CN105467945A - 一种基于电解槽实时生产数据的专家系统 - Google Patents

一种基于电解槽实时生产数据的专家系统 Download PDF

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曹斌
王紫千
杨朝红
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Abstract

本发明公开了一种基于电解槽实时生产数据的专家系统，它包括用于集成铝电解生产过程实时生产数据的数据集成平台（1）；用于对铝电解生产过程中操作和工况进行预警、报警，并诊断电解槽运行状态的工况预判子系统（2）；用于对铝电解生产过程中进行最优操作指导的操作指导子系统（3）；用于对铝电解生产过程的操作进行评价，并为绩效考核提供数据支撑的操作评价子系统（4）；用于负责铝电解生产过程中日工艺参数、日运行状态、日绩效考核的分析和电解槽运行趋势的预测，并生成相应的报表的统计分析子系统（5）。本发明能够提高铝电解生产管控的精细化程度与自动化水平，提高管理效率，减小人员技术与管理水平差异对铝电解生产带来的影响。

Description

一种基于电解槽实时生产数据的专家系统
技术领域
本发明涉及铝电解生产管控系统技术领域，具体涉及一种基于电解槽实时生产数据的铝电解生产专家系统。
背景技术
铝电解生产是一个复杂的电化学过程，具有电、磁、热、力、流、浓度多物理场耦合和非线性、时变、大滞后的特点，实现良好的控制极为困难。传统的铝电解生产采用DCS系统控制和人工操作结合的方式，而人工操作缺乏智能化、规范化的指导，致使电解生产管控水平低，不同电解槽生产不稳定、效率和能耗差异大，是长期困扰业界的难题。因此，研究电解生产的机理，分析电解槽运行数据，建立智能化、规范化的电解生产管控模型及其知识库，并采用信息技术和计算机技术对电解生产进行控制，开发推理机，形成铝电解生产专家系统，对于提高电解生产管控水平具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术的不足，提供一种基于电解槽实时生产数据的专家系统，对铝电解槽运行状态与生产过程中的换极、出铝、阳极效应、槽破损、电压摆、抬母线等工况进行预判、指导、评价，使铝电解生产过程处于完全受控的状态，提高铝电解生产管控的精细化程度与自动化水平。
本发明的技术方案如下：
本发明的这种基于电解槽实时生产数据的专家系统，它是实时数据的铝电解生产智能管控系统，它包括：数据集成平台、工况预判子系统、操作指导子系统、操作评价子系统、统计分析子系统。
其中：
数据集成平台负责集成生产过程数据，如电解槽电流分布数据、电解槽温度分布数据、电解槽氧化铝浓度数据、电解槽铝液界面形状数据等，为工况预判子系统、操作指导子系统、操作评价子系统、统计分析子系统提供数据支持；工况预判子系统负责对铝电解生产过程中的换极、出铝、阳极效应、电解槽破损、电压摆等操作和工况进行预警、报警，并诊断电解槽运行的状态；操作指导子系统负责对铝电解生产过程中的换极、出铝、熄灭阳极效应、抬母线等操作进行最优操作指导；操作评价子系统负责对换极、出铝、熄灭阳极效应、抬母线等操作进行评价，并为绩效考核提供数据支撑；统计分析子系统负责日工艺参数的分析与报表的生成、发送、存储、查询，日运行状态的分析与报表的生成、发送、存储、查询，日绩效考核的分析与报表的生成、发送、存储、查询，电解槽运行趋势的预测与报表的生成、发送、存储、查询。
进一步的：
数据集成平台包括：通讯接口和数据库，数据集成平台可通过企业服务总线或移动互联网技术接入多种协议的无线或有线设备（包括在线检测装置、计算机终端、摄像装置和移动终端等），对离线和在线检测数据、视频或图像进行计算、存储、显示，并提供与DCS系统和ERP系统的接口。其中，数据库可分为实时数据库和关系数据库；实时数据库通过通讯接口接收铝电解生产过程的实时数据；关系数据库通过通讯接口接收铝电解生产过程的关系数据。
工况预判子系统包括：换极预判模块、出铝预判模块、阳极效应预判模块、电解槽破损预判模块、电压摆预判模块、电解槽运行状态诊断模块。上述模块以在线或离线检测数据为基础，进行数据分析和推理，动态计算换极周期、单台槽日出铝量，动态进行阳极效应预报、电解槽破损位置判断、电压摆预报，对电解槽能量收支平衡、炉帮厚度、磁流体稳定性、电解质含碳量、阳极长包与脱落峰进行诊断，并对异常工况进行预警、报警。
具体的，换极预判模块具有动态制定换极周期的功能；出铝预判模块具有动态制定单台槽日出铝指示量的功能；阳极效应预判模块具有阳极效应预报、效应处理决策支持的功能；电解槽破损预判模块具有破损位置判断、维修方案决策支持的功能；电压摆预判模块具有电压摆预报、处理方案决策支持的功能；电解槽运行状态诊断模块具有电解槽能量收支平衡诊断、炉帮厚度诊断、磁流体稳定性诊断、电解质含碳量诊断、阳极长包与脱落诊断的功能。
更进一步的：
操作指导子系统包括：换极操作指导模块、出铝操作指导模块、熄灭阳极效应操作指导模块、抬母线操作指导模块。这些模块以工况预判子系统的数据分析和实时推理的结果为基础，自动生成效应处理、电解槽破损维修、出铝、换极等方案，并将方案以数据、图形和图像的方式发至移动智能终端，指导人员操作。
操作评价子系统包括：换极操作质量评价模块、出铝操作质量评价模块、熄灭阳极效应操作质量评价模块、抬母线操作质量评价模块。这些模块以工况预判子系统的数据分析和实时推理的结果为基础，对操作质量、完成时间等进行评价。
具体的，换极操作质量评价模块依据完成时间、新换极周围4块阳极电流分布、槽电压曲线波动幅度、槽噪声、铝液波动频率、规定时间内是否达到全电流等技术指标对换极操作质量做出评价。
出铝操作质量评价模块依据完成时间、实际出铝量与指示量误差、槽电压高低、铝液波动频率等技术指标对出铝操作质量做出评价。
熄灭阳极效应操作质量评价模块依据效应持续时间对熄灭阳极效应操作质量做出评价。
抬母线操作质量评价模块依据完成时间、操作期间槽噪声、槽电压前后变化、铝液波动幅度和频率、阳极电流分布等技术指标对抬母线操作质量做出评价。
更进一步的：
统计分析子系统包括：工艺参数分析模块、生产运行分析模块、绩效考核分析模块、电解槽状态预测模块。这些模块以工况预判子系统的数据分析和实时推理的结果为基础，对工艺参数、生产运行、绩效、电解槽状态等进行统计和分析，为电解槽的优化运行和人员绩效考核提供支撑，并提供相关的报表。
本发明的技术效果：本发明能够提高铝电解生产管控的精细化程度与自动化水平，提高管理效率，减小人员技术与管理水平差异对铝电解生产带来的影响。
附图说明
图1是本发明的专家系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明的基于电解槽实时生产数据的专家系统，包括：数据集成平台1、工况预判子系统2、操作指导子系统3、操作评价子系统4、统计分析子系统5。
数据集成平台1负责集成生产过程的实时数据，为工况预判子系统2、操作指导子系统3、操作评价子系统4、统计分析子系统5提供生产实时数据；工况预判子系统2负责对铝电解生产过程中的换极、出铝、阳极效应、电解槽破损、电压摆等操作和工况进行预警、报警，并诊断电解槽运行的状态；操作指导子系统3负责对铝电解生产过程中的换极、出铝、熄灭阳极效应、抬母线等操作进行最优操作指导；操作评价子系统4负责对换极、出铝、熄灭阳极效应、抬母线等操作进行评价，并与绩效考核挂钩；统计分析子系统5负责日工艺参数的分析与报表的生成、发送、存储、查询，日运行状态的分析与报表的生成、发送、存储、查询，日绩效考核的分析与报表的生成、发送、存储、查询，电解槽运行趋势的预测与报表的生成、发送、存储、查询。
数据集成平台1包括：通讯接口6、数据库7；数据库7通过通讯接口6接收铝电解生产过程的实时数据。实时数据包括来自既有的电解槽控制系统、铝电解在线检测系统、其它过程控制系统和移动终端产生的数据。
工况预判子系统2包括：换极预判模块8、出铝预判模块9、阳极效应预判模块10、电解槽破损预判模块11、电压摆预判模块12、电解槽运行状态诊断模块13。
换极预判模块8具有动态制定换极周期的功能；出铝预判模块9具有动态制定单台槽日出铝指示量的功能；阳极效应预判模块10具有阳极效应预报、效应处理决策支持的功能；电解槽破损预判模块11具有破损位置判断、维修方案决策支持的功能；电压摆预判模块12具有电压摆预报、处理方案决策支持的功能；电解槽运行状态诊断模块13具有电解槽能量收支平衡诊断、炉帮厚度诊断、磁流体稳定性诊断、电解质含碳量诊断、阳极长包与脱落诊断的功能。
操作指导子系统3包括：换极操作指导模块14、出铝操作指导模块15、熄灭阳极效应操作指导模块16、抬母线操作指导模块17。
操作评价子系统4包括：换极操作质量评价模块18、出铝操作质量评价模块19、熄灭阳极效应操作质量评价模块20、抬母线操作质量评价模块21。
换极操作质量评价模块18依据完成时间、新换极周围4块阳极电流分布、槽电压曲线波动幅度、槽噪声、铝液波动频率、规定时间内是否达到全电流等技术指标对换极操作质量做出评价。
出铝操作质量评价模块19依据完成时间、实际出铝量与指示量误差、槽电压高低、铝液波动频率等技术指标对出铝操作质量做出评价。
熄灭阳极效应操作质量评价模块20依据效应持续时间对熄灭阳极效应操作质量做出评价。
抬母线操作质量评价模块21依据完成时间、操作期间槽噪声、槽电压前后变化、铝液波动幅度和频率、阳极电流分布等技术指标对抬母线操作质量做出评价。
统计分析子系统5包括：工艺参数分析模块22、生产运行分析模块23、绩效考核分析模块24、电解槽状态预测模块25。
当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于电解槽实时生产数据的专家系统，其特征在于该系统包括：
用于集成铝电解生产过程实时生产数据的数据集成平台（1）；
用于对铝电解生产过程中的操作和工况进行预警、报警，并诊断电解槽运行的状态的工况预判子系统（2）；
用于对铝电解生产过程中进行最优操作指导的操作指导子系统（3）；
用于对铝电解生产过程的操作进行评价，并为绩效考核提供数据支撑的操作评价子系统（4）；
用于负责铝电解生产过程中日工艺参数、日运行状态、日绩效考核的分析和电解槽运行趋势的预测，并生成相应的报表的统计分析子系统（5）。
2.根据权利要求1所述的基于电解槽实时生产数据的专家系统，其特征在于，所述数据集成平台（1）包括：通讯接口（6）和数据库（7）；所述数据集成平台（1）通过企业服务总线或移动互联网技术接入无线或有线设备，对离线或在线检测数据、视频或图像进行计算、存储、显示，并提供与DCS系统或ERP系统的接口。
3.根据权利要求2所述的基于电解槽实时生产数据的专家系统，其特征在于，所述工况预判子系统（2）包括：换极预判模块（8）、出铝预判模块（9）、阳极效应预判模块（10）、电解槽破损预判模块（11）、电压摆预判模块（12）、电解槽运行状态诊断模块（13）。
4.根据权利要求3所述的基于电解槽实时生产数据的专家系统，其特征在于，所述操作指导子系统（3）包括：换极操作指导模块（14）、出铝操作指导模块（15）、熄灭阳极效应操作指导模块（16）、抬母线操作指导模块（17）。
5.根据权利要求3所述的基于电解槽实时生产数据的专家系统，其特征在于，所述操作评价子系统（4）包括：换极操作质量评价模块（18）、出铝操作质量评价模块（19）、熄灭阳极效应操作质量评价模块（20）、抬母线操作质量评价模块（21）。
6.根据权利要求3所述的基于电解槽实时生产数据的专家系统，其特征在于，所述统计分析子系统（5）包括：工艺参数分析模块（22）、生产运行分析模块（23）、绩效考核分析模块（24）、电解槽状态预测模块（25）。
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