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1  前言

炭素陽(yáng)極是鋁電解工藝中至關(guān)重要的原料。在炭素陽(yáng)極的生產(chǎn)過(guò)程中, 各種物料重量的配比準(zhǔn)確與否, 直接決定了產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。國(guó)內(nèi)目前的炭素陽(yáng)極配料過(guò)程, 一般是采用配料車, 用人工控制配料下料量的方法。這種方法很難確保配料比例的準(zhǔn)確, 經(jīng)常出現(xiàn)在混捏過(guò)程中發(fā)現(xiàn)配料有誤差, 需要進(jìn)行補(bǔ)油操作。這樣的后果是影響了電解效率, 甚至有陽(yáng)極斷裂的現(xiàn)象發(fā)生。同時(shí), 由于炭素粉末很細(xì),造成現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣, 對(duì)配料工人的身體健康構(gòu)成很大的威脅, 因此我們?cè)O(shè)計(jì)了配料過(guò)程的自動(dòng)控制系統(tǒng), 采用先進(jìn)的 PLC 控制技術(shù)和配料智能補(bǔ)償算法, 運(yùn)用變頻調(diào)速方式控制電機(jī), 實(shí)現(xiàn)了炭素陽(yáng)極配料的精確計(jì)量和自動(dòng)控制, 不僅減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度, 而且大大提高了炭素陽(yáng)極的產(chǎn)品質(zhì)量。

2  系統(tǒng)簡(jiǎn)介

炭素陽(yáng)極產(chǎn)品的生產(chǎn)需要經(jīng)過(guò)原料的配料與預(yù)碎、 原料的煅燒、 破碎和篩分、 配料方的編制與配料操作、 混捏、 壓型、 焙燒的過(guò)程才能最終形成。本系統(tǒng)是其中配料、 混捏的過(guò)程。

固體炭素材料經(jīng)破碎、 篩分后, 得到大小不同的各種力度的物料, 存放在不同的儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)。配料就是把各種不同力度、 不同性質(zhì)的材料按一定的比例進(jìn)行混合的過(guò)程。而這一比例的確定, 就是所謂配方的編制。把配料操作出來(lái)的干料和粘結(jié)劑在一定的溫度下混合, 捏合成可塑性的糊狀, 即為混捏。均勻的混捏, 可以使制品的結(jié)構(gòu)趨于完善, 性能趨于穩(wěn)定?；炷蟮倪^(guò)程在混捏鍋中完成, 混捏鍋主要是由雙層鍋體和一對(duì)麻花型絞刀以及減速傳動(dòng)裝置組成, 它是間斷性生產(chǎn)的設(shè)備, 即加料- 混捏- 卸料周期地循環(huán)操作?；炷蟮倪^(guò)程分為干混和濕混兩個(gè)階段, 即先將固體炭素原料顆粒加熱到 100 e 以上, 然后再加入液體瀝青進(jìn)行濕捏?；炷蟮墓に嚥僮髦饕强刂坪系臏囟群突炷髸r(shí)間。

我公司炭素廠原 1、 2# 配料系統(tǒng)均采用電動(dòng)小車實(shí)現(xiàn)配料的方法進(jìn)行配料。磅稱裝在配料車上,在配料車行進(jìn)過(guò)程中, 始終需要操作工在配料車上進(jìn)行操作, 在惡劣的環(huán)境下控制配料車的行進(jìn)、 停止, 并根據(jù)稱量的指示控制下料量, 人為誤差極大。而混捏過(guò)程由電器連鎖系統(tǒng)完成, 繁鎖的中間繼電器故障率高, 不易維護(hù)。因此, 針對(duì)所存在的問(wèn)題,新增 3# 系統(tǒng)配料的設(shè)計(jì)采用了自動(dòng)控制。

新增 3# 系統(tǒng)配料由自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全流程。原料存放在 7 個(gè)儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi), 使用電振給料器控制下料量, 料分別下到三個(gè)配料倉(cāng)中。PLC 通過(guò)模似量輸入模板, 實(shí)時(shí)采樣監(jiān)測(cè)控制配料倉(cāng)下料。在配料倉(cāng)下方, 采用變頻控制的運(yùn)輸車, 負(fù)責(zé)將三個(gè)配料倉(cāng)內(nèi)配置好的原料自動(dòng)運(yùn)送到空鍋等待的混捏鍋內(nèi)。原料在混捏鍋中混捏, 由 PLC 控制時(shí)間并自動(dòng)下油。混捏結(jié)束后, 拉糊車自動(dòng)將糊料運(yùn)送到天車起吊位置, 等待天車。

3  系統(tǒng)詳述

3.1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成

炭素陽(yáng)極配料自動(dòng)控制系統(tǒng)選擇了日本MIT SUBISHI 的A2AS 系列 PLC 作為系統(tǒng)的下位機(jī),上位機(jī)選擇惠普工控機(jī), 配以美國(guó) IntellutionFIX 軟件, 該軟件作為一種開放型軟件, 具有多種PLC 系統(tǒng)能夠的接口。

3.2  PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能包括: 配料和運(yùn)輸部分、 瀝青下油部分、 混捏部分自動(dòng)控制。每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)分為三種: 就地、 手動(dòng)操作、 自動(dòng)控制。

就地控制: 由操作工在現(xiàn)場(chǎng)扳動(dòng)切換開關(guān)轉(zhuǎn)入就地操作, PLC 不輸出到該設(shè)備。

手動(dòng)控制: 在上位機(jī)上對(duì)設(shè)備進(jìn)行直接輸出。

自動(dòng)控制: PLC 根據(jù)連鎖條件自動(dòng)輸出設(shè)備。

3.3  自動(dòng)配方

自動(dòng)配方算法由 VB 語(yǔ)言設(shè)計(jì), 通過(guò) DDE 數(shù)據(jù)傳送到 FIX 軟件。生產(chǎn)操作人員在計(jì)算機(jī)上輸入生產(chǎn)產(chǎn)品類型、 各種配料的技術(shù)參數(shù)和所配物料的總重量, 計(jì)算機(jī)能自動(dòng)計(jì)算出各種物料的配比重量,并自動(dòng)下載到 PLC 作為稱重控制依據(jù)。操作人員也可以在計(jì)算機(jī)上手工輸入和/ 或調(diào)整各種物料的配比。配方與總重量的修改, 僅當(dāng)本次配料過(guò)程結(jié)束后方可有效, 配料過(guò)程中進(jìn)行的修改不能影響本次配方配比。

配方的原始依據(jù)來(lái)自篩分的純度結(jié)果。將純度值按照要求填入表 1, 其理論配方方案分別為:

根據(jù)理論配方和處理分析結(jié)果進(jìn)行第一次估算( 百分比) :
  

根據(jù)估算結(jié)果, 帶入負(fù)算公式進(jìn)行自動(dòng)復(fù)算, 得出最終重量配比值, 作為控制依據(jù)。最后進(jìn)行驗(yàn)算, 驗(yàn)算結(jié)果由下式確定:

G1 ×A1< P1  G1×A2+ G2× B1≈P2± 1

G1 × A3+ G2× B2+ G3× C1≈P3± 1

( D3+ D4) × G4( C4+ C5)×G3+ ( E2+ E3) × G5≈P4± 2

C5×G4+ D4× G4+ E3× G5≈P5± 1

驗(yàn)算結(jié)果合格, 則配方計(jì)算結(jié)果由配料自動(dòng)控制程序使用。

3.4  自動(dòng)配料

自動(dòng)配料的啟動(dòng)和停止由操作工在上位機(jī)上進(jìn)行操作。PLC 根據(jù)上位機(jī)所輸出的配比值, 自動(dòng)控制7 個(gè)電振給料器的下料量。對(duì)于 3 個(gè)配料斗而言, 各種物料的下料順序應(yīng)遵循按照所占比例由大到小的過(guò)程依次下料。自動(dòng)配料過(guò)程的過(guò)沖量根據(jù)給定值與實(shí)際值的差值自動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)整, 最大限度保證配料的精確性。振動(dòng)給料稱量系統(tǒng)采用二步振料, 既快速振料 90% 后, 慢速振料 10%。采用微機(jī)控制整個(gè)振料過(guò)程, 根據(jù)上一次振料的終值與設(shè)定值的之差, 進(jìn)行本次振料值補(bǔ)償。

根據(jù)本系統(tǒng)對(duì)某物料重復(fù)稱量的特點(diǎn), 能利用過(guò)去的稱量誤差數(shù)據(jù)對(duì)未來(lái)空間物料量的估計(jì)進(jìn)行補(bǔ)償, 保持誤差在最小范圍內(nèi)波動(dòng)?？刂扑惴ㄈ缦?振動(dòng)速度由下式?jīng)Q定:

SJ I 為第 I 次采集的數(shù)據(jù), S 1 為慢振速度, S 2 為快振速度, 令,

C1= 90% × Wg

C2= ( 1- 90% ) × Wg

則可得各速度對(duì)應(yīng)下料量:

當(dāng)稱量誤差超出不靈敏帶且 e△ 有發(fā)散趨勢(shì)時(shí),采用累計(jì)補(bǔ)償。開始進(jìn)入累加補(bǔ)償?shù)姆Q量次數(shù)為X, 累積補(bǔ)償持續(xù)到稱量誤差區(qū)域收斂為止。當(dāng)稱量誤差向e△  內(nèi)收斂時(shí), 采用恒值補(bǔ)償, 一旦進(jìn)入不靈敏帶之中, 則將補(bǔ)償值清零, 不對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。

3.5  拉糊小車控制

當(dāng)處于自動(dòng)控制的混捏鍋混捏過(guò)程完成后, 操作人員根據(jù)小車上料斗情況, 按動(dòng)確認(rèn)按鈕, 拉糊小車自動(dòng)運(yùn)行到相應(yīng)的混捏鍋下面, 等待接料?；炷箦侀T關(guān)閉后, 小車自動(dòng)運(yùn)行到天車起吊位置, 等待天車。上述部分全部由 PLC 自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)。

3.6  專家診斷系統(tǒng)

在本系統(tǒng)中, 專家診斷系統(tǒng)在自動(dòng)控制過(guò)程中通過(guò)連鎖提示畫面實(shí)現(xiàn)連鎖過(guò)程提示、 連鎖故障診斷及操作失誤判斷等。該系統(tǒng)由 PLC 進(jìn)行判斷, 在連鎖示意的畫面上進(jìn)行顯示, 并在報(bào)警屏上予以提示。一旦產(chǎn)生連鎖故障, 將有相應(yīng)報(bào)警聲響, 報(bào)警屏有紅色故障提示, 操作工可由連鎖示意圖查找故障原因。

3.7  變頻技術(shù)應(yīng)用

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展, 生產(chǎn)過(guò)程對(duì)電氣的運(yùn)行精度要求日益提高。同時(shí)也對(duì)節(jié)能提出了要求, 而變頻調(diào)速技術(shù)正好能夠滿足此種要求。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配料的準(zhǔn)確性, 本系統(tǒng) 7 個(gè)電振給料機(jī)、 配料車、 拉糊小車均采用了變頻調(diào)速。在本系統(tǒng)中, 我們選用日本安川 616G5A 系列電流型變頻器。該系列變頻器除了能滿足調(diào)速的要求外, 還具有過(guò)壓、 過(guò)流、 欠壓、 過(guò)載、 接地等完善的保護(hù)功能。

3.8  工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)

在本系統(tǒng)中, 采用了四套工業(yè)電視顯示, 分別從儲(chǔ)料倉(cāng)下料過(guò)程、 配料車配料過(guò)程、 瀝青下油過(guò)程和拉糊小車過(guò)程四個(gè)方面進(jìn)行了監(jiān)視。操作工在主控室中可以從各個(gè)方位監(jiān)視本系統(tǒng)工藝的全過(guò)程, 在不去現(xiàn)場(chǎng)的情況下也能完全了解現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)狀況, 避免了控制系統(tǒng)不能控制的一切異常故障的出現(xiàn)。

4  結(jié)論

該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行證明系統(tǒng)硬件合理, 軟件設(shè)計(jì)完善, 功能齊全。保證了生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定運(yùn)行, 提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量, 降低了能耗, 改善了勞動(dòng)條件。該系統(tǒng)的應(yīng)用, 填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)同行業(yè)計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)控的空白, 推動(dòng)了國(guó)內(nèi)碳素陽(yáng)極配料技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展, 具有十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

 

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