铝电解槽的计算机控制
铝电解全数字化智能槽控系统说明书
生产企业简介
湖南中大业翔科技有限公司
铝电解槽智能模糊控制系统
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铝电解智能控制系统用户手册
企业简介
一、企业概况
湖南中大业翔科技有限公司(Hunan CSU Yeshine Science & Technology Ltd.)是首 批入选国家级大学科技园——岳麓山国家大学科技园的高科技企业，是由中南大学（原中 南工业大学）轻金属及工业电化学研究所的科技人员依据国家和中南大学高科技产业化的 有关政策于2000年3月创立的高科技公司。公司以中南大学为依托，以轻金属及工业电化 学研究所为研发基地。公司的主要股东之一、学术总指导、名誉董事长为中国工程院院 士、我国铝行业的著名专家学者、全国轻金属学术委员会主任委员刘业翔教授。公司不仅 拥有中南大学轻金属及工业电化学所的科技人才，而且从相关企业引进了高素质的工程技 术人才，目前公司职员88人，其中骨干成员39人，高级职称及博士18人，是一支研究、开 发与工程型人才相结合的队伍。公司成立后不久被科技园授予示范企业称号，并通过了湖 南省的高科技企业认证。 公司的高科技产业化项目“现场总线（CAN总线）型智能模糊控制系统”荣获国家科 技部2000年度第一批科技型中小企业技术创新基金的无偿资助及湖南省政府引导基金的资 助，该项目的前期技术主要来源于国家经贸委“九五”计划资助的两个国家技术创新项 目，主体成果经部级鉴定达到了国际领先水平，且两个项目均被国家经贸委授予“九五” 国家技术创新优秀项目奖。2007年公司“复杂工业过程集成嵌入式控制软件系统产业化” 项目获国家发改委“十一五”国家关键技术产业化专项技持并于2009年验收。公司及其研 究开发基地拥有实验室、办公室及厂房近2000平方米，以及品种齐全的、具有国际先进水 平的研究开发及产品测试设备。目前公司已具备年生产智能测控模块8000套、智能模糊控 制器（槽控机）2000套并提供相应的售后服务的能力，产品与技术迅速在我国铝行业推广 应用，取得显著的经济效益和社会效益。 我公司开发的全分布式网络型铝电解智能控制系统在铝电解生产企业中得到广泛应 用，市场占有率在50%以上 。我们期望用我们最好的产品、最好的技术和最好的服务为我 国铝厂的节能降耗和环保治理做出更大
铝电解槽控机改造
铝电解槽控机改造技术要求1.总则1.1本技术要求适用于东方希望包头稀土铝业有限公司一期300KA电解铝工程计算机控制系统。
1.2 本技术要求提出的是最低限度的技术要求，并未对一切技术细节作出规定，也未充分引述有关标准和规范的条文，供方应提供符合工业标准和本规范书的优质产品。
1.3 本技术要求所使用的标准如遇与供方执行的标准不一致时，按较高标准执行。
1.4本次改造范围：电解一期一车间1037#-1096#槽，电解二车间2037#-2096#槽，共计120台电解槽。
2.地理环境年平均环境温度: 10℃海拔高度: 1070m最高温度: 40℃最低温度: -28℃电源相数: 3相安装方式: 壁挂式安装3. 工作环境温度：-20~60℃相对湿度：<80%磁场强度：150高斯供电电源：隔离AC380V/380V 、AC380V/220V 50HZ模拟电流信号：4~20mA和0~5V一、主要技术要求铝电解槽计算机控制系统是铝电解生产的关键技术装备，是铝电解槽技术不可分割的组成部分，是铝电解槽技术经济指标能否实现的关键技术因素之一。
本电解生产系列的槽型为300KA预焙阳极铝电解槽。
根据该电解槽的技术要求，铝电解槽计算机控制系统与槽控机必须与该槽型的原则要求相适应。
控制系统应采用集散式多级分布控制和决策管理相结合的结构形式；控制系统应将数据采集、过程监控和生产管理有机结合起来，保证系统可靠性高，适应性强，实用，维护灵活方便；本工程拟采用的铝电解槽计算机控制系统与槽控机投运后应确保本电解生产系列采用的300KA铝电解槽能达到国内领先的技术经济指标。
二、控制系统的主要技术要求2.1控制结构：2.1.1一台槽控机控制一台电解槽，上位机使用研华工控机（配置甲方提供）。
上位机至电解厂房之间的通讯采用单模轻铠光缆为通信介质。
2.1.2 上位管理级由星型网络结构组成以太网，可通过硬件防火墙与公司局域网和万维网互联。
2.1.3 整个系统采用“槽控机—监控、管理机—服务器（网络数据库）--终端用户”结构。
自动控制技术知识
铝电解智能模糊控制技术1、前言近几十年,在铝电解生产过程中越来越多地使用计算机控制技术,计算机控制系统已经成为现代大型铝电解槽生成过程控制和管理必不可少的自动化装备,并成为当代铝冶金技术发展水平的重要标志。
在铝的电解过程中,氧化铝浓度的控制是相当重要的。
在这个过程中都强调要“四低一高”的作业特点,如果氧化铝的浓度过高的话,会造成槽底沉淀、降低电流效率、增加电阻和阴极压降、可能危及铝液层的稳定;而当氧化铝浓度过低的时候,又容易发生阳极效应,使槽电压急剧升高,破坏槽子的能量平衡。
因此为了获取高的电流效率,必须维持槽内氧化铝浓度处于较低浓度且又要避免阳极效应发生这样一个较窄的范围。
众所周知,铝电解过程是一个十分复杂的生产过程,由于系统的非线性和各种不可预测因素太多,因此关于铝电解槽的数学模型至今未取得满意的结果,并且由于在槽内部发生的一些复杂的电化学和物理化学反应,电解槽电解质熔体中的氧化铝物料平衡受到氧化铝加料速度、扩散速度、融解速度和消耗速度以及其他槽况干扰因素的影响,使得槽内氧化铝浓度的变化表现出非线性、时变、时滞等特征。
到目前为止,还没有一种很准确的在线测量电解槽内的氧化铝浓度和温度的仪器和设备,因而对于氧化铝浓度的控制就没有一个统一的方法。
现在在控制模型方面,比较成熟和常用的方法是采用以槽电阻辨识氧化铝浓度为控制基础的连续或准连续按需下料控制技术,取代传统的定时下料技术。
总的来说,目前在电解铝厂中采用的氧化铝浓度控制技术包括如下几种:模糊控制专家系统、自适应浓度控制方法、槽电阻斜率计算方法以及跟踪控制法等。
2、240KA电解控制系统的主要功能:目前我公司240KA电解槽控制系统长沙业翔开发的“B/S、C/S 型智能模糊控制系统”，模糊控制技术的特色主要有:1).在对控制对象行为的仿真与解析上，着眼于电、磁、热、流与电化学过程的藕合作用，具有模型化的整体性。
2).在控制算法上，以模糊控制为主体的多种智能控制方法的集成运用，提高了系统的控制质量和工作可靠性。
YFC-99槽控机操作规程(母提)
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二、动力箱（左机箱）功能
1、动力箱面板简介 动力箱最上面的显示仪表为模拟槽压表，是从母线上直接采样得 到的。 动力箱槽压表下面红色的按钮为紧急跳闸按钮，只有在升降出现 异常（阳极连续上升或下降）情况下使用，按紧急跳闸按钮可断开槽控 机的动力电，中止阳极升降的进行。慎用。 动力箱最下面一排4个按钮仅用于非正常生产（拔槽、压槽、启动
期间或槽控机逻辑机箱故障等）情况下的阳极移动和下料器操作。
只有当位于动力箱内的纯手动／自动开关拨在纯手动（MAN）位置时 第二排4个按钮才会起作用。
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二、动力箱（左机箱）功能
2、动力箱内部简介
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二、动力箱（左机箱）功能
严重警告： （1）纯手动开关只允许在紧急事故状态下使用！ （2）动力箱上的纯手动开关不受逻辑箱中安全保护措施的限制，正 常情况下必须使用逻辑箱上的触摸开关，以确保阳极升降安全！ （3）用纯手动提升或下降阳极时，应观察阳极运动情况，谨防“拔 槽”或“压槽”。操作完毕时，应确认按紧急跳闸钮弹起复位、两电 压表电压稳定、提升电机停止，若阳极提升或下降不能停止或电压持 续上升或电压持续下降时，应立即按下紧急跳闸按钮，同时手动将空 气开关（AC380 动力电）拉下，切断动力电源！ （4 ） 8.5动力箱内和纯手动 按钮并排的定时按钮是启动硬件定时保 护开关，时间为15秒。
பைடு நூலகம்
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四、安全操作注意事项
4.11 抬母线时将采集板上定时开关打到不定时
这属于严重违章行为，采集板上的定时开关打到“定时”状态的
同时启动了硬件定时保护，一旦打到“不定时”状态，那么阳极提升 或下降就没有任何保护，极易出现拔槽或压槽事故，导致系列出现重
大安全问题。
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铝电解槽生产工艺计算机控制技术优化应用
铝电解槽生产工艺计算机控制技术优化应用作者：覃国林来源：《青年时代》2016年第17期摘要：铝解不仅属于高耗能、高污染行业，国家产业政策对其严格限制，而且在经济形势低迷、产能严重过剩的情况下，诸多新兴企业以技术、装备、资金及成本等优势占据了市场主动，相对而言，投产较早、相对落后的企业或系列则处境艰辛，如何利用计算机新型技术对其进行优化控制成为当前该行业应首要考虑的问题。
关键词：铝电解；计算机技术；生产工艺中国铝电解槽工业发展速度之快，已推动中国成为铝工业强国。
近年来，在中国经济快速发展的进程中，电解铝产能得到了突飞猛进的扩张，电解槽设计技术已成功投产了 500 kA 系列，并将试验研究的触角伸向了 600 kA 系列，目前 600 kA 电解槽已在中铝连城分公司投入试验应用。
无疑，借助先进的计算机控制技术对铝电解槽生产工艺技术进行调整，实现各种技术及其工艺参数间的响应与匹配，减少人为因素干预，达到铝电解生产完全自动控制的理想境界。
一、铝电解槽生产工艺计算机控制技术优化（1）技术原理新的技术原理依然是建立在以槽温、电解质体系初晶温度、分子比、槽工作电压、氧化铝浓度及氟盐量等为主的铝电解槽静态平衡的基础上，在实际生产中，由于多项工艺技术共同发生作用，电解槽实际已由最初的静态平衡发展成为新的动态平衡，动态平衡依然是由上述多项工艺技术支撑。
但关键在于，由于多项工艺技术及其参数不能有效地匹配，难以实现多参数平衡控制，电解槽的某些技术本身已发生了严重的偏离，恶性循环影响了体系的生产效力。
因此，新技术目的很简单，依据电解槽原理，通过调整各技术参数，还原动态平衡为静态平衡，然后对动态平衡下的各项工艺技术通过计算机程序进行重新调整，实现最佳匹配。
（2）主要问题与原因以某企业16kA系列槽况为例，其主要特征如表1所示，该系列槽电解质体系分子较高，锂盐含量过高，颅底压降高，槽工作电压也明显较高，槽实际运行状况无法维持稳定状态，运行状态较为脆弱，易引发病槽事故，对其原因进行相关性梳理，总结结果如下：二、新开动铝电解槽电流效率较低的原因（1）温度在初始时，电解槽本身温度低，尚未达到热平衡。
铝电解槽控机操作使用说明
铝电解槽智能模糊控制系统槽控机操作使用说明1 内部结构简介每一台槽控机由左右两个部分组成，右半部分叫做逻辑部分，是槽控机的核心部分，左半部分叫做动力部分，是槽控箱的供电部分和控制阳极升降的执行单元。
左右两边都有一些连线和电解槽的其它设备相连。
1.槽控机的动力电源（三相、其相电压为380V）：该电源的作用提供电解槽上提升电机的动力380V电源，该电源由专用的供电回路提供。
2.槽控机的动力电源（单相、电压交流220V）：该电源的作用是用于控制打壳下料电磁阀的线包用电，各种接触器动作线包用电等。
3.槽控机逻辑电源（单相、电压交流220V）：该电源经过槽控机的开关电源变换后，提供给槽控机的逻辑单元用电。
4.提升电机动力电源线（三相、相电压为380V）：该动力线由槽控机输出，连接到电解槽上的提升电机，当需要进行阳极升降时，经过槽控机的空气开关，主接触器，正转接触器或反转接触器（统称为辅助接触器）将槽控机的动力电源接通，使提升电机正转或反转，带动电解槽上的提升机构达到阳极升降的目的。
5.打壳下料电磁阀连接线（单相、电压为交流220V）：该动力线由槽控机输出，连接到电解槽的打壳下料电磁阀的动作线包上，当需要进行打壳下料动作时，经过槽控机固态继电器和槽控机的动力电源接通，使打壳下料电磁阀得电动作，达到向电解槽内补充氧化铝的作用。
6.槽控机避雷接地线（目前未接）：该线通过电解厂房的接地母线直接和大地连接，每个槽控机都和这条线相连，该线连接到槽控机的避雷装置的地线上。
该线的作用是使槽控机防雷电袭击和抗电干扰，保证槽控机正常工作，但也是造成槽控机产生相对直流电位差比较高，使维修人员易直流触电的原因，因此，该接地线有利有弊。
7.槽电压采样线：为了控制电解槽，槽控机每0.5秒要对被控电解槽的槽电压进行一次采样，槽电压采样线是槽控机与电解槽直流大母线的连接线。
进入槽控机的槽电压采样线一方面连到槽控机的槽电压表上，进行槽电压瞬时值显示，另一方面经过熔断器连接到槽控机上的V／F转换板上，进行电压频率转换，实现对槽电压的采样。
铝电解槽控机操作使用说明
铝电解槽智能模糊控制系统槽控机操作使用说明1 内部结构简介每一台槽控机由左右两个部分组成，右半部分叫做逻辑部分，是槽控机的核心部分，左半部分叫做动力部分，是槽控箱的供电部分和控制阳极升降的执行单元。
左右两边都有一些连线和电解槽的其它设备相连。
1.槽控机的动力电源（三相、其相电压为380V）：该电源的作用提供电解槽上提升电机的动力380V电源，该电源由专用的供电回路提供。
2.槽控机的动力电源（单相、电压交流220V）：该电源的作用是用于控制打壳下料电磁阀的线包用电，各种接触器动作线包用电等。
3.槽控机逻辑电源（单相、电压交流220V）：该电源经过槽控机的开关电源变换后，提供给槽控机的逻辑单元用电。
4.提升电机动力电源线（三相、相电压为380V）：该动力线由槽控机输出，连接到电解槽上的提升电机，当需要进行阳极升降时，经过槽控机的空气开关，主接触器，正转接触器或反转接触器（统称为辅助接触器）将槽控机的动力电源接通，使提升电机正转或反转，带动电解槽上的提升机构达到阳极升降的目的。
5.打壳下料电磁阀连接线（单相、电压为交流220V）：该动力线由槽控机输出，连接到电解槽的打壳下料电磁阀的动作线包上，当需要进行打壳下料动作时，经过槽控机固态继电器和槽控机的动力电源接通，使打壳下料电磁阀得电动作，达到向电解槽内补充氧化铝的作用。
6.槽控机避雷接地线（目前未接）：该线通过电解厂房的接地母线直接和大地连接，每个槽控机都和这条线相连，该线连接到槽控机的避雷装置的地线上。
该线的作用是使槽控机防雷电袭击和抗电干扰，保证槽控机正常工作，但也是造成槽控机产生相对直流电位差比较高，使维修人员易直流触电的原因，因此，该接地线有利有弊。
7.槽电压采样线：为了控制电解槽，槽控机每0.5秒要对被控电解槽的槽电压进行一次采样，槽电压采样线是槽控机与电解槽直流大母线的连接线。
进入槽控机的槽电压采样线一方面连到槽控机的槽电压表上，进行槽电压瞬时值显示，另一方面经过熔断器连接到槽控机上的V／F转换板上，进行电压频率转换，实现对槽电压的采样。
浅谈大型铝电解槽效应控制
189浅谈大型铝电解槽效应控制曹韶峰，梁贵生，王成智，汪艳芳，胡清韬（中铝郑州有色金属研究院有限公司，河南 郑州 ４５００４１）摘 要：介绍了铝电解槽阳极效应的利弊，结合某３００ｋＡ系列电解槽生产实践讨论了热量散失、电解质、人工干扰三方面因素对电解槽阳极效应的影响。
并针对各因素提出相应应对策略，有效降低了阳极效应系数，为系列稳定生产提供保障。
关键词：铝电解；阳极效应；控制中图分类号：ＴＦ８２１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２０）２０－０１８９－３Anode effect control of large aluminum electrolytic cellCAO Shao-feng, LIANG Gui-sheng, WANG Cheng-zhi, WANG Yan-fang, HU Qing-tao（Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ ｍｅｔａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｌｔｄ ｏｆ Ｃｈａｌｃｏ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００４１，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ ｃｅｌｌ ａｎｏｄｅ ｅｆｆｅｃｔ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｈｅａｔ ｌｏｓｓ， ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ａｎｄ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ａｎｏｄｅ ｅｆｆｅｃｔ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｆ ａ ３００ｋＡ ｓｅｒｉｅｓ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ ｃｅｌｌ． Ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｗｅｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｆｏｒ ｅａｃｈ ｆａｃｔｏｒ， ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ａｎｏｄｅ ｅｆｆｅｃｔ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔａｂｌｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｒｉｅｓ． Keywords: ａｌｕｍｉｎｕｍ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ； ａｎｏｄｅ ｅｆｆｅｃｔ； ｃｏｎｔｒｏｌ收稿日期：２０２０－１０作者简介：曹韶峰，男，生于１９７２年，河南上蔡人，本科学历，工程师，研究方向：铝电解节能技术及装备开发。
智能化控制系统在铝电解槽上的应用
智能化控制系统在铝电解槽上的应用The intelligence turns the control system in the application of the aluminum electrolysis slotBranch in Chinese aluminum industry company, Qinghai one the electrolysis factory(datong qinghai 810108) wangtiancheng【摘要】把电子智能控制技术应用于铝电解生产，使得铝电解操作工人能够从繁重的体力劳动中解放出来，同时控制系统的升级，能够很大程度的降低能耗，提高电流效率，增加产出率。
【Summary: 】 apply the electronics intelligence control technique to produce in the aluminum electrolysis, make the aluminum electrolysis operation the worker can come out from the liberation in the heavy manual labor, controling system to get stripe in the meantime, can the very great degree lower it and can consume, raising the electric current efficiency, increasing to produce a rate.【关键词】控制系统槽电压系列电流解析智能化模糊控制算法【Keyword 】 the control system slot electric voltage series electric current analyze intelligence to turn misty control calculate way前言冰晶石－氧化铝熔盐电解制铝法自1888年用于工业生产以来，电解槽便成为炼铝的主要设备。
铝电解槽的计算机控制
智能控制——多学科交叉的产物
人 工 智 能 智 能 控 制 自 动 控 制 计算机 科学 人工 智能 智能 控制 运筹学 自动 控制
系统论
智能 控制 人类工 程学
其他
信息论
智能控制的主要分支——
（1）基于人工智能的专家系统（专家控制器）； （2）基于模糊推理和计算的模糊控制； （3）基于人工神经网络的神经网络控制；
自动控制理论与技术的发展
• 19世纪末：产生自动控制理论
（蒸汽发动机系统的调速器） • 20世纪初～20世纪50年代前后，建立经典控制理论
（是各类仪表控制的基础）
• 20世纪60年代末：建立现代控制理论 （电子计算机的出现推动其发展，是计算机控 制系统及智能化仪表的基础） • 70年代以来：建立和发展智能控制理论 （微型计算机的飞速发展推动其发展，是计算机 智能控制系统的基础）
决策 支持 系统
智能 专家系统 决策 支持 （人工智能） 系统
专家系统（ES）：以定性决策为主，采用知识搜索方法，从存放有大量 专家知识的知识库中获得解答问题所需的知识，并经过推理为用户产生 所需的信息（如用于决策的信息）。 IDSS：DSS与ES的结合，达到定性辅助决策与定量辅助决策相结合，大 大改善辅助决策的效果。
• • 80年代以来开发应用：
插板式槽控机——STD总线（并行）结构、插板方式；
90年代中期以来开发应用： 大板式槽控机——STD总线（并行）结构、大板方式；
•
90年代末期以来开发应用：
网络式槽控机——CAN总线（串行）结构，网络方式。
注：自焙槽曾使用：PLC槽控机。
网络式槽控机设计方案——
l 因槽控机的基本功能可划分为采样，解析、操作（动作 ）、显示和通信等，所以可相应地设计若干个智能化的
210978845_铝电解计算机控制系统控制策略
C omputer automation计算机自动化铝电解计算机控制系统控制策略唐国林摘要：在信息化时代，计算机作为提升铝资源利用率的重要手段，在铝电解过程中应用计算机空控制系统称为该领域必不可少的发展方向。
对此，论文先是对铝电解计算机控制系统的设计、硬件组成以及原理等进行了详细介绍，随后又对其具体的控制方式展开了深度探究，希望能够对铝资源生产与经营企业有所帮助。
关键词：铝电解；计算机技术；控制系统；控制策略；计算机系统随着铝资源应用范围的逐步扩大，铝资源生产及企业经营均要提升铝资源生产量。
而科学信息技术时代，信息化发展是各行业企业发展的必然趋势，各铝资源经营企业若想获得长久发展，领导层人员需要注重信息技术的应用，重视铝电解计算机控制系统的安装与应用。
当前，我国大部分地区的铝资源企业均已在其内部引进与安装了计算机控制系统，该系统不仅能够代替部分人工操作，降低企业人力资源的投资成本，还能够减少人工操作失误，提高铝电解效率以及质量，既有助于提高铝资源的生产量，降低生产能耗，又有助于提高电流效率，实现企业运营的节能减排目标。
常规情况下，铝电解过程中会产生强大电磁场，容易对PC总线工业控制机产生一定干扰，计算机控制系统的应用可有效减少磁场干扰，提升铝电解效率。
1 铝电解计算机控制系统的设计1.1 铝电解计算机控制系统概述常规情况下，工业生产的过程都是连续性的，相比于室内办公，铝电解生产车间的工作环境较为恶劣，所以在铝电解操作中需要安装计算机控制系统对生产过程进行实时监控，计算机控制系统包含多个模块，其中工业控制机属于系统核心，能够满足铝电解生产车间的环节要求。
在铝电解计算机系统中的上位机管理系统具有收集数据信息、故障处理、数据管理以及数据图标显示等功能，可为工作人员数据信息的实时查询以及各类故障维修提供基础保障，且有助于各数据报表的总体预览。
在计算机控制系统中，常见的控制软件主要分为三类，分别是主控模块、子程序模块以及功能模块等，因铝电解的过程较为复杂化，其计算机控制系统的检测点较多，控制难度系数较大的同时对控制的要求也较高。
铝电解计算机控制系统
第一章铝电解计算机控制系统的设计一般的工业生产过程都是连续进行的，而相对办公室而言，铝电解的车间环境现场的条件相对恶劣得多，因此，工业过程控制计算机系统必定是具备实时控制功能的高可靠性系统，并且，作为控制系统的核心部件——工业控制机，理所当然地应能适应特殊应用场合的环境要求。
铝电解计算机上位机管理系统主要是完成对历史数据的管理、实时数据的采集、故障的处理、数据图表显示；实现实时查询、历史查询、故障查询、数据报表的打印以及对各槽的数据记录进行总体浏览，从而体现出管理软件真正的价值所在。
本次毕业设计采用结构化软件设计的方法，控制软件大体上可分为三个层次，主控模块、功能模块和子程序模图4-1控制软件功能框图块，（如上图4-1所示）为铝电解计算机控制系统控制软件功能框图。
由于铝电解过程控制比较复杂，再加上计算机控制系统所检测和控制的点很多，对控制的要求比较高。
所以在设计控制软件时采用结构化程序设计方法。
其原则是：自上而下，逐步细化，模块化，结构化编程。
软件设计从上层即主模块开始向下逐步细化，每层都由若干个模块组成，程序采用结构化编程。
第一层是主模块层，是控制程序的主体部分，它根据铝电解过程不同的工作状态调用相应字模块，是软件的核心部分。
第二层是子模块层，是程序的主体部分，主要完成各部分细化模块的调用或直接实现子模块功能。
其中主要包括故障处理模块，数据处理模块，屏幕显示模块，控制模块和打印模块。
第三层是细化子模块，在最低层，主要完成程序的具体功能。
在模块的划分中，将同性质的功能模块归类，每个功能构成一个模块使模块的“耦合程度”尽量小，“内聚程度”尽量大。
这样，在修改某一个模块是不涉及到其他模块，增强了模块的相对独立性。
铝电解控制软件采用Visual Basic 6.0—程序设计语言开发设计，整个软件设计采用结构化，模块化设计方法，如图4-2所示为主程序流程图。
图4-2主程序流程图由上图可知，主程序主要由5大功能模块组成，屏幕显示模块主要是实时显示电解槽工作电压，系列电流，故障信息以及系统的工作状态：数据处理模块包括模拟量数据采集，数字量数据采集和数字滤波。
铝电解计算机控制新思路与新技术贵州李劼.PPT课件
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3. 新工艺下的控制思想
铝电解控制新思路及应用
临界稳定控制的思想：
➢ 要使电解槽在新的工艺条件下，建立新的和稳定的
动态平衡；
➢ 新的和稳定的动态平衡对应较低的临界极距，从而
可以保持较低的工作电压，并实现“三高两低”的 目标。
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3. 新工艺下的控制思想
铝电解控制新思路及应用
关于临界极距：
为了进一步增强电解槽下料控制与极距调整之间的协同性，提出了 “两中心、两优先”的协同控制策略：下料控制与极距调整的关系中， 浓度跟踪期间以下料控制为中心，人工改变控制参数时，以极距调整为 中心；在热平衡（及极距）与目标的偏差大时，极距调整优先，反之下 料控制优先。
针对换极对临界状态下的能量平衡控制影响非常显著这一特点，优化 了换极后的能量平衡控制策略，使换极时的能量损失尽快得到补偿。
➢ 在我们开发的“智能多环协同优化与控制”程序中分别设立了反应 电解槽热平衡、物料平衡和磁流体稳定性波动程度的特征参数，用 于对槽况稳定性进行“三维”描述，并通过控制系统对这些变量的 分析与控制来实现“三窄”控制目标。
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3. 新控制技术
铝电解控制新思路及应用
智能多环协同优化与控制技术
必要性
➢ 在新工艺条件下，电解槽运行状态是一种介于“稳定”与“不稳
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1. 技术背景
铝电解控制新思路及应用
低电压电解工艺的基本原则
在保持高电流效率、高电解槽寿命、低阳极效应系 数的前提下，降低槽电压（包括降低极距）。
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1. 技术背景
铝电解控制新思路及应用
实现低电压电解工艺的途径一：改变阴极结构
目的：改变阴极结构，从而改善磁流体稳定性，为大幅降低极距（从而
铝电解智能控制系统通讯故障及处理方法
铝电解智能控制系统通讯故障及处理方法摘要：在铝电解生产过程中，要求总线处理信息具有准确性、可靠性、实时性、灵活性。
铝电解自动控制系统采用先进的现场总线技术和网络通信技术将槽控机设计为多CPU网络体系结构，按照采样、操作、解析与显示个数相对独立的功能设计数个智能化的功能模块（电路板），各模块均有自己的CPU，可相对独立运行，并通过内部CAN总线网络实现彼此间的数据交换和多CPU协同工作。
多CPU网络体系中的CPU能并行运行、协同工作，因此综合数据处理能力强大，能很好地满足高度智能化控制的要求。
关键词：铝电解；智能控制系统；通讯故障；处理方法1概述某公司铝电解自控系统采用的是国内一家高校开发研制的《铝电解智能模糊控制系统》，槽控机彼此数据交换是通过CAN总线来完成的，CAN总线即控制局域网络，是由德国Bosch公司为汽车的监测和控制系统而设计的总线式串行通讯网络，适用于工业过程控制主设备和监控设备之间的互联。
CAN可以多种方式工作，网络上任意节点均可主动向其它节点发送信息；网络节点可按系统实时性要求分成不同的优先级，一旦发生总线冲突，会减少总线仲裁时间。
CAN采用短帧结构，每一帧为8个字节，保证了数据的出错率极低，被公认为最有发展前途的现场总线之一。
其传输介质可用双绞线、同轴电缆或光纤，通讯速率最高达1Mbps，传输距离可达10km。
开放式槽控机系统由几十个至一百多个节点的槽控机组成。
每台槽控机控制一台电解槽。
槽控机具有独立的数据采集、槽况解析和实时完成电解生产的打壳、下料、阳极升/降、效应报警、效应处理、出铝、边加、换极、抬母线等功能，并且通过CAN控制网络与上位管理微机进行数据交换，实现了分布式铝电解生产过程控制。
2系统特点槽控机采用大板式结构设计，主要特点如下：①中央处理器采用V40。
V40（uPD70208）是一种高性能的8位微处理芯片。
V40集成了多种外围器件，且软件与8088系统兼容。
因此，实现了高性能、低成本、低功耗和高可靠性等系统要求。
铝电解槽的计算机控制
由主机和槽控机组成： 主机负责监视、协调、信 息存储和设定参数的修改等； 槽控机负责对槽运行 数据的采集、数据的解析和动作过程的控制。集中 － 分布式计算机控制系统融了集中式和分布式两者 的优点，已成为新建铝电解系列计算机控制的主导 模式。 1. 2 配置
尽管各电解铝厂计算机控制系统选用的主机、 槽控机的型号、信息传输方式不同，但它的组成方式 基本是一样的。均由计算机、工业接口机、槽控机 3 部分组成，如图 1 所示。
图 1 计算机控制系统配置
2 计算机系统的控制内容
2. 1 槽电压控制（ 简称 RC） 用计算机控制时，首先要把每台槽的槽电压设
定值（ 简称设定电压） 输入计算机，把各槽的槽电压 与设定值作比较，并保待在一定的管理范用 （ ΔU） 内，一般 ΔU 可以控制在 ± 50mV ，这是因为电解槽 正常时的电压并不是固定不变的，要受到铝液波动 和系列电 流 波 动 的 影 响 而 表 现 出 一 定 的 波 动，而 ΔU 则是计算能控制的误差范圈。计算机控制槽电 压是采用槽电阻作调整依据的，这是因为槽电压随 系列电流的波动随时在变化，因此只能以不受电流 波动影响的槽电阻作为调整依据。
计算机还可以在日常生产中收集各种输入计算 机的数据，进行分析处理并编制打印出所需要的状 态报表、累计报表和计划报表。
参考文献： ［1］ 王海 . 铝电解槽内衬破损原因分析及对策［J］． 甘肃
科技，2011，27（ 18） ： 85-86． ［2］ 包兴艳 . 铝电解槽故障机理解析及信号处理［J］． 甘
300kA铝冶炼生产计算机控制技术原理及应用
300kA铝冶炼生产计算机控制技术原理及应用【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。
铝电解计算机远程监控系统_王殿清
1. 前言随着信息技术的不断发展，国内外各大铝厂对铝电解控制的需求也不断的变化。
鉴于铝电解自动控制系统是电解铝生产过程中最重要的自控系统之一，其运行效果的好坏直接影响到电解生产能否稳定运行。
2. 系统总体结构及功能2.1 数据传递模式铝电解远程监控系统的基本数据传递模式是：槽控机通过光纤向接口机传递数据信息，接口机将数据存入后台数据库，完成数据的“写”操作;管理机通过网络与数据接口，将数据库中的相关数据取出，进行统计、汇总，从而完成数据的“读”操作。
作为系统的终端，要具备管理机功能，即完成将数据从数据库中实时的读出。
2.2 网络结构网络结构系统中的网络构成包括局域网和CAN 通讯网。
CAN 通讯总线协议，是德国奔驰汽车公司自行研制开发的通讯处理方式，现已广泛的应用于现场控制。
CAN 卡的主要作用是完成工控机与现场控制设备的通讯处理与输送，是工业控制过程中不可或缺的通讯设备。
2.3 软件结构及功能描述现阶段，铝电解铝电解远程监控系统由三大部分组成，分别是后台数据库、接口机子系统、管理机子系统。
1)后台数据库负责数据的存储和部分应用逻辑的实现，根据行业需要，能满足生产需要的大型数据库主要是ORACLE 与SQL SERVER 两种，我公司在实践过程用所应用的数据库是SQL SERVER 。
2)接口机子系统接口机子系统处于后台数据库和CAN 总线之间，重点完成下位机数据的及时反馈和设定参数的准确下发。
如果在数据库无法正常工作的状况下，接口机能够独立完成数据的存储与下发功能，保证了生产的正常进行。
3)管理机子系统管理机子系统是铝电解远程监控系统的最高层，负责综合监控、语音报警、报表打印等功能的实现，特别是对生产数据的各项汇总与计算以及历史数据查询与分析。
2.4参数管理参数管理模块的功能是实现所有的与生产密切相关的各种参数的查询、修改和存储。
参数设置的好坏，直接关系到槽子的运行情况与控制效果。
2.5系统设置系统设置模块主要对系统运行的一些必要配置信息进行设置，确保上位机系统运行的稳定性，以及语音报警系统的正常工作。
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滑处理。处理后 R实 与 R设 （ 包括允许误差范围） 相 比之后，当 R实 ＞ R设 时，则计算机指令电解有自动 下降阳极； 当 R实 ＜ R设 时，则执行相反指令。 2. 2 加料控制
加料包括正常加料（ 简称 NB） 和效应加料（ 简
称 AEB） 。计算机系统对预焙电解槽的加料控制是
在保证电解槽热平衡的情况下，用阳极效应（ 简称
效应准时发生。有时会出现在 AE 等待时间内 AE
没有发生，这表明事先设定的加料量过多； 有时也会
出现在 AE 没有进入 AE 等待时间就发生，这表明事
先设定的加料量不足。
更先进的智能模糊控制系统已被开发出来，该
系统是以氧化铝浓度曲线为依据的自适应调整。这
种调整是将采集的电压进行解析，并换算成坐标点，
中间下料预焙槽由于是自动下料，计算机还可
以实现自动熄灭效应。其做法是一面打壳下料，一
面下降阳极。为了使熄灭效应成功率提高，需要在
效应发生后等 2 ～ 3min 后才开始打壳下料 3 次，第
2 次开始下降阳极，每次下降 10mm，效应可以自行
熄灭，熄灭效应的成功率可达 95% 。但在计算机控
钊熄灭效应时，仍然需要操作者在场。这是因为如
然后与氧化铝浓度曲线作对比，从而准确地反映出
电解槽中氧化铝的多少，可在每次加料时对加料量
进行自动调节，保证了加料量与槽中氧化铝浓度的
协调。
2. 3 效应报警和自动熄灭效应
自焙槽上应用计算机对阳极效应的发生的处理
主要是及时发出警报。当计算机巡回检测槽电压
时，发现某槽电压突然大幅度升高至数十伏时，立即
向生产现场发出警报信号。
果熄灭效应时间过长时，需要人工辅助熄灭，一般是 自动熄灭效应时间如果超过 5min 仍未熄灭时，人工 参与熄灭。 2. 4 异常槽的判断和警报
当铝电解槽的阳极与铝液面之间有局部短路现 象时，则电压会出现过低或摆动现象，这往住是因为 在阳极长包或个别预焙槽阳极组消耗慢或阳极底掌 下面有浮动炭块等所致。这将会影响电流效率。因 此及时发现并消除这种异常现象是很必要的。当用 计算机控制电解槽时，异常槽可以利用临时切断电 流，读取各槽的电压残值来判断。如果残值远远低 于正常槽残值（ 约 0. 3V） 时，即计算机判断为是异常 槽。也可以通过检查发生效应时的电压值大小来判 断，如果效应电压远远低于该槽正常状态下发生效 应时的电压，则计算机也判断为异常槽。发现异常 槽时计算机会发出报警信号。 2. 5 槽况的智能分析
计算机调整电压的基本原理是通过自动巡回检 测系列电流、系列电压、槽电压和槽电阻。基本上 3 ～ 5min 内可以检测数次。根据测得槽电阻的变化， 发出指令自动调整槽电阻，使其符合设定值条件下 的槽电阻，而槽电阻代表当时的极距，因此调整阳极 位置就达到了调整槽电压目的。
一般对槽电压取数分钟内检测的平均数据（ U） 减去固定的反电动势（ E） 值，然后被系列平均电流 （ I平） 除，即得到实际槽电阻（ R实） ，即
AE） 发生时刻及人为设定的 NB 间隔和 AE 间隔作
依据对 NB 和 AE 等待时间进行调度。在这种控制
模式下，理想的加料模式应为： 按规定的 NB 间隔加
料，AE 在 AE 等待期间准时发生，但在实际中，由于
电解槽运行的复杂性，即使在计算机控制下，也不能
完全保证事先设定的加料量和加料间隔能使电解槽
由每台槽的槽控机独立完成控制。该控制系统 的特点是槽控机的微机配置高，有足够的能力完成 数据采集、数据解析、命令的动作执行和信息存储与 处理。其缺点是整体上不容易掌控槽的受控情况， 编制报表极不方便，并且需要改变软件参数时，要逐 台进行，比较麻烦。 1. 3. 1 集中 － 分布式
由主机和槽控机组成： 主机负责监视、协调、信 息存储和设定参数的修改等； 槽控机负责对槽运行 数据的采集、数据的解析和动作过程的控制。集中 － 分布式计算机控制系统融了集中式和分布式两者 的优点，已成为新建铝电解系列计算机控制的主导 模式。 1. 2 配置
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甘肃科技
第 28 卷
R实
=
U－E I实
根据设定的槽电压（ U设 ） ，在一定电流（ I） 下，
同样可以得到设定的槽电阻（ R设） 并输入计算机内。
计算机将采集到的数据经过上式处理，得到槽电阻
值，然后将其分为效应电阻、不正常电阻和正常电阻
3 类，针对不同情况采用不同方法处理。若槽电阻
不属于这 3 类电阻，则进行排除数据干扰因素的平
肃科技，2010，26（ 15） ： 68-69．
计算机还可以在日常生产中收集各种输入计算 机的数据，进行分析处理并编制打印出所需要的状 态报表、累计报表和计划报表。
参考文献： ［1］ 王海 . 铝电解槽内衬破损原因分析及对策［J］． 甘肃
科技，2011，27（ 18） ： 85-86． ［2］ 包兴艳 . 铝电解槽故障机理解析及信号处理［J］． 甘
1 计算机系统的控制形式及配置
1. 1 控制形式 1. 1. 1 集中式
由主机和槽控机组成： 主机负责系列槽的数据 采集、数据解析、命令的发布和信息存储与处理； 槽 控机负责对主机发出的命令完成相应的动作。该控 制系统的特点是所有的信息都返回主机集中处理， 槽控机仅仅是主机命令的执行者，本身不处理任何 信息。 1. 2. 1 分布式
阳极效应智能预报及处置针对不同的槽特性， 综合考虑多种因素，利用阳极效应历史发生过的情 况和预报的经验，对当前的情况做出准确预报。
氧化铝模糊专家决策系统是采用以模糊控制、 专家系统为主的控制策略。运用人工智能的知识表 示和推理机制，建立一种新的模糊专家决策系统，确 定氧化铝添加量，平稳控制电解质温度及分子比，保 持热平衡。 2. 6 收集数据和编制打印报表
目前新建系列均采用了这种先进的智能模糊控 制系统，使电解槽的控制技木更进一步。其主要由 氧化铝浓度智能控制、阳极效应智能预报及处理系 统、氧化铝模糊专家决策系统 3 大部分构成。
氧化铝浓度智能控制的主要任务是通过建立的 氧化侣浓度智能特征模型曲线，将氧化铝浓度引入 控制系统中。以智能特征模型曲线为理论基础，设 计氧化铝浓度的模糊控制器，并通过自适应机构，构 成自适应模糊控制器，合理调节氧化铝加料速率，有 效控制氧化铝浓度。
尽管各电解铝厂计算机控制系统选用的主机、 槽控机的型号、信息传输方式不同，但它的组成方式 基本是一样的。均由计算机、工业接口机、槽控机 3 部分组成，如图 1 所示。
图 1 计算机控制系统配置
2 计算机系统的控制内容
2. 1 槽电压控制（ 简称 RC） 用计算机控制时，首先要把每台槽的槽电压设
定值（ 简称设定电压） 输入计算机，把各槽的槽电压 与设定值作比较，并保待在一定的管理范用 （ ΔU） 内，一般 ΔU 可以控制在 ± 50mV ，这是因为电解槽 正常时的电压并不是固定不变的，要受到铝液波动 和系列电 流 波 动 的 影 响 而 表 现 出 一 定 的 波 动，而 ΔU 则是计算能控制的误差范圈。计算机控制槽电 压是采用槽电阻作调整依据的，这是因为槽电压随 系列电流的波动随时在变化，因此只能以不受电流 波动影响的槽电阻作为调整依据。
第 28 卷 第 7 期 2012 年 4 月
甘肃科技 Gansu Science and Technology
Vol. 28 No. 7 Apr. 2012
铝电解槽的计算机控制
孙继莲
（ 青海桥头铝电股份有限公司，青海 大通 810100）
摘 要： 介绍了铝电解槽计算机控制系统的配置及控制形式与控制内容。采用了计算机控制下的自动操作系统，使 电解槽处在最佳运行状态，各种技术参数自动控制在理想程度，其运行数据通过计算机自动收集整理，使操作者能 够正确地分析判断电解槽运行趋势，及时调整电解槽的运行参数，使电解铝生产率大幅度提高。 关键词： 电解槽； 计算机控制； 配置； 运行参数 中图分类号： TF821