專(zhuān)利名稱(chēng)：鋁電解冷熱趨勢(shì)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁電解槽生產(chǎn)的自動(dòng)控制方法，尤其是一種鋁電解槽冷熱趨勢(shì)的計(jì)算機(jī) 實(shí)時(shí)解析控制方法。
技術(shù)背景眾所周知，要提高鋁電解槽的電流效能的利用率，對(duì)鋁電解槽實(shí)施穩(wěn)定控制，必須盡量 保持對(duì)鋁電解槽物料平衡和能量平衡的控制。電解槽控制包括兩方面"物料平衡"與"能 量平衡"實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)控制。電解槽物料平衡是指加入到電解槽中的物料質(zhì)量與現(xiàn)有的電解質(zhì)量和鋁液=氧化鋁、 氟化鋁和陽(yáng)極等原料按最小的需量消耗+原有的電解質(zhì)量和鋁液。電解槽能量平衡是指能量的收入=用于有效的還原鋁的化學(xué)能+最小的熱損失，也即過(guò) 熱度沒(méi)有變化。能量和物料雙平衡的關(guān)鍵就在于使鋁電解槽能夠在"臨界態(tài)一低溫、低分子比、合適過(guò) 熱度"的條件下長(zhǎng)期穩(wěn)定高效運(yùn)行。要實(shí)現(xiàn)對(duì)能量平衡的實(shí)時(shí)控制，則必須對(duì)電解槽的冷熱 趨勢(shì)進(jìn)行實(shí)時(shí)解析監(jiān)控。解析采用的槽況表征參數(shù)包括在線電流、在線電壓、氧化鋁濃度、 分子比、電解槽溫度、鋁水平和電解質(zhì)水平(即兩水平)等，依據(jù)上述參數(shù)的解析結(jié)果對(duì)電 解槽的過(guò)熱度進(jìn)行判斷，進(jìn)而調(diào)整氧化鋁、氟化鋁的添加速率、目標(biāo)電壓等設(shè)定參數(shù)，以達(dá) 到能量平衡和物料平衡的控制目標(biāo)。但長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外都只能通過(guò)分析離線測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)對(duì) 電解槽冷熱趨勢(shì)進(jìn)行人為判斷，或通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)日?qǐng)?bào)在線數(shù)據(jù)和離線測(cè)量化驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行以日 為周期的解析處理，故該方法的實(shí)時(shí)性較差。當(dāng)今國(guó)際鋁業(yè)界對(duì)電解槽的冷熱趨勢(shì)的判斷比較好的方法是直接測(cè)量過(guò)熱度，根據(jù)過(guò)熱 度的大小來(lái)判別電解槽的冷熱趨勢(shì)比較好，但已發(fā)明的過(guò)熱度測(cè)量?jī)x器不能實(shí)時(shí)在線測(cè)量， 故實(shí)時(shí)性較差。物料和能量平衡要求對(duì)于趨冷或趨熱的電解槽要及時(shí)處理和控制。對(duì)于冷槽，其控制方 法是降低槽內(nèi)電解質(zhì)液中氟化鋁的過(guò)剩濃度，提高初晶溫度，提高槽工作電壓，以增大電解 質(zhì)溫度；此時(shí)電解槽電流效率略為降低，從而應(yīng)減小此階段內(nèi)氧化鋁的添加量；減少槽內(nèi)在 產(chǎn)鋁量減少電解槽熱損失以增加電解質(zhì)溫度，使過(guò)熱度增加。溫度提高后會(huì)使電解槽槽幫變 薄，熱損失逐漸增加，使電解槽達(dá)到新的物料平衡與能量平衡。對(duì)于熱槽，其控制方法是提高槽內(nèi)電解質(zhì)液中氟化鋁的過(guò)剩濃度，降低初晶溫度，降低槽工作電壓以降低電解質(zhì)溫度， 增加槽內(nèi)在產(chǎn)鋁量增加電解槽熱損失以降低電解質(zhì)溫度，此時(shí)過(guò)熱度降低，此時(shí)電解槽電流 效率提高，從而應(yīng)加大氧化鋁此時(shí)的添加量，使電解槽槽幫變厚，熱損失逐漸減少，使電解 槽達(dá)到新的物料平衡與能量平衡。傳統(tǒng)的人工檢測(cè)控制方法對(duì)操作人員的經(jīng)驗(yàn)依賴(lài)程度高，人員頻繁換班造成調(diào)整不平穩(wěn) ，并且由于槽數(shù)多，人工分析調(diào)整工作相當(dāng)繁重。因此，已經(jīng)將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)引入到了電 解槽的控制之中，其控制過(guò)程示意圖如圖1和圖2所示。如圖2所示，該控制系統(tǒng)的硬件包括 槽控機(jī)、上位機(jī)、服務(wù)器和若干個(gè)工作站，它們通過(guò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)互連。監(jiān)控機(jī)在線接收來(lái)自 各電解槽的系列電流、系列電壓采樣信號(hào)、氧化鋁添加量、氟化鋁添加量等槽況參數(shù)數(shù)據(jù)， 根據(jù)輸入數(shù)據(jù)對(duì)槽況進(jìn)行解析，得出解析結(jié)果，該解析結(jié)果傳遞到槽控機(jī)；同時(shí)，監(jiān)控機(jī)通 過(guò)電流信號(hào)轉(zhuǎn)換分配器連接到各槽控機(jī)，槽控機(jī)根據(jù)該解析結(jié)果計(jì)算出相應(yīng)的指令并將指令 發(fā)送至氧化鋁加料系統(tǒng)及陽(yáng)極極距調(diào)整裝置，即當(dāng)一個(gè)氧化鋁添加周期結(jié)束后，首先判斷是 過(guò)加工還是欠加工結(jié)束，若為欠加工結(jié)束，且滿(mǎn)足"在線電壓<設(shè)定電壓一下不感應(yīng)帶"， 增大陽(yáng)極極距，重新計(jì)算氧化鋁濃度；若為過(guò)加工結(jié)束，且"在線電壓〉設(shè)定電壓+上不感 應(yīng)帶"，減小陽(yáng)極極距，重新計(jì)算氧化鋁濃度；當(dāng)"設(shè)定電壓一下不感應(yīng)帶<在線電壓<設(shè) 定電壓+上不感應(yīng)帶"時(shí)，不進(jìn)行極距調(diào)整。所述的上不感應(yīng)帶、下不感應(yīng)帶是指允許不進(jìn) 行極距調(diào)整或者說(shuō)極距調(diào)整在此時(shí)對(duì)電解槽的運(yùn)行幾乎沒(méi)有影響的電壓波動(dòng)的上限值、下限 值。氧化鋁加料系統(tǒng)及陽(yáng)極極距調(diào)整裝置根據(jù)接收到的計(jì)算機(jī)指令作出相應(yīng)的動(dòng)作；而氟化 鋁加料系統(tǒng)則依據(jù)人為設(shè)定于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)的單次添加量和加料間隔執(zhí)行添加操作。此 外，計(jì)算機(jī)可根據(jù)設(shè)定電壓與在線電壓的比較，自動(dòng)對(duì)異常槽況發(fā)出報(bào)警信號(hào)即當(dāng)在線電 壓高于或低于設(shè)定電壓一定比率時(shí)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)失效，提醒現(xiàn)場(chǎng)操作人員進(jìn)行人工處理 ，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)還設(shè)置有出鋁量計(jì)劃步驟，可自動(dòng)統(tǒng)計(jì)一個(gè)出鋁周期內(nèi)的氧化鋁添加量， 來(lái)推導(dǎo)出該出鋁周期內(nèi)的計(jì)劃出鋁量。所述的解析是指計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的槽況參數(shù)進(jìn)行計(jì)算后，將計(jì)算出來(lái)的中間值與設(shè)定的 相關(guān)參數(shù)進(jìn)行比較，并得出相應(yīng)的解析結(jié)果。例如，將在線測(cè)量到的電壓與設(shè)定電壓進(jìn)行比 較；將在線測(cè)量到的鋁水平、電解質(zhì)水平與設(shè)定的鋁水平、電解質(zhì)水平進(jìn)行比較；將在線測(cè) 量到的溫度與設(shè)定溫度進(jìn)行比較。綜上，目前的鋁電解槽冷熱趨勢(shì)計(jì)算機(jī)控制過(guò)程一般包括如下步驟在線采集一段時(shí)間 或者說(shuō)一個(gè)解析周期內(nèi)的槽電壓、氧化鋁添加量、氟化鋁添加量等槽況數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送至 計(jì)算機(jī)，同時(shí)將離線測(cè)量到的電解質(zhì)水平、鋁水平、溫度、分子比等槽況數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)；由計(jì)算機(jī)根據(jù)設(shè)定的解析程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行解析，并將解析結(jié)果輸送至槽控機(jī)；槽控機(jī)根據(jù)該 解析結(jié)果計(jì)算出相應(yīng)的指令并將指令發(fā)送至加料系統(tǒng)及陽(yáng)極極距調(diào)整裝置；加料系統(tǒng)及陽(yáng)極 極距調(diào)整裝置根據(jù)接收到的計(jì)算機(jī)指令做出相應(yīng)的動(dòng)作。目前，通常應(yīng)用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)電解槽物料平衡采用調(diào)節(jié)氧化鋁濃度即調(diào)整氧化鋁 添加量和氧化鋁加料間隔的方法，調(diào)節(jié)電解質(zhì)的電阻從而盡量保持較高的電流效率，較好達(dá) 到了電解槽物料平衡的控制；但由于該系統(tǒng)僅能利用輔助分析程序?qū)ι婕澳芰科胶饪刂频膮?數(shù)如分子比等離線測(cè)量化驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行以日為周期的解析處理，解析周期較長(zhǎng)，在一日的解析 周期內(nèi)，可能電解槽已經(jīng)經(jīng)過(guò)了幾次冷熱槽的反復(fù)，無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控電解槽的過(guò)熱度，對(duì)能量 平衡控制的實(shí)時(shí)性不佳。并且，由于計(jì)算機(jī)程序無(wú)法對(duì)設(shè)定電壓進(jìn)行修改，當(dāng)測(cè)量到的槽電 壓超出計(jì)算機(jī)控制程序允許的范圍時(shí)，則計(jì)算機(jī)解析失敗，控制程序失效，無(wú)法再對(duì)鋁電解 槽進(jìn)行自動(dòng)控制，此時(shí)只能發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知現(xiàn)場(chǎng)操作人員對(duì)鋁電解槽進(jìn)行人工調(diào)整，對(duì) 槽況過(guò)冷或過(guò)熱的適應(yīng)范圍較窄，自動(dòng)化程度較低。發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有鋁電解冷熱趨勢(shì)控制方法對(duì)槽況過(guò)冷或過(guò)熱的適應(yīng)范圍較窄，無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān) 控電解槽過(guò)熱度的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠適應(yīng)較寬范圍內(nèi)的槽況 過(guò)熱或過(guò)冷變化，并實(shí)時(shí)監(jiān)控電解槽過(guò)熱度的鋁電解冷熱趨勢(shì)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是鋁電解冷熱趨勢(shì)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制方法，包 括槽電壓解析控制步驟、氧化鋁添加速率控制步驟、氟化鋁添加速率控制步驟，在槽電壓解 析控制步驟中，對(duì)槽電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，根據(jù)電壓變化曲線計(jì)算出振幅變量，包括瞬時(shí)振幅 和解析周期振幅；設(shè)置目標(biāo)電壓控制步驟，目標(biāo)電壓的初始值等于設(shè)定電壓，設(shè)定電壓在安全電壓上限和 安全電壓下限范圍內(nèi)設(shè)定，每個(gè)解析周期結(jié)束時(shí)，根據(jù)槽電壓的分析結(jié)果，在設(shè)定電壓和安 全電壓上限范圍內(nèi)對(duì)目標(biāo)電壓進(jìn)行調(diào)整目標(biāo)電壓=上一周期目標(biāo)電壓+附加調(diào)整值，當(dāng)解析周期振幅〉鐘振判別值II時(shí)，附加調(diào)整值為正，由計(jì)算機(jī)對(duì)目標(biāo)電壓往上調(diào)整； 當(dāng)解析周期振幅<鐘振判別值1時(shí)，附加調(diào)整值為負(fù)，由計(jì)算機(jī)對(duì)目標(biāo)電壓往下調(diào)整； 當(dāng)鐘振判別值II》解析周期振幅》鐘振判別值I時(shí)，附加調(diào)整值為零，計(jì)算機(jī)將目標(biāo)電 壓保持在上一周期目標(biāo)電壓。本發(fā)明的方法所利用的原理是電解槽內(nèi)物料組分的變化帶來(lái)了電解槽電阻的變化，電 阻的變化反映為電壓和電流的變化，因此，根據(jù)槽電壓和槽電流的變化可解析出槽電阻的變 化，從而可判斷出電解槽內(nèi)物料組分的變化，組分決定了初晶溫度，從而根據(jù)測(cè)量到的電解槽溫度就可判斷出過(guò)熱度，從而判斷電解槽是否處于合適的過(guò)熱度。相比于原來(lái)根據(jù)對(duì)電解槽的人工長(zhǎng)期觀察和經(jīng)驗(yàn)來(lái)人為設(shè)定計(jì)算機(jī)控制程序中氟化鋁添 加量和氟化鋁加料間隔的方式來(lái)說(shuō)，本發(fā)明能夠根據(jù)在線測(cè)量和離線輸入的槽況參數(shù)，實(shí)時(shí) 地判斷電解槽中各組分的含量是否能夠保證其處于合適的過(guò)熱度，從而推導(dǎo)出合適的氟化鋁 添加量和氟化鋁加料間隔，其物料平衡的精度得以大大提高。本發(fā)明的有益效果是由于引入了瞬時(shí)振幅和解析周期振幅，在原有物料平衡控制的基 礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了對(duì)過(guò)熱度的實(shí)時(shí)解析，用計(jì)算機(jī)對(duì)能量平衡進(jìn)行輔助分析取得解析結(jié)果 的方式取代了原來(lái)的依靠操作人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人為判斷的方式，提高了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的自 動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電解槽過(guò)熱度的實(shí)時(shí)監(jiān)控；目標(biāo)電壓可實(shí)時(shí)調(diào)整，擴(kuò)大了計(jì)算機(jī)控制系 統(tǒng)對(duì)冷槽或熱槽的適用范圍；物料平衡控制的實(shí)時(shí)性和精度也得到了提高氟化鋁的添加實(shí) 現(xiàn)了不定時(shí)不定量的按需添加、氧化鋁添加控制更加準(zhǔn)確及時(shí)；增加了對(duì)于出鋁量計(jì)劃的推 導(dǎo)程序。應(yīng)用本發(fā)明的鋁電解冷熱趨勢(shì)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制方法能夠?qū)⑦^(guò)熱度控制在一個(gè)穩(wěn)定高 效的合適范圍內(nèi)，使電解槽在穩(wěn)定高效的狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)行，降低了電解槽操作人員的管理強(qiáng) 度和難度。


圖l是鋁電解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制原理的示意圖。圖2是鋁電解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)信號(hào)傳遞示意圖。圖3是本發(fā)明的氧化鋁添加速率控制步驟流程圖。圖4是發(fā)明的氟化鋁添加速率控制步驟和目標(biāo)電壓控制步驟流程圖。圖中NB間隔是指氧化鋁加料間隔。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。如圖l、圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明的鋁電解冷熱趨勢(shì)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制方法，包括槽電 壓解析控制步驟、氧化鋁添加速率控制步驟、氟化鋁添加速率控制步驟，在槽電壓解析控制 步驟中，對(duì)槽電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，根據(jù)電壓變化曲線計(jì)算出振幅變量，包括瞬時(shí)振幅和解析 周期振幅；設(shè)置目標(biāo)電壓控制步驟，目標(biāo)電壓的初始值等于設(shè)定電壓，設(shè)定電壓在安全電壓上限和 安全電壓下限范圍內(nèi)設(shè)定，每個(gè)解析周期結(jié)束時(shí)，根據(jù)槽電壓的分析結(jié)果，在設(shè)定電壓和安 全電壓上限范圍內(nèi)對(duì)目標(biāo)電壓進(jìn)行調(diào)整目標(biāo)電壓=上一周期目標(biāo)電壓+附加調(diào)整值，當(dāng)解析周期振幅〉鐘振判別值II時(shí)，附加調(diào)整值為正，由計(jì)算機(jī)對(duì)目標(biāo)電壓往上調(diào)整；當(dāng)解析周期振幅<鐘振判別值1時(shí)，附加調(diào)整值為負(fù)，由計(jì)算機(jī)對(duì)目標(biāo)電壓往下調(diào)整；當(dāng)鐘振判別值II》解析周期振幅》鐘振判別值I時(shí)，附加調(diào)整值為零，計(jì)算機(jī)將目標(biāo)電 壓保持在上一周期目標(biāo)電壓。所述瞬時(shí)振幅，指在一個(gè)短的"時(shí)間段"內(nèi)槽電壓最大值與最小值的差值的絕對(duì)值。該 短的時(shí)間段的長(zhǎng)短由槽況控制實(shí)時(shí)性要求的高低來(lái)決定， 一般而言，以lmin內(nèi)槽電壓最大值 與最小值的差值的絕對(duì)值作為瞬時(shí)振幅即可滿(mǎn)足槽況控制的實(shí)時(shí)性要求。所述解析周期振幅，指一個(gè)解析周期內(nèi)的瞬時(shí)振幅的平均值。所述的解析周期，指包括 若干個(gè)上述的短的"時(shí)間段"的一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間段。該較長(zhǎng)的時(shí)間段所包含的短的"時(shí)間段 "的數(shù)量由槽況控制實(shí)時(shí)性要求的高低來(lái)決定。例如，可以以5個(gè)、10個(gè)或15個(gè)上述的短的 "時(shí)間段"作為一個(gè)解析周期，即解析周期可以是5min、 10min或15min。所述安全電壓上限和安全電壓下限是指電解槽能夠發(fā)生初晶反應(yīng)，且過(guò)熱度不會(huì)過(guò)高的 允許電壓的極限值。所述設(shè)定電壓，是由操作人員依靠長(zhǎng)期跟蹤得到的一個(gè)值，該值反映在某一恒定電流下 ，分子比和溫度處于某一范圍時(shí)，電解槽處于較好的物料平衡和能量平衡狀態(tài)，設(shè)定電壓應(yīng) 在保證電解槽能夠工作的安全電壓的范圍之內(nèi)取值，即設(shè)定電壓在安全電壓的上限和下限之 間。所述目標(biāo)電壓=上一周期目標(biāo)電壓+附加調(diào)整值，目標(biāo)電壓是由計(jì)算機(jī)以設(shè)定電壓為基準(zhǔn) ，根據(jù)槽況的變化波動(dòng)，在設(shè)定電壓和安全電壓上限之間取值。設(shè)定電壓設(shè)定好后，計(jì)算機(jī) 即可在調(diào)控過(guò)程中根據(jù)需要對(duì)目標(biāo)電壓進(jìn)行一定的調(diào)整，當(dāng)在線電壓處于以目標(biāo)電壓為基準(zhǔn) 的允許電壓范圍內(nèi)時(shí)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。該允許電壓范圍是指以"目標(biāo)電壓-下限偏差值"和"目標(biāo)電壓+上限偏差值"為端點(diǎn)的一個(gè)閉區(qū)間，在線電壓超出該允許電壓 范圍即被計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)判斷為異常槽況，轉(zhuǎn)入異常槽況控制。"下限偏差值"和"上限偏 差值"的取值因電解槽不同而不同?，F(xiàn)有的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中設(shè)定電壓不變，只有當(dāng)在線電 壓處于以設(shè)定電壓為基準(zhǔn)的一個(gè)允許的波動(dòng)范圍內(nèi)時(shí)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)才可以正常運(yùn)行。由 于本發(fā)明中計(jì)算機(jī)可對(duì)目標(biāo)電壓進(jìn)行調(diào)整，因此，目標(biāo)電壓的引入，擴(kuò)大了允許的在線電壓 的范圍，從而擴(kuò)大了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)過(guò)冷或過(guò)熱槽的適用范圍。目標(biāo)電壓的調(diào)整分兩類(lèi)， 一類(lèi)是工藝附加操作調(diào)整，如出鋁、換陽(yáng)極、抬母線后的附加 電壓控制，即上述的工藝操作完成后，計(jì)算機(jī)自動(dòng)以一個(gè)對(duì)應(yīng)的預(yù)定附加調(diào)整值對(duì)目標(biāo)電壓 重新賦值；另一類(lèi)是指在執(zhí)行上述工藝操作的間隔中，根據(jù)在線電壓振幅的大小等級(jí)來(lái)調(diào)整 ，所述附加調(diào)整值由測(cè)量到的上一解析周期內(nèi)在線電壓相對(duì)于目標(biāo)電壓的波動(dòng)曲線的平均斜率來(lái)確定，所述的斜率越大，附加調(diào)整值越大，所述的斜率為正，附加調(diào)整值也為正，所述 的斜率為負(fù)，附加調(diào)整值也為負(fù)。由于引入了瞬時(shí)振幅和解析周期振幅，在原有物料平衡控制的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了對(duì) 過(guò)熱度的實(shí)時(shí)解析，用計(jì)算機(jī)對(duì)能量平衡進(jìn)行輔助分析取得解析結(jié)果的方式取代了原來(lái)的依 靠操作人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人為判斷的方式，提高了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電 解槽過(guò)熱度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。所述的鐘振判別值I和鐘振判別值II，是允許的在線電壓波動(dòng)的臨界值，并反映過(guò)熱度 是否合適。當(dāng)解析周期振幅超出該兩值的范圍時(shí)，即認(rèn)為過(guò)熱度不合適；而當(dāng)鐘振判別值II 》解析周期振幅》鐘振判別值I時(shí)，即認(rèn)為過(guò)熱度合適。鐘振判別值I和鐘振判別值II的值，根據(jù)每個(gè)電解槽的不同，通過(guò)長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)跟蹤觀察 來(lái)得到。根據(jù)試驗(yàn)和分析，宜以lmin內(nèi)槽電壓最大值與最小值的差值的絕對(duì)值作為瞬時(shí)振幅，所 述解析周期振幅的解析周期宜設(shè)定為10min。由于電解槽組分的變化是一個(gè)動(dòng)態(tài)的，需要一定時(shí)間的過(guò)程，因此，解析周期振幅的解 析周期并非越短越好， 一般可設(shè)定為10min，其判斷精度已可達(dá)到生產(chǎn)中電解槽冷熱控制的 要求。因此，可以對(duì)解析周期內(nèi)電解槽的冷熱趨勢(shì)進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷，從而達(dá)到了對(duì)電解槽的能 量平衡的實(shí)時(shí)控制。由此，可進(jìn)一步將對(duì)過(guò)熱度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)用到氧化鋁和氟化鋁添加控制步驟中，如將目 標(biāo)電壓引入到氧化鋁添加速率控制步驟和氟化鋁添加速率控制步驟中，作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，由計(jì) 算機(jī)依據(jù)該數(shù)據(jù)和槽電阻、電解質(zhì)組分的內(nèi)在關(guān)系得到中間值，用中間值同根據(jù)長(zhǎng)期槽況跟 蹤得到的參照值進(jìn)行比較，從而對(duì)氧化鋁、氟化鋁的添加進(jìn)行智能控制，促使電解槽向所希 望的冷或熱的趨勢(shì)轉(zhuǎn)化，從而達(dá)到能量和物料的平衡。目標(biāo)電壓被引入氟化鋁添加速率控制步驟后，氟化鋁添加速率控制步驟和目標(biāo)電壓控制 步驟在每個(gè)氧化鋁添加周期運(yùn)行一次。如圖4所示，氟化鋁添加速率控制步驟和目標(biāo)電壓控制速率步驟包括如下邏輯判斷步驟a. 首先判斷氧化鋁添加周期是否結(jié)束，否則轉(zhuǎn)入氧化鋁濃度控制步驟，是則轉(zhuǎn)入步驟b;b. 判斷氧化鋁添加量將本解析周期內(nèi)的氧化鋁累計(jì)添加量與氧化鋁的理論消耗量進(jìn) 行比較累計(jì)添加量〉理論消耗量的上臨界值則轉(zhuǎn)入步驟cl;累計(jì)添加量<理論消耗量的下臨界值則轉(zhuǎn)入步驟C2;理論消耗量的上臨界值》累計(jì)添加量》理論消耗量的下臨界值則轉(zhuǎn)入 步驟C3;Cl.判斷是否有槽電壓噪聲，即是否滿(mǎn)足解析周期振幅》鐘振判別值I ，是則提高目標(biāo) 電壓，減少氟化鋁添加量，否則縮短基礎(chǔ)NB間隔，減少氟化鋁添加量；c2.判斷是否有槽電壓噪聲，即是否滿(mǎn)足解析周期振幅》鐘振判別值I ，是則提高目標(biāo) 電壓，氟化鋁添加量不變，否則加大基礎(chǔ)NB間隔，增加氟化鋁添加量；c3.判斷是否有槽電壓噪聲，即是否滿(mǎn)足解析周期振幅》鐘振判別值I ，是則提高目標(biāo) 電壓，氟化鋁添加量不變，否則增加氟化鋁添加量，恢復(fù)設(shè)定電壓；上述步驟cl、 c2或c3執(zhí)行完畢后，本氧化鋁添加周期內(nèi)的調(diào)控完成，下一氧化鋁添加周 期開(kāi)始時(shí)，重新回到步驟a。所述的氟化鋁添加量，指單次添加量。其中步驟b可以是將本解析周期內(nèi)的氧化鋁累計(jì)添加量與氧化鋁的理論消耗量進(jìn)行比 較，如累計(jì)添加量超出理論消耗量的上限比率，則判斷為氧化鋁添加過(guò)多，轉(zhuǎn)入步驟cl，如 累計(jì)添加量不足理論消耗量的下限比率，則判斷為氧化鋁添加過(guò)少，轉(zhuǎn)入步驟c2，如累計(jì)添 加量在理論消耗量的允許比率之內(nèi)，則判斷為氧化鋁添加正常，轉(zhuǎn)入步驟c3。該上限比率、 下限比率和允許比率根據(jù)長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)跟蹤確定，即以理論消耗量與上限比率的乘積為上臨界 值，理論消耗量與下限比率的乘積為下臨界值，允許比率則是以上限比率和下限比率為端點(diǎn) 的閉區(qū)間之間的值，理論消耗量與允許比率的乘積為正常值。其中步驟b還可以是計(jì)算本解析周期內(nèi)的氧化鋁累計(jì)添加量與氧化鋁的理論消耗量之 間差值的絕對(duì)值，將該絕對(duì)值與根據(jù)長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)跟蹤得到的設(shè)定值進(jìn)行比較，如絕對(duì)值小于設(shè)定值，判斷為氧化鋁添加正常，轉(zhuǎn)入步驟C3;如絕對(duì)值大于設(shè)定值，則進(jìn)而比較本解析周期內(nèi)的氧化鋁累計(jì)添加量與氧化鋁的理論消耗量，如本解析周期內(nèi)的氧化鋁累計(jì)添加量大于氧化鋁的理論消耗量，則判斷為氧化鋁添加過(guò)多，轉(zhuǎn)入步驟cl，如本解析周期內(nèi)的氧化鋁累 計(jì)添加量小于氧化鋁的理論消耗量，則判斷為氧化鋁添加過(guò)少，轉(zhuǎn)入步驟c2。與絕對(duì)值相比 較的設(shè)定值根據(jù)長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)跟蹤確定。還可將目標(biāo)電壓引入到陽(yáng)極極距調(diào)整控制步驟中，即在陽(yáng)極極距調(diào)整控制步驟中以目標(biāo) 電壓替代設(shè)定電壓當(dāng)一個(gè)氧化鋁添加周期結(jié)束時(shí)，首先判斷是過(guò)加工還是欠加工結(jié)束，若為欠加工結(jié)束，且滿(mǎn)足"在線電壓<目標(biāo)電壓一下不感應(yīng)帶"，增大陽(yáng)極極距，重新計(jì)算氧化鋁濃度；若為過(guò)加工結(jié)束，且"在線電壓〉目標(biāo)電壓+上不感應(yīng)帶"，減小陽(yáng)極極距，重 新計(jì)算氧化鋁濃度；當(dāng)"目標(biāo)電壓一下不感應(yīng)帶<在線電壓<目標(biāo)電壓+上不感應(yīng)帶"時(shí)，不進(jìn)行極距調(diào)整。目標(biāo)電壓被引入氧化鋁添加速率控制步驟后，氧化鋁添加速率控制步驟每個(gè)解析周期運(yùn) 行一次。如圖3所示，氧化鋁添加速率控制步驟包括如下邏輯判斷步驟A. 比較本解析周期內(nèi)的槽電阻和目標(biāo)電阻，如槽電阻過(guò)高則轉(zhuǎn)入步驟B，槽電阻過(guò)低轉(zhuǎn) 入步驟C，槽電阻正常則保持原氧化鋁添加速率；B. 判斷累斜〉過(guò)欠變換值是否成立，是則執(zhí)行欠過(guò)轉(zhuǎn)換，否則加大欠量幅度；C. 判斷累斜〈過(guò)欠變換值是否成立，是則執(zhí)行過(guò)欠轉(zhuǎn)換，否則加大過(guò)量幅度； 上述步驟A、 B或C執(zhí)行完畢后，本解析周期內(nèi)的調(diào)控完成，下一解析周期開(kāi)始時(shí)，重新回到步驟A。所述的步驟A可以是計(jì)算出解析周期內(nèi)的槽電阻平均值I^及該解析周期內(nèi)的目標(biāo)槽電阻平均值R目，得出二者差值的絕對(duì)值I R-—R目I ，將該絕對(duì)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，若該絕對(duì)值小于設(shè)定值時(shí)判斷為槽電阻正常，保持原氧化鋁添加速率；否則進(jìn)而對(duì)Rm和R目進(jìn)行比較 :若Rm〉R目且該絕對(duì)值大于設(shè)定值時(shí)判斷為槽電阻過(guò)高，轉(zhuǎn)入步驟B，否則判斷為槽電阻過(guò)低，轉(zhuǎn)入步驟c。 二者差值的絕對(duì)值反映出了槽況波動(dòng)的方向，與絕對(duì)值相比較的設(shè)定值根據(jù)長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)跟蹤確定。所述的步驟A還可以是計(jì)算出解析周期內(nèi)的槽電阻平均值I^及該解析周期內(nèi)的目標(biāo)槽電阻平均值R目，如果Rm高于R目上限比率則判斷為槽電阻過(guò)高，轉(zhuǎn)入步驟B，如果RJ氏于R目下限比率則判斷為槽電阻過(guò)低，轉(zhuǎn)入步驟C，如果Rm處于以R目為基準(zhǔn)的允許比率范圍內(nèi)，則判斷為槽電阻正常，保持原氧化鋁添加速率。該上限比率、下限比率和允許比率根據(jù)長(zhǎng)期的數(shù) 據(jù)跟蹤確定。前述的原氧化鋁添加速率，在系統(tǒng)剛啟動(dòng)時(shí)，是指預(yù)先設(shè)定的氧化鋁單次添加量和加料 間隔，在一個(gè)解析周期結(jié)束后則是指上一解析周期的氧化鋁單次添加量和加料間隔，即氧化 鋁添加狀態(tài)。累斜代表槽電阻變化值與時(shí)間長(zhǎng)度的比值，過(guò)欠變換值由通過(guò)長(zhǎng)期的槽況跟蹤和歷史數(shù) 據(jù)分析來(lái)確定，不同的槽型有不同的設(shè)定值。實(shí)際控制的氧化鋁加料間隔即"實(shí)際NB":實(shí)際NB4殳定NB士nXA。/。X設(shè)定NB，即以設(shè)定 的氧化鋁加料間隔"設(shè)定NB"為基礎(chǔ)，加大欠量幅度或加大過(guò)量幅度即是調(diào)整n的大小，從 而調(diào)整氧化鋁加料間隔。所述的欠過(guò)轉(zhuǎn)換是指由欠量添加狀態(tài)轉(zhuǎn)化為過(guò)量添加狀態(tài)；所述的過(guò)欠轉(zhuǎn)換是指由過(guò)量狀態(tài)。前述的控制步驟采用的是控制加料間隔的方式。當(dāng)然控制氧化鋁添加狀態(tài)有兩種方式， 一是控制單次添加量，二是控制兩次添加之間的加料間隔。由于解析周期可縮短至分鐘級(jí)， 對(duì)氧化鋁添加的控制精度也提高了 。還可在計(jì)算機(jī)控制方法中設(shè)置出鋁量計(jì)劃步驟計(jì)算機(jī)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)一個(gè)統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)的氧化 鋁添加量、氟化鋁添加量和溫度的平滑值，將該加權(quán)平均值與設(shè)定基準(zhǔn)比較，計(jì)算出下一出 鋁周期的計(jì)劃出鋁量。所述出鋁量計(jì)劃步驟可采用如下步驟第一步以在統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)的氧化鋁添加量、電解溫度、氟化鋁添加量的統(tǒng)計(jì)平滑值與基 準(zhǔn)值相比較得出相應(yīng)的模糊變量值權(quán)重；(1) 氧化鋁添加量的統(tǒng)計(jì)平滑值與基準(zhǔn)料量比較，得出相應(yīng)的模糊變量值權(quán)重-2: 少得多；-1:較少；0:正常；1:較多；2:多得多；(2) 電解溫度近三日平滑值與基準(zhǔn)溫度比較，得出相應(yīng)的模糊變量值權(quán)重2:低得多 ;1:較低；0:正常；-1:較高；-2:高得多；(2)氟化鋁添加量近三日統(tǒng)計(jì)平滑值與設(shè)定值比較，得出相應(yīng)的模糊變量值權(quán)重2: 少得多；1:較少；0:正常；-1:較多；-2:多得多。第二步對(duì)三個(gè)模糊變量值權(quán)重求和，并進(jìn)行判別，根據(jù)判別結(jié)果得出相應(yīng)的出鋁量(1) 三者模糊變量值權(quán)重之和》5，那么下一出鋁周期出鋁指示=基準(zhǔn)值+200;(2) 三者模糊變量值權(quán)重之和》3且<5，那么下一出鋁周期出鋁指示=基準(zhǔn)值+100;(3) 三者模糊變量值權(quán)重之和〉-5且《-3，那么下一出鋁周期出鋁指=基準(zhǔn)值-100;(4) 三者模糊變量值權(quán)重之和《-5，那么下一出鋁周期出鋁指示=基準(zhǔn)值-200;(5) 三者模糊變量值權(quán)重之和在(-3， +3)間，那么下一出鋁周期出鋁指示=基準(zhǔn)值 一般以24h作為一個(gè)出鋁周期，以該24h前的72h作為一個(gè)統(tǒng)計(jì)周期，以該72h中每24h的氧化鋁添加量、電解溫度、氟化鋁添加量的平均值進(jìn)行加權(quán)平均來(lái)得到相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)平滑值。 由于上述的出鋁量計(jì)劃步驟考慮了氧化鋁添加量、電解溫度和氟化鋁添加量，即考慮了電解槽能量平衡的要求，因此，比原有出鋁量計(jì)劃步驟中僅根據(jù)出鋁周期內(nèi)的氧化鋁累計(jì)添加量來(lái)推導(dǎo)出鋁量即僅考慮物料平衡的要求更為合理。一般地，所述統(tǒng)計(jì)周期為72h，其出鋁量指示值已經(jīng)較為合理。此外，槽電壓解析步驟中的振幅變量還包括日均振幅。所述日均振幅，指24h內(nèi)解析周 期振幅的平均值。該值可在一定程度上反映槽況的平衡程度，反映24h內(nèi)，幫助操作人員推斷出如設(shè)定電壓的合理值等反映正常槽況的參考數(shù)據(jù)。當(dāng)在線電壓超出以設(shè)定電壓為基準(zhǔn)的允許電壓范圍時(shí)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)判斷為異常槽況 ，中止目標(biāo)電壓控制步驟的運(yùn)行，轉(zhuǎn)入異常槽況控制步驟，可以設(shè)定此種情形下計(jì)算機(jī)自動(dòng) 發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警信號(hào)，通知操作人員采取人工調(diào)控措施后繼續(xù)自動(dòng)控制，以保證在發(fā)生如加料 系統(tǒng)失控等意外事故時(shí)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和電解槽的安全性。
權(quán)利要求
1. 鋁電解冷熱趨勢(shì)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制方法，包括槽電壓解析控制步驟、氧化鋁添加速率控制步驟、氟化鋁添加速率控制步驟，其特征在于在槽電壓解析控制步驟中，對(duì)槽電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，根據(jù)電壓變化曲線計(jì)算出振幅變量，包括瞬時(shí)振幅和解析周期振幅；槽電壓解析控制步驟中設(shè)置目標(biāo)電壓控制步驟，目標(biāo)電壓的初始值等于設(shè)定電壓，設(shè)定電壓在安全電壓上限和安全電壓下限范圍內(nèi)設(shè)定，每個(gè)解析周期結(jié)束時(shí)，根據(jù)槽電壓的分析結(jié)果，在設(shè)定電壓和安全電壓上限范圍內(nèi)對(duì)目標(biāo)電壓進(jìn)行調(diào)整目標(biāo)電壓＝上一周期目標(biāo)電壓+附加調(diào)整值，當(dāng)解析周期振幅＞鐘振判別值II時(shí)，附加調(diào)整值為正，由計(jì)算機(jī)對(duì)目標(biāo)電壓往上調(diào)整；當(dāng)解析周期振幅＜鐘振判別值I時(shí)，附加調(diào)整值為負(fù)，由計(jì)算機(jī)對(duì)目標(biāo)電壓往下調(diào)整；當(dāng)鐘振判別值II≥解析周期振幅≥鐘振判別值I時(shí)，附加調(diào)整值為零，計(jì)算機(jī)將目標(biāo)電壓保持在上一周期目標(biāo)電壓。
2.權(quán)利要求2如權(quán)利要求l所述的鋁電解冷熱趨勢(shì)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制方法，其特征 在于所述解析周期振幅的解析周期為5min、 10min或15min。
3.權(quán)利要求3如權(quán)利要求1或2所述的鋁電解冷熱趨勢(shì)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制方法，其 特征在于氟化鋁添加速率控制步驟和目標(biāo)電壓控制步驟在每個(gè)氧化鋁添加周期結(jié)束時(shí)運(yùn)行 一次，氟化鋁添加速率控制步驟和目標(biāo)電壓控制步驟包括如下邏輯判斷步驟a. 首先判斷氧化鋁添加周期是否結(jié)束，否則轉(zhuǎn)入氧化鋁濃度控制步驟，是則轉(zhuǎn)入步驟b;b. 判斷氧化鋁添加量將本解析周期內(nèi)的氧化鋁累計(jì)添加量與氧化鋁的理論消耗量進(jìn) 行比較累計(jì)添加量〉理論消耗量的上臨界值則轉(zhuǎn)入步驟cl;累計(jì)添加量<理論消耗量的下 臨界值則轉(zhuǎn)入步驟C2;理論消耗量的上臨界值》累計(jì)添加量》理論消耗量的下臨界值則轉(zhuǎn)入 步驟C3;cl.判斷是否有槽電壓噪聲，即是否滿(mǎn)足解析周期振幅》鐘振判別值I ，是則提高目 標(biāo)電壓，減少氟化鋁添加量，否則縮短基礎(chǔ)NB間隔，減少氟化鋁添加量；c2.判斷是否有槽電壓噪聲，即是否滿(mǎn)足解析周期振幅》鐘振判別值I ，是則提高目 標(biāo)電壓，氟化鋁添加量不變，否則加大基礎(chǔ)NB間隔，增加氟化鋁添加量；c3.判斷是否有槽電壓噪聲，即是否滿(mǎn)足解析周期振幅》鐘振判別值I ，是則提高目 標(biāo)電壓，氟化鋁添加量不變，否則增加氟化鋁添加量，目標(biāo)電壓恢復(fù)為設(shè)定電壓；上述步驟cl、 c2或c3執(zhí)行完畢后，本氧化鋁添加周期內(nèi)的調(diào)控完成，下一氧化鋁添加 周期開(kāi)始時(shí)，重新回到步驟a。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的鋁電解冷熱趨勢(shì)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制方法，其 特征在于在陽(yáng)極極距調(diào)整控制步驟中以目標(biāo)電壓替代設(shè)定電壓。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的鋁電解冷熱趨勢(shì)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制方法，其 特征在于氧化鋁添加速率控制步驟在每個(gè)解析周期結(jié)束時(shí)運(yùn)行一次，氧化鋁添加速率控制 步驟包括如下邏輯判斷步驟A. 比較本解析周期內(nèi)的槽電阻和目標(biāo)電阻，如槽電阻過(guò)高則轉(zhuǎn)入步驟B，槽電阻過(guò)低 轉(zhuǎn)入步驟C，槽電阻正常則保持原氧化鋁添加速率；B. 判斷累斜〉過(guò)欠變換值是否成立，是則執(zhí)行欠過(guò)轉(zhuǎn)換，否則加大欠量幅度；C. 判斷累斜〈過(guò)欠變換值是否成立，是則執(zhí)行過(guò)欠轉(zhuǎn)換，否則加大過(guò)量幅度； 上述步驟A、 B或C執(zhí)行完畢后，本解析周期內(nèi)的調(diào)控完成，下一解析周期開(kāi)始時(shí)，重新回到步驟A。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的鋁電解冷熱趨勢(shì)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制方法，其 特征在于還設(shè)置了出鋁量計(jì)劃步驟，即統(tǒng)計(jì)一個(gè)統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)的氧化鋁添加量、氟化鋁添加量和測(cè)量溫度的平滑值，將該加權(quán)平均值與設(shè)定基準(zhǔn)比較，計(jì)算出下一出鋁周期的計(jì)劃出鋁
7. 如權(quán)利要求6所述的鋁電解冷熱趨勢(shì)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制方法，其特征 在于所述統(tǒng)計(jì)周期為72h。
8. 如權(quán)利要求1或2所述的鋁電解冷熱趨勢(shì)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制方法，其 特征在于槽電壓解析步驟中的振幅變量還包括日均振幅。
9. 如權(quán)利要求1或2所述的鋁電解冷熱趨勢(shì)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制方法，其 特征在于當(dāng)在線電壓超出允許電壓范圍時(shí)，計(jì)算機(jī)中止目標(biāo)電壓控制步驟，轉(zhuǎn)入異常槽況 控制步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋁電解自動(dòng)控制領(lǐng)域，并公開(kāi)了一種能夠適應(yīng)較寬范圍內(nèi)的槽況過(guò)熱或過(guò)冷變化，并實(shí)時(shí)監(jiān)控電解槽過(guò)熱度的鋁電解冷熱趨勢(shì)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制方法，該方法通過(guò)在槽電壓解析控制步驟中，對(duì)槽電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，根據(jù)電壓變化曲線計(jì)算出振幅變量，包括瞬時(shí)振幅和解析周期振幅；并設(shè)置目標(biāo)電壓控制步驟，根據(jù)槽電壓波動(dòng)情況，在設(shè)定電壓和安全電壓上限之間對(duì)目標(biāo)電壓進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明還將振幅變量引入了氟化鋁添加速率控制步驟和氧化鋁添加速率控制步驟，并設(shè)置了出鋁量計(jì)劃步驟，使電解槽在物料平衡和能量平衡的狀態(tài)下運(yùn)行。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)控制過(guò)熱度，使電解槽在穩(wěn)定高效的狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)行，降低了電解槽操作人員的管理強(qiáng)度和難度。
文檔編號(hào)C25C3/00GK101280436SQ20081030171
公開(kāi)日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月22日
發(fā)明者張樹(shù)東, 勇 李, 李孟湘, 李煒煜, 王有來(lái), 田慶紅, 秦衛(wèi)中, 譚群發(fā) 申請(qǐng)人:四川啟明星鋁業(yè)有限責(zé)任公司