王　力

(承德石油高等?？茖W校 電氣與電子工程系，河北　承德　067000)

在電解鋁行業(yè)，電解槽需要的主要原料氧化鋁通過超濃相輸送的方式[1]加到電解槽上(簡稱加料系統(tǒng))。目前，全國的鋁廠基本都沒有實現(xiàn)加料系統(tǒng)的完全自動化，都是人工加料。加料人員要爬到電解槽上逐個摸布袋(注：料倉上面有一個軟布袋連接料倉和輸送管道)確認是否加滿。此種加料辦法費時、費工又費力，特別摸布袋確認是否已經滿了這一過程，但是手摸布袋這一過程又不敢省掉，因為氧化鋁原料缺料會導致發(fā)生陽極效應。當陽極效應發(fā)生時， 電解槽電壓急劇升高，對整個電解系列產生很大的不利影響；電流效率降低，影響電解各個技術指標，且使鋁的產量和質量降低；破壞整個電解系列的平穩(wěn)供電[2]；對環(huán)境產生破壞，對資源產生浪費等。另外，電解鋁生產廠家對班組的考核也使相關人員不敢懈怠。為了讓工人從繁重的工作中解脫出來，同時也為了企業(yè)的無人值守大計，有必要開發(fā)一套完全自動的加料系統(tǒng)。

1　控制范圍及控制要求

1.1　控制范圍

自動加料系統(tǒng)控制范圍如圖1所示?？偣?個系列9個車間，每個車間有74個電解槽。中控室在系列2和系列3之間，且處在一端。整個控制區(qū)域非常大，系列長大約1 200 m，三個系列寬度約800 m。

1.2　控制要求

自動加料自動化系統(tǒng)開發(fā)后，設備能夠實現(xiàn)定時(可以在上位機上設置開始加料時間點)啟動加料風機、打開進風口、定時(時間可以調整)后關閉進風口、延時后再次打開進風口、所屬范圍內料滿指示燈全亮后確認加料完成(加料完成后不得在設定時間內自動啟動加料風機)，停止加料風機運行、關閉進風口。整個加料過程無人值守，所有可能出現(xiàn)的故障情況應能夠及時準確報警并在主控室利用聲音報警提醒檢查。

2　電氣控制系統(tǒng)結構及解決思路

從圖1中可以看出，控制范圍非常大，超出一般總線控制能力。最終確定通過組建光纖環(huán)網把加料相關PLC控制系統(tǒng)鏈接起來接到中控室，通訊方式采用工業(yè)以太網。網絡走向示意圖如圖2所示。共3個系列9個車間，每個車間用一套PLC實現(xiàn)加料系統(tǒng)的自動化控制，主要控制設備有風機、閥門等，主要檢測參數(shù)有電流、壓力、閥門開度等模擬量?？紤]到系統(tǒng)規(guī)模和用戶使用習慣，最終采用AB公司的RSLogix 500系列PLC。

控制系統(tǒng)核心難點是如何準確判斷電解槽上氧化鋁料箱的料位是否滿。本控制系統(tǒng)總共需要72個料位傳感器，如果采用常規(guī)的料位傳感器，在現(xiàn)場實際工況下(高溫、強磁)能夠準確測量的傳感器都非常昂貴，這是遠遠超出廠家預算的?，F(xiàn)在國內電解鋁自動加料系統(tǒng)基本都沒有實現(xiàn)完全自動化的主要原因是沒有合適的穩(wěn)定判斷料位是否已滿的傳感器。如何在有限的預算下實現(xiàn)料位的準確測量，經過現(xiàn)場的仔細試驗和方案論證，最終通過自己研發(fā)的一種傳感器實現(xiàn)了穩(wěn)定可靠的測量，且成本低廉，用戶完全可以接受。此傳感器在測試階段還有現(xiàn)在運行階段，測量效果都非常理想，在穩(wěn)定性和可靠性上都完全達到用戶要求。

3　上位監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計

本自動化控制系統(tǒng)的所有功能在上位機上體現(xiàn)出來，因為是完全自動化的，如果正常運行，是不需要人工干預的。系列1車間監(jiān)控主界面如圖3所示。

由于風機是一用一備的，程序默認每隔一個月使一號風機和二號風機輪換一次。但是主界面仍然把風機手動切換畫面放上了，以備某個風機出現(xiàn)故障后手動切換。

程序根據超濃相管道的出口壓力實時調整風機出口閥門的開度，保證氧化鋁粉料的快速正常流動。

系統(tǒng)考慮到各種故障出現(xiàn)的可能性，設置了手動啟動和手動停止按鈕，以備特殊情況下能夠手動啟動和停止系統(tǒng)。但此處的“手動啟動”按鈕只要點一下，就按照啟動順序自動調整閥門和啟動風機，“手動停止”也是一樣，只需按下“手動停止”，就會按照停機工藝逐步關閉閥門，到時間關閉風機。也設置了“手調閥門快速停機”按鈕，通過手動設置閥門關閉情況，來快速停止系統(tǒng)。

系統(tǒng)在調試初期，料位計不是很好使，因此設置了“屏蔽料位計”按鈕，料位計調試好之后這個按鈕基本就沒有用了。后來發(fā)現(xiàn)，正常時所有料位計都顯示滿位后就會自動停止加料，此時由于特殊原因需要風機繼續(xù)運行，就可以通過“屏蔽料位計”實現(xiàn)。因此，這個按鈕到最后也保留了下來。當系統(tǒng)某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時，通過主控室的聲音提示相關人員，在界面上也把相應故障顯示出來。如圖4所示。出現(xiàn)報警就是紅黃閃爍狀態(tài)，以醒目的方式指出報警位置。

能夠實現(xiàn)完全自動化，相關的運行參數(shù)必須設置好。這里需要設置的主要參數(shù)如下：

1)加料時間的設置。正常4個小時加料一次。本系統(tǒng)設置了12個時間，可以做到2個小時加料一次。核對好PLC系統(tǒng)時間之后，通過設置加料時間就能夠到點準時加料。目前設置的是2點、6點、10點、14點、18點、22點準時加料。后面有6個22點整加料是為了和前面的時間重合，使后面6個加料時間設置不起作用。本系統(tǒng)設置方式非常靈活，可以設置一天內的任意時間為加料時間。

2)報警和限定性設置。全自動運行，異常情況及時報警是設備可靠運行的保證，因此，相關的報警條件可以設置。同樣，其他的限定性設置也要根據具體情況進行設置。比如，電動閥有的就不能開到100%，一開到100%就會出現(xiàn)卡住的現(xiàn)象，因此這里根據實際情況來設置閥門的開到位開度和關到位開度，這樣能夠有效地保證電動閥的開關自如，避免卡住現(xiàn)象發(fā)生。具體參數(shù)設置如圖5所示。

4　結束語

目前，由于鋁價一直徘徊于低位，大多數(shù)鋁廠日子都不太好過[3]，因此，很多鋁廠都在挖空心思降低成本。圖6為此次自動加料改造的公司主控室。原來，這些監(jiān)控設施都是分散在各個車間，基本一兩個顯示器就需要一名監(jiān)盤人員，現(xiàn)在，滿屋的監(jiān)視器只配備一名監(jiān)盤人員，人工成本節(jié)約近80%。從自動加料系統(tǒng)來說，原來每班需要12個人，現(xiàn)在，每班只需要4個人就可以完成，節(jié)約三分之二人工成本。本自動加料系統(tǒng)已經運行幾個月了，運行效果良好。此自動加料系統(tǒng)的投入使用，在提高產品質量以及節(jié)能降耗方面、減員增效方面作用明顯，同時也為電解鋁生產企業(yè)更好地實現(xiàn)現(xiàn)代化控制提供了一個很好的成功案例[4]。

參考文獻：

[1]楊曉軍, 梁冶.電解鋁廠氧化鋁濃相輸送技術應用實踐與改進[J].輕金屬,2004(8):28-30.

[2]劉建新. 淺談鋁電解生產中陽極效應的危害性[J].冶金叢刊,2005(4): 41-44.

[3]薛璇. 鋁在囧途[J].中國有色金屬,2014(11):26-34.

[4]王力. 水箱靜置自動化生產線的實現(xiàn)[J].制造業(yè)自動化,2013(2):129-132.