铝电解槽糟壳温度在线检测与槽况诊断专家系统的研究与应用

论文摘要

铝电解槽是炼铝的主要设备，其能耗巨大，吨铝直流电耗在13000kWh以上，因此如何降低其能耗是一个很有意义的研究课题。本论文建立了槽壳温度在线检测系统，采集到了槽壳温度值，研究了槽壳温度与槽膛内形之间的关系，设计了槽况诊断专家系统，实现了对电解槽能量及物料平衡的监视，达到了节能降耗的目的。（1）建立了槽壳温度在线检测系统。槽壳温度在线检测系统由工控机、温度转换模块和温度转换器及热电偶组成。热电偶将温度信息传送至温度转换模块，温度转换模块将模拟量转换为数字量后传送至温度转换器，再由温度转换器传送至工控机，进行信息处理、数据库管理和报警提示等。系统所测温度值一方面以图表形式存储和显示；另一方面作为槽况诊断专家系统进行槽况诊断的依据。（2）设计了槽膛内形仿真系统。应用有限容积方法，根据槽壳温度以及相关工艺参数，基于软测量原理，建立了电解槽槽膛内形准三维仿真模型；运用Fortran和Visual Basic语言，开发了电解槽温度场的仿真程序，显示槽膛内形。（3）开发了槽况诊断专家系统。根据槽壳温度值、槽膛内形仿真值及电解槽工艺参数，用对象—属性—值三元组模式建立了数据库；根据各种病槽的发生原因、现象及处理方法，用产生式方法建立了规则库；在它们的基础上构建了专家系统，实现了电解槽槽能量及物料平衡的诊断。本论文的创新点：将温度在线检测和数值仿真技术及人工智能技术三者结合，把槽壳温度检测值和槽膛内形仿真结果作为槽况诊断专家系统对槽况的诊断依据，实现了铝电解槽能量及物料平衡的监视。半年多的试用表明系统运行稳定可靠，智能化程度高。槽壳温度在线检测系统能实时可靠的检测槽壳温度；槽膛内形仿真系统对槽膛的仿真结果与其测量值误差不超过1cm；诊断专家系统能有效地抑制电解槽病槽的发生，保证电解槽的稳定生产。该课题研究成果的应用使电解槽的经济技术指标明显改善，电流效率由92.8％升高到了93.5％，直流电耗由13715kWh／t-Al降到了13578 kWh／t-Al。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 铝电解工业的发展历史与现状
• 1.1.1 铝工业概述
• 1.1.2 铝电解工业的发展历史
• 1.1.3 现代铝电解工业的发展特点
• 1.1.4 铝电解工业新技术展望
• 1.2 专家系统简述
• 1.3 课题来源及其发展现状
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 国内外研究现状和发展趋势
• 1.4 课题研究内容和意义
• 1.4.1 课题的主要研究内容
• 1.4.2 课题研究的意义
• 第二章 铝电解槽工作原理及热工过程分析
• 2.1 铝电解的基本原理
• 2.2 铝电解过程的主要技术参数和操作
• 2.3 氧化铝浓度控制
• 2.4 电解槽内的传热分布
• 2.5 能量和物料平衡破坏的判断及处理
• 2.5.1 冷槽
• 2.5.2 热槽
• 2.5.3 电解槽物料平衡的破坏
• 2.6 本章小结
• 第三章 槽壳温度在线检测系统的设计及应用
• 3.1 槽壳温度检测的意义
• 3.2 系统总体结构
• 3.3 热电偶的安装
• 3.4 温度转换器和温度转换模块
• 3.5 上位工业控制机
• 3.6 系统主要功能
• 3.7 测试结果和技术指标
• 3.7.1 槽壳温度测试结果
• 3.7.2 系统技术指标
• 3.8 槽帮厚度对槽壳温度的影响
• 3.9 铝水平对槽壳温度的影响
• 3.10 吸铝作业对槽壳温度的影响
• 3.11 本章小结
• 第四章 槽膛内形仿真系统的介绍
• 4.1 槽膛内形仿真
• 4.1.1 槽膛内形的形成及其作用
• 4.1.2 物理模型的简化
• 4.1.3 数学模型及其边界条件
• 4.1.4 槽膛内形仿真结果
• 4.2 仿真系统与温度检测系统及诊断系统间的数据传送
• 4.3 本章小结
• 第五章 槽况诊断专家系统的研究与应用
• 5.1 建立槽况诊断专家系统的必要性和难点
• 5.1.1 建立槽况诊断专家系统的必要性
• 5.1.2 建立槽况诊断专家系统的难点
• 5.2 槽况诊断专家系统的建立
• 5.2.1 开发工具的选择
• 5.2.2 槽况诊断专家系统基本结构
• 5.2.3 数据的表示及组织
• 5.2.4 知识的表示及组织
• 5.2.5 概率性推理
• 5.2.6 槽况诊断专家系统输入
• 5.3 检测系统、仿真系统与专家诊断系统三者间的关系
• 5.4 槽况诊断专家系统的功能及应用效果
• 5.4.1 功能
• 5.4.2 应用效果
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况
• 致谢