电解铝生产过程控制系统的研究和应用

电解铝生产过程控制系统的研究和应用
摘要：为了完成电解铝生产工艺的自动化改造计划，本文设计了自动化管理
系统、设备监测系统、安全系统等，通过各个系统间的有效衔接，促进电解铝生
产的全自动化管理升级。

首先介绍电解铝生产过程系统的构成，并研究电解铝生
产过程系统，最后提出电解铝生产过程系统应用的效果与意义。

总之通过应用该
系统，大大提升电解铝厂生产管理水平，形成了较为规范的全新的电解铝生产全
过程控制管理模式。

关键词：电解铝；生产过程控制系统；应用
引言：
当前我国在生产铝制品的时候，仍旧是采取数据采集与人工监视操控的模式，在数据反馈与设备操控的过程中常常出现差错，给产品的制造造成了一定的影响。

为了解决此问题，提高电解铝的生产效益，笔者提出了一套电解铝生产过程自动
化控制、系统，通过依据不同生产环节设计相应的智能化控制子系统，能够很好
地提高电解铝的整体生产效率与质量。

一、电解铝生产过程控制系统的构成
综合监控系统以控制对象为基础、设备管理为保障、优化流程为目标，秉承“分级控制、集中监控”理念，进行整体设计，在满足安全性、可靠性、实用性
的基础上，建立面向对象、面向全局、开放式、分层分布的电解铝生产综合自动化。

系统采用单元结构，分为设备层、监控层二层构架。

1.设备层：包括变电整流、电解槽控、烟气净化、空压站、循环水、设备状
态监测、智能直流电源、视频监控等，通过对现场设备状态、作业环境、生产过
程的实时监测和控制，为电解系列监控系统提供全面的生产实时过程信息和控制。

2.监控层：建设一体化监控平台，全面接入上述设备层子系统，实现数据的
收集汇总和信息共享，实现电解、整流的集中监控，实现各类事故预警和故障快
速处理指导，实现WEB远程管理维护等功能。

为了防止系统数据传输的干扰，设
备层子系统独立组网，与其他子系统物理隔离。

监控层采用开放式、双机双网络
分层分布式结构，保障系统安全稳定的运行。

二、电解铝生产过程控制系统的研究
1.视频监控系统
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，
并可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。

3.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。

4.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。

5.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。

6.安全系统
在电解铝生产的过程中安全管理系统发挥着重要的作用，安全管理系统渗透
到每一个生产环节和事故问题处理当中，在安全管理系统的运行下，进行事前、
事中、事后的全过程管理控制，确保电解铝生产工作的可靠性。

安全管理系统通
过对监测数据参数的分析计算，可以自动辨识危险源，并进行相关的处理和警告，可在第一时间控制相应的事故，避免危险事故的影响扩散，实现电解铝的局部保
护与事故隔离，降低事故带给企业的经济损失。

在电解铝生产的每一个环节与车
间都设计了闭环的安全控制系统，通过对每一个生产环节和槽间进行关联性的安
全管理控制，从而更好地发挥出安全管理系统的效能。

三、电解铝生产过程控制系统应用的效果与意义
系统的建设以实现集中监控为核心，进而优化生产管理、保障生产安全及提
升能源效率，推动电解铝行业可持续健康发展。

目前，天泰铝业公司采用本系统
进行技术升级并成功投运，在电解铝行业树立了良好的标杆示范作用。

完善了设备监测管理机制。

变压器、GIS、蓄电池、电解槽等设备已纳入在线状态监测和全寿命管理体系，并通过电解工区无线网络数据传输、电解槽况红外巡检测温分析等技术的研究验证，充分发挥了视频系统在生产领域的监视督导功能，实现了设备状态的动态展示、分析处理、统计优化与发布，以及系统的灵活调度、故障诊断与推理等，提升全厂的运行维护水平，提高生产工作效率。

健全了生产安全保障体系。

通过故障树指导分析、PID冗错和闭环控制的应用，运行维护人员可以直接获得故障根源，自动分析目前设备的运行情况，除有效地进行电流控制和有载开关的调节外，还可自动切除故障机组，避免机组带病工作，为运行维护带来了真正意义上的便捷，提高安全生产可靠性和劳动效率。

通过完善设备监测管理机制、健全生产安全保障体系实现电解整流综合自动化，可最大限度地提高供电质量，适时调控电解工艺参数，满足铝电解生产的需要，实现综合自动化可提高供电的可靠性，并为恢复供电、快速分析、诊断、报告事故原因提供有效的依据，减少故障次数，缩小事故范围，缩短事故时间。

假设采用综合自动化后，此类事故次数大大减少，设备在发生故障前隐患即可被发现，生产设备可以做到不停机不压负荷，每年170kA系列可减少停电损失300万元、压负荷损失45万元，300kA系列每年可减少停电损失320万元、压负荷损失50万元，公司每年可减少损失约700万元。

实现了生产管理模式创新。

通过细化监测点设置以及优化运行管理责权，使得生产、运行与管理的结合更加紧密，实现变故障检修为状态检修、变人工巡检为自动故障保修。

同时，变运维分离为运行一体，提高了劳动生产率。

结语：
综上，由于工业制铝的生产条件特殊，在工业制铝的过程中需要消耗大量的能源，且造成一定的污染。

因此，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，要科学合理的控制生产的能耗，需要研发电解铝的自动化控制系统，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。

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].2018.
[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].2018.。