铝电解智能控制系统

浅论铝电解智能控制技术的应用与发展摘要本文论述了铝电解智能控制技术的应用与发展，为铝电解智能控制技术的应用走可持续发展的道路提供了一定的见解。

关键词铝电解智能控制技术，应用与发展引言因为铝电解生产以多达数百台电解槽申联成一个生产系列的方式进行，耗能巨大（吨铝电能消耗为13，000-13，600kWh ），所以节能降耗一直是铝业界研究的主题。

虽然开始于20世纪60年代的计算机控制技术对铝电解生产过程的节能降耗发挥了巨大的作用，但是其也存在许多缺陷。

其主要表现在：依赖于精确的数学模型；控制算法较为理想化；控制输出变量少；执行机构简单以及难以有效利用铝电解专家的知识和逻辑思维来解决问题[1]。

1 对铝电解智能控制技术的应用现状的分析与认识1.1 铝电解槽分布式控制系统结构（1）过程控制级过程控制级由几十台至上百台开放式智能槽控机系统组成。

每台智能槽控机控制一台电解槽，独立完成现场数据采集、实时槽况解析和数据通信的任务。

其具有电解生产过程打壳、下料、阳极升、阳极降、效应报警、效应处理、出铝、边加、换极、抬母线等功能，并根据实时槽况解析结果进行相应的电解控制。

（2）过程优化级过程优化级由接口监控机和数据库服务器组成。

系统分为四个独立模块：通讯模块、监控管理模块、实时数据库模块和远程监控模块。

由于过程优化级是实现集中管理的核心，因此在这里采用了冗余设计。

一台计算机用做服务器，其余的计算机用做接口监控机。

在接口监控机中有一台可以作为备用服务器。

当服务器发生故障时，该接口监控机可承担服务器功能。

另外，各接口监控机之间还具有互为备用功能。

这种冗余设计大大地提高了系统的可靠性。

（3）生产管理级生产管理级由生产调度、电解车间、整流所、化验室、铸造部等工作站和Web服务器系统组成。

其搜集电解生产各部门的大量数据，为企业经营决策提供数据平台，便于管理人员进行综合数据统计分析，即成为企业集团总体协调、计划管理、预测决策的重要依据。

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。

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。

铝电解槽下料智能管控系统开发与应用发布时间：2022-08-12T01:05:42.233Z 来源：《科学与技术》2022年第30卷第3月第6期作者：李圆[导读] 目前，预焙铝电解槽采用中点下料法，电解生产中，由于电解质成分的变化，李圆包头铝业内蒙古华云新材料有限公司内蒙古自治区包头市014040摘要：目前，预焙铝电解槽采用中点下料法，电解生产中，由于电解质成分的变化，特别是锂钾含量增加，电解质一次初晶温度和槽温会降低。

此外，氧化铝性质的变化，主要是粒级分布，共同导致氧化铝溶解性降低。

若遇风压降低、气缸老化等的影响，易造成卡锤头、粘葫芦头、堵料等下料不良，致使电解槽效应多，炉体不规整，严重影响电解槽运行指标。

关键词：铝电解；下料；智能管控系统铝电解生产时，由于电解质成分及氧化铝性质波动、槽温变化等因素，氧化铝溶解性能下降，风压、气缸等外部条件变化导致卡锤头、粘葫芦头、堵料等，造成电解槽效应多，炉膛不规整，从而影响了电解槽运行指标。

基于此，本文详细分析了铝电解槽下料智能管控系统开发与应用。

一、电解槽简介电解槽由槽体、阳极、阴极组成，多数用隔膜将阳极室与阴极室隔开。

按电解液的不同分为水溶液电解槽、熔融盐电解槽、非水溶液电解槽。

当直流电通过电解槽时，在阳极与溶液界面处发生氧化反应，在阴极与溶液界面处发生还原反应，以制取所需产品。

对电解槽结构进行优化设计，合理选择电极和隔膜材料，是提高电流效率、降低槽电压、节省能耗的关键。

铝电解槽是炼铝的核心设备，其发展与进步代表了锅电解工艺技术的革新。

锅电解槽的结构先后经历了小型预焙槽、侧部导电自焙槽、上部导电自焙槽、大型不连续预焙及连续预焙槽、中间下料预焙槽几个发展阶段。

预焙阳极电解槽上部结构简单、轻便，具有单位容量投资低、易于实现机械化和自动化、能耗低及易于解决环保问题等优点，大型预焙槽的出现也标志着铝电解技术迈进了向大型化、现代化发展的新阶段。

与西方发达国家相比，我国电解铝工业起步晚、基础薄弱，处于相对落后地位。

电解铝行业弱电技术在电解铝生产线控制系统的设计与操作电解铝行业是现代工业中重要的一部分，其生产过程具有高温、高电流、高气压等特点，对于生产过程的控制，需要依靠先进的技术手段。

弱电技术在电解铝生产线的控制系统设计与操作中起着至关重要的作用。

弱电技术是指在电压、电流、信号等方面较小的电气信号。

在电解铝行业中，弱电技术在生产线控制系统的设计和操作上需要充分运用。

首先，弱电技术可以应用于生产线监控系统中的数据采集与传输。

通过采集关键的生产数据，如电流、电压、温度等，可以实时监测电解铝生产过程中的各项指标，并通过传输到控制中心进行分析与处理，从而实现对生产过程的全面掌控。

其次，弱电技术可以应用于电解槽电流分配控制系统。

电解铝生产过程中，电流分配对于生产效率和产品质量有着重要的影响。

通过弱电技术的应用，可以实现对电解槽内不同区域电流的准确控制。

通过槽内传感器采集的电流信号，再通过弱电技术进行传输和处理，可以实现精确的电流调节，从而确保电解铝生产过程的稳定性和可控性。

另外，弱电技术还可以应用于电解铝生产线的安全控制系统。

电解铝生产过程中存在着一定的安全风险，如槽内电解质波动、电流异常等。

弱电技术可以通过传感器采集这些安全隐患的信号，并及时传输到控制中心进行预警和处理。

通过对异常情况的及时监控和响应，可以有效降低生产风险，确保生产过程的安全可靠。

弱电技术在电解铝生产线控制系统的操作中也具有重要作用。

首先，弱电技术可以用于生产过程数据的可视化管理。

通过弱电技术的应用，可以将生产线各项数据实时显示在控制室的监控屏幕上，方便操作人员对生产过程进行全方位的观察和分析。

其次，弱电技术可以实现对生产线各个设备的远程控制。

通过网络通信和弱电技术的结合，操作人员可以在控制室远程调节设备参数，实现对设备的远程控制和优化。

总之，弱电技术在电解铝行业的控制系统设计与操作中具有重要的地位和作用。

通过弱电技术的应用，可以实现对电解铝生产过程的实时监控、精确控制和安全保障。

铝电解生产控制系统中CAN通讯技术的程序设计摘要：在铝电解计算机控制系统中，槽控机与接口机之间是采用CAN总线进行通信。

文章介绍了CAN总线在铝电解控制系统中的应用，叙述了基于CAN 总线的系统结构、组成以及CAN总线通讯接口软件设计方案。

关键词：CAN总线、CAN通讯、电解铝、槽控机引言CAN（CONTROL AREA NETWORK）德国BOSCH公司为解决汽车上众多控制器和传感器之间的数据交换而开发的一种串行通信网络，由于其具有抗干扰能力强、可靠性高、实时性好和易于使用等特点，已经广泛应用于工业自动化、交通工具、医疗仪器、楼宇自动化等多个领域，是公认为最有前途的现场总线技术之一。

现代电解铝生产自动化控制系统中槽控机与接口机之间的信息交互主要是依靠CAN总线技术实现。

1 系统组成铝电解控制系统主要由智能槽控机、监控接口机和CAN总线三部分组成。

系统结构如图1-1所示。

其中槽控机直接控制生产过程，负责采集电解槽槽电压和氧化铝浓度。

监控接口机由一台工业控制PC机构成。

主要功能是对现场槽控机进行参数据设置，通过总线网络实时获取槽控机实时数据，实放槽异常报警、报表输出等功能。

CAN总线部分主要由智能PC-CAN总线适配卡、通讯介质、光电转换器以及通讯软件组成。

PC-CAN 总线适配卡上带有微处理以及1KB和2KB高速RAM，直接映射到主机内存，PC-CAN总线适配卡上还带有光电隔离器，保护PC机避免由于地环流的损坏；PC-CAN接口控制器上还带有可配置的Hilon 协议及windows驱动程序，可插于计算机（工业控制机）的ISA插槽。

随着光纤技术的发展，PC-CAN配卡嵌入光纤∕CAN转换模块，使CAN总线可以用光纤作为通信传输介质。

这项技术的突破使电解铝控制系统的防电磁干扰，抗雷击等优点。

图1-1:铝电解控制系统CAN总线工作原理CAN总线数据收发由CAN控制器和CAN收发器完成。

主机通过ISA接口控制电路来访问CAN控制器，最终完成数据通信。

电解铝生产过程中氧化铝粉输送的自动控制系统毕业设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

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本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

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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。

铝电解槽智能打壳系统使用计划方案一、实施背景铝电解槽是铝冶炼中的重要设备之一，其主要作用是将铝矾土经过电解反应转化为铝金属。

在铝电解过程中，电解槽内部会形成一层厚厚的氧化铝壳，这会对电解效率产生负面影响。

为了保证铝电解的效率和质量，需要定期对电解槽进行打壳处理。

传统的打壳方式需要人工操作，不仅效率低下，而且存在一定的安全隐患。

因此，开发一种智能化的铝电解槽打壳系统，既可以提高打壳效率，又可以降低安全风险，具有非常重要的现实意义。

二、实施计划步骤1.需求分析：根据实际需求，确定铝电解槽智能打壳系统的功能和性能指标。

2.技术研发：通过对相关技术的研究，开发出符合要求的铝电解槽智能打壳系统。

3.测试验证：对开发出来的系统进行测试验证，确保其稳定性和可靠性。

4.推广应用：将铝电解槽智能打壳系统推广应用到铝冶炼企业中，实现工业化生产。

5.售后服务：为用户提供系统的售后服务，保证系统的正常运行和维护。

三、适用范围铝电解槽智能打壳系统适用于铝冶炼企业中的铝电解槽打壳工作，可广泛应用于铝电解槽打壳的各个环节。

四、创新要点1.采用智能化控制技术，实现自动化打壳。

2.使用高效的打壳工具，提高打壳效率。

3.采用先进的传感器技术，实时监测电解槽内部情况。

4.具备故障自诊断和报警功能，确保系统的稳定性和可靠性。

五、预期效果1.提高打壳效率，节约人力成本。

2.降低安全风险，保障工作人员的安全。

3.提高铝电解效率和质量，提高生产效益。

六、达到收益1.通过提高打壳效率，降低人力成本，实现生产成本的降低。

2.通过提高铝电解效率和质量，提高生产效益，增加企业收益。

七、优缺点1.优点：智能化控制，自动化打壳，提高打壳效率；采用先进的传感器技术，实时监测电解槽内部情况，确保系统的稳定性和可靠性；具备故障自诊断和报警功能，保障工作人员的安全。

2.缺点：系统的成本较高，需要一定的投资。

八、下一步需要改进的地方1.进一步优化系统性能，提高系统的稳定性和可靠性。

铝电解自动控制系统的新亮点摘要：本文介绍了引进的ELAS系统特有的按需下料模块、出铝控制模块、效应自动熄灭模块、波动处理模块、硬件结构的可靠性等。

关键词：ELAS系统、按需下料、出铝控制、自动阳极效应熄灭、波动处理、硬件技术。

作者：潘义华张泳美钟向明占勇军袁宏均一、引言霍尔----埃鲁法铝冶炼的过程控制自动化已经要求有可靠、高性能的调节手段。

本公司在A120槽型的电解槽生产中采用了德国联合铝业公司技术部开发的铝冶炼过程自动控制系统ELAS，该系统具有如下特点：＊操作平面可靠且丰富多彩，能极大的满足管理电解槽生产工艺的技术人员和工人要求。

＊采用OPEN VMS操作平台，确保了系统的可靠性。

＊具有自己特色的槽控制模块（如按需下料模块、出铝控制模块、针摆解析模块等），提高了现场控制精度和现场人员对槽故障判断能力，配合有特色的地面操作专用小车，大大地降低了工人的工作强度。

＊良好的设备结构，提供给现场工人最大的自主权和在不影响正常生产的前提下的设备维护。

该系统对冶炼过程进行控制的数学模型和控制思想是建立在对电解槽生产过程中的各种扰动和其自身的变化规律通过全程模拟基础上的，即槽电阻随电解质中氧化铝浓度变化规律、极距调整与其三场变化规律、单个阳极高或低于阳极底部平面对槽电阻影响的规律等，经过这些模拟，同时忽略掉部分对电解槽生产过程中影响较小的扰动和在解析的过程中剔除对槽生产产生异常的扰动（其中的效应、换极等为正常扰动不与剔除），作出相应的控制模块应用于生产中。

二、ELAS系统的高可靠性铝电解生产是一种连续生产，因此铝电解控制系统的高可靠性是保证正常生产的关键。

ELAS系统在硬件及软件设计上都考虑了保证系统的高可靠性。

（一）系统硬件ELAS系统采用了分布式设计，共有两级：过程控制级和管理级。

这两级由标准的以太网连接。

系统结构图如图1所示：过程控制级主要由ELAS控制器、带输入输出模块的PLC、操作面板（现场人机接口）及与管理级通信的网络接口组成。