鋁電解多功能機(jī)組安全控制的發(fā)展

高 瑩

(中國有色(沈陽)冶金機(jī)械有限公司，遼寧 沈陽 110027)

0 引言

鋁電解多功能機(jī)組發(fā)展之初的控制系統(tǒng)比較陳舊，是通過較簡單的控制回路進(jìn)行搭建，沒有太多的聯(lián)鎖關(guān)系，主要依靠操作和維護(hù)人員的經(jīng)驗(yàn)完成操作和維護(hù)，對(duì)人員的技術(shù)水平要求較高。隨著工業(yè)的發(fā)展和自動(dòng)化水平的提高，鋁電解多功能機(jī)組經(jīng)歷了多次更新?lián)Q代，由原來的繼電器控制發(fā)展到如今的PLC控制、由原來的切電阻調(diào)速發(fā)展到變頻器調(diào)速，這些變化使電控系統(tǒng)的先進(jìn)性和安全性有了質(zhì)的飛躍。

1 鋁電解多功能機(jī)組安全控制的發(fā)展現(xiàn)狀

鋁電解多功能機(jī)組作為鋁電解車間的重要設(shè)備，其安全性能直接影響到電解車間的安全生產(chǎn)。由于鋁電解多功能機(jī)組使用環(huán)境惡劣，強(qiáng)磁場、強(qiáng)導(dǎo)電性、粉塵、高溫、腐蝕性氣體等對(duì)電控系統(tǒng)的干擾比較嚴(yán)重，現(xiàn)有的電氣控制系統(tǒng)通過一些檢測及控制手段提高了鋁電解多功能機(jī)組的安全性能[1]，其具體內(nèi)容如下：

(1)檢修人員手動(dòng)緊急情況停止系統(tǒng)：在各個(gè)通道登車位置，設(shè)計(jì)了緊急停止裝置，只要啟動(dòng)該裝置，主回路接觸器都會(huì)處于切斷狀態(tài)。

(2)緊急拉繩聯(lián)鎖系統(tǒng)：拉繩聯(lián)鎖系統(tǒng)與PLC聯(lián)鎖，PLC完成檢測和安全控制。只要檢修人員拉動(dòng)了拉繩系統(tǒng)，PLC立即切斷主接觸器線圈的輸出。

(3)激光及人體感應(yīng)系統(tǒng)：鋁電解多功能機(jī)組應(yīng)用了激光防撞技術(shù)，一旦有障礙物出現(xiàn)，該設(shè)備立即停止動(dòng)作。

(4)提升設(shè)備的安全驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：利用PLC進(jìn)行檢測和運(yùn)算，避免吊鉤沖頂。

(5)變頻器抱閘安全判斷系統(tǒng)：通過對(duì)PLC程序設(shè)計(jì)的調(diào)整，采集相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了多道聯(lián)鎖保護(hù)，對(duì)多個(gè)可能性進(jìn)行邏輯判斷和邏輯輸出，保證變頻器和抱閘之間合理配合。調(diào)整變頻器參數(shù)，在抱閘打開之前，先對(duì)變頻器進(jìn)行轉(zhuǎn)矩輸出，在變頻器轉(zhuǎn)矩上升到一定程度的時(shí)候給出“允許抱閘打開”信號(hào)，避免升降設(shè)備溜鉤。

(6)操作信號(hào)的真假判斷：針對(duì)鋁電解多功能機(jī)組的生產(chǎn)工藝，列出遙控器每個(gè)操作手柄能出現(xiàn)的操作情況，將操作手柄的PLC輸入點(diǎn)狀態(tài)制成真值表。在PLC中對(duì)應(yīng)每個(gè)手柄編制一段循環(huán)檢測的程序，如果讀取的真值與程序中真值表中數(shù)值不一致，PLC程序停止運(yùn)行并發(fā)出報(bào)警。

(7)語音報(bào)警系統(tǒng)：通過語言描述以聲音的方式向操作和維護(hù)人員提示目前設(shè)備故障所在。

(8)信息提示系統(tǒng)：在鋁電解多功能起重機(jī)運(yùn)行過程中，信息提示系統(tǒng)控制器不斷掃描機(jī)組的運(yùn)行和故障信息，并將掃描到的信息實(shí)時(shí)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)信息控制板，控制板最終將信息發(fā)送到顯示屏，由顯示屏實(shí)時(shí)顯示掃描到的運(yùn)行和故障信息。

(9)絕緣監(jiān)測：在絕緣破壞時(shí)準(zhǔn)確、及時(shí)提醒操作和維護(hù)人員進(jìn)行檢修。

(10)漏電保護(hù)：目前國內(nèi)設(shè)備上應(yīng)用了漏電保護(hù)系統(tǒng)，同時(shí)檢測信號(hào)送到可編程控制器，控制器馬上斷開主接觸器，斷開全車動(dòng)力回路電源，避免發(fā)生危險(xiǎn)事故。

(11)通訊狀態(tài)檢測器：通過應(yīng)用通訊狀態(tài)監(jiān)測器時(shí)刻監(jiān)測遠(yuǎn)程PLC框架，只要通訊中斷，機(jī)組自動(dòng)停止運(yùn)行，并報(bào)警通知操作和維護(hù)人員通訊中斷[2]。

(12)通廊報(bào)警系統(tǒng)：在鋁電解多功能起重機(jī)進(jìn)入通廊范圍內(nèi)，機(jī)組檢測到進(jìn)入通廊信號(hào)后，機(jī)組本身聲光報(bào)警，提示操作人員機(jī)組已經(jīng)進(jìn)入通廊，注意避免與鋁包運(yùn)輸車發(fā)生機(jī)械碰撞；在鋁包運(yùn)輸車進(jìn)入通廊時(shí)，地面控制箱檢測到該車駛?cè)胪ɡ龋瑫?huì)發(fā)出聲光報(bào)警，提示鋁包運(yùn)輸車司機(jī)注意鋁電解多功能起重機(jī)的位置，避免與之發(fā)生機(jī)械碰撞。

(13)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)：該系統(tǒng)采用最前沿的軟件開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)通訊、數(shù)據(jù)采集、信息管理等技術(shù)將起重設(shè)備的監(jiān)視與管理功能結(jié)合在一起，突破了傳統(tǒng)的監(jiān)視和管理軟件的應(yīng)用局限，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的監(jiān)視與管理集成化、一體化，從而構(gòu)建了一個(gè)具有設(shè)備監(jiān)視、預(yù)警、維護(hù)、管理等功能為一體的管理平臺(tái)，真正實(shí)現(xiàn)起重設(shè)備的信息化要求，為起重設(shè)備安全運(yùn)行提供保障，為管理者提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)和工作內(nèi)容記錄，能夠有效降低和排除安全隱患，規(guī)避事故風(fēng)險(xiǎn)，提高管理質(zhì)量和效率。

圖1 安全監(jiān)控管理系統(tǒng)示意圖

2 鋁電解多功能機(jī)組安全控制的發(fā)展趨勢

隨著全球工業(yè)的迅速發(fā)展，國內(nèi)外鋁電解多功能機(jī)組控制系統(tǒng)的發(fā)展日新月異，尤其在全球逐漸智能化、信息化的時(shí)代，鋁電解多功能起重機(jī)的電氣控制系統(tǒng)也將向智能化、信息化發(fā)展。“中國制造2025”的核心是主打中國裝備，設(shè)備的安全性能永遠(yuǎn)放在首位，特別是近幾年我國冶金起重機(jī)行業(yè)發(fā)生幾起嚴(yán)重安全事故，無論是國家相關(guān)部門，還是設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)，都從不同角度通過不同方法提高了設(shè)備的安全性能，隨著安全生產(chǎn)、以人為本的理念不斷推行，勢必會(huì)在設(shè)備上通過不同手段和技術(shù)提高設(shè)備的安全性能[3]。

2.1 通過設(shè)備信息化提高設(shè)備安全性能

原始數(shù)據(jù)采集及工程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。準(zhǔn)確地將鋁電解多功能機(jī)組的原始數(shù)據(jù)采用合適的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電氣信號(hào)，再通過控制系統(tǒng)，將電氣數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成易懂的工程數(shù)據(jù)和監(jiān)控報(bào)警內(nèi)容[4]。在這個(gè)過程中傳感器技術(shù)、電氣信號(hào)傳輸技術(shù)、工程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)是關(guān)鍵，也是數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、及時(shí)的基本保證。這些原始數(shù)據(jù)可以通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到電解車間地面，地面通過組態(tài)畫面進(jìn)行設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)顯示，故障報(bào)警等都可通過地面監(jiān)控畫面進(jìn)行查詢。

人性化報(bào)表網(wǎng)絡(luò)共享。通過嵌入到組態(tài)軟件里面的技術(shù)分析軟件，可以將所有數(shù)據(jù)分類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將所有部件的更換時(shí)間進(jìn)行記錄，并根據(jù)每個(gè)部件的壽命提示用戶對(duì)使用周期過長的部件進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)、更換，避免設(shè)備非計(jì)劃停車和突然故障停車給生產(chǎn)帶來的巨大壓力。同時(shí)將與設(shè)備安全和操作人員人身安全相關(guān)的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，為管理人員提供更合理的安全管理方案，為設(shè)備維護(hù)人員提供更安全的控制整改方案，進(jìn)一步保證設(shè)備和操作人員的安全。

圖2 鋁電解多功能機(jī)組信息化界面

2.2 通過設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化提高設(shè)備安全性能

目前大多數(shù)電解車間的各種設(shè)備都屬于單體設(shè)備，設(shè)備之間沒有建立任何數(shù)據(jù)連接，不會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。未來幾年的發(fā)展，車間內(nèi)部的大多數(shù)設(shè)備都將連接網(wǎng)絡(luò)，多臺(tái)設(shè)備之間可以數(shù)據(jù)交換，并將所有有關(guān)的數(shù)據(jù)集中采集進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，不同設(shè)備之間的聯(lián)鎖關(guān)系可以通過設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換完成，避免設(shè)備間出現(xiàn)沒有聯(lián)鎖關(guān)系，操作人員因不清楚設(shè)備之間的聯(lián)鎖條件而發(fā)生安全事故。

同時(shí)，不同設(shè)備之間通過網(wǎng)絡(luò)建立聯(lián)鎖后，可根據(jù)工藝需要相互交換數(shù)據(jù)，在保證安全的前提下互相下達(dá)運(yùn)行指令，部分操作人員可撤出鋁電解生產(chǎn)線，保證人員的人身安全。同時(shí)也保證了設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，不會(huì)發(fā)生機(jī)械碰撞。

另外，通過智能控制的工業(yè)云計(jì)算和自學(xué)習(xí)功能，提高了設(shè)備智能化和設(shè)備工藝運(yùn)行安全性，避免發(fā)生因設(shè)備聯(lián)鎖不當(dāng)造成的生產(chǎn)工藝聯(lián)鎖反應(yīng)和惡性循環(huán)運(yùn)行。

圖3 鋁電解多功能機(jī)組網(wǎng)絡(luò)示意圖

2.3 通過遠(yuǎn)程監(jiān)控提高設(shè)備安全性能

PLC在電控系統(tǒng)中處于核心位置，負(fù)責(zé)控制設(shè)備完成不同的動(dòng)作，監(jiān)控PLC程序及運(yùn)行狀況，可以了解整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

未來的設(shè)備將通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，把設(shè)備控制系統(tǒng)中必要數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到設(shè)備的設(shè)計(jì)和研發(fā)單位，通過遠(yuǎn)程診斷軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析結(jié)果，技術(shù)人員可以判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并可以及時(shí)指導(dǎo)用戶解決設(shè)備存在的問題，或通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑谠O(shè)備生產(chǎn)單位直接為用戶解決設(shè)備存在的問題。

圖4 鋁電解多功能機(jī)組遠(yuǎn)程診斷示意圖

2.4 通過數(shù)據(jù)記錄監(jiān)管提高設(shè)備安全性能

由于國家對(duì)鋁電解多功能機(jī)組安全監(jiān)控系統(tǒng)有記錄數(shù)據(jù)的要求，但目前數(shù)據(jù)記錄的類型遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，不能對(duì)所有狀態(tài)進(jìn)行采集和記錄。未來的控制系統(tǒng)采集和記錄的數(shù)據(jù)將更全面，一旦操作人員違章操作，都將被記錄在系統(tǒng)中，該數(shù)據(jù)查詢記錄系統(tǒng)能夠?qū)Σ僮魅藛T起到監(jiān)管作用，使違章操作出現(xiàn)次數(shù)越來越少，保證了設(shè)備和操作人員的安全。

同時(shí)，設(shè)備現(xiàn)場一旦出現(xiàn)問題時(shí)，管理人員可通過數(shù)據(jù)查詢記錄系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歷史查詢，了解出現(xiàn)問題時(shí)的設(shè)備及操作人員的工作狀態(tài)。符合安全監(jiān)控管理提供的未來發(fā)展理念，保證了所有過程都留痕，便于開展管理工作。

2.5 通過數(shù)據(jù)分析提前預(yù)判設(shè)備故障提高設(shè)備安全性能

現(xiàn)階段在運(yùn)行過程中，不可避免會(huì)出現(xiàn)因突發(fā)狀況而造成設(shè)備短期內(nèi)無法運(yùn)行的情況，這一情況對(duì)鋁電解車間生產(chǎn)最為棘手，短期內(nèi)無法恢復(fù)設(shè)備正常運(yùn)行，個(gè)別電解槽可能出現(xiàn)嚴(yán)重事故，并造成較大經(jīng)濟(jì)損失。

未來幾年，更先進(jìn)、可靠的檢測和智能分析手段將逐漸成熟，系統(tǒng)可通過采集震動(dòng)、溫度、聲音、電流等多種數(shù)據(jù)類型，判斷電機(jī)、風(fēng)機(jī)、液壓泵等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)其發(fā)生故障進(jìn)行提前預(yù)判，給出設(shè)備將會(huì)發(fā)生故障的類型和大概時(shí)間，經(jīng)過早期預(yù)警、中期預(yù)警和晚期預(yù)警提示相關(guān)人員及時(shí)計(jì)劃更換相關(guān)設(shè)備，避免出現(xiàn)更大的事故，保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行[5]。

圖5 鋁電解多功能機(jī)組故障預(yù)判人機(jī)界面

另外，為了更好讓管理和維護(hù)人員及時(shí)了解設(shè)備的故障狀態(tài)，可以通過手機(jī)應(yīng)用軟件了解設(shè)備預(yù)警情況，在設(shè)備將要發(fā)生故障之前，手機(jī)應(yīng)用軟件會(huì)立即彈出信息，提示其設(shè)備將要出現(xiàn)的故障，進(jìn)一步避免了設(shè)備的非計(jì)劃停機(jī)給整個(gè)生產(chǎn)線帶來的不安全因素，保證了整個(gè)生產(chǎn)線安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

3 結(jié)束語

上文對(duì)鋁電解多功能機(jī)組電氣控制技術(shù)安全性的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進(jìn)行分析，隨著檢測技術(shù)的提高和自動(dòng)化的發(fā)展，德國提出了“工業(yè)4.0”，中國提出了“中國制造2025”的智能控制理念，雖然目前部分安全檢測和控制手段實(shí)現(xiàn)存在一定難度，但通過智能控制和先進(jìn)的監(jiān)測手段提高設(shè)備的安全性是目前電氣控制技術(shù)的發(fā)展趨勢，是國內(nèi)外電氣控制發(fā)展的必經(jīng)之路。相信未來，人們可通過更先進(jìn)的檢測、控制手段，保證設(shè)備的安全；通過無人化操作，保證人員的安全，避免鋁電解生產(chǎn)車間發(fā)生事故，做到鋁電解生產(chǎn)的絕對(duì)安全。