铝电解厂智能化与自动化的应用与发展

2021-01-05张军杰

世界有色金属 2021年7期

张军杰

（青海西部水电有限公司，青海海东 810800）

经济不断发展进步，全球化趋势愈发明显，工业发展空间也在不断扩大，在新的时代背景下也有了新的发展要求。伴随工业智能化以及自动化出现，工业战略新型工业化带动，实现信息化促进工业化发展，工业化带动信息化进步，铝电解厂的实际生产管理需要转变思路。在长时间研究后，实现功能优化控制，针对机械自动化以及诊断智能化方面进行深入化研究，实现物理现场的在线监测，实现电解铝生产的发展控制。目前铝电解行业的发展亟需智能化与自动化引入，实现产业领域更新换代，对产业长久稳定发展具有重要作用。

1 自动化技术应用现状

自从上世纪50年代以来，有色冶金行业已经开始引入自动化技术，因此，电解铝厂的自动化技术覆盖率相对来说较高。通常情况下，在工厂自动化系统中，主要划分为几个板块，例如车间控制系统、视频监视系统以及电解槽控系统，这些系统的利用需要借助以太网，连接到全网的控制中心。电解槽控系统的利用需要将实时控制作为基础，统计分析电解过程中产生的数据，利用系统中的数据收集功能，快速收集化验室、测量等相关实时数据，分析不同设备数据，针对异常槽的出现，及时找到异常出现的原因，通过更加直观的方式呈现给操作人员以及管理人员。车间控制系统需要在每一个生产车间中安装PLC控制系统，设备需要具备系统控制联网，在连接过程中，需要利用以太网将信息工艺参数传输到控制中心，通过这种方式实现控制中心远程监督功能；视频控制系统主要划分为两个部分，也就是生产视频监控以及安保视频监控，系统通过数字网络技术，实时监视以及记录生产现场以及运行设备。在发现隐患之后，查询历史图像，可以为安全事故的发生提供相应资料，具有可靠性[1]。

技术应用弊端。工厂自动化应用弊端也较为显著，在实际使用中，配电所并没有配备出相应的智能化电气设备，缺乏必要性的配电系统，并且电气应用过程巡检人员数量较多，排查用电故障时，经常出现不及时的情况；电网电价高低峰问题，针对负荷以及电解槽信息并没有实现协同优化。重点工艺设备使用过程中冗余现象严重，仪表长时间使用损坏或者是受到干扰等，难以提供精准化的数据。一部分电解铝工厂使用的设备比较古老，设备运行过程中，高磁场以及高电流的影响，出现较差的抗干扰能力。电解铝生产过程较为复杂，会受到内部以及外部因素影响，在生产现场需要配备相应的工作人员手动操作，才能够确保生产稳定性。电解铝生产过程，企业总部与下属分厂之间，各个车间并没有统一化的信息平台，难以发挥各个部门的生产优势。

2 多功能机组自动化研究分析

在电解铝生产过程中，起着核心作用的设备为电解多功能天车，设备主要工作是电解生产打壳、下料以及槽大修等。这一设备在实际生产中需要负责多种生产规模化任务，不断研究和改进自动化技术，对生产效率提高，降低物料消耗以及工业产值提升具有重要作用。

在多功能天车设备中应用PLC控制技术，可以实现自动加料以及设备的自动检测，通过PLC控制技术与变频器控制技术结合，可以将大车与小车的应用自动精准对位，结合实际情况，开启或者是关闭放料阀门。利用控制器对天车中的对位加料系统进行改进，可以补充其加料装置中的自动控制功能。通过PLC控制技术改造电气系统后，可以有效解决设备频繁故障问题。通过网络控制技术应用，研究天车设备应用过程中故障报警以及参数信息控制功能，与此同时，在大车与小车变频器调速之后，可以满足跳车快速操作需求。使用自动化测高装置，将其集成于多功能机组中，对换级效率具有提高作用，这一过程中可以降低劳动强度，减少烟气排放问题。通过总线连接方式，可以安装一定的变频器，与智能电机保护器同时构成MPI网络，实现低位控制高位，在网络应用基础上可以实现天车功能的开发，对换级效率提高具有重要作用。使用触摸式工控机以及PLC设备，形成整车网络总线控制形式，保证信号有效传输以及电机回路的有效简化控制等。利用新型化的多功能铝电解装置，实现一次性打捞料块以及残渣，防止人工捞渣出现的安全问题。利用智能化绝缘监控电子装置，可以实现多功能机组绝缘结构部分的实时监控，提高自动保护功能；改变大车与小车轨道，安装相应的吹灰装置，清洗原有系统中的限位问题，优化以及改进绝缘护套。

经过改造以及研究之后，多功能机组的综合性实现不断提升，其特性优势显著，实现自动化精准定位、自动化诊断故障，具备较强的抗干扰性等，设备在实际应用中，自动化以及智能化在多方面具有较好的体现[2]。

3 在线检测以及槽况诊断功能

铝电解厂在槽物理场中主要划分为电场、热场以及温度场等，形式较为多样，不同物理场之间的分布对铝电解槽的电流效率和能量消耗等具有直接性影响，是其关键性的经济技术要素。基于这一情况铝电解生产过程中需要将多物理场在线连续监测作为改进要素的重要方式。在多物理场间断手动测试中，经常出现问题，例如较为常见的时间误差、结果误差或者是难以连续监测问题等。针对多物理场出现的众多问题，相关研究人员分别研究铝电解应用系统中的在线监测以及分析系统，结合实际情况，设计系统中的模块化系统硬件以及运行具备稳定性的软件系统，这两种系统的结合使用可以有效采集分析数据，在判断电流分布以及电解槽情况阶段时提供准确化数据。通过新型光纤光棚高温传感器的开发应用，针对槽壳上的光纤传感器建立多点温度监测网络，可以实现不同环境下槽壳温度的实时在线监测。在开发系统软件之后，可以在线监测极距以及阳极电流分布，针对在线监测系统的应用可以为操作管理思路处理提供支持。将单片机作为核心，使用阳极导杆等距压降，通过上位机的应用存储数据，显示液面波动曲线，对这一数据进行实时监测。使用语言结合方式，对混合编程进行软件开发，积极发挥数值计算与界面优势，在线监测电解铝槽樘内部情况。

相比于手动测试，实现自动化在线连续监测系统，并且测试系统过程的实时连续性，进行数据自动化采集等，可以为其提供重要对的基础性数据。

针对阳极故障诊断，使用新型阳极电流测量仪可以判断噪声的性质以及强度，使用针对性的噪声抑制方法。在运用频域方面分析，使用多样化方式，开发定位检测功能，实现震动信号的采集与分析，提高管理效果，形成一体化辅助系统，检测以及预报阳极效应。结合阳极电流信号的实际能量特点，建立神经网络诊断模型，诊断电解铝实际槽况。

4 电解铝工厂自动化技术应用措施分析

4.1 工艺设备中传感器配置分析

在电解铝自动化系统应用中，核心工艺设备为智能化传感器设备，这一设备的应用可以实现数据自动化筛选，进行初步加工，不断降低控制中心的自动化系统负荷压力；使用相应冗余装置，可以选择自动切换备用部件，防止设备出现故障，造成工艺流程的中断，提高生产安全可靠性。

4.2 配电系统升级处理

在生产过程中实现设备升级，首先处理高压开关柜，使用电动化设计，便于远程操作。在这一设备中安装内部摄像头，操作过程中，可以实时视频监测开关柜内部装置运行。工程生产需要使用变压器、负荷出现配置等，其具备通讯功能，是一种多功能性仪表，使用通讯管理措施，将不同设备的参数上传到服务器中，进行设备有效监测。重视智能化供电与配电管理系统，这一系统应用是在互联网技术基础上，对数字化配电有效解决，使用云计算以及大数据分析功能，实现系统中智能设备之间的互相联系，对其高效维护，提高配电运行性的可靠性，保证配电系统在实际应用中具有全方位的改善作用。智能化配电设备的高速采集以及处理，可以针对数据进行电能质量管理，辅以有效的维护管理工作。一部分长时间使用的设备，出现老化问题，可以对其起到一定预警作用，减少停电时间，降低停电次数，延长设备使用周期。互联网接口与供电企业实现信息对接，可以使用最低电价。

4.3 构建智能化管理平台

电解铝工厂建立综合性的网络平台，具备工业化以及信息化，首先一级平台建立，主要是企业的ERP系统，利用云技术，对分厂数据进行交换以及共享。二级平台建立主要任务有信息展示以及能源管理等，相比之下，二级管理系统功能较为多样化，包括生产数据以及能源管理等均有涉及。三级管理平台主要有工控管理、工艺智能化设备等，通过平台建设可以促进生产与管理的智能化。

首先是生产智能化阶段，其中主要有智能检测以及智能槽控等，在智能检测中，物联网技术支持下，能够进行多个厂站之间的结合，通过运营单元作为基础，建立二级平台，对所有厂站集中监控，实现统一化调度以及移动式管理；利用专家系统诊断故障，防范风险，集合监控、报警与诊断，形成联动机制。在远程终端控制下，对电解槽进行控制，使用历史数据进行大数据分析，促进电解铝生产过程的数字化[3]。

其次是管理智能化阶段，在这一阶段中，主要有设备管理以及人员管理两方面，首先是设备管理，使用三维模型，基于自动化系统实时数据，通过视觉感知技术应用，对设备行以在线管理，统计分析设备使用寿命以及相应成本，结合设备实际使用情况，制定养护维修措施。人员管理方面主要是使用智能视觉分析技术，对工厂内人员、设备以及事件进行性无人化操作，提高智能化水平。这一过程中需要重视生产运行管理以及设备管理等，降低人力成本，提高生产安全性。