电解铝生产过程控制系统的研究和应用

杨波

陕西有色榆林新材料集团公司铝业分公司陕西榆林719000

摘要：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，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。本文对电解铝生产过程控制系统的研究和应用做出简要阐述。

关键词：电解铝；自动化系统；节能降耗

引言

在电解铝行业建立以控制对象为基础的系统架构和模型，提升企业的生产过程自动化水平，改善工作环境和劳动强度；建立以设备管理为核心的监测和评估机制，引进设备状态可靠性预测机制，对电解铝生产运行设备实际使用寿命进行预测和评估；建立以生产安全为目的的防护和保障体系，制定科学、合理的安全生产防护机制，促进企业生产经营的稳定、有序；建立以节能增效为目标的管理和创新体系，引进生产流程优化理念，提高工作质量和效率、降低生产成本、节约能源消耗。

1系统功能及软件设计

电解铝生产过程控制系统按照四大功能体系进行设计规划，包括：生产运行自动化、设备状态监测与全寿命管理、生产安全保障、能耗与节能管理。生产运行自动化是将与电解铝生产运行相关的供电整流、电解、烟气净化、空压站、阳极铸造等专业子系统进行信息收集、展示及设备的控制，形成供电与槽控的互动，实现生产运行的全面监控。设备状态监测与全寿命管理是以生产设备为对象，将设备状态监测功能与设备全寿命管理等高级应用的需要融入综合自动化系统平台，现实设备管理功能，提升系统管理能力，为设备的全寿命管理奠定理论与实践基础。

生产安全保障包括运行系统自动防护、事故前预测与告警、事故的追述和反演、运行操作的培训仿真等。提高生产运行的安全性与可靠性是自动化系统的基本职责，一套先进的电解铝自动化系统不仅需要对生产设备提供监视、控制及管理功能，还需要以生产运行设备为对象，提供全面可靠的安全保障措施。能耗与节能管理系统是以帮助铝厂在扩大电解铝产能的同时，合理计划和利用能源，有效控制电解槽的能源消耗，节约能源，提高经济效益为目的信息化管控系统[1]。

2系统应用

2.1生产自动化系统

（1）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，并且可以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，可以对电池组的电流、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[2]。

（3）电子系统

在企业电子系统的工作运行下，可以科学地计算出电解铝实际消耗的电能，通过对数据信息的深入研究分析，可以找出节能降耗的直接途径，如将电解铝生产过程中400伏特的电源开关柜与10千伏特的电力系统进行一体化整合，从而更好地优化电子系统，达到电解铝生产节能降耗的目的。

（4）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[3]。

（5）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。

（6）系列系统。在该系统中主要是负责进行电解铝生产过程的调节，在该系统的运行下，可以进行水、汽、电源、视频等多领域的调节，确保各个生产环节之间的有效连接。在远程管理系统的操控下，保障各个子系统之间的对接质量与安全。

2.2节能降污管理系统

在电解铝生产的过程中通过量化与可度量的有效监测，从而为生产能耗的控制系统提供可靠的数据资料。为了确保监测数据的真实性与全面性，根据电解铝生产企业的实际情况，科学的布置设备监测点，保证可以及时地收集到电解铝生产全过程的相关数据信息。通过对数据信息的分析处理，就可以控制各车间、时间段、槽间能耗等生产环节与产量的相互关系。为了降低企业的生产成本，保障电解铝的整体生产效益，需要根据数据的反馈，计算出每一个生产环节实际需求的能源与产生的污染，然后利用节能降污管理系统对全过程生产的能耗与排污进行精准的控制。在该系统运行的过程中主要包含以下工作内容：电解铝生产能耗的监测、能耗产生的分析计算、每吨铝生产的能耗计算等，通过分析计算，就可以找出各个车间之间的能耗联系，从而充分发挥出节能系统的作用，降低电解铝的生产成本，促进企业的生产效益提升。

2.3安全系统

铝业的运行自动防护系统是一套基于生产各个环节、各个流程间的事故自动导向安全系统。它能够通过自动化防护系统将事故从萌芽、发生、发展、发生后的过程进行实时监控。通过对参数信息和现象进行在线辨识与分析、智能判断和告警、自动限制控制与处理、保护动作以及事故后的反演进行递阶式的处理过程使得事故得到有效的控制和限制、最大限度的实现事故的区域隔离和局部分解，通过事故处理的自动化（或半自动、手动）试图避免事态的扩大，同时将损失降到最小。每个环节和流程形成闭环式的冗错控制系统，各环节、流程间形成关联和互动最终实现生产运行系统的安全最优防护体系。

2.4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，通过监测管理可以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，可以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以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[4]。

结束语

智能化操作系统使电解铝生产设备在结构上更加简洁，并且在质地上有非常高的集成性、安全性、可操作性、易维护性、结构严谨性以及强大的功能扩展性。在新型工艺技术条件下，电解槽设备的高效控制能够帮助电解铝生产设备的平稳运行，以追求更好的经济效益。

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].中国锰业,2018,3601:130-133.

[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].中国锰业,2018,3603:155-158.

[3]许松华.结合电解铝厂的特点浅析电解铝厂的安全管理[J].科技传播,2010,(3):8-9.

[4]孙强.浅析电解铝行业的安全生产管理[J].职工法律天地:下,2014,0(12):140.