鋁電解廠智能化與自動化的應(yīng)用與發(fā)展

張軍杰

（青海西部水電有限公司，青海 海東 810800）

經(jīng)濟不斷發(fā)展進步，全球化趨勢愈發(fā)明顯，工業(yè)發(fā)展空間也在不斷擴大，在新的時代背景下也有了新的發(fā)展要求。伴隨工業(yè)智能化以及自動化出現(xiàn)，工業(yè)戰(zhàn)略新型工業(yè)化帶動，實現(xiàn)信息化促進工業(yè)化發(fā)展，工業(yè)化帶動信息化進步，鋁電解廠的實際生產(chǎn)管理需要轉(zhuǎn)變思路。在長時間研究后，實現(xiàn)功能優(yōu)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(xiàn)物理現(xiàn)場的在線監(jiān)測，實現(xiàn)電解鋁生產(chǎn)的發(fā)展控制。目前鋁電解行業(yè)的發(fā)展亟需智能化與自動化引入，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域更新?lián)Q代，對產(chǎn)業(yè)長久穩(wěn)定發(fā)展具有重要作用。

1 自動化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

自從上世紀(jì)50年代以來，有色冶金行業(yè)已經(jīng)開始引入自動化技術(shù)，因此，電解鋁廠的自動化技術(shù)覆蓋率相對來說較高。通常情況下，在工廠自動化系統(tǒng)中，主要劃分為幾個板塊，例如車間控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)以及電解槽控系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的利用需要借助以太網(wǎng)，連接到全網(wǎng)的控制中心。電解槽控系統(tǒng)的利用需要將實時控制作為基礎(chǔ)，統(tǒng)計分析電解過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，利用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)收集功能，快速收集化驗室、測量等相關(guān)實時數(shù)據(jù)，分析不同設(shè)備數(shù)據(jù)，針對異常槽的出現(xiàn)，及時找到異常出現(xiàn)的原因，通過更加直觀的方式呈現(xiàn)給操作人員以及管理人員。車間控制系統(tǒng)需要在每一個生產(chǎn)車間中安裝PLC控制系統(tǒng)，設(shè)備需要具備系統(tǒng)控制聯(lián)網(wǎng)，在連接過程中，需要利用以太網(wǎng)將信息工藝參數(shù)傳輸?shù)娇刂浦行?，通過這種方式實現(xiàn)控制中心遠程監(jiān)督功能；視頻控制系統(tǒng)主要劃分為兩個部分，也就是生產(chǎn)視頻監(jiān)控以及安保視頻監(jiān)控，系統(tǒng)通過數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實時監(jiān)視以及記錄生產(chǎn)現(xiàn)場以及運行設(shè)備。在發(fā)現(xiàn)隱患之后，查詢歷史圖像，可以為安全事故的發(fā)生提供相應(yīng)資料，具有可靠性[1]。

技術(shù)應(yīng)用弊端。工廠自動化應(yīng)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(yīng)的智能化電氣設(shè)備，缺乏必要性的配電系統(tǒng)，并且電氣應(yīng)用過程巡檢人員數(shù)量較多，排查用電故障時，經(jīng)常出現(xiàn)不及時的情況；電網(wǎng)電價高低峰問題，針對負荷以及電解槽信息并沒有實現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化。重點工藝設(shè)備使用過程中冗余現(xiàn)象嚴(yán)重，儀表長時間使用損壞或者是受到干擾等，難以提供精準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)。一部分電解鋁工廠使用的設(shè)備比較古老，設(shè)備運行過程中，高磁場以及高電流的影響，出現(xiàn)較差的抗干擾能力。電解鋁生產(chǎn)過程較為復(fù)雜，會受到內(nèi)部以及外部因素影響，在生產(chǎn)現(xiàn)場需要配備相應(yīng)的工作人員手動操作，才能夠確保生產(chǎn)穩(wěn)定性。電解鋁生產(chǎn)過程，企業(yè)總部與下屬分廠之間，各個車間并沒有統(tǒng)一化的信息平臺，難以發(fā)揮各個部門的生產(chǎn)優(yōu)勢。

2 多功能機組自動化研究分析

在電解鋁生產(chǎn)過程中，起著核心作用的設(shè)備為電解多功能天車，設(shè)備主要工作是電解生產(chǎn)打殼、下料以及槽大修等。這一設(shè)備在實際生產(chǎn)中需要負責(zé)多種生產(chǎn)規(guī)模化任務(wù)，不斷研究和改進自動化技術(shù)，對生產(chǎn)效率提高，降低物料消耗以及工業(yè)產(chǎn)值提升具有重要作用。

在多功能天車設(shè)備中應(yīng)用PLC控制技術(shù)，可以實現(xiàn)自動加料以及設(shè)備的自動檢測，通過PLC控制技術(shù)與變頻器控制技術(shù)結(jié)合，可以將大車與小車的應(yīng)用自動精準(zhǔn)對位，結(jié)合實際情況，開啟或者是關(guān)閉放料閥門。利用控制器對天車中的對位加料系統(tǒng)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(shù)改造電氣系統(tǒng)后，可以有效解決設(shè)備頻繁故障問題。通過網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)應(yīng)用，研究天車設(shè)備應(yīng)用過程中故障報警以及參數(shù)信息控制功能，與此同時，在大車與小車變頻器調(diào)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(gòu)成MPI網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)低位控制高位，在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用基礎(chǔ)上可以實現(xiàn)天車功能的開發(fā)，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(shè)備，形成整車網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)一次性打撈料塊以及殘渣，防止人工撈渣出現(xiàn)的安全問題。利用智能化絕緣監(jiān)控電子裝置，可以實現(xiàn)多功能機組絕緣結(jié)構(gòu)部分的實時監(jiān)控，提高自動保護功能；改變大車與小車軌道，安裝相應(yīng)的吹灰裝置，清洗原有系統(tǒng)中的限位問題，優(yōu)化以及改進絕緣護套。

經(jīng)過改造以及研究之后，多功能機組的綜合性實現(xiàn)不斷提升，其特性優(yōu)勢顯著，實現(xiàn)自動化精準(zhǔn)定位、自動化診斷故障，具備較強的抗干擾性等，設(shè)備在實際應(yīng)用中，自動化以及智能化在多方面具有較好的體現(xiàn)[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(guān)鍵性的經(jīng)濟技術(shù)要素。基于這一情況鋁電解生產(chǎn)過程中需要將多物理場在線連續(xù)監(jiān)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(jīng)常出現(xiàn)問題，例如較為常見的時間誤差、結(jié)果誤差或者是難以連續(xù)監(jiān)測問題等。針對多物理場出現(xiàn)的眾多問題，相關(guān)研究人員分別研究鋁電解應(yīng)用系統(tǒng)中的在線監(jiān)測以及分析系統(tǒng)，結(jié)合實際情況，設(shè)計系統(tǒng)中的模塊化系統(tǒng)硬件以及運行具備穩(wěn)定性的軟件系統(tǒng)，這兩種系統(tǒng)的結(jié)合使用可以有效采集分析數(shù)據(jù)，在判斷電流分布以及電解槽情況階段時提供準(zhǔn)確化數(shù)據(jù)。通過新型光纖光棚高溫傳感器的開發(fā)應(yīng)用，針對槽殼上的光纖傳感器建立多點溫度監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)不同環(huán)境下槽殼溫度的實時在線監(jiān)測。在開發(fā)系統(tǒng)軟件之后，可以在線監(jiān)測極距以及陽極電流分布，針對在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)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(dǎo)桿等距壓降，通過上位機的應(yīng)用存儲數(shù)據(jù)，顯示液面波動曲線，對這一數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測。使用語言結(jié)合方式，對混合編程進行軟件開發(fā)，積極發(fā)揮數(shù)值計算與界面優(yōu)勢，在線監(jiān)測電解鋁槽樘內(nèi)部情況。

相比于手動測試，實現(xiàn)自動化在線連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，并且測試系統(tǒng)過程的實時連續(xù)性，進行數(shù)據(jù)自動化采集等，可以為其提供重要對的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。

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(zhì)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(fā)定位檢測功能，實現(xiàn)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(tǒng)，檢測以及預(yù)報陽極效應(yīng)。結(jié)合陽極電流信號的實際能量特點，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷模型，診斷電解鋁實際槽況。

4 電解鋁工廠自動化技術(shù)應(yīng)用措施分析

4.1 工藝設(shè)備中傳感器配置分析

在電解鋁自動化系統(tǒng)應(yīng)用中，核心工藝設(shè)備為智能化傳感器設(shè)備，這一設(shè)備的應(yīng)用可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(tǒng)負荷壓力；使用相應(yīng)冗余裝置，可以選擇自動切換備用部件，防止設(shè)備出現(xiàn)故障，造成工藝流程的中斷，提高生產(chǎn)安全可靠性。

4.2 配電系統(tǒng)升級處理

在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)設(shè)備升級，首先處理高壓開關(guān)柜，使用電動化設(shè)計，便于遠程操作。在這一設(shè)備中安裝內(nèi)部攝像頭，操作過程中，可以實時視頻監(jiān)測開關(guān)柜內(nèi)部裝置運行。工程生產(chǎn)需要使用變壓器、負荷出現(xiàn)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(shè)備的參數(shù)上傳到服務(wù)器中，進行設(shè)備有效監(jiān)測。重視智能化供電與配電管理系統(tǒng)，這一系統(tǒng)應(yīng)用是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上，對數(shù)字化配電有效解決，使用云計算以及大數(shù)據(jù)分析功能，實現(xiàn)系統(tǒng)中智能設(shè)備之間的互相聯(lián)系，對其高效維護，提高配電運行性的可靠性，保證配電系統(tǒng)在實際應(yīng)用中具有全方位的改善作用。智能化配電設(shè)備的高速采集以及處理，可以針對數(shù)據(jù)進行電能質(zhì)量管理，輔以有效的維護管理工作。一部分長時間使用的設(shè)備，出現(xiàn)老化問題，可以對其起到一定預(yù)警作用，減少停電時間，降低停電次數(shù)，延長設(shè)備使用周期?；ヂ?lián)網(wǎng)接口與供電企業(yè)實現(xiàn)信息對接，可以使用最低電價。

4.3 構(gòu)建智能化管理平臺

電解鋁工廠建立綜合性的網(wǎng)絡(luò)平臺，具備工業(yè)化以及信息化，首先一級平臺建立，主要是企業(yè)的ERP系統(tǒng)，利用云技術(shù)，對分廠數(shù)據(jù)進行交換以及共享。二級平臺建立主要任務(wù)有信息展示以及能源管理等，相比之下，二級管理系統(tǒng)功能較為多樣化，包括生產(chǎn)數(shù)據(jù)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(shè)備等，通過平臺建設(shè)可以促進生產(chǎn)與管理的智能化。

首先是生產(chǎn)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(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下，能夠進行多個廠站之間的結(jié)合，通過運營單元作為基礎(chǔ)，建立二級平臺，對所有廠站集中監(jiān)控，實現(xiàn)統(tǒng)一化調(diào)度以及移動式管理；利用專家系統(tǒng)診斷故障，防范風(fēng)險，集合監(jiān)控、報警與診斷，形成聯(lián)動機制。在遠程終端控制下，對電解槽進行控制，使用歷史數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)分析，促進電解鋁生產(chǎn)過程的數(shù)字化[3]。

其次是管理智能化階段，在這一階段中，主要有設(shè)備管理以及人員管理兩方面，首先是設(shè)備管理，使用三維模型，基于自動化系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)，通過視覺感知技術(shù)應(yīng)用，對設(shè)備行以在線管理，統(tǒng)計分析設(shè)備使用壽命以及相應(yīng)成本，結(jié)合設(shè)備實際使用情況，制定養(yǎng)護維修措施。人員管理方面主要是使用智能視覺分析技術(shù)，對工廠內(nèi)人員、設(shè)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(chǎn)運行管理以及設(shè)備管理等，降低人力成本，提高生產(chǎn)安全性。

5 總結(jié)

電解鋁工廠的管理、控制與決策實現(xiàn)智能化是一項十分重要的任務(wù)，不能一蹴而就，鋁廠實現(xiàn)智能化建設(shè)需要其他技術(shù)的支持，例如大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)以及人工智能技術(shù)，這些技術(shù)在各個生產(chǎn)領(lǐng)域中產(chǎn)生了重要作用，將其應(yīng)用到電解鋁生產(chǎn)中，需要結(jié)合實際情況，針對性應(yīng)用，降低生產(chǎn)成本。