300kA铝冶炼生产计算机控制技术原理及应用

赵志平　丁晓亮　余云菊

【摘 要】300kA铝冶炼生产线采用了国内先进的计算机控制技术，本文通过计算机在铝冶炼生产中的槽电阻（RC）控制，出铝（TAP）控制，换极（AC）控制，电压摆（SHK）控制，效应（AE）控制，抬母线（ABR）控制，详细阐明铝冶炼生产计算机控制技术的原理及其在300kA铝冶炼生产中的应用。

【关键词】槽电阻（RC）控制；出铝（TAP）控制；换极（AC）控制；电压摆（SHK）控制；效应（AE）控制；抬母线（ABR）控制

一、引言

随着科学技术的发展，铝冶炼生产与计算机控制技术的结合越来越紧密， 铝冶炼生产计算机控制技术能及时、准确、科学、连续一致地对铝冶炼生产进行控制，为管理决策提供详实可靠的数据，提高了铝冶炼生产自动化程度，大大减轻了工人劳动强度，是铝冶炼生产的核心技术，也是现代铝冶炼技术发展水平的重要标志之一。300kA铝冶炼生产线，引进国内先进的铝冶炼生产计算机控制技术，使铝冶炼生产标准化、数据化、科学化，在生产及管理中发挥着重要的作用。

二、300kA铝冶炼计算机控制系统的结构

300kA铝冶炼计算机控制系统采用的是集散控制结构，即集中管理，分散控制。集散控制结构的铝冶炼计算机系统不仅能完成对铝冶炼生产实时控制，又能对整个生产实行科学有效的管理，实现信息和操作管理的集中化，其结构如图1所示。

300kA铝冶炼计算机控制系统将控制部分（下位机）和管理部分（上位机）分开，具有控制实时性好、扩展方便、抗干扰能力强、可靠性高等特点，其主要功能有：下位机对系列电压、系列电流和单槽电压进行实时数据采集；实时监测电解槽的工作状态，对铝冶炼过程中的故障进行检测；针对铝冶炼电解槽的不同工作状态，采用不同的计算机控制策略，使电解槽工作在最佳状态；上位机对系列数据进行收集和解析，实现单槽和系列参数的修改，进行异常情况和故障的语音报警，生成生产报表并打印，实现电解槽历史数据和实时记录的保存和显示。

三、300kA铝冶炼生产计算机控制技术简介

铝冶炼生产过程复杂多变，影响生产的因素极多，300kA大型预焙槽铝冶炼生产计算机控制技术针对不同的生产过程制定了相应的控制策略：

1.槽电阻控制（RC）

1.1槽电阻控制（RC）的定义及目的

槽电阻控制（RC）是指将当前槽电阻与目标槽电阻比较，根据其正负及变化率进行阳极升/降控制，槽电阻控制（RC）的目的是①通过槽电阻调节维持正常的极距；②维持理想的热平衡。

1.2槽电阻计算机控制策略

槽电阻R=（V-E）/I ，其中V表示槽电压，E表示槽反电动势，I表示系列电流。计算机将槽电阻划分为四个区域，针对不同区域实行不同的控制策略。槽电阻分区控制图如下：

槽电阻计算机控制（RC）策略如下：

①窄死区为不调整区。此期间不进行调极。

②宽死区为微调区。此期间计算机根据实际槽况进行轻微调整，以使槽电阻回到窄死区。

③调整区。计算机先作粗调，粗调时动极时限最大3秒（可调），保持稳定一段时间后再作微调，以使槽电阻平稳的回到窄死区。

④异常区为报警区。槽电阻在此期间计算机停止动极，发出报警，通知现场操作人员处理。

2.阳极更换（AC）控制

在铝冶炼生产中，阳极更换（AC）指令由人工从操作盘发出，当计算机检测到阳极更换（AC）信号，便旁路RC，禁止阳极动作，进行定时加工，一旦检测到“残极取出”则停止下料，直到AC结束。因为AC过程中会造成大量的热量损失，并会有大量的物料落入电解槽中，为了补偿电解槽的热收入和保持物料平衡，在AC结束后，计算机根据AC额外电压及AC后额外电阻作用时间进行AC后的附加控制，此过程下料间隔时间放大140%。

3. 出铝（TAP）控制

电解槽进行出铝（TAP）作业时，操作人员从操作盘发出出铝（TAP）指令，计算机首先检测是否满足出铝开始条件：①当前电阻值与目标电阻值之差>判断出铝已开始的电阻值②设出铝过程最新4次5s槽电阻值为：JR4，JR3，JR2，JR1，JRB，当：JR4-JR3>出铝开始判定用电压差值1时，若JR4-JR2>出铝开始判定用电压差值2或（JR4+JR3）/2- JRB >出铝开始判定用电压差值3。计算机判定满足出铝条件时，进入出铝控制程序，其控制策略为：①当前槽电阻与目标电阻值之差>出铝粗降极判定用电阻差值时，按TAP粗调阳极下降时间进行粗降阳极。②当前槽电阻与目标电阻值之差>出铝微降极判定用电阻差值时，按TAP微调阳极下降时间进行微降阳极。③当前槽电阻与目标电阻值之差<出铝微升极判定用电阻差值时，按TAP微调阳极上升时间进行微升阳极。

当出铝下降总时间>TAP阳极下降总时间限定并出铝微调控制次数>出铝控制完成条件判别次数时，出铝控制正常结束，进入出铝后附加控制。

4. 电压波动（SHK）控制

电解槽内的铝液层受到内外力的干扰，会产生变形和波动，使各块阳极底部的极距发生变化，此时电压表现为周期性的波动现象。当电压波动的幅值超过电压波动判定用电压值时，计算机判定发生电压波动，进行语音报警，将目标电阻控制区由窄死区转到宽死区， 并根据摆动的强弱分为三级进行微升阳极控制；若升极控制不能抑止电压波动，则每隔5分钟进行一次报警，直到人工处理正常。电压波动发生后，目标控制电阻（SNRN）=设定电阻值+电压摆后额外电阻值，适当的提高设定电压，有利于增加电解槽的热收入，维持电解槽的稳定性。

5. 效应（AE）控制

阳极效应是铝冶炼过程中发生在阳极上的特殊现象，可分为计划效应，突发效应和闪烁效应。计算机每5s进行一次效应检测，若发现R5S>AE电压判定值，则确定有效应电阻，如果最新4个5s电阻中有3个以上效应电阻，则判定发生阳极效应。当阳极效应发生时，计算机进行一次效应加工（按效应加工中的下料次数，五点同时进行加工），同时发出效应报警，当确定真实效应发生后，每隔2分钟进行一次效应时间过长报警，直至效应熄灭。

6. 抬母线（ABR）控制

在铝冶炼生产中，随着阳极的消耗，阳极母线的位置会不断下移，当母线行程接近下限时，就必须进行抬母线作业。当人工从操作盘发出抬母线作业指令，计算机首先进行一次效应加工，然后按80%的基础加工间隔进行下料加工控制，直到抬母线作业（ABR）完成，若抬母线操作时间>抬母线作业（ABR）最大时限，计算机每隔5分钟进行抬母线时间过长语音报警，直到人工清除为止。

四、结语

生实产践表明，300kA铝冶炼生产计算机控制技术能够对铝冶炼生产进行实时有效的控制，是铝冶炼生产的核心技术，在提高电流效率、降低能耗、延长电解槽槽寿命、优化铝冶炼生产工艺等方面起到了决定性作用，为300kA铝冶炼生产线高效、平稳运行提供了强有力的技术支撑。

作者简介：

赵志平，男，1978年7月生，云南香格里拉人，铝冶炼工程师，云铝股份电解二厂计算站。