Способ автоматического регулирования алюминиевого электролизера

 

Изобретение относится к области управления электролизом алюминия. Существо изобретения заключается в том, что при очередном перемещении анода определяют приращение δu_пр между приведенным напряжением, зафиксированным после и до перемещения анода (u^r_пр,U^y_пр), определяют и запоминают коэффициент усиления контура регулирования (К) как отношение времени перемещения анода T_a к δU_пр, время T_a при следующем перемещении анода определяют как произведение коэффициента (K) на отклонение (ΔU_пр) фактического значения u^a_пр от его установки u^pl_пр. Изобретение обеспечивает повышение точности управления, приводящее к дополнительной экономии энергии, а также повышение срока службы механизмов перемещения анода. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к металлургии алюминия и может быть использовано при автоматическом управлении алюминиевыми электролизерами.

Известным способы автоматического управления алюминиевыми электролизерами [1,2] основанные на поддержании заданного значения омического сопротивления путем измерения тока серии и напряжения электролизера, вычисления омического сопротивления, сравнения его с уставкой и перемещения анода до компенсации отклонения фактического значения омического сопротивления от его заданного значения (уставки).

Управление по омическому сопротивлению вызывает существенные неудобства при оценке результатов управления, корректировке уставок, выборе значений настроечных параметров системы регулирования, так как основной технологической характеристикой энергетического режима процесса электролиза алюминия является напряжение электролизера.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является способ управления, который в качестве параметра регулирования использует не омическое сопротивление, а приведенное напряжение, т.е. напряжение электролизера, приведенное к номинальному значению тока серии [3] Недостатком известных способов управления является низкое качество стабилизации параметра регулирования, обусловленное неизбежным в промышленных условиях дрейфом параметров технологического состояния электролизера и в первую очередь электропроводности электролита. Вследствие этого дрейфа имеют место частные включения привода анода, затягивание времени переходных процессов в контуре регулирования, низкая точность регулирования, перерегулирования параметра колебательный характер переходных процессов. Названный недостаток объясняется тем, что известные способы управления не предусматривают адаптации параметров контура автоматической стабилизации к дрейфу параметров объекта управления. От этого недостатка свободен предлагаемый способ управления.

Цель изобретения повышение точности управления и технико-экономических показателей процесса.

Поставленная цель достигается тем, что при очередном перемещении анода определяют разность (δU_пр) между значениями приведенного напряжения, зафиксированными после перемещения анода (U^r_пр) и до перемещения анода (U^y_пр), определяют текущее значение коэффициента усиления контура регулирования (К) как отношение времени перемещения анода (T_a) к разности δU_пр, запоминают значение K и при следующем перемещении анода определяют время перемещения T_a как произведение коэффициента усиления K на отклонение (ΔU_пр) фактического значения приведенного напряжения U^a_пр от его уставки U^pl_пр.

Сущность изобретения заключается в следующем. При каждом перемещении анода осуществляется автоматическая подстройка (адаптация) коэффициента усиления контура регулирования K к текущему состоянию объекта управления.

Коэффициент K определяет отношение регулирующего воздействия времени перемещения анода T_a к ошибке регулирования ΔU_пр, равной разности между фактическим значением приведенного напряжения U^a_пр и его заданным значением U^pl_пр. Чтобы обеспечить высокое качество регулирования, значение K нужно поддерживать равным единице, деленной на коэффициент усиления объекта управления K_об, определяемый как изменение приведенного напряжения на единицу перемещения анода. С этой целью при каждом n-ом перемещении анода в течение Tⁿ_а определяют разность δU_пр между значениями U^r_пр и U^y_пр, зафиксированными после и до перемещения анода и принимают K_n+1 равным отношению Tⁿ_а/δU_пр. При очередном (n+1)-м регулировании время перемещения анода T_a определяется как произведение текущего значения ошибки регулирования ΔU_пр на K_n+1. Тем самым осуществляется адаптация K к дрейфу характеристик нестационарного объекта управления.

Структурная схема системы управления перемещением анода приведена на фиг.1. Система управления содержит: 1 блок определения ошибки регулирования ΔU_пр = U^a_пр - U^pl_пр; 2 блок определения времени перемещения анода T_а= K·ΔU_пр; 3 блок управления, перемещающий анод в течение времени T_a на величину ΔL; 4 электролизер; 5 блок определения приведенного напряжения ; 6 блок определения результатов управления δU_пр = U^к_пр - U^н_пр; 7 блок адаптации K = T_а/δU_пр.

Способ осуществляется следующим образом.

В блоке 1 определения ошибки регулирования сравнивают фактическое значение приведенного напряжения U^a_пр с уставкой U^pl_пр и определяют разность между ними ΔU_пр ошибку регулирования, которую в блоке 2 определения времени перемещения анода умножают на текущее значение коэффициента усиления K, и определяют величину и знак времени перемещения анода T_a, необходимого для компенсации ошибки регулирования ΔU_пр. Блок управления 3 включает привод анода на время T_a, что вызывает перемещение анода на величину ΔL вверх при T_a>0, вниз при T_a<0. В результате перемещения анода в электролизере 4 изменяется фактическое значение приведенного напряжения U_пр по формуле:
где I_c фактическое значение тока серии;
I_н номинальное значение тока серии;
E_н номинальное значение обратной ЭДС.

В блоке 6 определения результатов регулирования определяют изменение, вызванное перемещением анода как разность δU_пр между значением приведенного напряжения, зафиксированным после перемещения анода U^r_{пр u}, и значением приведенного напряжения до начала перемещения анода U^y_пр. В блоке 7 адаптации вычисляется новое значение коэффициента K = T_а/δU_пр, равное величине, обратной текущему значению коэффициента усиления электролизера 4 K_э= δU_пр/Ta.

Значение K, вычисленное по результатам очередного перемещения анода, используют в блоке 2 для определения времени T_a следующего перемещения анода.

Положительный эффект от использования предполагаемого изобретения иллюстрирует следующий пример:
Для электролизера средней мощности (номинальный ток I_н=130 кА) установлена уставка U^pl_пр=4250 мВ; номинальное значение обратной ЭДС E_н=1600 мВ. Исходное номинальное значение коэффициента K=0,2 с/мВ.

К моменту очередного регулирования K_об=10 мВ/с; фактические значения параметров электрического режима:
U=4330мВ; I_c=I_н=130 кА.

Рассмотрим процессы регулирования с адаптацией и без адаптации коэффициента K для случая, когда I_c остается равным I_н и U^a_пр=U.

Параметры процессов регулирования приведены в таблице.

Таким образом, без адаптации K процесс регулирования принимает характер незатухающих колебаний. В то же время при использовании предлагаемого способа адаптации K при тех же начальных условиях процесс регулирования заканчивается после двух регулирующих воздействий.

В данном примере начальное значение K=2·1/K_об. При меньших значениях отношения колебания процесса регулирования без адаптации K становятся затухающим, однако в этом случае адаптации K, позволяющее компенсировать исходное значение ошибки ΔU всего двумя регулирующими воздействиями, существенно сокращает общее время регулирования и число включений привода анода.

Предложенный способ управления за счет повышения точности стабилизации энергетического режима обеспечит дополнительную экономию энергии, а также повысит срок службы механизмов привода анода, работающих в экстремальных условиях электролизных цехов.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 956625, кл. C 25 C 3/20, 1982. Б.И. N 33, 1982.

2. Авторское свидетельство СССР N 1350191, кл. C 25 C 3/20, 1987. Б.И. N 41, 1987.

3. Патент РФ N 1724713, кл. C 25 C 3/20, 1993 (Заявка N 4875197 от 10.08.90).

Формула изобретения

Способ автоматического регулирования алюминиевого электролизера, включающий измерение напряжения на электролизере, тока серии, расчет текущих значений приведенного напряжения электролизера, сравнение текущих значений с заданным значением, поддержание приведенного напряжения электролизера в заданных пределах перемещением анода, отличающийся тем, что при очередном перемещении анода определяют разность между значениями приведенного напряжения, зафиксированными после перемещения анода и до перемещения анода определяют текущее значение коэффициента усиления контура регулирования (К) как отношение времени перемещения анода (Та) к разности δU_пр, запоминают значение К и при следующем перемещении анода определяют время перемещения Та как произведение коэффициента усиления К на отклонение U_пр фактического значения приведенного напряжения U^a_пр от его уставки U^pl_пр.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2