大型铝电解厂自动化与智能化的研究与发展

刘 靖，董 菲

（1 东北大学设计研究院（有限公司），辽宁 沈阳 110166；2 东北大学 机械工程与自动化学院，辽宁 沈阳 110819）

工业智能化和自动化成为第三次工业革命的信号。在新型工业化道路的战略的带动下，大型铝电解厂生产管理由人力、手动为主的模式向自动化和智能化模式的转变已势在必行。多功能机组自动化控制、电解槽工艺操作智能监测得到了广泛的应用，为电解铝的生产控制的进一步发展奠定了基础。

1 多功能机组的自动化研究与发展

电解多功能机组（PTM）主要用于电解生产的打壳、换极、下料、出铝、抬母线及槽大修等工作。作为电解生产的核心配套专用设备，其自动化研究和改进，可以提高生产效率，降低物料消耗，提高工业产值。

陈智园[1]将PLC运用于多功能天车加料系统实现了天车自动加料、设备故障的自动检测；王峰[2]采用PLC结合变频器控制技术实现了大车、小车的精确对位，并根据料仓的实际情况放料阀门的开合；韩敏[3]通过利用LOGO控制器改造天车的对位加料系统，实现了加料装置各机构协调互锁和自动控制功能。利用PLC和变频器对电器系统进行改造，解决了抓斗天车电器故障频繁的问题[4]；利用罗克韦尔PLC网络控制实现天车故障报警及参数监控的功能，大车、小车行走采用1336系列变频器调速，满足了天车快速运送阳极和超低速在操作面作业的需要[5]。王明海[6]将阳极自动测高装置集成于多功能机组，提高了换极效率并减少了劳动强度和烟气排放；祁生军[7]将S7-300PLC连接到Profibus-DP总线中，与安装有PI-SI通讯卡的变频器和智能电机保护器形成MPI或DP网络，低位控制高位，基于网络实现天车的所有功能，提高了换极效率。朱有辉[8]通过由一台工控机、两台PLC、九台DP从站和一套遥控系统构成的整车网络总线控制方式实现了信号可靠传输、电机回路简化控制、抗磁场干扰等功能；龚惠玲[9]设计的新型多功能铝电解槽阳极坑捞块装置可一次性将提残极时落入槽膛的料块和料渣全部抓出，避免了人工捞渣的安全隐患；潘玉仓[10]选用LCSP-ZG25型智能绝缘监控电子控制装置，对多功能机组各级绝缘结构实现实时监测、自动保护；王涛[11]通过安装大小车轨道吹灰装置实现了对原系统中清理铲的限位及绝缘护套的改造和优化。

通过研究和改进，多功能机组具备了自动精准对位、故障智能诊断、抗干扰性能强、设备免维护以及安全隐患低等特点，设备自动化和智能化优势均得到充分体现。

2 多物理场在线监测与槽况诊断

铝电解槽物理场主要包括电场、热场、温度场、磁场、流场、应力场，各物理场的综合状况直接影响电解槽能耗等技术经济指标。因此，对铝电解槽进行多物理场的在线连续监测成为判定槽况和改进指标的重要手段。

针对多物理场的间断手动测试存在时间不同步、结果误差大、劳动强度大及无法连续监测等难题，研究者们在在线监测及智能检测方面做了很多工作。文斌[12]、王震[13]、铁军[14]、樊肇军[15]等人分别研究了铝电解槽阳极导杆电流在线监测和分析系统，设计了架构中的模块化系统硬件和运行可靠的软件系统，实现了电流数据的分析釆集，为电流分布及槽况判断提供了基础参数；孟玲利用锑一饵一锗、锑一锗稀土共掺增光敏技术开发了新型光纤光栅高温传感器，对布设于槽壳上的光纤光栅传感器构建了多点温度监测网络，实现了高温强磁场环境下的槽壳温度的实时监测；张家奇利用delphi7.0为前台开发系统软件，实现了极距、界面变形、电流分布的在线监测并提出了在线监测系统为基础的极距均一化操作管理思路；王紫千依托C8051单片机采集阳极导杆等距压降，由上位机存储数据并显示铝液液面波动曲线，进而实现铝液液面波动的实时监测；林燕采用Fortran与VisualBasic语言相结合的混合编程方式开发软件系统，发挥数值计算与界面显示优势，实现了对槽膛内形状的在线监测。在故障诊断领域，梁汉利用LH-70型阳极电流测量仪实现了对槽噪声性质、强度的判定，指导槽噪声抑制方法的选择；李春艳运用频域分析、时频分析、经验模式分解及神经网络等方法开发了Windows界面下阳极效应定位检测和集阳极振动信号的采集、分析、管理为一体的辅助系统，实现了对阳极效应的检测和预报。

自动在线监测系统具有连续性强、测试误差小、实施难度小的特点，可自动存储，以直观的界面为槽况诊断、槽结构设计及耦合仿真提供了基础数据。

3 结语

综上所述，电解多功能机组、电解槽多物理场在线监测与槽况诊断等的自动化和智能化研究与发展给铝电解行业带来了新的革命。

①从生产、监测、控制到诊断、优化、调度、管理和决策，都贯穿着信息技术融入工业的理念，为提高生产效率，节能减排和职业安全提供了保障。②随着我国人口红利的消失，工业自动化和智能化已进入高成长期，尤其针对我国人口分布不均的问题，这种生产技术模式显著降低劳动成本，给铝工业开发带来新的希望。③进一步缩小了我国的铝电解行业与世界先进水平的差距。