先进控制技术在预焙铝电解过程控制中的应用

先进控制技术在预焙铝电解过程控制中的应用

杨军红

青海桥头铝电股份有限公司青海西宁810100

摘要：针对预焙铝电解过程设计了先进控制技术的总体方案，依据神经网络的电解槽相关数据以及阳极效应制作了预测模型结构，依据向量机的槽况分析设计出诊断系统，提供了先进的控制举措，电解质温度处于优化混沌状态和对氧化铝浓度的模糊控制技术，还根据有关数据、质量、能量消耗、产量等的优化控制环节，提供了针对模糊专家控制技术创新的智能协调举措，达到全盘优化的控制目的。结果证明，系统工程高效实现了预焙铝电解槽的优化控制目的，实行了在线解析槽况状态，并且完成优良的运行控制标准，使得企业的经济和社会效益显著提高。

关键词：先进控制；预焙铝电解槽；专家模糊控制

引言:预焙铝电解工艺的特点有强非线功能、强耦合作用、时变性、大时滞、输入多输出也多等等，是一种复杂的生产工艺控制体系。过去的经典控制理念和现代控制理论应用已经不能满足当前需要，相关的管理人员凭借长期累积的实践经验也满足不了模拟生产实施操作，解析槽况状态、判断调整电解槽的控制过程，新知识的汲取也得不到满足，所以，很难实现新开发的铝电解过程控制体系在繁杂电解过程全盘优化的控制目标，先进的控制理念就一步步渗入实行铝电解工艺流程中优化控制发展趋势，我们基于当前研发的控制系统中出现的问题，对先进的控制技术进行了探讨，提供了铝电解生产工艺流程的完整结构设计，利用数据预测模型制作以及控制技术的设计方式，依据相关数据，产品质量、能量消耗的优化控制，提供了在专家模糊控制技术的基础上进行智能协调举措，进一步完善全盘优化的控制指标。

一、预测模型槽况分析系统

1.1电解槽数据模型和阳极效应预报模型

电解槽参数的预测模型制作，是整个优化控制的前提，预测精准度直接关系到控制的安全有效。选用三层神经网络建造的氧化铝浓度预测模型、电解槽极距、电解温度预测模型。

利用神经网络技术，混沌优化配置的自动化控制技术合作，预测模型大幅度提升了预测的精准度和预测速度，实现了实时控制的要求，对铝电解工艺流程中的控制起到了十分重要的作用。

在分析研究预焙铝的阳极效应走向的发展条件下，开发了混沌优化的神经网络预报模式，选用三层网络结构形式，实现阳极效应预报，预报的精准性，对氧化铝浓度和效能系数指标起到了很好的控制作用，给现代高效节能减排的生产条件奠定了坚实的基础。

1.2支持向量机的槽况分析系统

因为电解槽况状态的判断一般是人工操作，所以槽况分析的数据不完整，不精准，不确定很常见，相关的管理人员大多是凭自己的经验和知识来进行评判，这就会出现同一个工厂里的同一个生产运行中的，或者不同场地，不同槽点的控制效果有明显不同的结果，所以选用专家系统分析，把操作管理的经验和槽况知识转换为知识库的知识结构，让计算机网络技术进行自动化诊断槽况状态，优化数据信息，使各槽做到最佳操作管理水平，实现控制效果最佳的目标，这样才能真正落实工艺过程的最佳控制效果，选取多支持向量机模型的应用技术，实行槽况状态的分析诊断系统。主要包括以下功能：首先是槽况状态的分析与诊断。按照在线收集的信息，预测模型输出信息，人工输入槽况状态的信息参数，实行研究分析，推理评判槽况信息，为生产和管理人员的方案提供参考价值。

其次预测出铝量。依据结果和实时信息预测出铝量，指导生产运行。

还有调整控制参数。依据诊断结果，分析能量平衡状态，调整相关控制数据。

最后提供维修槽况参考建议。依据诊断结果提供调整操作建议，给炉前操作提供参考价值。

二、生产工艺中的优化控制和智能协调控制

2.1生产过程的优化控制模式

生产工艺中优化控制指的是氧化铝浓度、极距和电解温度的优化控制过程。极距的控制模式是利用槽电阻控制模型来完成的。它调节极距达到改变铝电解槽的输入能量，控制槽能量的平衡状态。所以，在铝电解生产过程，要及时调节极具，以此保持槽电压的设定值。选用RC的调整办法，利用不受电流波动作用干扰的槽电阻值进行控制，依据实时收集的槽电阻值，和设定标准值进行比对，按照结果实行极距的调节，做到保持正常的能量以及极距平衡状态。

氧化铝浓度的控制方式有很多，都是根据氧化铝浓度和槽电阻的关系为条件的，过去的下料手法容易导致槽况处于非正常状况，出现浓度大面积波动现象，难以控制。选用连续调整下料周期的方式，利用专家模糊控制技术进行下料，尽量控制浓度波动幅度，使其平稳。

在铝电解工艺中，电解温度对电流效率有重要的影响。选用串级控制方式，主控制器选取温度模糊控制器，添加前馈控制器的使用，这样可以加快响应速度，提升扰动调节功能，解决非线性的问题。通过调节槽电阻，实现自动控制电解温度。

2.2智能协调控制

智能协调技术利用智能化和对电解槽数据处理控制实行调整，来保障生产指标的完成。依据电解工艺中相应的数据信息，阳极效应，预测结果，槽况状态等方面的结果分析，做出状态识别、判断、预测，通过对重要数据信息的优化调控起到总体协调的功能。

智能协调优化控制，依据相关数据信息的耦合作用，产品质量产量，能量消耗等方面的情况和控制的联系选用了专家模糊控制基础上智能协调举措，对工艺流程中的有关数据进行在线更正，做到了同步优化控制的实现。

结束语:

铝电解的工艺流程，是一种复杂的物理化学生产过程，还是多变量耦合作用、非线性时变的流程。在铝电解工艺流程中，在没有获得精确模型参照的条件下，利用先进的控制技术指导就能获得相应的控制目的。按照铝电解工艺的最佳生产需求，应用了先进的控制理念，选用神经网络技术，支持向量机模式，专家系统分析，混沌优化配置等方面的的自动化控制技术创新体系，把它应用到预测模型，电解温度控制体系以及智能协调优化控制程序中去。实际作业后证明，预测模型解决了过去电阻跟踪模式的预报方法存在的问题，克服了数据信息单一缺点和预测不准确的判断等方面的缺陷，作到了精度高、超调小、鲁棒性好的优质控制要求，给铝电解槽的安全稳定运行提供了高效的控制举措，在铝电解工艺中，先进的控制技术的研发应用，大力提升了铝电解槽的电流功能，减少了直流电损耗和阳极效应的系数指标，保证了电解槽物料和能量的平衡状态，达到了最佳生产工艺要求，使得企业的经济效益和社会效益有了显著的提高。

参考文献:

[1]自抗扰控制技术在铝电解过程控制中的应用[J].阚洪亮.科技广场.2018(10)

[2]神经网络自适应逆控制在铝电解过程控制中的应用[J].阚洪亮,阚凤龙,韩中华,赵浩轩.科技广场.2017(09)

[3]神经网络预测器在铝电解过程控制中的应用[J].李界家,郭宏伟,文达.沈阳建筑大学学报(自然科学版).2016(06)