“互聯網+”對電解鋁生產的應用探討

曹國強

（中國鋁業股份有限公司連城分公司，甘肅 永登 730335）

在2015年，全國的兩會上，李克強總理就在報告中指出，要制定“互聯網＋”行動計劃，讓現代的制造業和大數據、移動互聯網、云計算等有機地進行融合。在電解鋁生產過程中，“互聯網＋”起著什么重要的作用呢？我國的中大冶金設計研究院院長梁學民對“互聯網＋”和電解鋁生產裝備和工藝上帶來的影響做了深入的分析。

“互聯網＋”的主要目的就是讓電解鋁生產實現智能化，自動化，讓生產車間達到無人化作業，也是我國鋁企業在生產工藝上的改革。

1 “互聯網＋”與電解鋁生產

在鋁工業生產上，我國屬于生產大國，預計在2020年全國的電解鋁預期產量達到四千萬噸。我國的電解鋁技術已經在全世界鋁工業生產中名列前茅，但是在發展的過程中生產指標上依然存在很多的問題。

在供給側結構改革的整體思路中是參照我國的生產需求為基礎的，針對電解鋁要進行嚴格的控制，讓鋁企業在市場競爭中將性能和價格更具優勢。為此，就需要針對現在的鋁企業在生產模式和工藝上采取不斷地創新，同時將能源和成本有所降低，實現智能化、自動化生產，勞動效率要提高，然而“互聯網＋”的實際應用，就可以讓電解鋁生活實現智能、自動化，不但可以使用大數據和資源，同時給鋁工業在生產上帶來了發展的空間。

2 打造電解鋁生產智能化

電解鋁智能化可以讓生產工藝控制和替代人工操作的機械手更智能，起到優化的作用，同時還能將技術指標的需求有所提升，與此同時，電解鋁智能化還能讓成本有所降低，生產管理更加精準，不但確保企業在生產過程中安全，給生產運行起到了保障的作用，還將電解鋁的整體管理水平大大提高。

現階段，我國的鋁企業在生產實力上有很大的差別，在電解槽的生產模式上、槽型上也有很多的不同。本文將結合生產實際，在鋁電解生產過程中如何實現電解鋁生產智能化進行分析和探討。

①針對電解鋁智能化控制技術，主要是電解槽智能控制技術。利用移動智能的終端將電解槽實施遠程的監控和管理工作。②針對智能化裝備技術的實際應用。例如，打殼下料的裝置要智能化；多功能機組實現更復雜的操作；鋁產品生產過程實現智能制造、入庫、發運等。

目前，我國的絕大多數電解鋁廠都實現多場進行交互，其中有下面四個優勢：①鋁電解槽大型化；②工藝過程高溫電化學，并且反應很復雜，同時可以實現多場、多像的交互；③高溫溶體的腐蝕性能很強，多參數在檢測系數上難度很大；④數據量很大，工藝參數較多等。

2.1 鋁電解槽智能化控制

連城分公司500KA大型預焙電解槽作為第一條500KA生產線，分兩個廠房，6個工區，每個工區48臺，系列總計288臺電解槽。系列與2011年4月啟動，2012年5月份系列全部投產完成。電解兩個系列分別設有1個計算機控制站，12個工區每個工區設有監控終端。

對系列電解槽在遠程監控系統上將數據進行傳輸的模式是利用操控機然后讓光纖向接口機采取信息或者數據的傳遞，接口機把數據存儲到后臺數據庫，同時就能將數據實現寫的操作。

與此同時，管理機采用網絡和數據接口，然后將數據庫里的數據采取直接調取的過程，接著完成統一的收集、匯總過程，實現數據的讀操作。此外，作為遠程系統的基礎就是終端，同時要有管理機的功能，就是把數據從數據庫中提出的過程。下圖是鋁電解遠程監控系統數據示意圖。

圖1 鋁電解遠程監控系統數據傳遞示意圖

在讀出的數據上一般是通過圖形的形式展現出來，圖形分為兩種形式：實時的動態曲線和所有電解槽的歷史曲線。針對曲線要采取實時的查詢，可以檢測到電解槽內過去每一時間段的實際情況，經過對即時曲線的分析就能準確地將槽況具體信息進行判斷。

另外，接口機上就能查詢到過去人意時間段的實際情況，在管理機上就能準確地查詢到電解槽的實際工作情況，與此同時，查詢的時間還能進行延長，查詢的范圍也能不斷地擴大。

利用電解槽給圖形數據進行分析，不僅可以讓每臺槽在實際運行過程中掌握具體的情況，了解出現的異常反應，同時在參數上還能多出正確的決策。

利用電解槽電流、溫度、氧化鋁濃度等動態參數的在線檢測裝置，實現基于物聯的鋁電解過程全息精確感知，綜合運用最新信息技術和運籌學、統計學理論。實現鋁電解生產過程信息物聯化、生產操作標準化、管理決策智能化、設備和資源調度最優化，實現基于專家知識和模型驅動的鋁電解槽智能管控，為提高鋁電解生產和管理提供可靠依據。開發應用500KA電解工藝參數多維分析系統從數據庫提取數據，進行趨勢統計分析，指導電解生產，有利于提升管理水平。電解鋁在生產中很多的參數數據都是影響著生產狀況的直接因素。

為此，需要在操作前首先要采取預測，操作環節中進行監測，最后實施監督，讓電解槽在生產中一直處于安全、正常的運行。與此同時，要針對電解槽的生產提前采取分析，對相關的信息和資料進行提前搜集工作，善于利用各種各樣的數據，采取統計的方法，建立鋁電解槽工況預判模型、槽況診斷模型、生產操作評價模型、工藝參數分析模型、生產運行分析模型、績效考核模型、槽狀態預測模型以及基于大數據的專家系統推理引擎。應用“互聯網＋”技術將大數據庫構建，要針對數據進行加工處理，同時將每臺的鋁電解槽數據倉庫搭建起來。

另外，針對智能集成化優化模型要進行控制管理。例如，要把某一個電解槽在一個時期內出現的生產活動進行展示出來，就需要度運行的時間采取分析，同時考察槽的使用壽命，在哪個階段出鋁的效果高等問題。對分析的報表要采取認真的分析，將這些數據和信息作為下一個時間段的參考和依據，將分析問題的能力大大提高。

2.2 應用智能打殼下料裝置

在鋁電解槽打殼、下料中打殼下料氣缸是其中十分重要的一項裝置設備，這對電解槽在運行上和成本上起著很大的影響作用。在下料間隔是50s左右時，在打殼和下料方式上就有很大的問題。尤其是對新陽極進行更換后，出現了對應點的電流分布相對較弱，給下料點的溫度和電解質的流動性造成嚴重影響，導致了電解質流動性和氧化鋁溶解性能變差。

為此，要根據實際的控制模式進行改進，要讓電解槽下料點處不能出現堆積，讓電解槽打殼系統不能打開殼面。與此同時，在進行加料上加增加下料量，溶解的速度就會變慢，導致一些氧化鋁就會出現沉淀物，電解槽爐膛內有不平整的現象出現，電解槽的正常生產嚴重受到影響，電解槽電流效率也會大大降低，導致電解槽工作電壓逐漸升高，成本也會隨之上漲。

此外，針對傳統的打殼氣缸，在工作壓力上，沖程上是固定不變的，對此在打擊的過程中，不考慮氣缸打開殼面厚度等問題，氣缸是由控制系統進行設定完成的。

針對上述的情況對打殼下料系統進行智能化的改造。第一，要使用專家系統的大數據，在換極后要將電解槽氧化鋁的濃度進行分析，要把氧化鋁下料的控制形式提前設立好，利用智能的打殼下料裝置進行添加料，讓氧化鋁的濃度一直處于不變。

另外，要將氣缸的頂端外殼進行傳感器的測試，也就是在什么時間段進行打破等，這個時候換向閥就會轉向，也沒有出現延遲，同時壓力也不會積累太多。

2.3 開發應用精準出鋁系統

在電解鋁生產的過程中，出鋁的步驟是電解鋁生產環節非常重要的一項工作。電解鋁在出鋁的過程中需要電解車間下達出鋁作業任務單，確定當天的出鋁量和出鋁槽號等，然后天車配合出鋁工按照出鋁任務單進行操作。出鋁過程中使用天車稱重系統對出鋁量進行計量。在這個操作的過程是需要人工進行完成的在實際的運行過程中一般是兩臺槽合包出鋁，單槽出鋁量無法準確計量，而且由于出鋁的精準度在控制上很難達到精確會破壞電解槽工藝技術條件，引起電解槽鋁水平波動，導致電解槽在運行過程中出現不穩定的問題。

伴隨著科學技術的不斷加速發展和信息化平臺的不斷完善，在電解鋁生產過程中“互聯網＋”技術的融入，與智能化自動控制設備進行緊密地結合，在不改變原有操作方式的情況下實現自動精確控制出鋁，控制出鋁精度并報告單槽出鋁量，為生產管理提供準確的原始數據。能自動識別出鋁天車所在位置的電解槽槽號，可顯示槽號、計劃出鋁量、實際出鋁量、流速、總重等。

采用先進的多級計算機控制系統，通過無線測控技術實現出鋁現場與監控微機的數據共享，數據庫實現出鋁數據的存儲和管理，實現了實時顯示、記錄單槽的出鋁數據。根據出鋁任務單，對單個電解槽進行實際出鋁量計量、出鋁精準控制、數據統計，并通過計算機網絡實現數據共享和信息化管理。

精準出鋁系統最大限度降低了人人為干擾因素，利用天車計量系統實現自動化，系統針對出鋁量進行嚴格的計量，按照出鋁量的多少進行精準地調控風量，讓出鋁量實現精準控制。另外，大大降低了人工的實際操作，也減少了勞動的支出，提高了精準度，給電解槽帶來的影響也降到了最低。

2.4 優化電解槽控制系統

針對氧化鋁溶解速度與擴散速度的不確定性、氧化鋁濃度的不均勻性、槽內磁場強、溫度高、腐蝕性強、內部空間緊湊等特點，采用電解槽內電流分布、溫度分布、氧化鋁濃度分布檢測裝置，實現槽況數據信息的在線采集，開發一種基于預測模型的軟測量與分布式測量相結合的鋁電解實時狀態分析方法，突破鋁電解過程狀態監測技術的瓶頸。

在每臺電解槽三段橫梁母線上各安裝一套專用橫梁母線位置精準測量傳感器，在每臺電解槽煙道端安裝一臺母線位置采樣儀，每一臺傳感器通過高溫電纜與采樣儀連接，組成一套三段母線精確位置測量系統，該系統與電解槽智能控制器通過CANBUS通信。在電解槽梁母線與立柱母線連接處（共計有6個）安裝立柱電壓采樣電纜，與電解槽智能控制器連接，完成智能控制器的多點采樣功能，以便電解槽智能控制器能進行電解槽區域濃度控制。

在每一臺電解槽原來安裝槽控機的位置，安裝一臺智能鋁電解槽控制器，該控制器能對電解槽上部三臺提升電機進行單獨控制和保護，通過與安裝的一套三段母線精確位置測量系統通信，實現三段母線的實時監測，實時對電解槽三段母線進行自動調平，有效解決三段母線不同步的問題.該控制器還對六個立柱電壓和煙道端母線電壓及系列電流進行同步采樣，根據計算六個下料點各自的氧化鋁濃度，可實現單點打殼單點下料，達到對電解槽區域濃度控制的目的。

安裝在線陽極電流分布實時監控系統，能讓陽極電流分布實時監控，解決人工監控誤差大，及時性差，工作量大以及指導性不強的狀況。通過在線實時監控數據可更精確的掌握電解槽運行情況，提高判斷的準確性和及時性。應用陽極更換自動定位技術替代人工換極劃線，提高新極安裝精度，清除人工裝極誤差。

2.5 開發應用鋁錠連鑄在線計量及激光標識

電解鋁鑄錠是電解鋁鋁錠生產的最后一道工序，傳統鑄造的生產流程參與部門雜、操作人員多，導致各部門管理流程協調難，人力成本高、叉車轉運等物資消耗大。針對于此，本項目擬對原有鑄錠生產線進行改造，將原有需多部門參與的計量、打印標簽、粘貼標簽環節利用自動化設備替代，采用基于激光的直接標識技術，實現鋁錠跺的在線計量與鋁錠表面直接標簽打印，實現下線即入庫的生產工序，以減少人工參與環節，降低企業生產成本。

2.6 自媒體

微信群、QQ群、微博是信息傳播、溝通、交流和服務更便捷、更迅速。企業微信更如雨后春筍似的飛速發展。公司、分廠、車間、班組建立的各種微信群，也成為電解生產管理的服務平臺。工作安排、生產信息、工作匯報、問題整改、跟蹤都在微信群快速交流溝通，問題快速得到解決。

3 結語

在未來的電解鋁生產智能化工廠車間將實現生產的各個環節自動化、現代化、智能化的操作。目前，我國的電解鋁行業在實際的操作過程中電解槽的配套設備卻很少，自動化很難實現。現階段，我國的電解鋁企業中，電解槽在鋁廠投資上占據60%，在資金上投入很大，說明重要程度很高，為此生產智能化就是關鍵所在。在以往的鋁企業生產過程中，主要是利用人工去進行管理，工作的效率很難得到提高，如果在實際生產過程中將自動化系統和智能化控制相結合，就能發揮出實際的效果和作用。另外，在電解鋁行業中，在工作條件上有非常惡劣的情況出現，甚至還會有危險，針對以上問題要想得到解決，就需要智能化，利用遠程進行操作完成，電解鋁企業就能實現改革。為此，要把“互聯網＋”技術融入到電解鋁生產的技術和控制系統中，讓生產過程實現智能化，同時建立電解鋁智能化的工廠，不僅讓電解鋁企業在運營效率上有所提高，同時將電解鋁企業在市場的競爭力大大提高。