gè)人就可以完成，節(jié)約三分之二人工成本。本自動(dòng)加料系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行幾個(gè)月了，運(yùn)行效果良好。此自動(dòng)加料系統(tǒng)的投入使用，在提高產(chǎn)品質(zhì)量以及節(jié)能降耗方面、減員增效方面作用明顯，同時(shí)也為電解鋁生產(chǎn)企業(yè)更好地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化控制提供了一個(gè)很好的成功案例[4]。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]劉建新. 淺談鋁電解生產(chǎn)中陽極效應(yīng)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(dòng)化生產(chǎn)線的實(shí)現(xiàn)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2013(2):129-132.