第4篇第1章—计算机控制—概述

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1、第四篇、铝电解计算机控制及铝厂信息化第一章铝电解计算机控制系统的基本结构与功能自60年代起，传统的铝电解产业便开始采用新兴的计算机控制技术。随着计算机技术、自动控制理论和技术以及铝电解工艺的发展，20世纪70年代后大多数技术水平的先进的国家己普遍实现电解铝生产的计算机控制与管理。计算机控制管理功能的不断加强，不仅逐步把操作者从高温、强磁场和高烟尘环境下的繁重的体力劳动中解放出來，而且准确、及时、稳定和精细的校制，也使采用大容量（180〜500kA）预焙槽，并在低温、低分子比、低Al203浓度这些有利于大幅度提岛电流效率和降低能耗的技术条件下进行电解成为

2、可能。当前国际上先进的电流效率指标（94%〜96%）和直流电耗指标（13000〜13300kWh/t-A1）都是在先进的计算机系统的监控下取得的。铝电解槽自动化操作水平的提高，也使高度封闭式电解糟的设计成为了可能，从而有力地推动着铝电解生产朝着低污染、或无污染的方向迈进。计算机系统的使用，还使铝电解这一传统产业的管理方式迅速地走向数据化、标准化和科学化。总之，计算机控制与管理系统己成为现代铝电解生产过程必不可少的自动化装备，它的发展水平已成为当代铝冶炼技术发展水平的重要标志之一。1.1系统结构与功能的发展概况按控制系统的结构形式与控制方式来分类，铝电解

3、控制系统的发展大致经历了单机群控、集中式控制、集散式（或分布式）控制、先进集散式（或网络型）控制几个阶段11_5］。而伴随着结构与控制方式的发展，是控制方法与功能的不断发展。1.1.1单机群控系统（20世纪60年代一70年代）早在20世纪60年代，当小型机应用到工业领域在技术上和经济上变得可行时，铝工业便从1964年幵始采用它对铝电解生产系列进行监控。受当时技术上的限制，加之计算机昂贵，一个电解系列只能釆用一台小型机（经济许可时再备用一台），安装于计算站对全系列的电解槽进行监控。专门的信号采样装置实现对全系列各槽槽电压的循环扫描采集和对來自整流所的系列

4、电流信号的采集。來自电解槽旁的槽控箱只是一个简单的电动执行单元，它接受计算机的输出信号，完成阳极移动等功能。单机群控系统的主要功能是：依椐其在线采集的系列电流、各槽的槽电压，进行简单的分析运算和生产数据的整理报告，并通过控制各槽的阳极升降装罝，实现对槽电压（即极距）的自动调节，以及依据槽电压的跃升，进行阳极效应报警等。1.1.2集中式控制系统（20世纪70年代一80年代）进入20世纪70年代，人们对控制系统自动下料控制功能的追求导致了各类自动下料装置的出现。与此同时，微型计算机（微机）的发展使得构造能实现更多控制功能的先进控制系统成为可能。例如，Z80

5、等单板机曾被应用于槽校箱（从此，槽控箱也被称为槽控机），使槽控机除了简单的“执行”功能外，还具有定时下料和简单的故障诊断等功能。功能强一点的槽控机还具有独立完成槽电压采样的功能。但此阶段的槽控机一般无独立控制功能，整个计算机控制系统是一种集中式控制系统，即采用一台小型机作为上位机（主机），与每台电解槽（或数台电解槽）配备一台的槽控机构成两级集中式控制系统，由上位机集中控制、集中监视。以我国贵州铝厂20世纪80年代初期从日本引进的计算机控制系统为例，应用程序在主机（PDP-11小型机）内运行，槽控箱（以Z80单板机为核心）的存贮器只存有若干条按同定逻辑驱

6、动执行机构的同定程序。二级的分工是：主机进行系列全部槽的信号采集和解析（槽电阻计算、槽电阻稳定性分析、槽电阻调节、AE预报、定时下料安排等）；根据解析结果向槽控箱发布控制命令和监视其对命令的执行情况；以及累计数据、编制报表。槽控箱则接受经由输出接口设备传來的主机命令，按其内部固定逻辑驱动执行机构（马达、风机、各电磁阀）进行有序动作，从而完成阳极升/降，定时加料和阳极效应处理；通过接口设备向主机反馈以及在自己的操作面板上以信号灯显示各种状态信号（如手动或自动；料箱高、低料位；PN极升降吋由脉冲计数器产生的代表PN极移动量的脉冲数等）：此外，在槽控箱上可以

7、实现自动/手动切换和手动操作，并在脱离主机时自动完成定时下料作业。集屮式控制系统的缺点之一是，作为下级机的槽控箱无独立控制能力，主机负荷重，因此当电解槽数目多、或引入较多的控制信号，采用（准）连续按需下料等较复杂且实时性要求较高的控制模型吋，主机的采样和解析速度就难以满足要求；缺点之二是，主机一旦发生故障便会造成全系列槽的失控。虽然可采取一些措施來弥补这些不足，例如选用速度更高的采样没备，选用内存更大、运算速度更高的小型或微型机作主机和改进应用软件的编制等来提岛主机的解析与控制速度，采用双台主机互为备用的方式来提商系统的可靠性，以及在电解槽数较多时于两

8、级间增加一级区域通迅微机或区域控制机来分担主机的部分任务（具有区域分散式控制系统的特征），但是