СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ
Представлена система автоматизации ТРОЛЛЬ, внедренная на Саянском алюминиевом заводе. Большое внимание уделено техническим аспектам применения контроллеров MicroPC в крупном проекте автоматизации. Проект был реализован фирмой ТоксСофт в течение 1996-97 годов. Панорама Саянского алюминиевого завода.
Особенности поставленной задачи
Задача автоматизации состоит в разработке, изготовлении и внедрении оборудования и программного обеспечения для управления процессом производства алюминия электрохимическим способом.
Производство алюминия является многоступенчатым процессом, включающим в себя производство сырья, получение алюминия электролизом криолито-глиноземного расплава и литье заготовок для дальнейшей переработки. Нас интересует производство алюминия в процессе электролиза. Электролиз алюминия происходит в специальной ванне, называемой электролизёром (примерные размеры от 3х6х2 до 5х12х4 м). В каждом корпусе алюминиевого завода в среднем находится 80-100 ванн, включенных последовательно в цепь постоянного тока. На Саянском алюминиевом заводе (СаАЗ), стояла задача автоматизировать два корпуса, в каждом из которых находится 98 электролизёров.
С точки зрения автоматизации, электролизёр представляет собой объект, с которого снимается информация о его состоянии и выдаются сигналы для управления оборудованием, установленным на нем. Анализируемая информация включает в себя текущее напряжение на ванне (обычно 4-5В, доходит до 80 В) и силу тока (порядка 172000 А). Учитывая, что все 196 электролизёров включены последовательно, достаточно измерять ток в одном месте. Совокупность соединенных последовательно электролизёров часто называют серией.
Конструктивно электролизёр представляет собой ванну электролиза с неподвижным катодом и подвижным анодом, приводимым в движение двумя электродвигателями трехфазного тока мощностью 3 кВт. Кроме того, на электролизёрах установлены системы автоматического питания глинозёмом (АПГ). Система АПГ предназначена для подачи сырья (глинозема) в область электролиза. Подача осуществляется парами «пробойник + дозатор». При срабатывании пробойник пробивает корку над жидким электролитом и дозатор, установленный в нижней части бункера с глиноземом, засыпает в ванну фиксированное количество (3-8 кг) сырья. Таким образом, управление режимом работы электролизёра осуществляется следующими двумя путями:
1. Изменение положения анода, то есть его высоты над расплавленным алюминием. Это так называемое межполюсное расстояние (МПР) влияет на сопротивление электролита.
2. Изменение интервала между подачами доз глинозема (обычно порядка 2-3 минут), что, в свою очередь, влияет на концентрацию глинозема в электролите.
Основной задачей системы является расчет и поддержание оптимальных значений этих параметров. Для управления электролизёром рядом с ним устанавливается блок управления (БУ), который измеряет напряжение ванны, получает значение текущего тока, и управляет двигателями привода анода и пневматическими клапанами включения пробойников и дозаторов. В современных системах один блок управляет двумя электролизёрами.
Главной отличительной особенностью системы автоматизации электролиза алюминия является наличие множества однотипных объектов управления. В рассматриваемой системе наличие 196 электролизёров привело к необходимости изготовить ровно 100 блоков управления. Количество блоков управления даже в рамках одного проекта приближается к серийному, и соответственно возрастают требования к цене, надежности и удобству эксплуатации. Кроме того, к системе предъявляется ряд особых требований, связанных с условиями её эксплуатации, а именно:
наличие сильного постоянного магнитного поля (БУ работает в непосредственной близости от проводника тока на 100-300 кА);
работа в широком температурном диапазоне (на сибирских заводах, к которым относится СаАЗ, диапазон рабочих температур БУ составляет от -40до+55°С);
отсутствие возможности заземления - каждая ванна фактически ^висит в воздухе», и напряжение между ванной и землей доходит до 800-900 В при возможном токе до сотен тысяч А;
наличие в воздухе мелкодисперсной пыли, содержащей глинозем и фтористые соли, а также газообразного фтороводорода (фтор является одним из самых активных окислителей);
сильные электромагнитные помехи, вызванные работой оборудования цеха (краны, напольная техника и т. п.).