曹?chē)?guó)強(qiáng)

（中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司連城分公司，甘肅 永登 730335）

在2015年，全國(guó)的兩會(huì)上，李克強(qiáng)總理就在報(bào)告中指出，要制定“互聯(lián)網(wǎng)＋”行動(dòng)計(jì)劃，讓現(xiàn)代的制造業(yè)和大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等有機(jī)地進(jìn)行融合。在電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中，“互聯(lián)網(wǎng)＋”起著什么重要的作用呢？我國(guó)的中大冶金設(shè)計(jì)研究院院長(zhǎng)梁學(xué)民對(duì)“互聯(lián)網(wǎng)＋”和電解鋁生產(chǎn)裝備和工藝上帶來(lái)的影響做了深入的分析。

“互聯(lián)網(wǎng)＋”的主要目的就是讓電解鋁生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)智能化，自動(dòng)化，讓生產(chǎn)車(chē)間達(dá)到無(wú)人化作業(yè)，也是我國(guó)鋁企業(yè)在生產(chǎn)工藝上的改革。

1 “互聯(lián)網(wǎng)＋”與電解鋁生產(chǎn)

在鋁工業(yè)生產(chǎn)上，我國(guó)屬于生產(chǎn)大國(guó)，預(yù)計(jì)在2020年全國(guó)的電解鋁預(yù)期產(chǎn)量達(dá)到四千萬(wàn)噸。我國(guó)的電解鋁技術(shù)已經(jīng)在全世界鋁工業(yè)生產(chǎn)中名列前茅，但是在發(fā)展的過(guò)程中生產(chǎn)指標(biāo)上依然存在很多的問(wèn)題。

在供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革的整體思路中是參照我國(guó)的生產(chǎn)需求為基礎(chǔ)的，針對(duì)電解鋁要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，讓鋁企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中將性能和價(jià)格更具優(yōu)勢(shì)。為此，就需要針對(duì)現(xiàn)在的鋁企業(yè)在生產(chǎn)模式和工藝上采取不斷地創(chuàng)新，同時(shí)將能源和成本有所降低，實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化生產(chǎn)，勞動(dòng)效率要提高，然而“互聯(lián)網(wǎng)＋”的實(shí)際應(yīng)用，就可以讓電解鋁生活實(shí)現(xiàn)智能、自動(dòng)化，不但可以使用大數(shù)據(jù)和資源，同時(shí)給鋁工業(yè)在生產(chǎn)上帶來(lái)了發(fā)展的空間。

2 打造電解鋁生產(chǎn)智能化

電解鋁智能化可以讓生產(chǎn)工藝控制和替代人工操作的機(jī)械手更智能，起到優(yōu)化的作用，同時(shí)還能將技術(shù)指標(biāo)的需求有所提升，與此同時(shí)，電解鋁智能化還能讓成本有所降低，生產(chǎn)管理更加精準(zhǔn)，不但確保企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中安全，給生產(chǎn)運(yùn)行起到了保障的作用，還將電解鋁的整體管理水平大大提高。

現(xiàn)階段，我國(guó)的鋁企業(yè)在生產(chǎn)實(shí)力上有很大的差別，在電解槽的生產(chǎn)模式上、槽型上也有很多的不同。本文將結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，在鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中如何實(shí)現(xiàn)電解鋁生產(chǎn)智能化進(jìn)行分析和探討。

①針對(duì)電解鋁智能化控制技術(shù)，主要是電解槽智能控制技術(shù)。利用移動(dòng)智能的終端將電解槽實(shí)施遠(yuǎn)程的監(jiān)控和管理工作。②針對(duì)智能化裝備技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。例如，打殼下料的裝置要智能化；多功能機(jī)組實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的操作；鋁產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)智能制造、入庫(kù)、發(fā)運(yùn)等。

目前，我國(guó)的絕大多數(shù)電解鋁廠(chǎng)都實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)進(jìn)行交互，其中有下面四個(gè)優(yōu)勢(shì)：①鋁電解槽大型化；②工藝過(guò)程高溫電化學(xué)，并且反應(yīng)很復(fù)雜，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)、多像的交互；③高溫溶體的腐蝕性能很強(qiáng)，多參數(shù)在檢測(cè)系數(shù)上難度很大；④數(shù)據(jù)量很大，工藝參數(shù)較多等。

2.1 鋁電解槽智能化控制

連城分公司500KA大型預(yù)焙電解槽作為第一條500KA生產(chǎn)線(xiàn)，分兩個(gè)廠(chǎng)房，6個(gè)工區(qū)，每個(gè)工區(qū)48臺(tái)，系列總計(jì)288臺(tái)電解槽。系列與2011年4月啟動(dòng)，2012年5月份系列全部投產(chǎn)完成。電解兩個(gè)系列分別設(shè)有1個(gè)計(jì)算機(jī)控制站，12個(gè)工區(qū)每個(gè)工區(qū)設(shè)有監(jiān)控終端。

對(duì)系列電解槽在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)上將數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)哪Ｊ绞抢貌倏貦C(jī)然后讓光纖向接口機(jī)采取信息或者數(shù)據(jù)的傳遞，接口機(jī)把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)就能將數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)寫(xiě)的操作。

與此同時(shí)，管理機(jī)采用網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)接口，然后將數(shù)據(jù)庫(kù)里的數(shù)據(jù)采取直接調(diào)取的過(guò)程，接著完成統(tǒng)一的收集、匯總過(guò)程，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀操作。此外，作為遠(yuǎn)程系統(tǒng)的基礎(chǔ)就是終端，同時(shí)要有管理機(jī)的功能，就是把數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫(kù)中提出的過(guò)程。下圖是鋁電解遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)示意圖。

圖1 鋁電解遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳遞示意圖

在讀出的數(shù)據(jù)上一般是通過(guò)圖形的形式展現(xiàn)出來(lái)，圖形分為兩種形式：實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)和所有電解槽的歷史曲線(xiàn)。針對(duì)曲線(xiàn)要采取實(shí)時(shí)的查詢(xún)，可以檢測(cè)到電解槽內(nèi)過(guò)去每一時(shí)間段的實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)對(duì)即時(shí)曲線(xiàn)的分析就能準(zhǔn)確地將槽況具體信息進(jìn)行判斷。

另外，接口機(jī)上就能查詢(xún)到過(guò)去人意時(shí)間段的實(shí)際情況，在管理機(jī)上就能準(zhǔn)確地查詢(xún)到電解槽的實(shí)際工作情況，與此同時(shí)，查詢(xún)的時(shí)間還能進(jìn)行延長(zhǎng)，查詢(xún)的范圍也能不斷地?cái)U(kuò)大。

利用電解槽給圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不僅可以讓每臺(tái)槽在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中掌握具體的情況，了解出現(xiàn)的異常反應(yīng)，同時(shí)在參數(shù)上還能多出正確的決策。

利用電解槽電流、溫度、氧化鋁濃度等動(dòng)態(tài)參數(shù)的在線(xiàn)檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)基于物聯(lián)的鋁電解過(guò)程全息精確感知，綜合運(yùn)用最新信息技術(shù)和運(yùn)籌學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)理論。實(shí)現(xiàn)鋁電解生產(chǎn)過(guò)程信息物聯(lián)化、生產(chǎn)操作標(biāo)準(zhǔn)化、管理決策智能化、設(shè)備和資源調(diào)度最優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)基于專(zhuān)家知識(shí)和模型驅(qū)動(dòng)的鋁電解槽智能管控，為提高鋁電解生產(chǎn)和管理提供可靠依據(jù)。開(kāi)發(fā)應(yīng)用500KA電解工藝參數(shù)多維分析系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫(kù)提取數(shù)據(jù)，進(jìn)行趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)分析，指導(dǎo)電解生產(chǎn)，有利于提升管理水平。電解鋁在生產(chǎn)中很多的參數(shù)數(shù)據(jù)都是影響著生產(chǎn)狀況的直接因素。

為此，需要在操作前首先要采取預(yù)測(cè)，操作環(huán)節(jié)中進(jìn)行監(jiān)測(cè)，最后實(shí)施監(jiān)督，讓電解槽在生產(chǎn)中一直處于安全、正常的運(yùn)行。與此同時(shí)，要針對(duì)電解槽的生產(chǎn)提前采取分析，對(duì)相關(guān)的信息和資料進(jìn)行提前搜集工作，善于利用各種各樣的數(shù)據(jù)，采取統(tǒng)計(jì)的方法，建立鋁電解槽工況預(yù)判模型、槽況診斷模型、生產(chǎn)操作評(píng)價(jià)模型、工藝參數(shù)分析模型、生產(chǎn)運(yùn)行分析模型、績(jī)效考核模型、槽狀態(tài)預(yù)測(cè)模型以及基于大數(shù)據(jù)的專(zhuān)家系統(tǒng)推理引擎。應(yīng)用“互聯(lián)網(wǎng)＋”技術(shù)將大數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建，要針對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，同時(shí)將每臺(tái)的鋁電解槽數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)搭建起來(lái)。

另外，針對(duì)智能集成化優(yōu)化模型要進(jìn)行控制管理。例如，要把某一個(gè)電解槽在一個(gè)時(shí)期內(nèi)出現(xiàn)的生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行展示出來(lái)，就需要度運(yùn)行的時(shí)間采取分析，同時(shí)考察槽的使用壽命，在哪個(gè)階段出鋁的效果高等問(wèn)題。對(duì)分析的報(bào)表要采取認(rèn)真的分析，將這些數(shù)據(jù)和信息作為下一個(gè)時(shí)間段的參考和依據(jù)，將分析問(wèn)題的能力大大提高。

2.2 應(yīng)用智能打殼下料裝置

在鋁電解槽打殼、下料中打殼下料氣缸是其中十分重要的一項(xiàng)裝置設(shè)備，這對(duì)電解槽在運(yùn)行上和成本上起著很大的影響作用。在下料間隔是50s左右時(shí)，在打殼和下料方式上就有很大的問(wèn)題。尤其是對(duì)新陽(yáng)極進(jìn)行更換后，出現(xiàn)了對(duì)應(yīng)點(diǎn)的電流分布相對(duì)較弱，給下料點(diǎn)的溫度和電解質(zhì)的流動(dòng)性造成嚴(yán)重影響，導(dǎo)致了電解質(zhì)流動(dòng)性和氧化鋁溶解性能變差。

為此，要根據(jù)實(shí)際的控制模式進(jìn)行改進(jìn)，要讓電解槽下料點(diǎn)處不能出現(xiàn)堆積，讓電解槽打殼系統(tǒng)不能打開(kāi)殼面。與此同時(shí)，在進(jìn)行加料上加增加下料量，溶解的速度就會(huì)變慢，導(dǎo)致一些氧化鋁就會(huì)出現(xiàn)沉淀物，電解槽爐膛內(nèi)有不平整的現(xiàn)象出現(xiàn)，電解槽的正常生產(chǎn)嚴(yán)重受到影響，電解槽電流效率也會(huì)大大降低，導(dǎo)致電解槽工作電壓逐漸升高，成本也會(huì)隨之上漲。

此外，針對(duì)傳統(tǒng)的打殼氣缸，在工作壓力上，沖程上是固定不變的，對(duì)此在打擊的過(guò)程中，不考慮氣缸打開(kāi)殼面厚度等問(wèn)題，氣缸是由控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)定完成的。

針對(duì)上述的情況對(duì)打殼下料系統(tǒng)進(jìn)行智能化的改造。第一，要使用專(zhuān)家系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)，在換極后要將電解槽氧化鋁的濃度進(jìn)行分析，要把氧化鋁下料的控制形式提前設(shè)立好，利用智能的打殼下料裝置進(jìn)行添加料，讓氧化鋁的濃度一直處于不變。

另外，要將氣缸的頂端外殼進(jìn)行傳感器的測(cè)試，也就是在什么時(shí)間段進(jìn)行打破等，這個(gè)時(shí)候換向閥就會(huì)轉(zhuǎn)向，也沒(méi)有出現(xiàn)延遲，同時(shí)壓力也不會(huì)積累太多。

2.3 開(kāi)發(fā)應(yīng)用精準(zhǔn)出鋁系統(tǒng)

在電解鋁生產(chǎn)的過(guò)程中，出鋁的步驟是電解鋁生產(chǎn)環(huán)節(jié)非常重要的一項(xiàng)工作。電解鋁在出鋁的過(guò)程中需要電解車(chē)間下達(dá)出鋁作業(yè)任務(wù)單，確定當(dāng)天的出鋁量和出鋁槽號(hào)等，然后天車(chē)配合出鋁工按照出鋁任務(wù)單進(jìn)行操作。出鋁過(guò)程中使用天車(chē)稱(chēng)重系統(tǒng)對(duì)出鋁量進(jìn)行計(jì)量。在這個(gè)操作的過(guò)程是需要人工進(jìn)行完成的在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中一般是兩臺(tái)槽合包出鋁，單槽出鋁量無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)量，而且由于出鋁的精準(zhǔn)度在控制上很難達(dá)到精確會(huì)破壞電解槽工藝技術(shù)條件，引起電解槽鋁水平波動(dòng)，導(dǎo)致電解槽在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)不穩(wěn)定的問(wèn)題。

伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷加速發(fā)展和信息化平臺(tái)的不斷完善，在電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中“互聯(lián)網(wǎng)＋”技術(shù)的融入，與智能化自動(dòng)控制設(shè)備進(jìn)行緊密地結(jié)合，在不改變?cè)胁僮鞣绞降那闆r下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)精確控制出鋁，控制出鋁精度并報(bào)告單槽出鋁量，為生產(chǎn)管理提供準(zhǔn)確的原始數(shù)據(jù)。能自動(dòng)識(shí)別出鋁天車(chē)所在位置的電解槽槽號(hào)，可顯示槽號(hào)、計(jì)劃出鋁量、實(shí)際出鋁量、流速、總重等。

采用先進(jìn)的多級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)測(cè)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)出鋁現(xiàn)場(chǎng)與監(jiān)控微機(jī)的數(shù)據(jù)共享，數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)出鋁數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)顯示、記錄單槽的出鋁數(shù)據(jù)。根據(jù)出鋁任務(wù)單，對(duì)單個(gè)電解槽進(jìn)行實(shí)際出鋁量計(jì)量、出鋁精準(zhǔn)控制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和信息化管理。

精準(zhǔn)出鋁系統(tǒng)最大限度降低了人人為干擾因素，利用天車(chē)計(jì)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，系統(tǒng)針對(duì)出鋁量進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)量，按照出鋁量的多少進(jìn)行精準(zhǔn)地調(diào)控風(fēng)量，讓出鋁量實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。另外，大大降低了人工的實(shí)際操作，也減少了勞動(dòng)的支出，提高了精準(zhǔn)度，給電解槽帶來(lái)的影響也降到了最低。

2.4 優(yōu)化電解槽控制系統(tǒng)

針對(duì)氧化鋁溶解速度與擴(kuò)散速度的不確定性、氧化鋁濃度的不均勻性、槽內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)、溫度高、腐蝕性強(qiáng)、內(nèi)部空間緊湊等特點(diǎn)，采用電解槽內(nèi)電流分布、溫度分布、氧化鋁濃度分布檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)槽況數(shù)據(jù)信息的在線(xiàn)采集，開(kāi)發(fā)一種基于預(yù)測(cè)模型的軟測(cè)量與分布式測(cè)量相結(jié)合的鋁電解實(shí)時(shí)狀態(tài)分析方法，突破鋁電解過(guò)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的瓶頸。

在每臺(tái)電解槽三段橫梁母線(xiàn)上各安裝一套專(zhuān)用橫梁母線(xiàn)位置精準(zhǔn)測(cè)量傳感器，在每臺(tái)電解槽煙道端安裝一臺(tái)母線(xiàn)位置采樣儀，每一臺(tái)傳感器通過(guò)高溫電纜與采樣儀連接，組成一套三段母線(xiàn)精確位置測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)與電解槽智能控制器通過(guò)CANBUS通信。在電解槽梁母線(xiàn)與立柱母線(xiàn)連接處（共計(jì)有6個(gè)）安裝立柱電壓采樣電纜，與電解槽智能控制器連接，完成智能控制器的多點(diǎn)采樣功能，以便電解槽智能控制器能進(jìn)行電解槽區(qū)域濃度控制。

在每一臺(tái)電解槽原來(lái)安裝槽控機(jī)的位置，安裝一臺(tái)智能鋁電解槽控制器，該控制器能對(duì)電解槽上部三臺(tái)提升電機(jī)進(jìn)行單獨(dú)控制和保護(hù)，通過(guò)與安裝的一套三段母線(xiàn)精確位置測(cè)量系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)三段母線(xiàn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)對(duì)電解槽三段母線(xiàn)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)平，有效解決三段母線(xiàn)不同步的問(wèn)題.該控制器還對(duì)六個(gè)立柱電壓和煙道端母線(xiàn)電壓及系列電流進(jìn)行同步采樣，根據(jù)計(jì)算六個(gè)下料點(diǎn)各自的氧化鋁濃度，可實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)打殼單點(diǎn)下料，達(dá)到對(duì)電解槽區(qū)域濃度控制的目的。

安裝在線(xiàn)陽(yáng)極電流分布實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，能讓陽(yáng)極電流分布實(shí)時(shí)監(jiān)控，解決人工監(jiān)控誤差大，及時(shí)性差，工作量大以及指導(dǎo)性不強(qiáng)的狀況。通過(guò)在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可更精確的掌握電解槽運(yùn)行情況，提高判斷的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。應(yīng)用陽(yáng)極更換自動(dòng)定位技術(shù)替代人工換極劃線(xiàn)，提高新極安裝精度，清除人工裝極誤差。

2.5 開(kāi)發(fā)應(yīng)用鋁錠連鑄在線(xiàn)計(jì)量及激光標(biāo)識(shí)

電解鋁鑄錠是電解鋁鋁錠生產(chǎn)的最后一道工序，傳統(tǒng)鑄造的生產(chǎn)流程參與部門(mén)雜、操作人員多，導(dǎo)致各部門(mén)管理流程協(xié)調(diào)難，人力成本高、叉車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)等物資消耗大。針對(duì)于此，本項(xiàng)目擬對(duì)原有鑄錠生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行改造，將原有需多部門(mén)參與的計(jì)量、打印標(biāo)簽、粘貼標(biāo)簽環(huán)節(jié)利用自動(dòng)化設(shè)備替代，采用基于激光的直接標(biāo)識(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鋁錠跺的在線(xiàn)計(jì)量與鋁錠表面直接標(biāo)簽打印，實(shí)現(xiàn)下線(xiàn)即入庫(kù)的生產(chǎn)工序，以減少人工參與環(huán)節(jié)，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

2.6 自媒體

微信群、QQ群、微博是信息傳播、溝通、交流和服務(wù)更便捷、更迅速。企業(yè)微信更如雨后春筍似的飛速發(fā)展。公司、分廠(chǎng)、車(chē)間、班組建立的各種微信群，也成為電解生產(chǎn)管理的服務(wù)平臺(tái)。工作安排、生產(chǎn)信息、工作匯報(bào)、問(wèn)題整改、跟蹤都在微信群快速交流溝通，問(wèn)題快速得到解決。

3 結(jié)語(yǔ)

在未來(lái)的電解鋁生產(chǎn)智能化工廠(chǎng)車(chē)間將實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)自動(dòng)化、現(xiàn)代化、智能化的操作。目前，我國(guó)的電解鋁行業(yè)在實(shí)際的操作過(guò)程中電解槽的配套設(shè)備卻很少，自動(dòng)化很難實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)階段，我國(guó)的電解鋁企業(yè)中，電解槽在鋁廠(chǎng)投資上占據(jù)60%，在資金上投入很大，說(shuō)明重要程度很高，為此生產(chǎn)智能化就是關(guān)鍵所在。在以往的鋁企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，主要是利用人工去進(jìn)行管理，工作的效率很難得到提高，如果在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中將自動(dòng)化系統(tǒng)和智能化控制相結(jié)合，就能發(fā)揮出實(shí)際的效果和作用。另外，在電解鋁行業(yè)中，在工作條件上有非常惡劣的情況出現(xiàn)，甚至還會(huì)有危險(xiǎn)，針對(duì)以上問(wèn)題要想得到解決，就需要智能化，利用遠(yuǎn)程進(jìn)行操作完成，電解鋁企業(yè)就能實(shí)現(xiàn)改革。為此，要把“互聯(lián)網(wǎng)＋”技術(shù)融入到電解鋁生產(chǎn)的技術(shù)和控制系統(tǒng)中，讓生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)智能化，同時(shí)建立電解鋁智能化的工廠(chǎng)，不僅讓電解鋁企業(yè)在運(yùn)營(yíng)效率上有所提高，同時(shí)將電解鋁企業(yè)在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力大大提高。