专利名称：电解槽自适应控制方法
技术领域：
本发明涉及电解铝领域，尤其涉及ー种电解槽自适应控制方法。
背景技术：
电能消耗是电解铝生产エ艺上能源消耗最大的地方，随着电费价格越来越高，其在铝成本中的比重越来越大，因此，降低电解铝电耗是全国各个电解铝厂降低铝锭成本、增加经济效益的有效途径，也是国家重点攻关课题。铝电解过程中伴随着复杂的电化学反应，物质和能量转换复杂，生产环境极其恶劣，生产过程机理不清楚，难以建立数学模型；而且生产过程具有高度非线性、干扰大、不确定性强、未知因素多、可在线监测信息量少，这些都増加了生产过程准确控制的难度。为此，国内外研究者一直致力于·铝电解自动控制技术的研究、开发工作。沈阳铝镁设计研究院研究开发了基于BITBUS总线技术的铝电解槽分布式控制系统；贵州铝厂和贵阳铝镁设计研究院联合完成了大型预焙槽滞环自适应控制系统的开发，所谓自适应控制，就是使电解槽在能量和物料平衡的状态下工作，槽子处于基本稳定状态；自适应控制的基本思想是根据Al2O3浓度与槽电阻对应关系，利用槽电阻“辨识”Al2O3浓度，然后控制Al2O3加料速率；沈阳铝镁设计研究院和抚顺铝厂共同承担了有色总公司“八五”攻关项目“智能型铝电解槽エ业试验”;青海铝厂与中南エ业大学共同承担了 “智能模糊控制技术在160kA预焙铝电解槽上的开发应用”;这些研究工作的进行，使我国铝电解控制技术在很多方面都已接近了国际水平，电解铝的电耗也有了较大的改进。但是以上的研究工作主要都是集中在槽控机的控制上。目前，电解槽的控制完全由槽控机完成，由于槽控机的控制对实时性要求较高，所以槽控机不太可能去处理大量的数据。因此槽控机不论采用何种控制算法，基本上都是根据最近所采集的两个小时内的电压、电流数据进行处理和推理，推算出各个槽的设定电压和加料间隔时间。ー个电解车间内，所有的电解槽采用的控制算法完全一祥，但是实际上各个电解槽的状态都不一样，而只根据最近两个小时的数据显然是无法判断出比较准确的槽况和槽况的变化原因，因此，单独研究槽控机的控制算法无法真正解决电解槽的控制问题。
发明内容
本发明g在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了ー种电解槽自适应控制方法。本发明提供了一种电解槽自适应控制方法，包括如下步骤:步骤1，分析电·解铝过程中电解槽一定时间段内的电解槽电压波动值和エ况情況，设置槽控机工作状况和氧化铝浓度区间值；步骤2，判断エ况情况，在所述一定时间段内，记录电解槽电压波动值的升降情況、电解槽电压波动值的波动幅度、电解槽电压波动值突变的情况；步骤3，根据氧化铝浓度的初始状态和氧化铝的浓度变化的速度计算一定时间段内的氧化铝浓度，控制电解槽槽控机，使电解槽槽控机工作状况和氧化铝浓度区间值始终达到优化状态。其有益效果是:针对电解槽的不同状态，创造性地提出了电解槽的自适应控制方法，综合了上位机与槽控机的控制，通过上位机的判断在槽控机中有机地集成了与槽况、エ况相关的控制因素，从而使电解槽的自适应专家系统控制技术可以满足各种电解槽的不同控制要求，从而实现了电解槽的节能降耗。为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种电解槽自适应控制方法，包括如下步骤:步骤1，分析电解铝过程中电解槽一定时间段内的电解槽电压波动值和エ况情況，设置槽控机工作状况和氧化铝浓度区间值；步骤2，判断エ况情况，在所述一定时间段内，记录电解槽电压波动值的升降情況、电解槽电压波动值的波动幅度、电解槽电压波动值突变的情况；步骤3，根据氧化铝浓度的初始状态和氧化铝的浓度变化的速度计算一定时间段内的氧化铝浓度，控制电解槽槽控机，使电解槽槽控机工作状况和氧化铝浓度区间值始终达到优化状态。所述的电解槽自适应控制方法，优选的，步骤I中设置槽控机包括:步骤21，控制电解槽槽控机的加料速度，根据设置的槽控机工作状况和氧化铝浓度区间值，控制进料速度；步骤22，从低氧化铝浓度找出ー个最低氧化铝浓度区间作为初始氧化铝浓度,从初始氧化铝浓度开始根据电解槽电压的变化率和加料间隔时间，开始计算氧化铝浓度，每隔一定时间段对氧化铝浓度进行一次校正。
所述的电解槽自适应控制方法，优选的，所述槽控机工作状况和氧化铝浓度区间值包括:槽控机工作状况:=健康:基本NB=额定NB*NB系数NB系数:=0.85，氧化铝浓度区间值i = 1.5 3.5% ；槽控机工作状况2ニ基本健康:基本NB=额定NB*NB系数2，NB系数2 = 0.90，氧化铝浓度区间值2=1.5 (3.5-修正氧化铝浓度J % ;槽控机工作状况3=亚健康:基本NB=额定NB*NB系数3，NB系数3 = 0.95，氧化铝浓度区间值3=1.5 (3.5-修正氧化铝浓度2) % ;槽控机工作状况4 =临界健康:基本NB=额定NB*NB系数4，NB系数4 = 1.0，氧化铝浓度区间值4 = 1.5 (3.5-修正氧化铝浓度3) % ;槽控机工作状况5 =轻微病态:基本NB=额定NB*NB系数5，NB系数5 = 1.05，氧化铝浓度区间值5 = 1.5 (3.5-修正氧化铝浓度4) % ；槽控机工作状况6=中度病态:基本NB=额定NB*NB系数6，NB系数6 = 1.10，氧化铝浓度区间值6=1.5 (3.5-修正氧化铝浓度5) % ；槽控机工作状况7=严重病态:基本NB=额定NB*NB系数7，NB系数7 = 1.15 ;氧化铝浓度区间值7=1.5 (3.5-修正氧化铝浓度6) % ；其中，NB为基础加料间隔时间。所述的电解槽自适应控制方法，优选的，所述电解槽电压波动值包括:
每ー种电解槽电压波动值与所述槽控机工作状况和氧化铝浓度区间值相对应，电解槽电压波动值i =非常正常:设定电压=正常设定电压-AU1 ；电解槽电压波动值2=正常:设定电压=正常设定电压-AU2 ；电解槽电压波动值3=基本正常:设定电压=正常设定电压-AU3 ；电解槽电压波动值4 =临界正常:设定电压=正常设定电压-AU4 ；电解槽电压波动值5=轻微恶化:设定电压=正常设定电压+AU5 ；电解槽电压波动值6=中度恶化:设定电压=正常设定电压+AU6 ；电解槽电压波动值7=严重恶化:设定电压=正常设定电压+AU7 ；其中，AU1为槽控机工作状况i和氧化铝浓度区间值i状态下，槽控机控制氧化铝浓度的电压值；AU2为槽控机工作状况2和氧化铝浓度区间值2状态下，槽控机控制氧化铝浓度的电压值；AU3为槽控机工作状况3和氧化铝浓度区间值3状态下，槽控机控制氧化铝浓度的电压值；A U4为槽控机工作状况4和氧化铝浓度区间值4状态下，槽控机控制氧化铝浓度的电压值；AU5为槽控机工作状况5和氧化铝浓度区间值5状态下，槽控机控制氧化铝浓度的电压值；A U6为槽控机工作状况6和氧化铝浓度区间值6状态下，槽控机控制氧化铝浓度的电压值；AU7为槽控机工作状况7和氧化铝浓度区间值7状态下，槽控机控制氧化铝浓度的电压值。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:针对电解槽的不同状态，创造性地提出了电 解槽的自适应专家系统控制技木，综合了上位机与槽控机的控制，通过上位机的判断在槽控机中有机地集成了与槽况、エ况相关的控制因素，从而使电解槽的自适应专家系统控制技术可以满足各种电解槽的不同控制要求，从而实现了电解槽的节能降耗。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
图1为本发明电解槽自适应控制方法流程图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，不同寿命和不同槽况的电解槽具有不同的电解能力，因此在不同的电解能力下，电解槽的加料速度应该是不同的，而不能完全按照统一的浓度变化过程进行控制；同样，电解槽处于不同的运行状态，需要不同的能量和物料，即输入的能量应该与运行状态有夫。因此，槽控机的控制需要根据电解槽的槽况和运行状态进行控制算法的自适应调整，即电解槽控制优化的基础就是对电解槽槽况的准确判断、运行エ况的准确判断和氧化铝浓度区域的准确判断，并在此基础上通过在控制策略中増加槽况、エ况的影响因子，将电解槽的运行状态朝好的方向去引导，延长电解槽良好运行的时间，从而降低电解槽的能耗。为此，在电解槽自适应专家系统控制技术中引进了电解槽的槽况和电解槽エ况的概念。电解槽的槽况是表示电解槽所具有的电解能力的指标，将槽况分为健康、基本健康、亚健康、临界健康、轻微病态、中度病态、严重病态七种状态。电解槽的エ况是表示电解槽当前所发生的电解能力与输入能量的匹配关系的指标，该指标独立于槽况。将エ况分为非常正常、正常、基本正常、临界正常、轻微恶化、中度恶化、严重恶化七种エ况。
无论采用何种控制算法，电解槽中氧化铝浓度的判断永远是控制的基础，准确的氧化铝浓度判断是实现自适应专家系统控制技术的基础。电解槽中氧化铝的浓度大小会影响槽电压的大小，因此通过槽电压的大小可以推算出氧化铝的浓度。但由于槽电压不仅与氧化铝的浓度有关，而且与阳极极距的大小有关，因此极距的调整都会影响氧化铝的浓度判断；同吋，电解槽中不断在添加氧化铝，会不断影响氧化铝的浓度变化，因此只根据槽电压的变化率是无法判断出准确的氧化铝浓度。为此，对电解槽中氧化铝浓度采用智能推理的方法进行判断，浓度判断的准确率达到了 95%以上。电解槽的自适应专家系统控制技术的实现离不开电解槽槽况、エ况和氧化铝浓度的判断，采用数据挖掘技术和智能推理技木，在上位机上对每ー个电解槽一定时间内的数据进行分析推理出电解槽的状況。电解槽的槽况分析思路:通过分析每ー个电解槽最近一段时间内的槽电压波动值和エ况情况来确定。エ况判断的基本思想是:在一个时间段内，整个波形的升降情况、波形的波动幅度、波形突变的情況。电解槽中氧化铝浓度判断的思路:氧化铝的浓度是不会突变的，因此根据氧化铝浓度的初始状态和氧化铝的浓度变化的速度可以推算出任何时间段的氧化铝浓度。从低浓度区找出ー个最低的作为ー个初始状态，从初始状态开始根据槽电压的变化率和加料间隔时间，开始推算氧化铝的浓度。每隔一段时间后对浓度进行一次校正。在准确判断了电解槽槽况、エ况、氧化铝浓度的基础上，提出了自适应控制技术的具体实现方法:电解槽的槽况将决定基础加料间隔时间(NB)的大小，エ况将决定设定电压的大小。因此，根据槽况、エ况、氧化铝浓度区间对槽控机的设置值为:槽况=健康:基本NB=额定NB*NB系数^NB系数:=0.85 ;浓度范围=1.5 3.5% ；槽况=基本健康:基本NB=额定NB*NB系数2，NB系数2 = 0.90 ;浓度范围=1.5 (3.5-修正浓度^%;槽况=亚健康:基本NB=额定NB*NB系数3，NB系数3 = 0.95 ;浓度范围=1.5 (3.5-修正浓度2)%;槽况=临界健康:基本NB=额定NB*NB系数4，NB系数4 = 1.0 ;浓度范围=1.5 (3.5-修正浓度3)%;槽况=轻微病态:基本NB=额定NB*NB系数5，NB系数5 = 1.05 ;浓度范围=1.5 (3.5-修正浓度4)%;槽况=中度病态:基本NB=额定NB*NB系数6，NB系数6= 1.10 ;浓度范围=1.5 (3.5-修正浓度5)%;槽况=严重病态:基本NB=额定NB*NB系数7，NB系数7 = 1.15 ;浓度范围=1.5 (3.5-修正浓度6)%;エ况=非常正常:设定电压=正常设定电压-AUl ；エ况=正常:设定电压=正常设定电压-A U2 ;
エ况=基本正常:设定电压=正常设定电压-A U3 ；エ况=临界正常:设定电压=正常设定电压- A U4 ；エ况=轻微恶化:设定电压=正常设定电压+AU5 ；エ况=中度恶化:设定电压=正常设定电压+AU6 ；エ况=严重恶化:设定电压=正常设定电压+AU7。Tn是电解槽的第n点温度值，它的范围为0C° 1000C° ；An是电解槽的第n点温度值的ー阶导数值，即为単位时间内第n点温度的变化值。它的范围为(Tl。(I)电解槽的自适应专家系统控制技术对电解槽槽况、エ况判断的准确性高于95%。(2)电解槽的自适应专家系统控制技术对氧化铝浓度判断的准确性达到了 96%以上。如图1所示，本发明提供了一种电解槽自适应控制方法，包括如下步骤:步骤1，分析电解铝过程中电解槽一定时间段内的电解槽电压波动值和エ况情況，设置槽控机工作状况和氧化铝浓度区间值；步骤2，判断エ况情况，在所述一`定时间段内，记录电解槽电压波动值的升降情況、电解槽电压波动值的波动幅度、电解槽电压波动值突变的情况；步骤3，根据氧化铝浓度的初始状态和氧化铝的浓度变化的速度计算一定时间段内的氧化铝浓度，控制电解槽槽控机，使电解槽槽控机工作状况和氧化铝浓度区间值始终达到优化状态。所述的电解槽自适应控制方法，优选的，步骤I中设置槽控机包括:步骤21，控制电解槽槽控机的加料速度，根据设置的槽控机工作状况和氧化铝浓度区间值，控制进料速度；步骤22，从低氧化铝浓度找出ー个最低氧化铝浓度区间作为初始氧化铝浓度,从初始氧化铝浓度开始根据电解槽电压的变化率和加料间隔时间，开始计算氧化铝浓度，每隔一定时间段对氧化铝浓度进行一次校正。所述的电解槽自适应控制方法，优选的，所述槽控机工作状况和氧化铝浓度区间值包括:槽控机工作状况健康:基本NB=额定NB*NB系数NB系数:=0.85，氧化铝浓度区间值fl.51.5%；槽控机工作状况2ニ基本健康:基本NB=额定NB*NB系数2，NB系数2 = 0.90，氧化铝浓度区间值2=1.5 (3.5-修正氧化铝浓度J % ;槽控机工作状况3=亚健康:基本NB=额定NB*NB系数3，NB系数3 = 0.95，氧化铝浓度区间值3=1.5 (3.5-修正氧化铝浓度2) % ;槽控机工作状况4=临界健康:基本NB=额定NB*NB系数4，NB系数4 = 1.0，氧化铝浓度区间值4 = 1.5 (3.5-修正氧化铝浓度3) % ;槽控机工作状况5 =轻微病态:基本NB=额定NB*NB系数5，NB系数5 = 1.05，氧化铝浓度区间值5 = 1.5 (3.5-修正氧化铝浓度4) % ；槽控机工作状况6=中度病态:基本NB=额定NB*NB系数6，NB系数6 = 1.10，氧化铝浓度区间值6=1.5 (3.5-修正氧化铝浓度5) % ；槽控机工作状况7=严重病态:基本NB=额定NB*NB系数7，NB系数7 = 1.15 ;氧化铝浓度区间值7=1.5 (3.5-修正氧化铝浓度6) % ；其中，NB为基础加料间隔时间。所述的电解槽自适应控制方法，优选的，所述电解槽电压波动值包括:每ー种电解槽电压波动值与所述槽控机工作状况和氧化铝浓度区间值相对应，电解槽电压波动值f非常正常:设定电压=正常设定电压-AU1 ；电解槽电压波动值2=正常:设定电压=正常设定电压-AU2 ；电解槽电压波动值3=基本正常:设定电压=正常设定电压-AU3 ；电解槽电压波动值4=临界正常:设定电压=正常设定电压-AU4 ；电解槽电压波动值5 =轻微恶化:设定电压=正常设定电压+AU5 ；电解槽电压波动值6=中度恶化:设定电压=正常设定电压+AU6 ；电解槽电压波动值7=严重恶化:设定电压=正常设定电压+AU7 ；
其中，AU1为槽控机工作状况i和氧化铝浓度区间值i状态下，槽控机控制氧化铝浓度的电压值；AU2为槽控机工作状况2和氧化铝浓度区间值2状态下，槽控机控制氧化铝浓度的电压值；AU3为槽控机工作状况3和氧化铝浓度区间值3状态下，槽控机控制氧化铝浓度的电压值；A U4为槽控机工作状况4和氧化铝浓度区间值4状态下，槽控机控制氧化铝浓度的电压值；AU5为槽控机工作状况5和氧化铝浓度区间值5状态下，槽控机控制氧化铝浓度的电压值；A U6为槽控机工作状况6和氧化铝浓度区间值6状态下，槽控机控制氧化铝浓度的电压值；AU7为槽控机工作状况7和氧化铝浓度区间值7状态下，槽控机控制氧化铝浓度的电压值。本发明的有益效果是:针对电解槽的不同状态，创造性地提出了电解槽的自适应专家系统控制技术，综合了上位机与槽控机的控制，通过上位机的判断在槽控机中有机地集成了与槽况、エ况相关的控制因素，从而使电解槽的自适应专家系统控制技术可以满足各种电解槽的不同控制要求，从而实现了电解槽的节能降耗。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗g的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
权利要求
1.一种电解槽自适应控制方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1，分析电解铝过程中电解槽一定时间段内的电解槽电压波动值和エ况情況，设置槽控机工作状况和氧化铝浓度区间值； 步骤2，判断エ况情况，在所述一定时间段内，记录电解槽电压波动值的升降情况、电解槽电压波动值的波动幅度、电解槽电压波动值突变的情况； 步骤3，根据氧化铝浓度的初始状态和氧化铝的浓度变化的速度计算一定时间段内的氧化铝浓度，控制电解槽槽控机，使电解槽槽控机工作状况和氧化铝浓度区间值始终达到优化状态。
2.根据权利要求1所述的电解槽自适应控制方法，其特征在于，步骤I中设置槽控机包括: 步骤21，控制电解槽槽控机的加料速度，根据设置的槽控机工作状况和氧化铝浓度区间值，控制进料速度； 步骤22，从低氧化铝浓度找出ー个最低氧化铝浓度区间作为初始氧化铝浓度，从初始氧化铝浓度开始根据电解槽电压的变化率和加料间隔时间，开始计算氧化铝浓度，每隔ー定时间段对氧化铝浓度进行一次校正。
3.根据权利要求1-2任一项所述的电解槽自适应控制方法，其特征在于，所述槽控机工作状况和氧化铝浓度区间值包括: 槽控机工作状况i =健康:基本NB=额定NB*NB系数p NB系数:=0.85，氧化铝浓度区间值! = 1.5 3.5% ； 槽控机工作状况2ニ基本健康:基本NB=额定NB*NB系数2，NB系数2 = 0.90，氧化铝浓度区间值2=1.5 (3.5-修正氧化铝浓度J % ; 槽控机工作状况3=亚健康:基本NB=额定NB*NB系数3，NB系数3 = 0.95，氧化铝浓度区间值3=1.5 (3.5-修正氧化铝浓度2) % ; 槽控机工作状况4=临界健康:基本NB=额定NB*NB系数4，NB系数4 = 1.0，氧化铝浓度区间值4=1.5 (3.5-修正氧化铝浓度3) % ； 槽控机工作状况5=轻微病态:基本NB=额定NB*NB系数5，NB系数5 = 1.05，氧化铝浓度区间值5=1.5 (3.5-修正氧化铝浓度4) % ； 槽控机工作状况6=中度病态:基本NB=额定NB*NB系数6，NB系数6 = 1.10，氧化铝浓度区间值6=1.5 (3.5-修正氧化铝浓度5) % ； 槽控机工作状况7=严重病态:基本NB=额定NB*NB系数7，NB系数7 = 1.15 ;氧化铝浓度区间值7=1.5 (3.5-修正氧化铝浓度6) % ； 其中，NB为基础加料间隔时间。
4.根据权利要求3所述的电解槽自适应控制方法，其特征在于，所述电解槽电压波动值包括: 每ー种电解槽电压波动值与所述槽控机工作状况和氧化铝浓度区间值相对应， 电解槽电压波动值i =非常正常:设定电压=正常设定电压-AU1 ； 电解槽电压波动值2=正常:设定电压=正常设定电压-AU2 ； 电解槽电压波动值3=基本正常:设定电压=正常设定电压-AU3 ； 电解槽电压波动值4=临界正常:设定电压=正常设定电压-AU4 ；电解槽电压波动值5 =轻微恶化:设定电压=正常设定电压+AU5 ； 电解槽电压波动值6=中度恶化:设定电压=正常设定电压+AU6 ； 电解槽电压波动值マ=严重恶化:设定电压=正常设定电压+AU7 ； 其中，AU1为槽控机工作状况i和氧化铝浓度区间值i状态下，槽控机控制氧化铝浓度的电压值；AU2为槽控机工作状况2和氧化铝浓度区间值2状态下，槽控机控制氧化铝浓度的电压值；AU3为槽控机工作状况3和氧化铝浓度区间值3状态下，槽控机控制氧化铝浓度的电压值；A U4为槽控机工作状况4和氧化铝浓度区间值4状态下，槽控机控制氧化铝浓度的电压值；AU5为槽控机工作状况5和氧化铝浓度区间值5状态下，槽控机控制氧化铝浓度的电压值；A U6为槽控机工作状况6和氧化铝浓度区间值6状态下，槽控机控制氧化铝浓度的电压值；AU7为槽控机工作状况7和氧化铝浓度区间值7状态下，槽控机控制氧化铝浓度的电压值。
全文摘要
本发明提出了一种电解槽自适应控制方法，涉及电解铝领域，包括如下步骤步骤1，分析电解铝过程中电解槽一定时间段内的电解槽电压波动值和工况情况，设置槽控机工作状况和氧化铝浓度区间值；步骤2，判断工况情况，在所述一定时间段内，记录电解槽电压波动值的升降情况、电解槽电压波动值的波动幅度、电解槽电压波动值突变的情况；步骤3，根据氧化铝浓度的初始状态和氧化铝的浓度变化的速度计算一定时间段内的氧化铝浓度，控制电解槽槽控机，使电解槽槽控机工作状况和氧化铝浓度区间值始终达到优化状态。通过上述方法从而实现了电解槽的节能降耗。
文档编号C25C3/20GK103114309SQ20131005867
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月25日 优先权日2013年2月25日
发明者尹刚, 尹艺臻, 李卓蔓, 沈重衡, 尹松, 尹冬, 张艳怡, 尹在之, 白家扬, 尹平 申请人:重庆大学