Автоматизация процесса электролиза алюминия на примере ИркАЗ-РУСАЛ
1. Описание технологического процесса.
Современный процесс электролизаалюминия объединяет независимый промышленный процесс от природныхглиноземсодержащих руд до чистого металла.
Поскольку механическиесвойства алюминия сильно зависят от небольших количеств примесей, важно, чтобыметалл металлургических сортов являлся высококачественным. Производство чистогоалюминия требует высокосортного глинозема и углеродных материалов.
Полный цикл алюминиевогозавода приведен на рис.1.4. На заводе поступающая электроэнергия переменноготока непосредственно преобразуется в энергию постоянного тока высокогонапряжения и подается к серии электролизеров, соединенных последовательно(рис.1.5). В этом случае ток серии поддерживается постоянным, хотяиндивидуальное напряжение на каждом электролизере различно. Модернизациятвердотельных выпрямительных систем привела к значительным изменениям в этойчасти алюминиевого производства. Размер выпрямителей не только уменьшился, ноувеличился и КПД преобразования при одновременном снижении эксплуатационныхзатрат.
/>
Рис.1.4 Блок-схемапроцесса производства алюминия из глинозема
Электролизер являетсянервным центром процесса в целом. Несмотря на варьирование их мощности между заводами,мощность каждого электролизера завода превышает 175 кА.
Основнаяэлектрохимическая реакция, протекающая в электролизере при температуре 960ОСпредставлена уравнением:
Al2O3(раствор)+ 3С(тв) = 2Al(ж) + 3СО(г) (1.1)
Алюминий оседает наподине электролизера. Однако часть его растворяется в электролите, итранспортируется таким образом, что может быть окислена выделяющимся на анодеСО2 согласно реакции:
2Al(раствор) + 3СО2(г)= Al2O3(р-р) + 3СО(г) (1.2)
Но не только вторичнаяреакция приводит к снижению выхода по току. Следует также учитывать присутствиев анодных газах СО, что приводит к дополнительному расходу углерода на тоннупроизведенного металла.
Электролизеры в корпусах размещеныпродольно (рис.1.5) Используются многофункциональные краны, производящиезагрузку глинозема в бункера электролизеров, выливку металла и замену анодов.Как видно из табл.1.2, электролизер на 150 кА в среднем производит более 1тонны металла в сутки.
Выливка металла являетсяодной из обычных операций, и выполняется ежесуточно переливом втранспортировочные ковши. Для стабильной работы необходимо, чтобы количествовылитого металла соответствовало по времени производительности электролизера.
Сегодня на заводе используютсявесы, которыми оснащены современные краны, поскольку точность предыдущих системизмерения зависела от качества замеров либо в выливном ковше, либо наэлектролизере.
Расплавленный металлизвлекается из электролизера вакуум-ковшом (Рис124), и перевозится в другоеотделение, где отстаивается в печи, или непосредственно перерабатывается. Еслинеобходимо, металл может очищаться.
Концентрацию глинозема валюминиевом электролизере необходимо поддерживать в ограниченных пределах.Количество добавок впоследствии может варьироваться и увязываться с частотойпробивания корки и подачи глинозема.
Если глинозем загружен с избытком,то это приводит к образованию осадков, а если в электролизере существуетнедостаток глинозема, анодная реакция сдвигается в сторону разложения фторидов,вызывая анодные эффекты, которые расстраивают технологию нормального процессаэлектролиза.
Вследствие задержки вовремени аналитические методы определения концентрации глинозема не нашлиширокого применения в контроле процесса питания электролизеров. Поэтому многиепроизводители рассматривали регулярное наличие анодных эффектов как средствопротив избыточного питания ванн, несмотря на те неудобства, которые возникали вэтом случае. Пока точечные питатели устанавливаются на электролизеры новогопоколения балочные системы центрального питания являются, вероятно, наиболеешироко используемым способом загрузки глинозема. Они работают с цикломдлительностью 10-60 мин. Корка пробивается и погружается в расплав, пополняясодержание глинозема в электролите, тогда как заданное количество глиноземавысыпается из бункера электролизера для образования разрушенной изолирующейкорки. Существует тенденция к установке 3-5 точечных питателей наэлектролизере, срабатывающих более часто. Они загружают только 1-5 кг глинозема в заданном месте каждые 1-3 мин.
Поскольку потреблениеглинозема всегда близко к стехиометрическому отношению, его распределение ипотребление в электролизере важно для эффективной эксплуатации, посколькуглинозем выполняет и ряд других функций. Он используется для защиты анодов отокисления воздухом, и в этом плане играет роль термоизолирующей засыпки дляуменьшения тепловых потерь. Теплопроводность и угол естественного откоса в этомслучае стали очень важными свойствами. Удельная поверхность (ВЕТ) глинозематакже стала важной характеристикой, поскольку глинозем часто используется вкачестве сорбента для улавливания выбросов из электролизера.
Необходимой составнойчастью электролита является криолит (Na3AlF6), которыйявляется наилучшим растворителем глинозема. Различные добавки к криолитуизменяют его физико-химические свойства и улучшают таким образом работуэлектролизера. Наиболее важными добавками, используемыми в промышленностиявляются фтористый алюминий (2-10 % масс.) и фтористый кальций (до 8 % масс.).Обе эти добавки снижают точку плавления электролита. В любом случае добавки кэлектролиту должны поддерживать его плотность ниже чем плотность жидкогоалюминия, которая приблизительно составляет 2.3 г/см3 при 1000ОС.При этой температуре, содержании глинозема 5 % масс. и добавленном фторидеалюминия плотность электролита составляет около 2.05 г/см3,демонстрируя таким образом близкую величину, и в дальнейшем, важность влияниясостава электролита на его плотность.
Наиболее важнымисвойствами электролита являются:
· точка замерзания
· растворимость глинозема
· плотность
· электропроводность
· давление паров
· термодинамическая стабильностьотносительно глинозема
· склонность к растворению электродныхпродуктов
· смачиваемость анодов
Однако в целях краткогоописания эксплуатации электролизера достаточно лишь сказать, что функциейэлектролита является физическое разделение полученного на катоде жидкогоалюминия и выделяющихся на аноде оксидов углерода, а также обеспечениеэлектролитического разложения глинозема.
По независящим от наспричинам катодным продуктом является жидкий алюминий, который помещается вуглеродной ванне, обеспечивающей с ним электрический контакт. Хотя алюминий иуглерод должны термохимически взаимодействовать при рабочей температуреэлектролизера, прямая реакция между ними значительно ограничена. Фактически,углерод является наилучшим промышленно используемым материалом применительно ккатодной конструкции, исходя из учета цены и коррозионной стойкости.
Следует отметить, чтоуглерод присутствует в ряде структурных форм, а необходимая структура исвойства катодного углерода отличаются от требований, предъявляемых к анодномууглероду. Для катодов желательна плотная графитовая структура. Материал обычноменяет свойства при высокой температуре прокалки антрацита, а используемые дляпроизводства анодов нефтяные коксы могут быть модифицированы для получениязаданных характеристик.
Стальные блюмсывставляются в пазы в основании катодных блоков для снижения падения напряжения,обусловленного сопротивлением, давая таким образом неравномерное распределение вэлектролизере. Описание конструкции катода завершается угольными бортовымиблоками и теплоизолирующими материалами, такими как глинозем или огнеупорныйкирпич, размещаемые под подовыми блоками и внутри стального кожуха взависимости от конструкции электролизера. При эксплуатации электролизеракатодная футеровка набухает и разрушается, приводя к выходу их строя катода — типичный срок службы катода составляет 1000-2000 суток.
Одной из основныхпроблем, присущих алюминиевому катоду является его движение под действиемэлектромагнитных сил, что является результатом взаимодействия тока, проходящегочерез электролизер и магнитных полей, индуцированных током, протекающим черезсмежные проводники. Это движение зависит от конструкции электролизера иустройства токоподводящей ошиновки. Кроме последствий, вызванных движениемметалла, магнитные поля могут смещать и/или изгибать поверхность катодногометалла. Циркуляция металла может привести к эрозии и разрушению бортовойфутеровки, или способствовать взаимодействию между металлом и угольной подиной,ускоряя разрушение катода.
Существуют две основныеконструкции расходуемых анодов — это аноды Содерберга и обожженные аноды. Впервом случае в кожух-форму загружается твердый гранулированный углеродистыйматериал, который далее превращается в монолит вследствии пиролизапека-связующего под действием тепла, выделяющегося в процессе электролиза.Обожженные аноды (Рис.) изготавливаются в специальных прокалочных печах, исодержат частицы углерода, связанные в твердой массе пеком. Эти аноды имеютпреимущества из-за своей компактности, обеспечивают производство алюминиялучшего качества, что приводит к снижению расхода углерода, а также облегчаетулавливание выбросов, полученных при обжиге анода.
Расходуемые аноды,используемые при производстве алюминия снижают требуемое напряжение наэлектролизере, и одновременно увеличивают разность напряжений разложения оксидаалюминия и фторидов. И хотя алюминиевая промышленность часто представлялась какэнергетически неэффективная отрасль, интересно отметить, что деполяризация нарасходуемом аноде является одним из наиболее эффективных преобразований химической энергии среди любых промышленных процессов. Не будь его, требуемоенапряжение было бы на 0.6 — 1В выше.
Таблица 1.2
Показатели работыэлектролизеров с обожженными анодамиНаименование
Ед.
изм. 150 кА 185 кА 280 кА Выход на ванно-сутки кг Al 1200 1500 2000 Удельный расход электроэнергии (интервал) кВтч/кг Al 13-15 13-14 12.5-13.5 Состав анодных газов (пределы)
%СО2* 70-85 75-90 85-90 Катодный выход по току (пределы) % 88-92 91-96 94-96
Расход Al2O3 кг/кг Al 1.9 1.9 1.9 Типичный расход анодного углерода кг/кг Al 0.45 0.43 0.41 Расход фторсолей** (прибл.) кг/100 кг Al 2-3 1-2 1-2 Чистота произведенного алюминия % 99.85 99.85 99.85 Срок службы электролизеров лет 3-6 5-8 5-8
* остальное СО
** в виде Na3AlF6+ AlF3
Округленные данные,приведенные в табл.1.2 дают обзор технико — экономических показателейиндивидуальных производителей. Они имеют различные величины эффективностииспользования электроэнергии и анодного углерода. Величины потребления анодногоуглерода непосредственно зависят как от качества электродов (включая подборсырья), так и типа защиты от окисления воздухом. Многие производителииспользуют до 1% алюминия для напыления на аноды и защиты их от окисления. Вовсех случаях важно также укрывать открывшиеся секции анодов глиноземом дляуменьшения окисления.
В таблице 1.3 приведенытипичные эксплуатационные характеристики промышленных электролизеров. В этойтаблице сравниваются данные, характерные для лучших показателей технологииСодерберга и технологии обожженных анодов. Следует отметить, что величинылюбого из параметров не обязательно оптимальны. Пока все детали для наилучшейтехнологии не определены, общие энергозатраты для этих двух технологийсоставляют соответственно 12.7 и 12.4 кВтч/кг алюминия.
Как видно из рис.1.6,конструкция современного электролизера обычно включает укрытие, котороесоединено с системой газоотсоса и газоочистки. Это позволяет сохранять окружающуюсреду в районе электролизной серии и снизить выбросы, отходящие от промышленнойплощадки. Дымососы обеспечивают эффективный газоотсос несмотря на невысокуюгерметичность электролизера. Отходящие газы содержат в основном двуокисьуглерода (поскольку основная часть моноооксида углерода сразу дожигается надэлектролитом), азот, кислород, фториды и мелкую глиноземную пыль. Дляулавливания и возврата в производство фторидов и пыли разработаны различныеспособы. Укрытие является одним из четырех конструктивных доработок,используемых с 60-х годов. Другими являются вышеупомянутое автоматизированноепитание глиноземом, использование угольных или графитовых блоков в конструкциикатода и компенсация магнитных полей для стабилизации поверхности металла.Улучшенные показатели, приведенные в табл.1.3 являются следствием этихнововведений. Модернизация проводилась как модифицированием старыхэлектролизеров, так и введением в строй новых.
Таблица 1.3
Технологические параметрыработы электролизеровНаименование
Ед.
изм.
Типичные для
обожженных
анодов
Лучшие для
Содерберга
Лучшие для
обожженных
анодов Температура
ОС 940-980 940 940 Междуполюсное расстояние см 4-6 5 4-5
Избыток AlF3 в Na3AlF6 масс% 3-10 3-10 10-15 Криолитовое отношение 2.2-2.9 Концентрация Al2O3 масс% 2-8 2-8 2-4
Содержание СaF2 масс% 2-8 2-8 4-6 Рабочее напряжение В 4-5 4.10 3.90 Падение напряжения в аноде В 0.3 0.46 0.30 Падение напряжения в катоде В ~0.4 ~0.26 ~0.25 Падение напряжения в ошиновке B ~0.2 ~0.17 ~0.19 Падение напряжения в электролите В ~1.3-1.8 ~1.52 ~1.51 Напряжение разложения В ~1.2* ~1.2 ~1.2 Перенапряжение В ~0.5 ~0.45 ~0.45 Падение напряжения вследствии анодных эффектов В ~0.1 ~0.04 ~0.01 Плотность тока (анодная)
А/см2 0.7-1.2 0.67 0.7 Уровень металла см 14-40 20-40 20-25 1.5 Товарныемарки алюминия
Рассмотрим технологиюпроизводства первичного алюминия, производство товарного продукта, нижеприводим его краткий обзор. Он варьируется от первичного алюминия доспециальных сплавов, а легирующие добавки при производстве сплавов используютсядля придания алюминию специфических физических свойств. Обычно посторонниематериалы оказывают вредное влияние на физические свойства, и поэтому онидолжны быть удалены из используемого сырья. Легирующие добавки обычно вводятсяв виде высоко концентрированного алюминиевого сплава или чистого металла, чтообычно выполняется на стадии переплава.1.5.1Чистый алюминий
Металл, произведенныйнепосредственно в электролизерах является относительно чистым (обычно онсодержит более 99.8% алюминия) и мягким. Его можно использовать в тех отраслях,где механическая прочность не является критерием первостепенной важности.Большинство примесей переходят в алюминий из сырья (глинозема, анодногоуглерода и электролитных добавок), и в этом случае применительно к сырьюсуществуют такие требования, как отсутствие в нем элементов, влияющих надальнейшую обработку алюминия. Это особенно важно, когда алюминий прокатываетсяв тонкую фольгу, или волочится для получения проволоки. В этих случаях наличиепримесей приводит к образованию включений, газовых пор и локальным измененияммеханических свойств. Кроме производства фольги и проволоки, другиминепосредственными способами обработки алюминия является листопрокат иштамповка. Небольшая часть металла перерабатывается в мелкодисперсный порошокдля получения паст, используемых при покраске, для производства взрывчатыхвеществ и в пиротехнике.
2.Рассмотрение технологического процесса с точки зренияавтоматизации.Основноеоборудование
За процессом электролизаалюминия следит система автоматизации процесса электролиза ТРОЛЛЬ.
Система автоматизациипроцесса электролиза алюминия представляет собой комплекспрограммно-технических средств. Названия ТРОЛЛЬ-5 и ТРОЛЛЬ-2000 относятсясоответственно к оборудованию и программному обеспечению последнего поколенияАСУ ТП электролиза алюминия фирмы ТоксСофт. Таким образом:
· ТРОЛЛЬ-5 – блокиуправления электролизерами АСУ ТП электролиза;
· ТРОЛЛЬ-2000 –программное обеспечение АСУ ТП электролиза.
Разделение названийоборудования и программного обеспечения вызвано тем, что программноеобеспечение ТРОЛЛЬ-2000 способно работать на всем спектре оборудования,производимого фирмой ТоксСофт начиная с 1994 года. Более того, ПО ТРОЛЛЬ-2000построено таким образом, что к его верхнему уровню можно подключить любоеоборудование распределенных централизованных систем автоматизации другихпроизводителей.
В настоящее время фирмойТоксСофт установлено на разных заводах несколько поколении оборудования АСУ ТПэлектролиза:
ТРОЛЛЬ-5 –современная версия оборудования системы, установлено в Волгограде, Братске,Иркутске .
Новое программноеобеспечение ТРОЛЛЬ-2000 может быть установлено на любой из перечисленныхсистем, вне зависимости от оборудования и объема внедрения.
Основу аппаратногообеспечения системы составляют блоки управления ТРОЛЛЬ-5, установленные вкорпусе электролиза. Группа БУ соединена между собой по коаксиальному кабелю.Группы подключены по схеме «звезда» к концентратору сети корпуса (КСК),представляющего собой оптоволоконный хаб сети ArcNet. К концентратору подключается также и Контроллер токаи напряжения серии (КТНС), установленный на КПП, который производит замер ираздачу по блокам управления значения тока серии.
Концентраторы сетикорпусов подключены по оптоволоконному кабелю к маршрутизатору системы ТРОЛЛЬ.Маршрутизатор устанавливается в помещении пультовой АСУ ТП. Там же установленысерверы системы: сервер реального времени (СРВ) и сервер базы данных (СБД). Содной стороны, серверы получают информацию от маршрутизатора системы. С другойстороны, серверы открывают доступ к данным из заводской сети. Любой компьютер,подключенный к сети предприятия, может иметь доступ как к данным в реальномвремени (через СРВ), так и к накопленным данным, сводкам, отчетам (через СБД).
В базовую поставкусистемы ТРОЛЛЬ входит следующие компоненты:
· Блоки управленияТРОЛЛЬ-5 – предназначены для управления двумя электролизерами, выполняютавтоматическое технологическое управление, оперативное управление с панели,временное хранение и передачу информации по сети; устанавливаются внепосредственной близости от подключаемых электролизеров.
· Технологическаясеть ArcNet – Технологическая сеть, предназначена для организации обменаданными между блоками управления и программно-техническими средствами верхнегоуровня; физически представляет собой оптоволоконную сеть Arcnet, котораяобеспечивает передачу информации с гарантированным временем доступа иотсутствие коллизий. По сравнению с предыдущими версиями системы не претерпелазначительных изменений за исключением того, что в качестве транспортногопротокола теперь используется протокол TCP/IP.
· Контроллер тока инапряжения серии – предназначен для измерения тока и напряжения серии, передаетданные по сети блокам управления нижнего уровня; устанавливается в помещенииКПП.
· Сетевоеоборудование верхнего уровня – к сетевому оборудованию верхнего уровняотносятся концентраторы сети корпуса и маршрутизаторы (роутеры). Концентраторсети корпуса объединяет оптоволоконные лучи технологической сети корпуса вединый кабель. Маршрутизатор объединяет технологические сети корпусов в единуютехнологическую сеть участка, цеха или завода и осуществляет маршрутизациюпакетов данных, циркулирующих из сети верхнего уровня в технологическую иобратно. В качестве маршрутизатора может выступать как специализированноеустройство, так и обычный компьютер с соответствующим программным обеспечением.
· Сервер реальноговремени – осуществляет сбор оперативной информации и предоставляет возможностиоперативного дистанционного управления. Организует совместную работу всехкомпонентов системы.
· Сервер базыданных – хранит архивную базу данных, обрабатывает запросы к ней со стороныразличных клиентов, формирует сводки и отчеты.
· Рабочее место(АРМ) системы – представляет собой персональный компьютер, подключенный к сетипредприятия. На АРМе выполняется программа «клиент системы ТРОЛЛЬ», настроенныйдля конкретных целей использования (монитор оператора, АРМ старшего мастера,генератор сводок, АРМ руководителя и т.п.).
Подключение к БУ ТРОЛЛЬ
К блоку управленияТРОЛЛЬ-5, через специализированный разъем, по сети RS-485 подключаются различные датчики (возможно подключениеисполнительных устройств). В основном это два типа оборудования:
· Датчики,постоянно установленные на электролизерах. Например, датчик перекоса аноднойрамы фирмы ТоксСофт. Датчик перекоса позволяет оперативно измерять уголперекоса анодной рамы, и соответственно автоматически выравнивать раму;
· Датчики иисполнительные устройства системы централизованной раздачи глинозема. Система: ЦРГ разработки фирмы ТоксСофт требует всего одного-двух датчиков наэлектролизер. Существенно дешевле и надежнее использовать имеющеюсяинфраструктуру ТРОЛЛЬ, чем создавать отдельное АСУ ТП для ЦРГ;
· Переносные портативныеприборы для разовых замеров. К таким приборам относятся разрабатываемые датчикитемпературы расплава и ликвидуса, а также датчик концентрации. При такойработе, прибор подключается к блоку управления ТРОЛЛЬ-5, в течении несколькихсекунд БУ опознает прибор и по мере (и по окончании) работы получает данные изприбора, хранит и передает далее на верхний уровень.
Подключение в технологическую сеть
Для оборудования, котороеработает на уровне группы ванн, корпуса или серии в целом, оборудование можетбыть подключено к технологической сети корпуса. К такому оборудованиюотносятся, например бригадный контроллер и шкафы работы с радиоприемникамикрановых весов.
Подключение к верхнему уровню системы
Верхний уровень системыТРОЛЛЬ-2000 построен так, что позволяет подключать к нему любую полностью иличастично распределенную систему автоматического управления любымитехнологическими процессами. В качестве расширения возможностей АСУ ТПэлектролиза нужно сразу к верхнему уровню системы подключить, например центральнуюзаводскую лабораторию (ЦЗЛ). Информация с ЦЗЛ органически дополняет информациюалюминиевого производства о ходе технологического процесса.Алгоритмыавтоматического управления электролизером/>Общие черты алгоритмов
Модельбольшинства алгоритмов нижнего уровня состоит из инициализации, определенныхдействий в течение некоторого времени и изменения цели управления (см. Терминыи формулы) после выключения алгоритма./> />
Для всех алгоритмов изменениецели управления реализовано одинаково. В момент выключения алгоритма добавка куставке напряжения скачком повышается на величину dUалг, в течение заданноговремени T1алг она держится постоянной, а затем, в промежутке времени T2алг,линейно снижается до нуля. Таким образом, изменение цели управленияпредставляет собой трапецию (см. рисунок), все параметры которой dUалг, T1алг иT2алг задаются с верхнего уровня системы и могут быть изменены даже для одногоэлектролизера.
В случаеналожения добавок к уставке напряжения из-за работы нескольких алгоритмоввступает в действие следующие правила приоритетности добавок:
Наиболееприоритетна добавка к уставке из-за замены штырей. Она аддитивна к любой другойдобавке. Например, если в момент выключения режима выливки уставка была поднятапосле замены штырей, добавки суммируются
Добавки куставке из-за ликвидации волнения, после обработки ванны и после выливки неаддитивны,то есть сумма добавок не изменяется. Изменяется лишь распределение этой суммымежду различными добавками и, соответственно, характер изменения целиуправления.
Рядалгоритмов (например, автоматическое поддергивание кожуха) подразумеваютвозможность одновременного физического воздействия сразу на несколькоэлектролизеров. Как правило, это нежелательно и для устранения такого эффекта валгоритмы встроено свойство конвейерности, обеспечивающее разнос включениямеханизмов соседних ванн. Для примера рассмотрим то же поддергивание кожуха.Пусть оно должно происходить один раз в три часа и время поддергивания равно 5секундам. Начало цикла конвейерного включения алгоритма будет установлено на00:00, 03:00, 06:00 и т.д. Разнос между последовательными включениями будетравен 5сек*2=10сек. Теперь пусть в 04:15 одновременно была подача наэлектролизерах номер 1 и 2 (вполне возможная ситуация, если они простояли вручном режиме более трех часов и одновременно были переведены в автомат). Времяследующего поддергивания на электролизере 1 будет установлено на 06:00, а наэлектролизере 2 – на 06:00:10. Таким образом, следующие включения алгоритма насоседних ваннах уже будут разнесены по времени. Время разноса определяетсяномером электролизера, числом ванн в группе и максимальной продолжительностьювоздействия. Пусть в рассматриваемом примере ванны секционированы по питаниюдвигателей в группы по 10 электролизеров. Тогда в момент начала цикла будутподдернуты кожухи на ваннах 1,11,21,31…, через 10 секунд – на ваннах 2,12,22,32…и т.д.
В другихалгоритмах (регулирование МПР, срабатывание механизмов АПГ, …) принципконвейера реализован несколько иначе, но основная идея – разнос одинаковыхвоздействий в группах электролизеров без необходимости наличия связи междублоками нижнего уровня, — остается той же самой.Выливка
Алгоритмвключается с панели блока ТРОЛЛЬ. В момент включения фиксируется цельуправления выливки Uвыл. Она определяется следующим образом
Рассчитываетсястандартная цель выливки U0выл, равная максимальному из величин: текущая цельуправления или уставка напряжения плюс добавка к уставке после выливки.
Если среднееза минуту приведенное напряжение U60 существует, то в качестве Цели выливкиUвыл берется максимальное из значений U0выл или U60
Если неопределено, то в качестве Цели выливки Uвыл берется максимальное из значенийU60раб или U0выл
Если нет ниU60, ни U60раб, то в качестве Цели выливки берется стандартная цель U0выл.
Такимобразом, если среднее за минуту напряжение меньше стандартной цели выливки, тоберется стандартная цель, в противном случае – среднее напряжение.
В процессевыливки контролируется текущее напряжение U электролизера, равное среднему за 3сек. приведенному напряжению или, если его нет, среднему за 3 сек. рабочемунапряжению.
Как только впроцессе выливки напряжение U превышает цель выливки, запускается подачаанодной рамы вниз на время sTвыл. Если U опускается ниже цели выливки на заданную величину DU1выл, движение анодной рамыпрекращается.
Во времявыливки обеспечиваются звуковые сообщения в корпус по громкой связи “Остановитевыливку – низкое напряжение на ванне” (текущее напряжение меньше нижней границыдостоверности напряжения) или “Двигатели не успевают за выливкой” (разницамежду текущим напряжением и целью выливки стала больше заданного максимальногозначения dUmax).
Отключаетсярежим выливки или с панели блока ТРОЛЛЬ или автоматически. Последнее происходитследующим образом: если продолжительность работы алгоритма превысила заданноевремя T1выл, то по громкой связи в корпус выдается звуковое сообщение “Слишкомдолгая выливка”. Через 5 минут после этого режим выливки отключается. Есливыливка физически не окончена, то выливщику после выдачи предупреждения следуетвыключить и включить режим вновь.
Послезавершения выливки цель управления изменяется только при выполнении следующихусловий:
· За время работыалгоритма были автоматические подачи анодной рамы вниз (была реальная выливка)
· На ванне нетанодного эффекта и с момента окончания последнего прошло больше заданноговремени
· Электролизер ненаходится в режиме поиска анодного эффекта
Изменениецели управления происходит с учетом правил приоритетности добавок к уставке(см. Общие черты алгоритмов). Кроме того, в случае, если была реальная выливка(см. выше) АПГ ванны в течение заданного времени T2выл переходит на работу потаймеру.
Изменяемые сверхнего уровня параметры алгоритма:
Величина и поведение добавки к уставке напряжения послевыливки
Максимальное время выливки T1выл
Стандартное время подачи анодной рамы sTвыл
Границы изменения напряжения при выливке DU1выл и DUвыл
Время работы АПГ по таймеру после выливки T2вылЗамена штырей
Алгоритмвключается с панели блока ТРОЛЛЬ одной из кнопок ЗАМЕНА-1 или ЗАМЕНА-2. Вслучае, если в этот момент на электролизере зафиксирован прогноз анодногоэффекта (см. Прогноз анодного эффекта), для снижения вероятности возникновенияанодного эффекта во время замены запускается Nапг усиленных циклов АПГ. Послечего на все время замены автоматическая работа дозаторов АПГ запрещается. Крометого, до выключения этого режима запрещены автоматические подачи анодной рамы.
Отключаетсярежим или с панели блока ТРОЛЛЬ или автоматически. Последнее происходитследующим образом: если продолжительность работы алгоритма превысила заданноевремя T1зам, то по громкой связи в корпус выдается звуковое сообщение “Слишкомдолгая замена штырей”. Через 5 минут после этого режим замены отключаетсяавтоматически. Если замена физически не окончена, то после выдачипредупреждения следует выключить и включить режим вновь.
Если заменаштырей продолжалась больше заданного времени T2рег, она считается состоявшейся.В этом случае после отключения режима замены штырей АПГ электролизера в течениеT2зам работает по таймеру. Кроме того, сразу после отключения этогорегламентного режима изменяется цель управления электролизера на величинуdUзам. Возможен один из двух вариантов поднятия уставки, выбор из которыхпредоставляется заказчику:
Вариант 1: Взависимости от того, какой из режимов (ЗАМЕНА-1 или ЗАМЕНА-2) был включен,уставка повышается на фиксированную величину dU1зам или dU2зам
Вариант 2: Вмомент включения и выключения режима определяются значения среднего за 3 мин.приведенного напряжение U180нач и U180кон и рассчитывается разница между нимиdU180 = U180кон — U180нач. Если эта величина лежит в пределах между dU1зам иdU2зам, то в качестве dUзам берется она, в противном случае dUзамприравнивается к максимальному или минимальному из значений dU1зам или dU2зам.
В любомварианте изменение уставки происходит с учетом правил приоритетности добавок куставке (см. Общие черты алгоритмов).
Изменяемые сверхнего уровня параметры алгоритма:
Величина и поведение добавки к уставке напряжения послезамены штырей
Максимальное время замены штырей T1зам
Минимальное время регламентной операции T2рег
Время работы АПГ по таймеру после замены штырей T2замАвтоматическое поддергивание кожуха
Алгоритмобеспечивает периодическое поддергивание кожуха электролизера. Параметрыподдергивания – периодичность T1кож и время поддергивания sTкож задается с верхнего уровня.После того, как истечет таймер очередного поддергивания, и будут выполненыследующие условия
· Кожух находится варомате и не движется
· Работа алгоритмаразрешена
· На ванне нетанодного эффекта и с окончания последнего АЭ прошло больше заданного промежуткавремени
Выполняетсяподача кожуха вверх продолжительностью sTкож и перезапускается таймер очередного поддергивания сучетом принципа конвейера (см. Общие черты алгоритмов).
Изменяемые сверхнего уровня параметры алгоритма:
Периодичность поддергивания кожуха T1 кож
Время поддергивания кожуха sTкож/>Сопровождение обработок электролизера
Алгоритмпредназначен для уменьшения подачи глинозема в ванну через АПГ после обработкиэлектролизера, компенсации потерь тепла при растворении большой массы глиноземаи запрещения излишних подач анодной рамы, связанных с резким изменениемнапряжения после обработки. Он включается автоматически, в соответствии срасписанием обработок конкретного электролизера. Таблица обработокэлектролизера рассчитывается нижним уровнем системы при получении от верхнегоуровня команды “Изменилось расписание обработок корпуса”. Расписание обработоккорпуса вводится оператором верхнего уровня в виде набора записей видаВремя начала обработки Время окончания обработки Номер первого электролизера Номер последнего электролизера
Проводится каждый день /
по четным дням /
по нечетным дням
Изполученного расписания обработок корпуса программа создает таблицу обработокдля данного электролизера, которая в дальнейшем хранится на нижнем уровне.Например, из записи в таблице корпуса, содержащей информацию об обработке,идущей от 90-го до 60-го электролизера с 16:00 по 16:30 получится, чтообработка 80-го электролизера должна начаться в 16:10.
Алгоритмначинает работу за время T3обрдо номинального начала обработки. В этот момент АПГ ванны переходит на редкоепитание по таймеру с коэффициентом зарежения Kобр (на столько увеличивается время междусрабатываниями дозаторов) и одновременно изменяется цель управленияэлектролизера на величину dUобр. Изменение уставки происходит с учетом правилприоритетности добавок к уставке (см. Общие черты алгоритмов).
После того,как алгоритм поддержания МПР отрегулирует напряжение электролизера к новой целиуправления, за время T1обрдо начала обработки запрещаются автоматические подачи анодной рамы. Этот запретдействует до времени T2обрпосле обработки.
Послеотработки алгоритма (через промежуток времени T4обр после начала обработки) АПГ ванны переходит в фазуголодания регулирования концентрации глинозема.
При включенииалгоритма ликвидации МГД-нестабильности или возникновения анодного эффекта,работа алгоритма прекращается автоматически. При этом сбрасываются запрещениеавтоматических подач анода и повышение уставки, обусловленное алгоритмом.
Изменяемые сверхнего уровня параметры алгоритма:
Величина и поведение добавки к уставке напряжения послеобработки ванны
Периоды запрещения автоматических подач анодной рамы до ипосле обработки T1обр и T2обр
Периоды перехода АПГ ванны на редкое питание до и послеобработки T3обр и T4обр
Коэффициент зарежения питания после обработки Kобр
Минимальное время регламентной операции T2рег
В настоящеевремя алгоритм до конца не отлажен и в него могут быть внесены изменения и/илидополнения./>Поиск анодного эффекта
Алгоритмпредназначен для того, чтобы периодически вызывать на электролизере анодныйэффект. Он может быть включен вручную с панели блока ТРОЛЛЬ или с верхнегоуровня системы или автоматически программой нижнего уровня. Последнеепроисходит через время (dTае-1час) после начала предыдущего анодного эффекта,где dTае – время между штатными анодными эффектами.
Работаалгоритма заключается в полном запрещении подачи глинозема в ванну черезмеханизмы АПГ. Алгоритм завершается при возникновении на ванне анодногоэффекта, после чего запрет АПГ снимается. Во время работы алгоритма происходитследующее:
· Не изменяетсяцель управления после выливки и обработки электролизера
· Не ликвидируетсявозникшая на электролизере МГД-нестабильность
· Запрещаетсярегулирование МПР вниз
Изменяемые сверхнего уровня параметры алгоритма:
Промежуток времени между штатными анодными эффектами dTае./>Прогноз анодного эффекта
Алгоритмопределения прогноза анодного эффекта работает постоянно за исключением временианодного эффекта и периода T3прг после него. Он предназначен для контроля работымеханизмов АПГ и предотвращения серии подач анодной рамы вниз (поддавливанияванны) непосредственно перед анодным эффектом. В состоянии прогноза анодногоэффекта для всех алгоритмов запрещены автоматические подачи анодной рамы вниз.
Алгоритмустанавливает признак прогноза анодного эффекта, если в течение времени T1пргпроизводная фильтрованного напряжения по времени (см. Математический аппарат) будетбольше, чем DUпрг.
Прогнозсбрасывается при возникновении анодного эффекта или если в течение времениT2прг производная фильтрованного напряжения по времени будет меньше, чемDUпрг.
Изменяемые сверхнего уровня параметры алгоритма:
Время запрещения определения прогноза анодного эффекта послевозникновения АЭ на ванне T3прг
Времена установления и сброса прогноза анодного эффектаT1прг и T2прг
Характерную величину производной напряжения DUпрг./>Сопровождение анодного эффекта
Состояние ипродолжительность анодного эффекта фиксируется следующим образом. Считается,что на электролизере возник анодный эффект, если среднее за секунду рабочеенапряжение Uраб на ванне превысит величину U1ае. Анодный эффект считаетсяприостановленным, если Uраб станет меньше U2ае. Считается, что анодный эффектзавершился, если анодный эффект приостанавливается на время, большее, чем dTае.При возникновении анодного эффекта
· выполняютсяподряд N1ае усиленных циклов АПГ.
· Отключаются всевключенные регламентные режимы (выливка, перетяжка и выравнивание анодной рамы,замена штырей)
· Отключаютсяалгоритмы сопровождения обработок электролизера, поиска анодного эффекта иликвидации МГД-нестабильности
· Сбрасываютсяизменения уставки, обусловленные работой всех алгоритмов, кроме алгоритмазамены штырей
Если привозникновении анодного эффекта управление анодной рамой находится вавтоматическом режиме, то программа выполняет подачу анодной рамы вверхмаксимальной длительностью sTае. Эта подача может быть и более короткой, т.к. если Uраб превыситвеличину U3ае, анодная рама останавливается.
Послеокончания анодного эффекта в течение времени T2ае АПГ работает по таймеру.Кроме того, на время T1ае запрещается автоматические подачи анодной рамы.
Изменяемые сверхнего уровня параметры алгоритма:
Параметры определения анодного эффекта U1ае, U2ае и dTае.
Число усиленных циклов АПГ N1ае, выполняемыхпри возникновении анодного эффекта.
Параметры автоматической подачи анодной рамы привозникновении анодного эффекта sTае и U3ае.
Время работы АПГ по таймеру после анодного эффекта T2ае
Время запрещения регулирования после АЭ T1аеРабота АПГ по таймеру
Механизмы АПГработают по таймеру, то есть подают в электролит одинаковые дозы глиноземачерез равные промежутки времени в случае, если одновременно
А)автоматическая работа АПГ не запрещена и не работает поиск анодного эффекта
Б)выполняется одно из следующих условий:
· Когда работаалгоритма поддержания концентрации запрещена или невозможна (в течение времени,большего, чем T2конц отсутствует приведенное напряжение).
· В фазе подготовкик началу основной работы алгоритма концентрации и фазе перехода от насыщения кголоданию.
· Во времяперетяжки анодной рамы, если она длится более чем T2пер
· В течение T2аепосле анодного эффекта
· После выливки втечение времени T2выл
· После заменыштырей в течение времени T2зам
· В течение периодаредкого питания по таймеру до и после обработки ванны (см. Сопровождениеобработок электролизера)
Кромеперечисленных условий есть возможность запустить режим питания по таймеру спанели блока ТРОЛЛЬ или с верхнего уровня системы. В этом случае он будетработать до тех пор, пока аналогичным образом не запустится другой режим работыАПГ (например, алгоритм поддержки концентрации) или не произойдетавтоматический переход к алгоритму поиска анодного эффекта.
Послеокончания периода питания ванны по таймеру автоматически запускается алгоритмподдержки концентрации, если он не запрещен.
Изменяемые сверхнего уровня параметры алгоритма:
Время перехода на питание по таймеру при отсутствииприведенного напряжения T2конц
Время перехода на питание по таймеру после начала перетяжкианодной рамы T2пер
Время работы АПГ по таймеру после анодного эффекта T2ае,после выливки T2выл и замены штырей T2зам/>Поддержание концентрации глинозема
Алгоритмподдержания концентрации глинозема в электролите запускается автоматически поистечении времени питания по таймеру, если алгоритм не запрещен. Также егоможно запустить вручную с панели блока ТРОЛЛЬ или с верхнего уровня.
Алгоритм состоит из фазы подготовки к началу работы и трехосновных фаз – голодания, насыщения и регулирования МПР (переход от насыщения кголоданию). Работа алгоритма начинается с фазы подготовки. Она заключается вработе обычного алгоритма регулировании МПР (см. Максимальное время насыщения.T2нас
Максимальное время перехода от насыщения к голоданию Tпер.
Автоматическая ликвидация МГД-нестабильности).
В течениеэтой стадии АПГ работает по таймеру с базовым периодом tбаз. Стадия завершается, когда среднееза 3 мин. приведенное напряжение окажется в пределах мертвой зонырегулирования.
После этогопроисходит автоматический переход к фазе гарантированного голодания. При этом:
· АПГ работает вполтора раза реже базовой частоты
· Мертвая зонарегулирования МПР расширяется до пределов от (Uцели – DU1конц) до (Uцели + DU2конц), причем при подаче вниз цельюрегулирования является не. Uцели, а середина верхней части мертвой зоны (Uцели+ DU2конц)/2.
Гарантированноеголодание через время T1гол переходит в фазу нормального голодания. В этойстадии:
· Подачи аноднойрамы осуществляются так же, как и при гарантированном голодании
· Время междусрабатываниями дозаторов АПГ tголустанавливается в зависимости от производной фильтрованного напряжения. Еслиона отрицательна, то tгол = Kгол *tбаз, (Kгол больше 1.5), впротивном случае — tгол = 1.5*tбаз
Нормальноеголодание завершается только когда производная фильтрованного напряжения станетбольше заданного значения Dгол. Алгоритм переходит в фазу гарантированногонасыщения, в которой
· Подачи аноднойрамы осуществляются так же, как и при голодании
· АПГ работает вдва раза чаще tбаз.
Гарантированноенасыщение через время T1нас переходит в фазу нормального насыщения. В этойстадии:
· Подачи аноднойрамы осуществляются так же, как и при голодании
· Время междусрабатываниями дозаторов АПГ уменьшается в Kнас раз.
Нормальноенасыщение заканчивается через время (T2нас- T1нас) или раньше, если производнаяфильтрованного напряжения станет больше нуля. После этого алгоритм переходит вфазу регулирования МПР. В этой стадии изменяется поведение алгоритмарегулирования МПР. Подачи анодной рамы выполняются по следующим правилам:
· Если среднее за 3мин. приведенное напряжение меньше нижней границы стандартной мертвой зоны(Uцели – dUмпр), то выполняется подача вверх, но в качестве цели регулированияберется середина нижней части мертвой зоны (Uцели — dUмпр/2)
· Если разностьмежду средним за 3 мин. приведенным напряжением и целью управления не большеdUмпр, то выполняется подача вниз, причем в качестве цели регулирования такжеберется середина нижней части мертвой зоны.
· Если разностьмежду средним за 3 мин. приведенным напряжением и целью управления будет большеdUмпр, то подача не выполняется, а устанавливается признак “Проверьте АПГ”.
· АПГ работает потаймеру с базовым периодом tбаз
Смыслописанного выше изменения алгоритма поддержания МПР в фазе перехода отнасыщения к голоданию сводится к следующему: Для того, чтобы в процессе работыалгоритма концентрации напряжение колебалось вокруг цели управления, егоминимум должен находиться где-то в нижней части стандартной мертвой зоны.Условие отсутствия подачи вниз при слишком большой невязке связано снежелательностью поддавливания ванны в случае длительного периода плохой работыАПГ. Оно является необязательным и может быть выброшено, если на конкретномзаводе организована оперативная реакция персонала на предупреждения системы овозможных неполадках АПГ. Стадия завершается при выполнении одного из условий:
· Фаза длится болееTпер (не удается отрегулировать МПР)
· среднее за 3 мин.приведенное напряжение становится больше нижней границы стандартной мертвойзоны (Uцели – dUмпр) но не больше Uцели
· Во времянахождения алгоритма в фазе регулирования МПР выставлен признак “Проверьте АПГ”
Изменяемые сверхнего уровня параметры алгоритма:
Параметры изменения границ мертвой зоны регулирования приголодании и насыщении DU1конц и DU2конц
Коэффициент зарежения питания при голодании на правой ветви Kгол
Коэффициент учащения питания при насыщении Kнас
Производная завершения голодания DUгол
Время гарантированного голодания T1гол и насыщения T1нас
/>Максимальное время насыщения. T2нас
Максимальное время перехода от насыщения к голоданию Tпер.Автоматическая ликвидация МГД-нестабильности
Алгоритмпредназначен для автоматического гашения возникшей на электролизереМГД-нестабильности с помощью увеличения межполюсного расстояния. Он включаетсяавтоматически, если
· На электролизереобнаружена МГД-нестабильность
· Работа алгоритмаразрешена
· Управлениеанодной рамы находится в автомате
· Не работаеталгоритм поиска анодного эффекта
· Не включен ниодин из регламентных режимов (выливка, перетяжка и выравнивание анодной рамы,замена штырей)
· С моментавозникновения анодного эффекта прошло время большее, чем T3ае
В моментвключения алгоритма:
· Принудительнозавершается алгоритм сопровождения обработки ванны
· Сбрасываютсядобавки к уставке, обусловленные работой алгоритмов выливки и сопровожденияобработки ванны
· Устанавливаетсядобавка к уставке, равная dU1вол. Если при этом цель управления (см. Термины иформулы) оказывается меньше, чем среднее за 3 мин. приведенное напряжение U180плюс 0.5*dU1вол, то добавка к уставке устанавливается равной (U180 +0.5*dU1вол)
· Запускаютсятаймеры волнения на ванне Таймер-1 и отсутствия волнения на ванне Таймер-2
В процессеработы алгоритма эти таймеры используются следующим образом:
· Если в данныймомент на электролизере уровень волнения больший, чем A1вол, то таймер-1включается, а таймер-2 приостанавливается.
· Если в данныймомент на электролизере уровень волнения меньше, чем A2вол, то таймер-1приостанавливается, а таймер-2 включается.
· Если таймер-1накопил время большее, чем T1вол, то добавка к уставке повышается на dU1вол иоба таймера перезапускаются. При этом добавка к уставке ограничиваетсявеличиной dU4вол
· Если таймер-2накопил время большее, чем T2вол, то добавка к уставке уменьшается на dU2вол иоба таймера перезапускаются.
Алгоритмпрекращает работу в случае,
· если добавка куставке уменьшится до нуля,
· переводауправления анодной рамы в ручной режим,
· включения любогоиз регламентных режимов,
· запуска алгоритмапоиска анодного эффекта
· возникновения наэлектролизере анодного эффекта.
В последнемслучае добавка к уставке напряжения, связанная с работой алгоритма, обнуляетсяскачком. Во всех остальных случаях она плавно опускается до нуля ступенямиdU3вол через промежутки времени dT3вол.
Изменяемые сверхнего уровня параметры алгоритма:
Время запрещения ликвидации МГД-нестабильности послеанодного эффекта T3ае
Уровни волнения, при которых происходит повышение ипонижение цели управления A1вол и A2вол
Параметры повышения цели управления в процессе гашенияволнения T1вол, dU1вол и dU4вол
Параметры понижения цели управления в процессе гашенияволнения T2вол и dU2вол
Параметры понижения добавки к уставке после отключенияалгоритма dU3вол и dT3волПоддержание межполюсного расстояния
Алгоритмработает постоянно и обеспечивает удерживание приведенного напряжения вблизицели регулирования (см. Термины и формулы). Он выполняет все подачи аноднойрамы электролизера за исключением подач при выливке, сопровождении анодногоэффекта, перетяжке и выравнивании анодной рамы. Он заключается в периодическойпроверке отклонения среднего за три мин. приведенного напряжения с текущейцелью управления и, если невязка для данных условий велика, подач анодной рамы.Сравнение происходит, если истекла пауза после предыдущей проверки и идетпромежуток времени, отведенный для автоматических подач в группе данной ванне(см. Принцип конвейера в разделе Общие черты алгоритмов). При сравненииалгоритм рассчитывает невязку напряжения с целью управления и, в зависимости оттого, какой алгоритм сейчас работает, выполняет подачу анодной рамы.Приоритетность рассмотрения работающих алгоритмов следующая:
· Сопровождениеанодного эффекта
· Поиск анодногоэффекта
· Максимальноевремя насыщения. T2нас
Максимальное время перехода от насыщения к голоданию Tпер.
· Автоматическаяликвидация МГД-нестабильности
· Поддержаниеконцентрации глинозема
· Все остальные
Если поусловиям, специфичным для работающего алгоритма, требуется подача анодной рамы,то она выполняется только при выполнении следующих условий:
· Управлениеанодной рамой электролизера не находится в ручном режиме, на ванне не включенни один регламентный режим (перетяжка, выливка, замена штырей или выравнивание)и ванна не в капитальном ремонте, обжиге или пуске.
· Есть приведенноенапряжение
· Цельрегулирования и среднее за 3 мин. приведенное напряжение больше U1дост и меньшеU2дост
· Отклонение токасерии от номинального значения не превышает dIмакс
· После анодногоэффекта прошло время большее, чем T1ае
· После предыдущейподачи анодной рамы (любой, включая ручную подачу) прошло более dTмпр
· Автоматическаяподача не запрещена каким-нибудь из работающих алгоритмов
Если аноднуюраму необходимо подавать, то вне зависимости от того, была ли она выполнена илизапрещена одним из перечисленных выше условий, таймер паузы между проверкаминеобходимости регулирования перезапускается на время T1мпр
Если втечение заданного времени Т3мпр алгоритм выполнит более чем N3мпррегулирований, то таймер паузы между проверками необходимости регулированияперезапускается на время аварийной паузы T2мпр и сообщение об ошибке передаетсяна верхний уровень системы.
Изменяемые сверхнего уровня параметры алгоритма:
Минимальное время между двумя подачами анодной рамы dTмпр
Максимальное отклонение тока серии от номинального длявозможности автоматического регулирования dIмакс
Границы достоверности напряжения для автоматическогорегулирования U1дост и U2дост
Время запрещения автоматического регулирования послеанодного эффекта T1ае
Время стандартной T1мпр и аварийной T2мпр пауз между двумяпроверками необходимости регулирования
Параметры ограничения числа регулирований Т3мпр и N3мпр
/>
Дополнительноеоборудование
Бригадныйконтроллер
Бригадный контроллер (БК)– новое уникальное средство для повышения качества управления и работытехнологического персонала в корпусе электролиза.
БК представляет собойнебольшой шкаф (примерно 360х310х210 мм) в исполнении IP55, устанавливаемый в помещениях «пятиминуток». На каждыйкорпус поставлется по 4 БК. Бригадный контроллер оснащен плоским 10-ти дюймовымцветным VGA дисплеем, стандартной 16-тиклавишной клавиатурой и небольшой сиреной для звукового оповещения.
БК выполняет следующиефункции (только для тех ванн, которые относятся к данной бригаде):
· сигнализирует(визуально и звуком) об анодных эффектах с указанием номера ванны;
· звуком ивизуально сигнализирует о нештатных ситуациях на ванне;
· содержит и можетотображать полную информацию о ваннах бригады, в частности: графики за смены,сутки и час, все основные уставки управления, сводки за смену и сутки пованнам;
· БК в реальномрежиме отображает напряжения ванн (рабочее и приведенное, и в виде графика),волнения, вспышки, ток серии и другую информацию о процессе электролиза.
крановыевесы
К дополнительномуоборудованию относятся программное обеспечение и два шкафа для полученияинформации о выливках из приемников крановых весов. Полученная информацияавтоматически попадает на АРМы мастеров, операторов, в базу данных системы и влюбые сводки, генерируемые системой./>/>/>Шкафыгрупповой сигнализации АЭ
В качестведополнительного оборудования в состав системы ТРОЛЛЬ-5 входят шкафы групповойсигнализации анодных эффектов (САЭ), в состав которых входит звуковойсигнализатор (сирена). Поставляемые фирмой ТоксСофт шкафы САЭ, работаясовместно с системой ТРОЛЛЬ, имеют то преимущество, что разным звукомсигнализируют о вспышках в разных бригадах.
Применение шкафов САЭвместе с бригадными контроллерами позволяет минимизировать время реакциитехнологического персонала на нештатные ситуации и вспышки, тем самим, повышаяпоказатели работы корпуса.
Другое оборудование
Кратко перечислимнекоторое дополнительное оборудование системы, доступное уже сейчас, или всамом ближайшем будущем:
· Пульт управленияглавными контакторами — силовых цепей в корпусе электролиза;
· Датчик перекосаанодной рамы – постоянно установлен на анодной раме, измеряет угол перекосарамы. Совместно с блоком управления обеспечивает автоматическое поддержаниеанодной рамы в горизонтальном положении;
· Датчиктемпературы и ликвидуса, концентрации – переносной прибор, подключаемый к БУТРОЛЛЬ‑5 на время определения характеристик электролизера;
· Обнаружение «нулясерии» — оборудование на КПП, совместно с КТНС позволяет определитьэлектролизер в серии, имеющий нулевое относительно земли напряжение.
Программноеобеспечение ТРОЛЛЬ-2000
Программное обеспечениеТРОЛЛЬ-2000 серьезно отличается от своих предшественников. Ниже приведеныважнейшие новшества.
Новая концепцияпостроения ПО ТРОЛЛЬ-2000 предполагает наличие в системе одного АРМ операторанезависимо от того, сколько корпусов (вплоть до 12-ти) включено в систему.Таким образом, при внедрении АСУ ТП ТРОЛЛЬ в масштабах цеха реально сократитьколичество компьютеров, выделенных непосредственно под систему, до трех – АРМоператора, сервер реального времени и сервер базы данных.
Однако одно рабочее место– не предел. Система предусматривает подключение неограниченного количестваклиентских рабочих мест, для которых доступна работа, как с архивной, так и соперативной информацией, через заводскую сеть. В случае если заводская сетьдоступна через Интернет, возможно полноценное подключение к системе удаленныхпользователей.
Новое программноеобеспечение предусматривает защиту от несанкционированного доступа к панелиуправления любого из блоков управления ТРОЛЛЬ-5. В случае несанкционированногодоступа будет блокирована любая попытка дать команду на включение двигателейили запуск регламентных режимов. В системе предусмотрена индивидуальнаяпарольная защита для каждого БУ.
Программное обеспечениеТРОЛЛЬ-2000 позволяет снимать, хранить и анализировать пусковые характеристикидвигателей приводов анодной рамы и кожуха. Анализ пусковых характеристикпозволяет с большой долей вероятности прогнозировать выход двигателей из строяи предсказывать характер неисправностей.
Программное обеспечениеТРОЛЛЬ-2000 поддерживает работу со всеми модификациями БУ ТРОЛЛЬ, выпущеннымифирмой ТоксСофт, а также поддерживает работу со шкафами управления другихпроизводителей.
Краткийперечень некоторых нововведений и особенностей ПО ТРОЛЛЬ-2000:
· Возможностьодного оператора системы;
· Унифицированнаяпрограмма — реализация рабочего места пользователя системы;
· Централизованноеуправление и администрирование системой ТРОЛЛЬ;
· Работа АРМов какв локальных сетях, так и через Internet;
· Объявления вкорпусе с любого АРМа (в частности старшего мастера);
· Индивидуальнаяпарольная защита при входе в систему;
· Защита отнесанкционированного доступа к панели БУ;
· Ведение учетаработы с БУ;
· Снятие пусковыххарактеристик и прогноз неисправностей двигателей;
· Новое представлениеданных (3-х фазные диаграммы);
· Использованиетехнологии нейронных сетей при анализе данных и прогнозе и другое
Как и другие системыавтоматизации, система ТРОЛЛЬ является двухуровневым и состоит из нижнего иверхнего уровней.
Нижний уровень – состоитиз оборудования для управления объектами автоматизации (в частности, БУТРОЛЛЬ), технологической сети, объединяющей оборудование и маршрутизатора(моста), приводящего при необходимости все данные в TCP/IPсеть Ethernet, понятный верхнему уровню;
Верхний уровень – системыТРОЛЛЬ-2000 в свою очередь делится на две части:
· Серверы системы –обрабатывают данные, как реального времени, так и архивные. Предоставляют всети общего пользования (заводская сеть, Интренет, Интранет) готовые киспользованию данные. Серверы системы открыты по стандартным для индустриитехнологиям: TCP/IP, CORBA, SQL.
· Рабочие места –реализуют пользовательский интерфейс для работы с данными и управленияобъектами автоматизации. Доступ к данным и средства управления предоставленыслужбами серверов системы ТРОЛЛЬ-2000. Использование стандартных технологиипубликации серверов позволяет АРМам работать в любой операционной среде инаходится в произвольном месте глобальной сети.
3.Анализ состояния автоматизации на предприятии.
ТРОЛЛЬ-5и ТРОЛЛЬ-2000 относятся соответственно к оборудованию и программномуобеспечению последнего поколения АСУ ТП электролиза алюминия фирмы ТоксСофт.
4.Перспективы развития автоматизации./>Нововведения в блоке управленияТРОЛЛЬ-5
Блок управления ТРОЛЛЬ-5конструктивно значительно переработан по сравнению с предыдущими версиями. БУТРОЛЛЬ-5 имеет модульную структуру, модули реализованы в виде максимальнонезависимых блоков. Все модули объединены внутренней локальной сетью RS-485,что позволяет, во-первых, значительно повысить помехозащищенность, а во-вторых,упрощает внутренний монтаж блока управления и повышает его ремонтопригодность.
Блок клавиатуры ииндикации выполнен в герметичном корпусе со степенью защиты IP54 и подключаетсяк внутренней сети блока управления двумя проводами. Клавиатура имеет тристепени защиты от случайных помех. Обмен с процессором ведется попоследовательному помехозащищенному интерфейсу; клавиатура заключена вметаллический корпус, экранирующий электромагнитные излучения и напряжениесканирования повышено до 10 В. Средства визуализации блока управления ТРОЛЛЬ-5дополнены светодиодным алфавитно-цифровым двухстрочным дисплеем с высотойсимвола около 6мм, благодаря которому значительно упрощается работа с БУ длятехнологического и обслуживающего персонала.
В качестве силовыхэлементов управления приводами анодной рамы и кожуха используются магнитныепускатели. В качестве силовых автоматов используются автоматы с дистанционнымвзводом и отключением. Сами автоматы установлены на задней стенке, а кнопкидистанционного управления выведены на дверь БУ.
В БУ ТРОЛЛЬ-5 значительнорасширено количество встроенных каналов ввода-вывода. Количество выходов дляуправления АПГ достигает 10 выходов на каждую ванну. К каждому выходу (1,25А,~220В) можно подключить как управление дозатором, так и пробойником. К БУ можноподключить также концевые выключатели перемещения анодной рамы (по двавыключателя на ванну);
Программное обеспечениеблока управления ТРОЛЛЬ-5, наряду с ранее реализованными алгоритмами,поддерживает работу с датчиками перекоса анодной рамы и позволяет автоматическиустранять перекос, поддерживает работу с разрабатываемым датчиком температурыэлектролита, а также позволяет управлять электролизерами с выносных пультов.Программное обеспечение ТРОЛЛЬ-5 автоматически измеряет и показывает наалфавитно-цифровом дисплее токи двигателей приводов анодной рамы и кожуха, атакже, в случае необходимости, снимает пусковые характеристики двигателей.Информация о токах двигателей и пусковых характеристиках сохраняется в базеданных.
В БУ ТРОЛЛЬ-5предусмотрено подключение датчика температуры электролита, а также иных внешнихустройств через внешний пылезащищенный разъем.
Краткий переченьнововведений и особенностей в БУ ТРОЛЛЬ-5:
· Модульноепостроение БУ;
· Внутренняя шина RS-485 с подключением внешнихустройств;
· Новый модульклавиатуры/индикации (герметизация, защита от помех);
· Контрольтемпературы (датчики) в блоках управления;
· До 10-ти выходовАПГ на ванну с возможностью раздельного управления;
· Текстоваяинформация на панели БУ;
· Оперативный пофазный замер и отображение токов двигателей анода и кожуха;
· Подключениеконцевых выключателей перемещения анодной рамы
· Сигнализатор открытиядвери БУ;
· Светодиодныеиндикаторы состояния БУ (красный –«Авария», зеленый – «Питания»);
· Большие (70мм)индикаторы на панели БУ;
· Индивидуальнаяпарольная защита на БУ;
· Прогнознеисправностей двигателей;
· Возможностьработы с датчиком температуры электролизера;
· Возможностьвключения автоматического выравнивания анодной рамы;
· Независимаясигнализация анодных эффектов;
· Дистанционный(кнопки на двери) взвод расцепителей и отключение;
· И другое…
БУ и другая автоматика находитсяна очень высоком уровне, постоянно совершенствуется и заменяется более надежным,новым оборудованием.
1.Функциональнаясхема автоматизации процесса.
Подключение к БУ ТРОЛЛЬ
БУ ТРОЛЛЬ-5 сэлектролизера снимается такие параметры как ток и напряжение, через специализированныйразъем, по сети RS-485подключаются различные датчики (возможно подключение исполнительных устройств).В основном это два типа оборудования:
· Датчики,постоянно установленные на электролизерах. Например, датчик перекоса аноднойрамы фирмы ТоксСофт. Датчик перекоса позволяет оперативно измерять уголперекоса анодной рамы, и соответственно автоматически выравнивать раму;
· Датчики иисполнительные устройства системы централизованной раздачи глинозема. Система: ЦРГ разработки фирмы ТоксСофт требует всего одного-двух датчиков наэлектролизер. Существенно дешевле и надежнее использовать имеющеюсяинфраструктуру ТРОЛЛЬ, чем создавать отдельное АСУ ТП для ЦРГ;
· Переносныепортативные приборы для разовых замеров. К таким приборам относятся разрабатываемыедатчики температуры расплава и ликвидуса, а также датчик концентрации. Притакой работе, прибор подключается к блоку управления ТРОЛЛЬ-5, в течениинескольких секунд БУ опознает прибор и по мере (и по окончании) работы получаетданные из прибора, хранит и передает далее на верхний уровень.
Подключение в технологическую сеть
Для оборудования, котороеработает на уровне группы ванн, корпуса или серии в целом, оборудование можетбыть подключено к технологической сети корпуса. К такому оборудованиюотносятся, например бригадный контроллер и шкафы работы с радиоприемникамикрановых весов.
Подключение к верхнему уровню системы
Верхний уровень системыТРОЛЛЬ-2000 построен так, что позволяет подключать к нему любую полностью иличастично распределенную систему автоматического управления любымитехнологическими процессами. В качестве расширения возможностей АСУ ТПэлектролиза нужно сразу к верхнему уровню системы подключить, напримерцентральную заводскую лабораторию (ЦЗЛ). Информация с ЦЗЛ органически дополняетинформацию алюминиевого производства о ходе технологического процесса.
/>
4.Заказнаяспецификация.
Контроллеруправления:
Используемый контроллер: Octagon MicroPC
Кол-во входов/выходов: 40(аналог или дискрет)
Посадочных мест модулейв/в: 24
Процессор: нениже Intel 386SX 25MHz
Оперативная память: неменее 1 Мбайт
Статическая память: неменее 128 Кбайт
Флэш память: наменее 512 Кбайт
Потребляемая мощность: неболее 30 Вт
Блокуправления:
Размеры (без ножек): 1600х600х500мм
Цвет: промышленныйсерый или синий
Диапазон температур: -40oC… +50 oC
Степень защиты: IP55
Потребление по 220Вконтроллера: не более 100Вт
Контроллертока и напряжения серии:
Используемый контроллер: Octagon MicroPC
Процессор: нениже Intel 386SX
Точность измерения: нехуже 0,2%
Размер: неболее 1000х600х400 мм
Степень защиты: IP54
Потребляемая мощность: неболее 30 Вт
АРМОператора и АРМ Мастера:
Конфигурация компьютера: нениже P2 233, RAM 128MB, HDD 1,6GB
Дисплей: Samsung SyncMaster 17 дюймов или Samsung SyncMaster TFT 15 дюймов
Другие параметры: платаATX, мышь
Операционная система: Windows 98
ПО визуализации: разработкаТоксСофт
Применяемые пакеты: GWM версии 4.2 или выше
Звуковая плата: SoundBlaster-совместимая
Сетевая плата БД: Ethernet 10/100 Mbps
Сетевой протокол НУ: TCP/IP
Сетевой протокол БД: TCP/IP
Компонентытехнологической сети:
Используемая сеть: ArcNet, скорость 2.5 Мбит/сек
Оптволоконный кабель: ОКП-50-4
Кол-во жил оптоволокна: 4
Диапазон температур: -50oC… +50 oC
Исполнение оптокабеля: длянаружного монтажа
Коаксиальный кабель: RG-62 (стандарт ArcNet)
Оптотрансиверы: фирмыISOTRON
Концентраторы: фирмыISOTRON
Маршрутизаторсистемы «СПАЙДЕР»
Конфигурация компьютера нениже Pentium III 750, RAM128MB,
HDD 10GB
Дисплей Samsung SyncMaster 15 дюймов
Операционнаясистема Linux
Сетевыеплаты сети нижнего уровня ArcNet
Сетевая плата верхнегоуровня Ethernet 10/100 Mbps
Сетевойпротокол TCP/IP
Серверреального времени «СПАЙДЕР»
Конфигурация компьютера нениже Pentium III 750, RAM128MB,
HDD 10GB
Дисплей SamsungSyncMaster 15 дюймов
Операционная система: Windows NT Server 4.0
Сетевыеплаты Ethernet 10/100 Mbps
Сетевойпротокол TCP/IP
Серверхранимых данных:
Конфигурация компьютера: нениже Pentium Pro, RAM512MB,
HDD 100GB
Дисплей: SamsungSyncMaster 15 дюймов
Операционная система: Windows NT Server 4.0
Сетевые платы: Ethernet10/100 Mbps
Сетевой протокол: TCP/IP
Формат хранения данных: InterBase
ПО базы данных: разработкаТоксСофт
Средство разработки: Delphi
Срок хранения архива: 3года
Количество и типы сводок: неограничено
Режим печати сводок: автоматическийи ручной
Принтер:
Тип принтера печатисводок: лазерный, A4
Марка принтера: HP LaserJet 6L (или аналогичный)5.2. Программное обеспечение и документация
Программаблока управления:
Язык разработки: Ассемблер,C++
Среда разработки: Borland C++, TASM
Операционная среда: Octagon ROM DOS 6.22 или выше
Сетевой протокол: TSL 1.2 или выше
Комплект поставки: ГотоваяEXE программа
Файлы окружения
Исходные тексты
Закрытое ПО в виде LIB модулей
ПрограммаАРМ оператора и мастера:
Язык разработки: Ассемблер,C++
Среда разработки: Borland C++ 4.5, TASM
Операционная среда: DOS 6.22 + PowerPack 1.0
Графическая среда: GWM 4.2 или выше
Сетевой протокол НУ: TSL 1.2 или выше
Сетевой протокол БД: IPX/SPX или TCP/IP
Комплект поставки: ГотоваяEXE программа
Файлы окружения
Исходные тексты
Программа базы данных:
Язык разработки: Object Pascal
Среда разработки: Borland Delphi
Операционная среда: Windos NT + InterBase
Формат хранения: InterBase
Сетевой протокол БД: IPX/TSIPX
Комплект поставки: ГотоваяEXE программа
Проект для Delphi
Поставка программногообеспечения:
Инсталляционные копии
Исходные тексты программс комментариями
Вид поставки: двакомпакт диска
Документация:
Техническое Задание 1экз.
Техно-рабочий проект 2экз.
Инструкция поэксплуатации 2 комплекта
в составе:
Инструкции поэксплуатации производителей оборудования
Руководство по работе сБУ
Руководство по АРМоператора
Руководство по АРМмастера
Руководство потехническому обслуживанию системы
Руководство программиста
Руководство инженераэлектронщика
Руководство по работе сбазой данных
Техническая документация 2комплекта
в составе:
Общесистемные решения
Организационноеобеспечение
Математическое(алгоритмическое) обеспечение
Информационное обеспечение
Программное обеспечение
Описание базы данных