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摘要：本文对铝电解槽控机发展史作了简要介绍，描述了X企业槽控机系统的应用情况，阐释了槽控机系统对铝电解生产的重要性。
关键词：铝电解槽 槽控机系统
中图分类号：TU8；TU758.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-548-01
1.引言
铝电解是电解槽通以直流电，将氧化铝电解成金属铝的生产过程，该过程的控制以大型预焙铝电解槽自动控制机（简称槽控机）作为核心设备。而槽控机运行的稳定与否，将直接影响到铝电解控制系统运行效果的好坏，其技术条件的优化，则主要靠自控技术的不断发展和控制水平的不断提高来实施。
2.铝电解槽控机系统的发展历程
由于铝电解槽是一个复杂的系统，存在非线性、滞后等因素，故很难建立精确的数学模型，用传统的控制方法难以达到好的控制效果。槽控机系统恰好在解决这类问题中表现出了优越性，它速度快、人性化、模糊能力强等特点为铝电解槽的控制提供了有效地解决途径。
2.1七零至九零年代的初期发展
我国槽控机系统在铝电解上的应用始于70年代。从1974年沈阳铝镁设计研究院与抚顺铝厂合作的第一台“多台槽巡回检测和阳极自动调整”装置，到1975年东北工学院研制成的工业控制用计算机LSK-74系统，再到80年代初贵铝全套引进的日本轻金属株式会社160kA预焙槽控制系统，再到后期的“日輕”技术翻版、自建的沈阳铝镁设计研究院研究的青海铝厂铝电解槽计算机控制系统。系统的演进直至投产运行，充分表明了我国已有独立开发和制造铝电解控制系统的能力。
槽控机系统发展至此，虽使铝电解生产指标有了一定提高，但系统的造价高、可靠性差、缺少灵活性、难以满足复杂实时控制的要求等一系列弊端仍普遍存在，亟需有更先进的技术来取代。
2.2九零年代后的快速发展
1992年，沈阳铝镁设计研究院和抚顺铝厂开始承担中国有色总公司“八五”攻关项目“智能型铝电解槽工业试验”，仅用时两年就在抚铝135kA铝电解槽上成功推广，智能化技术实现在我国铝电解生产上的首次应用。
1995至1997年间，青海铝厂与中南工业大学共同承担了“智能模糊控制技术在160kA预焙铝电解槽”上的开发应用，并于1997年8月通过鉴定。其系统采用了“模糊控制槽控机（DCC级）—工控微机（SCC级）”的二级分布式控制方式，先进性可见一斑。
90年代末，贵州铝厂、贵阳铝镁设计研究院与北方工业大学合作开展了“智能模糊控制技术在180kA预焙铝电解槽”上的开发应用。模糊控制、神经网络和专家系统三大模块兼容并蓄，工艺技术条件得到进一步优化。至此，铝电解槽控机系统智能时代全面启动。
3.铝电解槽控机系统在X企业的应用
目前，X企业主体为280KA电解槽，采用的是贵阳铝镁设计院设计的计算机自动控制系统，该系统投运初期采用的是分布式控制系统，后为方便操作，提高效率，又新增了局域网。
整个系统的核心是分布式控制系统。该系统对生产过程进行集中监视和管理，分散控制，以微型计算机为基础，用数据通信将其联动在一起，其优点在于实时性强、故障分散。
3.1控制硬件
X企业的分布式控制系统由二级组成，第一级为电解槽前的槽控机，第二级由上位机和电流分配器组成，每一级的硬件结构及功能均有不同。
3.1.1槽控机
槽控机采用386EX微处理器，主频20MHz（最高可达25MHz），存储器由一片28脚的EPROM、一片32脚的SRAM、一片32脚的EPROM（容量从最小128字节到最大512字节）组成，槽控机具有数据采集、槽况解析、电解过程控制等功能。
3.1.2电流分配器
将整流所送来的系列电流、系列电压模似信号转换为线性频率脉冲信号送至上位机，同时将系列电流脉冲信号随网络总线电缆频率送至电解厂房内的各槽控机。以上就是电流分配器的主要功能。
3.1.3接口机
上位机采用的为研华工控机，PⅢ--550E的处理器，15G的硬盘，64M的内存，40X的光驱，17寸的液晶显示器。其功能主要包括各种槽控机参数的修改、设定，各种综合历史曲线的显示和打印，完成各种信息、数据的报表编制和打印，语音报警等。
另外，X企业的整个分布式控制系统采用的是CAN_BUS总线。该总线是以多主从方式工作的，假如某个节点发生故障，并不会对整个系统造成严重威胁，系统仍可降低使用（即循环周期会延长）继续工作。
3.2控制软件
贵阳铝镁设计院为X企业设计的软件主要功能包括槽电压和系列电流的采集，槽电压控制，氧化铝浓度控制、氧化铝寻迹控制，槽电压（或槽电阻）波动检测与消除控制，效应预报控制、效应报警和效应处理加工，常规作业监控与控制（出铝、换阳、升降阳极、边部加工、氟化铝加料）等。主要功能的实现是由一些独立控制模块完成，以下是几个重要功能模块的描述。
3.2.1出铝模块
在出铝前，现场操作人员与槽控机联系，指示“出铝”过程开始，在出铝过程中5秒取一个电压值，以便槽控机能及时下调阳极，这样可控制出铝过程电压在小范围内变动。
出铝结束后，电解槽目标电压在设定电压的基础上加一个附加值，而且一定时间后才恢复设定电压，并且在此期间进行正常加料。
出铝中的一切操作都是为了能达到节能与抑制电压摆而设置的。
3.2.2换极模块
与出铝一样，在换极前，现场操作人员通知计算机“换极”进程开始，槽控机首先进行能量补偿。小幅升阳极，在换极期间绝对不允许移动阳极，只进行正常下料，换极结束后，同样也有一定时间的电压补偿，并且进行一段时间的欠加料，持续到消耗完换极过程中的人工输入料量。
3.2.3浓度控制模块
该模块的控制策略是依据下料间隔的不同将电解槽分为五种状态：初始状态、寻迹状态、欠加料状态、过加料状态、波动状态，通过这五种状态的不断转换而将电解槽浓度控制于一个理想的范围。其中，过、欠转换是这个模块控制的核心。过、欠的转换摒弃了以往以电阻的斜率、阻差为判断条件，而直接使用电压为判断条件，该转换方式直接、有效，AE受控率明显上升。
浓度控制区域是以目标控制电压为基准的，上限为电压控制死区上限的5/6，下限为电压控制死区下限的5/6的区域。当槽电压逐渐上升到（目标电压+死区上限×5/6）时，由欠转为过；当槽电压逐渐下降到（目标电压+死区下限×5/6）时，由过转为欠；在欠加料过程中，采用的是逐步加大欠间隔的控制方式，在过加料过程中，采用的是逐步减少过间隔的控制方式。其中当欠加料过程持续时间达5小时时，强制由欠加料转为过加料，当过加料过程持续时间达2小时时，强制由过加料转为欠加料。
以上就是铝电解槽控机系统在X企业的应用情况。X企业的铝电解槽控机系统运行这么长时间来，一直都较稳定。随着对系统的深入了解，必将更能发挥出系统的功能和潜力，使整个电解系统更加高效、平稳运行。
4.结束语
总的来说，我国铝电解槽控机系统在很多方面都已接近国际水平，在控制算法、槽况诊断、动态仿真等方面均有其独到之处。在过去的几十年里，这方面的控制技术一直在不断更新和提高，现在已在许多方面与国际上的先进水平取得了同步发展。但电解铝厂的生产指标与国际先进水平相比，仍有一定差距。
参考文献：
[1]《中国铝电解槽计算机控制技术发展的回顾与展望》，杨振海，孙淑萍，邱竹贤，《东北大学学报》，1999年03期；
[2]《铝电解槽控制系统应用探讨》，刘彤，《有色金属工业科技创新》，2008年。
关键词：铝电解槽 槽控机系统
中图分类号：TU8；TU758.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-548-01
1.引言
铝电解是电解槽通以直流电，将氧化铝电解成金属铝的生产过程，该过程的控制以大型预焙铝电解槽自动控制机（简称槽控机）作为核心设备。而槽控机运行的稳定与否，将直接影响到铝电解控制系统运行效果的好坏，其技术条件的优化，则主要靠自控技术的不断发展和控制水平的不断提高来实施。
2.铝电解槽控机系统的发展历程
由于铝电解槽是一个复杂的系统，存在非线性、滞后等因素，故很难建立精确的数学模型，用传统的控制方法难以达到好的控制效果。槽控机系统恰好在解决这类问题中表现出了优越性，它速度快、人性化、模糊能力强等特点为铝电解槽的控制提供了有效地解决途径。
2.1七零至九零年代的初期发展
我国槽控机系统在铝电解上的应用始于70年代。从1974年沈阳铝镁设计研究院与抚顺铝厂合作的第一台“多台槽巡回检测和阳极自动调整”装置，到1975年东北工学院研制成的工业控制用计算机LSK-74系统，再到80年代初贵铝全套引进的日本轻金属株式会社160kA预焙槽控制系统，再到后期的“日輕”技术翻版、自建的沈阳铝镁设计研究院研究的青海铝厂铝电解槽计算机控制系统。系统的演进直至投产运行，充分表明了我国已有独立开发和制造铝电解控制系统的能力。
槽控机系统发展至此，虽使铝电解生产指标有了一定提高，但系统的造价高、可靠性差、缺少灵活性、难以满足复杂实时控制的要求等一系列弊端仍普遍存在，亟需有更先进的技术来取代。
2.2九零年代后的快速发展
1992年，沈阳铝镁设计研究院和抚顺铝厂开始承担中国有色总公司“八五”攻关项目“智能型铝电解槽工业试验”，仅用时两年就在抚铝135kA铝电解槽上成功推广，智能化技术实现在我国铝电解生产上的首次应用。
1995至1997年间，青海铝厂与中南工业大学共同承担了“智能模糊控制技术在160kA预焙铝电解槽”上的开发应用，并于1997年8月通过鉴定。其系统采用了“模糊控制槽控机（DCC级）—工控微机（SCC级）”的二级分布式控制方式，先进性可见一斑。
90年代末，贵州铝厂、贵阳铝镁设计研究院与北方工业大学合作开展了“智能模糊控制技术在180kA预焙铝电解槽”上的开发应用。模糊控制、神经网络和专家系统三大模块兼容并蓄，工艺技术条件得到进一步优化。至此，铝电解槽控机系统智能时代全面启动。
3.铝电解槽控机系统在X企业的应用
目前，X企业主体为280KA电解槽，采用的是贵阳铝镁设计院设计的计算机自动控制系统，该系统投运初期采用的是分布式控制系统，后为方便操作，提高效率，又新增了局域网。
整个系统的核心是分布式控制系统。该系统对生产过程进行集中监视和管理，分散控制，以微型计算机为基础，用数据通信将其联动在一起，其优点在于实时性强、故障分散。
3.1控制硬件
X企业的分布式控制系统由二级组成，第一级为电解槽前的槽控机，第二级由上位机和电流分配器组成，每一级的硬件结构及功能均有不同。
3.1.1槽控机
槽控机采用386EX微处理器，主频20MHz（最高可达25MHz），存储器由一片28脚的EPROM、一片32脚的SRAM、一片32脚的EPROM（容量从最小128字节到最大512字节）组成，槽控机具有数据采集、槽况解析、电解过程控制等功能。
3.1.2电流分配器
将整流所送来的系列电流、系列电压模似信号转换为线性频率脉冲信号送至上位机，同时将系列电流脉冲信号随网络总线电缆频率送至电解厂房内的各槽控机。以上就是电流分配器的主要功能。
3.1.3接口机
上位机采用的为研华工控机，PⅢ--550E的处理器，15G的硬盘，64M的内存，40X的光驱，17寸的液晶显示器。其功能主要包括各种槽控机参数的修改、设定，各种综合历史曲线的显示和打印，完成各种信息、数据的报表编制和打印，语音报警等。
另外，X企业的整个分布式控制系统采用的是CAN_BUS总线。该总线是以多主从方式工作的，假如某个节点发生故障，并不会对整个系统造成严重威胁，系统仍可降低使用（即循环周期会延长）继续工作。
3.2控制软件
贵阳铝镁设计院为X企业设计的软件主要功能包括槽电压和系列电流的采集，槽电压控制，氧化铝浓度控制、氧化铝寻迹控制，槽电压（或槽电阻）波动检测与消除控制，效应预报控制、效应报警和效应处理加工，常规作业监控与控制（出铝、换阳、升降阳极、边部加工、氟化铝加料）等。主要功能的实现是由一些独立控制模块完成，以下是几个重要功能模块的描述。
3.2.1出铝模块
在出铝前，现场操作人员与槽控机联系，指示“出铝”过程开始，在出铝过程中5秒取一个电压值，以便槽控机能及时下调阳极，这样可控制出铝过程电压在小范围内变动。
出铝结束后，电解槽目标电压在设定电压的基础上加一个附加值，而且一定时间后才恢复设定电压，并且在此期间进行正常加料。
出铝中的一切操作都是为了能达到节能与抑制电压摆而设置的。
3.2.2换极模块
与出铝一样，在换极前，现场操作人员通知计算机“换极”进程开始，槽控机首先进行能量补偿。小幅升阳极，在换极期间绝对不允许移动阳极，只进行正常下料，换极结束后，同样也有一定时间的电压补偿，并且进行一段时间的欠加料，持续到消耗完换极过程中的人工输入料量。
3.2.3浓度控制模块
该模块的控制策略是依据下料间隔的不同将电解槽分为五种状态：初始状态、寻迹状态、欠加料状态、过加料状态、波动状态，通过这五种状态的不断转换而将电解槽浓度控制于一个理想的范围。其中，过、欠转换是这个模块控制的核心。过、欠的转换摒弃了以往以电阻的斜率、阻差为判断条件，而直接使用电压为判断条件，该转换方式直接、有效，AE受控率明显上升。
浓度控制区域是以目标控制电压为基准的，上限为电压控制死区上限的5/6，下限为电压控制死区下限的5/6的区域。当槽电压逐渐上升到（目标电压+死区上限×5/6）时，由欠转为过；当槽电压逐渐下降到（目标电压+死区下限×5/6）时，由过转为欠；在欠加料过程中，采用的是逐步加大欠间隔的控制方式，在过加料过程中，采用的是逐步减少过间隔的控制方式。其中当欠加料过程持续时间达5小时时，强制由欠加料转为过加料，当过加料过程持续时间达2小时时，强制由过加料转为欠加料。
以上就是铝电解槽控机系统在X企业的应用情况。X企业的铝电解槽控机系统运行这么长时间来，一直都较稳定。随着对系统的深入了解，必将更能发挥出系统的功能和潜力，使整个电解系统更加高效、平稳运行。
4.结束语
总的来说，我国铝电解槽控机系统在很多方面都已接近国际水平，在控制算法、槽况诊断、动态仿真等方面均有其独到之处。在过去的几十年里，这方面的控制技术一直在不断更新和提高，现在已在许多方面与国际上的先进水平取得了同步发展。但电解铝厂的生产指标与国际先进水平相比，仍有一定差距。
参考文献：
[1]《中国铝电解槽计算机控制技术发展的回顾与展望》，杨振海，孙淑萍，邱竹贤，《东北大学学报》，1999年03期；
[2]《铝电解槽控制系统应用探讨》，刘彤，《有色金属工业科技创新》，2008年。