铝电解槽智能模糊控制系统__槽控机使用手册.docx

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铝电解槽智能模糊控制系统

NEUI －PIC300智能槽控机使用手册

1 概述

NEUI－PIC300智能槽控机是东北大学设计研究院（有限公司）和我公司联合为铝电解计算机控制系统开发的新一代产品。

该设备是铝电解槽生产过程智能控制专用设备，可工作在电解车间恶劣的工业环境中，能抗冲击，振动和粉尘，具备较强的环境温度适应性。

由于采用高集成化．可维修性设计和现代铝电解控制理论，使其抗干扰性能强，功能完备，运行可靠，已在全国各大中小铝厂得到广泛使用，为我国铝行业电解生产自动化和技术改造创造了很大的经济效益和社会效益。

该设备的主要技术特点是：

（1） 、控制方法现代化：

控制系统采用实时智能控制软件，集数据采集、槽

况解析、信息显示、生产自动化控制等于一体，实现了对电解槽的能量和物料平衡的全面稳定控制。

（2） 、高性能的CPU：

槽控机采用高性能工业级F2MC-16L×CPU。

该CPU为16

位微控器，集成有256KFlash、6Kram、2路CAN接口和URAT0和URAT1串行接口及多达81个I/O口。

微控器有32位累加器，支持C语言实时多任务处理。

（3） 、高度集成化：

槽控机主控板经过精心设计，将CPU单元、A/D转换、输

入输出（I/O）等集成在一块电路板上，大大提高了系统的集成度。

由于减少了接插件的数量，也大大提高了系统的抗干扰性和可靠性。

（4） 、控制系统网络化：

采用CANBUS现场总线工业控制网络，总线结构简单、

可靠，负载能力和抗干扰能力强。

（5） 、自诊断功能强：

槽控机具有强大的自诊断功能，定时或随时对槽控机

各主要电路及器件进行在线检测，并随时显示故障信息，便于维护人员及时发现和处理故障。

（6） 、安全可靠、自保护功能强大：

控制系统具有硬件超时保护，升降自锁

保护，过欠压分励脱扣保护，硬件看门狗保护，软件保护，防雷击保护。

（7） 、数据采集精确化：

槽控机采用高性能的V/F、I/F转换器，确保温漂小，

精度高。

（8） 、结构简单、布局合理：

槽控机集成度高，元件少，体积小，寿命长，

挂墙安装。

（9） 、操作、维护方便：

操作人员可通过槽控机面板按钮及显示信息等与槽

控机直接对话。

2 槽控机结构

槽控机采用双开门、壁挂式。

槽控机箱体左侧为动力箱，右侧为逻辑箱。

动力箱由接触器、空气开关、控制按钮、槽压表和信号检测板组成。

低压电器采用施耐德公司产品。

逻辑箱的逻辑部分由开关电源、固态继电器、CPU主控板、数码管显示和状态显示板、轻触开关板组成。

（1） CPU主控板：

该板由CPU、CAN通讯接口电路、槽电压、系列电流数据采集

电路、光隔输入、输出电路、固态继电器驱动电路、提升机升降、安全保护电路等组成。

CPU：

槽控机采用高性能工业级F2MC-16L×CPU。

该CPU为16位微控器，集

成有256Kflash、6KRAM、1路CAN接口和URAT0和URAT1串行接口及多达

81个I/O口。

微控器有32位累加器，支持C语言实时多任务处理。

（2） 数码显示和状态显示板：

该板由数码显示器和发光二极管组成。

数码显示器用于系列电流、槽电压和工艺过程控制参数。

发光二极管显示槽控机操作状态和运行状态以及电解槽的状态。

（3） 轻触开关板：

该板的轻触开关用于操作人员向槽控机发布各种操作指令。

NEUI－PIC300智能槽控机实物照片

3 功能描述

3.1 槽控机硬件功能：

（1） 控制两个交流220V的打壳电磁阀。

（2） 控制三个交流220V的下料电磁阀。

（3） 控制一个交流380V交流电动机正反转。

（4） 控制一个交流220V的阳极效应灯。

（5） 支持国际先进的CAN现场总线通讯网络协议，以实现电解槽的分布控制、集中管理。

（6） 对电解槽压进行实时采样，采样方式为电压频率转换方式，采样范围为0～100VDC（自动换档），线性误差＜0.1‰。

（7） 同步实时采集系列电流频率信号。

（8） 具有对槽电压采样进行自校正、对采样误差过大的情形进行安全保护与错误报警功能，确保槽控机采样数据真实，控制安全可靠。

（9） 在显示面板上有三组大字符数码显示管，分别用于显示电流、电压及能通过功能键循环查看相关参数。

（10） 在显示面板上设置相关功能显示发光二极管，指示槽控机的工作状态。

（11） 操作面板开关采用轻触开关，接收操作人员的人工输入命令。

（12） 大字符LED槽电压表，提供独立于槽控机采样通道的槽电压显示。

（13） 看门狗（WATCHDOG）方式监视软件的正常运行。

（14） 具有一个软件可控交流口，监视槽控机设备电源，确保槽控机安全运行。

（15） 对阳极升降具有多种限时与限幅保护功能（包括由硬件上安全定时器，以及软件上的限时与限幅处理措施），做到阳极升、降万无一失。

（16） 具有自诊断功能，可对槽控机故障进行显示，方便维修。

（17） 所有数据实行断电保护，确保控制的连续性。

（18） 输入与输出之间实现多级光电隔离，确保设备与人身安全。

（19） 实现闭环控制，确保发出的指令正确执行。

（20） 逻辑部分的易损件设计为可插拔的分离部件，以便维护。

（21） 槽控机内高频动作、大电流和高电压节点等关键元件采用高质量产品或进口元件。

3.2 槽控机软件功能：

槽控机软件是根据铝电解生产的特点，在总结专家的知识和经验的基础上，

综合应用专家系统技术和模糊控制技术开发的适合在槽控机上运行的铝电解生产过程实时智能控制软件。

它是铝电解生产过程智能控制系统的核心内容，其主要功能如下：

（1） 电解槽数据采集与解析

在线采集系列电流和槽电压数据，并经过卡尔曼滤波和平滑处理，作为判断槽况，进行槽温控制、氧化铝浓度控制的重要依据。

（2） 氧化铝浓度智能控制

在铝电解生产过程中，槽电阻与氧化铝浓度存在不对称的U型关系。

在控制中，我们采用对电解槽施加“激励”（氧化铝“欠量加料”与“过量加料”），并考虑槽况的综合因素，应用模糊专家控制技术对被控对象（氧化铝浓度）动态特性在线智能辨识，并依据辨识结果实时调整模糊专家控制器的工作点和进行加料控制方式的选择。

为了增强系统的鲁棒性，在系统中引进自决策机制，在氧化铝浓度在线评估和槽况自诊断的结果基础上进行决策，实时调整系统中的比例因子和模糊集合（论域自调整），达到保持较好的系统动、静态品质的目的，从而保证氧化铝浓度控制精度达到预期的效果。

（3） 极距调整和热平衡控制

以保证电解槽能量平衡为原则，通过槽况诊断系统对引起槽电阻变化的因素进行分析、判断，通过在一定的范围内自动地调整槽电阻目标控制区域，并选择最佳的极距调节频率和幅度，维持理想的极距和热平衡。

（4） 阳极效应跟踪预测及抑制

槽控机在电解槽生产过程控制中不断地监视槽电阻斜率的变化趋势，并根据槽电阻的斜率变化状态，做出效应预测。

并采取特殊加料方式进行抑制。

（5） 槽压波动的判断和自动处理

槽控机安装有槽噪声分析软件，结合槽况诊断系统，对槽电压波动异常工况进行在线诊断。

并做出报警和相应的处理。

（6） 工艺操作过程控制

在正常生产过程中，电解槽的出铝、换极、边部加工、母线提升等是必要的工艺操作，对于这些特殊生产操作，控制软件将依据不同操作类型、不同浓度情况，进行相应的监控。

（7） 氟盐加料自动控制

按上位机下送的加料量，选择合适的加料速率进行氟盐加料。

3.3 手动控制功能

3.3.1 手动极距控制

槽控机动力箱和逻辑箱具有手动极距控制按钮，可进行手动阳极升、降控制。

3.3.2 手动加料控制

手动加料控制可由逻辑箱上和动力箱上的操作按钮进行，分手动定时加料控制和效应处理加料控制。

3.4 生产管理功能

各种控制过程信息显示

各种槽状态信息显示

生产工艺参数信息显示

3.5 槽控机自诊断功能

3.5.1 主控板上电自诊断

主控板上电时对中央处理单元进行自诊断，如果正常，中央处理单元绿灯亮，如果有故障，红指示灯亮或红、绿指示灯同时亮。

3.5.2 接触器动作失败、粘连检测

接触器动作失败，粘连检测是通过检测板，提升机加电，工作1和工作2信号来在线检测，当程序发提升机命令前或清提升机命令后，若有提升机加电信号，则主接触器粘连，若程序发提升机命令后，无提升机信号，则主接触器动作失败。

同理，当程序发阳极升降命令前或清阳极升降命令后，若有工作1和工作2信号，则阳极升降接触器粘连，若程序发阳极升降命令后，无工作1、工作2信号，则阳极升降接触器动作失败。

3.5.3 定时器检测

程序发加电诊断信号，定时器开始计时，在规定的时间内，定时继电器动作，并将超时信号反馈给计算机，若在规定的时间内无超时反馈信号，则是定时器故障。

3.5.4 失电检测

当主电源开关合上时，分励脱扣器辅助触点闭合，主电源跳闸信号为高电平。

当主电源开关断开时分励脱扣器辅助触点断开，主电源跳闸信号为低电平，程序通过判断主电源跳闸信号的电平状态，可在线自动进行失电检测。

3.5.5 V/F检测

主控板上设置标准电压（4V），程序发V/F诊断信号后，计算机采集标准电压，若其数值超过规定范围，则认为V/F转换电路故障。

3.5.6 三相交流电源缺相检测

若程序发阳极升降命令后，若无工作1或工作2信号则可判定三相交流电源缺相。

3.5.7 分励脱扣器线圈检测

程序通过空开线圈检测信号来判断。

计算机发加电诊断信号，在规定时问内定时继电器动作，并反馈空开线圈检测信号，若无此信号，则空开线圈故障。

3.5.8 交流口检测

交流口信号是我们为了防止由于程序乱，造成阳极升降误动作而设计的。

其工作原理类似于看门狗，当程序正常时，定时向一输出口发出脉冲信号（称交流口）。

若在规定时间内无此脉冲信号，表示程序乱，并驱动定时继电器动作，切断提升机命令。

若此时有阳极升降动作，将分励脱扣线圈接通，主开关跳闸。

其检测过程就是在规定时间内不发脉冲信号，看定时继电器是否动作，若不动作，就可认为交流口故障。

3.6阳极动作保护功能

3.6.1 阳极升降限位保护

通过槽上阳极升降计数器的上下限常开、常闭触点进行保护。

3.6.2 阳极升降限时保护

分为硬件和软件两种保护，硬件设计有定时器0—10S可调（设置6S），软件设阳极升降动作时间，到时切断输出命令。

逻辑箱上手动阳极升降操作也进行限时保护。

4 性能及技术规格和参数

4.1 空气开关

C45N2P10A

C45AD3P40A

MX十0F（分励脱扣）MX十0F220—415VAC接点3A

4.2 接触器3TB44

线圈电压220VAC

触头50A

4.3 槽压表

量程：

0—100V

精度：

0．2％

分辨率：

10MV

显示方式：

41／2位LCD

工作环境：

温度-10~50℃

电源：

AC220土10％50Hz

功耗：

小于5VA

外形尺寸：

160x80x60（mm）

4.4 检测板

输入通道数：

8路

输入电压范围：

0—380VAC

数字量输出通道数：

8路

输出通道组数：

1组（8位／组）

工作电压：

12VDC

隔离电压：

1500V直流

工作温度范围：

0—80℃

4.5开关电源

交流输入电压：

180—260VAC

交流输入频率：

47—63Hz

直流输出路数：

6路

+5V、5A;+15V,1A;-15V、1A;+12V、3A;

+5V、1A;+5V、1A;

负载输出调整率＜=0.2％

输出纹波电压＜=50m（VPP值，含噪声）

输出电压可调范围：

＞=10％

效率：

满负载72％

温度系数:

0.02％℃

保持时间：

满载时20ms

过压保护:

十5V输出时为5.6—6.4V

过流保护：

对所有输出