探析电解铝生产设备的智能化操控系统

【摘

要】快速发展的科学信息技术和国民经济引发对铝原料需求的不断增加，电解铝行业的生产规模也得到了迅猛地扩大。新建电解铝项目数量迅速提高、规模不断扩大、供电电流也在飞速增大，电解铝行业的安全生产和高效管理必须要有更高的要求。本文试以展示智能化操控系以达到模糊专家在系统之统在电解铝生产过程中的研究和应用来描述模糊人类专家控制器、推理机推理过程以及系统进行功能实现的方式，并且尝试将成果应用到实际的生产生活之中的设计思想能够精确判断的目标，从而为操作和控制电解铝生产设备提供行之有效的解决方案，中，以提供好的控制效果和经济效益。智能化操控系统【关键词】电解铝；生产设备；【中图分类号】TF821

【文献标识码】A

【文章编号】（2018）2095-206611-0286-02

前言国内的电解铝生产起始于20世纪50年代袁在经过了60余年的发展历程之后袁如今的中国电解铝生产在技术上有了很大地提升袁并且大型预焙阳极电解槽设计方法和生产技术已经达到了世界领先级的水平遥然而袁在智能化水平上袁中国的电解铝生产设备比较落后袁设备的各个系统都是运行袁不能较好地协调运转袁在生产尧运行尧维护分离管理以及自动化处理等方面能力有限袁以至于设备在生产过程中难以充分发挥其功能袁操作运行较为困难袁操作的人员劳动强度大而效率不高遥

近几年来袁我国处于工业尧建筑业以及交通运输业等领域的大力发展阶段袁智能电网的全力应用尧保障性住房的全面提供以及汽车工业的快速发展都离不开铝型材料的运用遥已经占据全国发电总量的50%电解铝行业的用电量袁电解铝行业的继续发展依靠野以煤发电袁用电炼铝袁以铝带电袁以电促煤冶的产业结构遥近年来袁新建电解铝项目规模的不断扩大袁供电电压等级逐渐提高袁以及供电电流不断增大袁这些对电解铝行业的安全生产活动和高效管理能力与模式提出了更高要求遥智能化操作系统的大力发展和广泛应用为改进和创新电解铝生产设备提供了全新的行之有效的解决途径遥在结合电解铝生产过程特点的基础上袁运用模糊控制与人工神经网络的连接性袁以期实现对电解铝生产设施设备的智能化操控袁从而提高经济效益遥

图1

3.1人工神经网络

的基础上袁可以对定量的控制和定型的决策实现统一的多模态控制曰榆智能化操作系统有多样化的功能袁它可以帮助设备完成学习尧适应以及尧组织的过程曰虞在利用非数学广义模型和数学模型的基础上袁智能化操作系统可以建立知识系统模型遥

1电解铝企业生产特点2铝电解生产活动流程3智能化操控系统电解铝企业的生产具有以下特点院淤从加入原料到浇铸成铝锭一次完成袁生产过程具有连续性曰于产品结构尧物料数量较为单一袁根据生产能力进行排产曰盂设备造价高袁一旦停机损失巨大遥作为典型的流程型生产企业袁电解铝企业自动化程度比较高袁所以保证生产的前提条件就是要保证设备体系运转正常袁工艺参数得到控制遥同时为了使企业的经济效益得到最优袁就必须采取降低库存成本尧减少原料消耗尧加强设备管理等措施遥

图1展示的是铝电解生产活动的具体流程遥

人工神经网络是一种通过智能网络对直观思维进行模拟袁然后将大量的简单的处理单元进行组合而成的复杂网络系统遥人工神经网络可以对人类的神经网络进行结构化分析袁从而帮助电脑在思维模拟过程中完成新型分布形式保存袁以便使电脑更加具有容错性遥

3.2专家系统

3.3模糊控制

专家系统是一种智能化计算机程序袁它能够在利用某一类知识的基础上袁将专家丰富的理论知识以及实际经验移植至计算机之中袁计算机从而模拟专家进行推理判断与决策袁从而有效地解决高难度复杂的问题遥

根据不兼容原理袁系统的复杂性越大袁它的精确化程度会越差袁系统复杂性与精确性呈反比关系遥模糊化控制是以模糊集合理论为基础袁进而以大脑和计算机作为桥梁支撑进而实现专家在模糊信息形式上的经验储存任务袁并将内容转化为可以被计算机系统识别以及接受的规则模式的控制形式遥通过模糊控制袁计算机系统可以模拟大脑模糊信息对被控制对象的控制和推断遥

286智能化操作系统是一个将人工智能的知识阐述和逻辑推理形式进行共同作用袁以期达到精确地控制数学模型的系统遥智能化操控系统作为一个现代化模式的领域袁它的特点主要表现在以下几个方面院淤表现在普通组织结构形式之中的野智能递增袁精度递减冶曰于表现在智能化操作系统的研究目标不再是被控制的对象袁二是控制器本身曰盂在开和闭环控制结合

在电解铝操控系统中袁电解铝槽里伴有电尧磁尧热尧流场的相互作用袁还会呈现物理化学和电化学反应状态上的改变遥通

4电解铝操控系统研究LOWCARBONWORLD2018/11过周期性人工作业过程的控制和难以检测到的控制上的失误的长期积累袁电解铝槽表现出复杂的时变特征遥现在有2个能够直接进行连续的自动采集的电解槽信号院槽电压渊U冤和系列电流渊I冤遥通过利用机械装置袁极距调节及打壳下料能够控制槽电压和电解质熔体中的氧化铝浓液遥在浓度上氧化铝难以在线测试袁不过氧化铝与槽电阻展现出不对称的U型联系袁可以改变下料周期交替速率袁进而使氧化铝有所改变遥

铝电解槽表现出多变量尧多时变尧滞后性以及不确定性等特性袁对铝电解过程的操控是以明确极距和下料后使用的控制形式遥智能化操控系统在铝电解生产中的应用能够在实际的生产活动中产生良好的控制效果以及经济技术指标遥

5智智能能化化操操控系控统方是法一种研究图2

通过对电解铝槽进行综合运用以形成新型铝电解槽模糊专家的系统遥通过对子系统尧三场动态仿真子系统以及神经网络槽况进行实时地控制袁能够让系统5.1之间相由槽互系况独统诊断立又得出的专家保持紧信息子密在种系统

联系袁进而实现共同的目标遥

类尧精确性以及信息覆盖面上呈现出多尧不精确以及不完全的特点遥为了能够利用有限的规则来完整地描述潜在的尧可能出现的问题袁可通过有限的途径袁采用神经网络技术对专家子系统的知识库进行构建袁从而提高5.2神经网络在知识的呈现尧学习尧提炼以及处理等方面的效率遥

图实3时是操通过综控子合系统

开发与应用专家系统技术与模糊控制技

术形成的电解铝模糊专家控制器袁如图3所示遥

图3

推理机运用的部分规则可以通过借助野ifthen冶模糊产生式来展示袁推理机使用的全部规则可以对规则集进行分组袁然后集中保存于规则库里遥这种库通过自修复尧情况分析尧控制设定值修正尧以及下料和极距的控制因素组合而成的规则集遥

借助槽况的变化和控制模式的变化情况袁电解槽可将输入模糊变量所对应的精确值的论域及输出模糊变量所对应的精确值论域进行修订袁从而帮助在线自动调整模糊专家控制器实现动态与静态品质目标袁并且保证效果与效率遥

综合论述5.3在在线线仿仿真真子系子统系统

是一种利用物理场计算机仿真原理来实现对所有能收集和量化来的物理场变化的系统遥该系统借助动态仿真数学模型与物理场特征参数来求解袁进而利用二维动态图来形实现仿真效果的系统遥此系统中最具价值的技术是6槽内的温度分布及比6.1分析智能化操控系统与槽膛内部传形状统遥

生产设备之间的对我产国能铝快工速业是增长

建国后建立并发展起来的袁1954年我国第一家电解铝厂抚顺铝厂建成投产袁设计能力为年产铝锭1.5万t袁槽型为45kA侧插自焙槽遥改革开放以来袁在野优先发展铝工业冶的方针指导下袁我国铝工业有了突飞猛进的发展遥经过近40年的努力袁到1992年原铝产量突破100万t袁2001年产量达到342.7万t袁跃居世界第一位遥2001年开始袁我国电解铝呈277.1野井喷累万式t袁同冶高速发展袁2018年4月袁中国原铝渊电解铝冤产量6.2计产量10.1比增万长t1.1%袁累遥2018年1~4月中国原铝渊电解铝冤160kA近年淘汰落后产能，

应计用增长新型0.2%节遥

能技术铝产能及以下来在国中300kA电解家及以槽槽和产能阶段性过剩的双重压力下袁上型槽基本型占已总能淘汰力完的毕95%遥2017曰400kA年我国及以电解上槽型能力占总能力的60%左右曰600kA槽型已有11条线运7行袁结电解语铝生产技术的发展继续向大容量槽型进军遥

通过介绍智能化操控系统在电解铝生产过程中的运用袁描述模糊专家控制器尧推理机推理过程以及系统行功能实现的方式袁本研究得出智能化操控系统在电解铝生产设备的运用上有很大的作用遥智能化操作系统使电解铝生产设备在结构上更加简洁袁并且在质地上有非常高的集成性尧安全性尧可操作性尧易维护性尧结构严谨性以及强大的功能扩展性遥在新型工艺技术条件下袁电解槽设备的高效控制能够帮助电解铝生产设备的平稳运行袁以追求更好的经济效益遥

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铝生产与技术研究[J].世界收稿日期：2018-9-15作者简介：唐秀茂渊1975-冤袁男袁工程师袁本科袁主要从事生产设备主管尧机械设计尧生产安全工作遥

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