一种全数字化电解槽及其一体化智能控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种全数字化电解槽及其一体化智能控制系统，该控制系统包括全数字化电解槽1、一体化智能控制单元2、移动式电解车间集成单元3及企业级大数据单元4。通过多种分布式采样系统对电解槽进行数据采集与多源信息的处理，构建数字化电解槽，自动形成精准效应控制、槽稳定性与过热度控制、分区浓度和阳极状态等相关的决策策略与控制指令，实现对电解槽的控制，同时将海量数据以文本的形式存储于数据中心，供现场移动终端的信息查看与指令的执行。该系统可以为大型铝电解系列带来节能增效、超低阳极效应及超低人员配置的有益效果。

【技术实现步骤摘要】
一种全数字化电解槽及其一体化智能控制系统
本专利技术属于铝电解
，具体涉及一种全数字化电解槽及其一体化智能控制系统。
技术介绍
近几年，围绕铝电解的各种节能降耗技术不断涌现，并在比较理想的工艺技术条件配合下取得了优异指标，但随着原材料和工艺技术条件的失配，很多铝电解企业指标大都出现了反弹，其中尤其以采购河南和山西氧化铝生产的企业，由于锂钾含量的不断增加，导致电解质体系变得复杂、电解温度下降、低分子比下生产电解质性质变粘、锤头长包、容易堵料、局部效应频繁、效应熄灭困难、低电压下电解槽稳定性波动大、极距减小后气膜电阻影响剧烈，同时工人劳动强度大、生产管理难度高，这些问题不可避免地造成指标的严重下滑，特别当锂钾含量超过7％后，槽况将越来越恶化。而面对复杂电解质体系电解指标的下滑，电解生产管理人员目前没有很好的解决办法，在尝试各种工艺优化方法过程中，因影响因素间相互矛盾，造成了电解生产管理者的工艺困惑，同时槽控系统在复杂电解质体系下浓度控制经常失控、电压调整也因浓度控制的耦合作用时常出现偏差，导致经常“压极距”，这些原因导致复杂电解质体系下电解生产异常困难，即使磁场分布最成熟和最优异的200kA电解槽也很难取得好的指标，甚至因锂钾含量的继续增加变得越发难已控制。当下解决复杂电解质体系问题的有效办法是通过采购低锂钾含量的氧化铝或电解质来降低电解槽的锂钾含量，但这种方法会造成吨铝生产成本的上升。为了有效解决铝电解企业技术指标波动大、不能稳定在理想控制区间这一难题，同时为了避免铝电解企业不得以采用“更换低锂钾含量氧化铝”这种抬高成本的做法，有必要针对铝电解生产这种流程化工业生产研发了新型智能优化控制技术，将氧化铝浓度控制在“低窄”范围内，同时利用氧化铝浓度的均匀分布和单点下料功能有效地抑制局部阳极效应，从而使电解生产获得良好的经济技术指标。对于铝电解现有的铝电解槽控制技术来说，基本采用单一的集总槽电压和电流信号进行槽稳定性判断及氧化铝浓度的估算，对电解槽工艺故障的“局部性”特点先天缺乏可用信息，随着槽型的不断扩大，工艺条件不但苛刻，电解槽局部差异性将非常明显，在具体的生产实施过程中相应出现了一些新的难以解决的问题，比如氧化铝浓度分布空间差异性大、局部效应频繁、效应熄灭困难、低电压下电解槽稳定性波动大、极距减小后气膜电阻影响剧烈等，这些问题的出现，严重干扰了电解生产过程的管理、影响了经济技术指标。光靠目前电流和电压这两个在线采集信号来控制这种非均匀性会变得越来越困难。此外，目前传统铝电解控制系统的架构也一般可分为下位机(槽控机)和上位机系统两大部分，通过CAN总线进行上、下位机的数据通讯，上位机通过局域网的向监控人员提供数据服务。这种基于CAN总线的通讯架构避免了过去集中式控制存在的稳定性和效果上的缺陷，取得较大成功。然而，随着现代铝工业的发展，对铝电解在复杂条件下的稳定高效运行的需求愈发强烈，导致了当前铝电解控制系统中上、下位机间以及监控层面对于数据交换量、传输频率越来大越大，现行控制系统架构的缺点、基于集总信号的滞后控制算法也逐渐随着需求的发展而越来越有局限性整体而言，现代大型化铝电解企业迫切需要解决如何提升电解槽控制大脑的智能化水平，针对现有传统铝电解槽控制系统的确定，开发新一代基于全数字化铝电解的一体化控制系统已成为铝电解生产企业信息化与智能化的关键。
技术实现思路
本专利技术提供了一种全数字化电解槽及其一体化智能控制系统，首先构建全数字化铝电解槽，进而提出铝电解槽一体化智能控制系统，既实现铝电解槽全方位数字化感知，又构建铝电解企业级大数据中心，并从数据的角度实现电解槽的一体化智能控制，最终实现电解槽的大幅度节能与全氟化物的超低排放，为了有效解决铝电解企业技术指标波动大、不能稳定在理想控制区间这一难题。一种全数字化电解槽，包括依次连接的多传感器单元、多源数据检测子模块5、多源异构数据处理子模块6以及铝电解槽三维重建与仿真模块7；所述多传感器单元设置在铝电解槽上。进一步地，所述多传感器单元至少包括在线阳极电流分布传感器、在线立柱电流分布传感器、在线精准母线位置传感器、在线侧底部温度传感器、烟气温度与流量传感器。一种基于所述的全数字化电解槽的一体化智能控制系统，包括全数字化电解槽1、一体化智能控制单元2以及移动式电解车间集成单元3；所述一体化智能控制单元和移动式电解车间集成单元均与所述全数字化电解槽通过网络进行通信连接；所述一体化智能控制单元包括相互连接的一体化智能控制机8和电解槽动力执行子模块9；所述移动式电解车间集成单元包括移动式电解车间数字监视与控制子模块10；所述一体化智能控制机和移动式电解车间数字监视与控制子模块均与铝电解槽三维重建与仿真模块进行通信连接；所述一体化智能控制机和移动式电解车间数字监视与控制子模块均与所述多源异构数据处理子模块连接。进一步地，还包括与全数字化电解槽1相连的企业大数据单元；所述企业大数据单元包括数据转发子模块、本地文件数据系统、实时数据库服务器以及历史数据库服务器；通过数据转发子模块接收来自数字化电解槽的数据，以文件形式存储在本地数据库系统中，同时进行广播传输和存储，按照不同的采样时间间隔分别存储在实时数据库服务器和历史数据库服务器。进一步地，所述企业级大数据单元包括数据层、服务层以及应用层；所述数据层包括各车间的数据中心，各车间的数据中心与全数字化电解槽进行数据交换与存储，并将一体化智能控制机传输的实时过程状态数据、传感器单元检测数据以及向电解槽动力执行子模块发送的控制命令均通过数据转发子模块存储到本地文件数据系统内；所述服务层为厂级管控一体化接入层，包括历史数据服务平台、动态数据服务平台、数据挖掘服务平台、仿真计算服务平台、远程工艺服务平台；所述服务层按照用户的要求组织、分析来自数据层的大量数据，同时将获得的信息向用户提供服务，其服务内容可根据要求进行扩展；所述用户层通过硬件防火墙与服务层进行通讯和数据交换。企业级大数据单元采用三层架构的方式进行数据的存储、访问和服务；分层结构能够有效的抽象出信息化系统中真正所需要的数据与信息，并且通过安全的方式提供给所有信息化网络中的用户，在保证与信息化网络的融合下同时能够保证整个控制系统的安全性。进一步地，所述实时数据库服务器数据的采样时间间隔为5～20s，存储周期为1～3个月；历史数据库服务器数据的采用时间间隔为2～5分钟。进一步地，所述移动式电解车间集成单元还包括与所述移动式电解车间数字监视与控制子模块相连的报警模块。有益效果本专利技术提供了一种全数字化电解槽及其一体化智能控制系统，所述全数字化电解槽，包括依次连接的多传感器单元、多源数据检测子模块5、多源异构数据处理子模块6以及铝电解槽三维重建与仿真模块7；所述多传感器单元设置在铝电解槽上。该控制系统包括全数字化电解槽1、一体化智能控制单元2、移动式电解车间集成单元3及企业级大数据单元4。通过多种分布式采样系统对电解槽进行数据采集与多源信息的处理，构建数字化电解槽，自动形成精准效应控制、槽稳定性与过热度控制、分区浓度和阳极状态等相关的决策策略与控制指令，实现对电解槽的控制，同时将海量数据以文本的形式存储于数据中心，供现场移动终端的信息查看与指令的执行。该系统可以为大型铝电解系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全数字化电解槽，其特征在于，包括依次连接的多传感器单元、多源数据检测子模块(5)、多源异构数据处理子模块(6)以及铝电解槽三维重建与仿真模块(7)；所述多传感器单元设置在铝电解槽上。

【技术特征摘要】
1.一种全数字化电解槽，其特征在于，包括依次连接的多传感器单元、多源数据检测子模块(5)、多源异构数据处理子模块(6)以及铝电解槽三维重建与仿真模块(7)；所述多传感器单元设置在铝电解槽上。2.根据权利要求1所述的全数字化电解槽，其特征在于，所述多传感器单元至少包括在线阳极电流分布传感器、在线立柱电流分布传感器、在线精准母线位置传感器、在线侧底部温度传感器、烟气温度与流量传感器。3.一种基于权利要求1或2所述的全数字化电解槽的一体化智能控制系统，其特征在于，包括全数字化电解槽(1)、一体化智能控制单元(2)以及移动式电解车间集成单元(3)；所述一体化智能控制单元和移动式电解车间集成单元均与所述全数字化电解槽通过网络进行通信连接；所述一体化智能控制单元包括相互连接的一体化智能控制机(8)和电解槽动力执行子模块(9)；所述移动式电解车间集成单元包括移动式电解车间数字监视与控制子模块(10)；所述一体化智能控制机和移动式电解车间数字监视与控制子模块均与铝电解槽三维重建与仿真模块进行通信连接；所述一体化智能控制机和移动式电解车间数字监视与控制子模块均与所述多源异构数据处理子模块连接。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括与全数字化电解槽(1)相连的企业大数据单元；所述企业大数据单元包括数据转发子模块、本地文件数据系...

【专利技术属性】
技术研发人员：张红亮，李劼，邹忠，丁凤其，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43