第4篇第2章—计算机控制—异常槽况检出与处理.doc

第二章 槽电阻的常规解析（含异常状态分析） 2.1 信号采样与槽电阻计算 众所周知，表观槽电阻（简称槽电阻）是用于实现铝电解过程实时控制的主要参数。它既是重要的状态参数，又于重要的被控参数。通常都采用下列这个简单公式由槽电压（V）、系列电流（I）的采样值计算槽电阻（R）的采样值： （1） 其中：——在tn时刻的原始槽电阻（或称为采样值）； V(n) ——在tn时刻的槽电压采样值； I(n) ——在tn时刻的系列电流采样值； B ——表观反电动势（设定常数）。 表观反电动势B是一个设定常数，它可以视为是铝电解真实的反电动势的统计平均值。它应该依据槽电压（V）-系列电流（I）试验曲线在正常电流处的切线延伸至零电流处所截取的常值。由于槽型及技术条件的不同，各铝厂选用的B值不同，选值范围在1.6～1.7伏之间。众所周知，真实的反电动势是变化的，例如当氧化铝浓度向临近AE发生的临界浓度靠近时，真实的反电动势会显著升高（即显著高于设定的表观反电动势），从而引起槽电压显著升高，于是引起（表观）槽电阻显著升高。假如槽电阻计算公式中的B是真实的反电动势，槽电阻便不应跟随反电动势的变化而变化，但由于槽电阻计算公式中B被固定为一个常数，因此反电动势变化时（引起槽电压变化），槽电阻也跟随着发生变化，这就是公式（1）所计算的槽电阻严格来说应称为表观槽电阻的原因（只有在电解槽的运行条件正好使真实的反电动势等于设定值时，表观槽电阻才是真实的槽电阻）。 之所以要用（表观）槽电阻而不是直接用槽电压来作为槽况解析的依据，是因为槽电压跟随系列电流变化，而理论上而言，槽电阻是不随系列电流的变化而变化的，因此用槽电阻来判断槽况能排除系列电流变化所产生的干扰。但在铝电解现场的控制系统中往往观察到这样的现象：当系列电流的波动明显引起槽电阻的波动。引起这一现象的最可能原因是：①槽电压与系列电流的采样误差较大，或者两者的采样不同步（这种情况下，往往表现为系列电流波动加剧时，槽电阻的波动也跟随着加剧）；②真实的反电动势与设定的反电动势的偏差较大（这种情况下，往往表现为槽电阻跟随系列电流的波动而波动）。为了尽可能消除系列电流波动对槽电阻的影响，显然应该尽可能保持槽电压与系列电流的采样同步，并消除采样误差，并且使槽电阻计算公式中的表观反电动势设定值尽可能接近常态工艺技术条件下的真实反电动势的平均值。 槽电阻一般以欧姆（或微欧姆）作单位，但电解工人往往感觉槽电压的单位（毫伏或伏）较为直观。因此，无论是在国外，还是在我国，愈来愈多的控制系统开发商将槽电阻线性变换为具有相同内涵的“正常化槽电压”表达，即： （2） 其中：代表在tn时刻的正常化槽电压（原始值）；Ib代表基准系列电流；其余变量的含义与槽电阻计算公式中相同。 采用正常化槽电压来代表槽电阻虽然使现场操作人员感到直观了，但却使部分操作人员难以弄明白为何正常化槽电压采用了电压的单位却代表槽电阻。对此，下面再作一些解释。从正常化槽电压的计算公式可见，槽电阻与正常化槽电压这两者的换算关系用一句话可以表达为 “不论当前的实际槽电压是多少，只要当前的槽电阻为R0，那么与基准电流相对应的槽电压（即正常化槽电压）就是R0×Ib＋B”可见，假如系列电流变化引起槽电压变化了，只要槽电阻保持不变，正常化槽电压就保持不变（当然前提是基准电流和表观反电动势的设定值均保持不变）。以一台200kA铝电解槽为例，假如系列电流正好等于基准电流值（200kA），对应的槽电压为4.1V，并假设槽电阻计算公式中的表观反电动势取值为1.6V，则用（1）式计算的槽电阻值为1.25×10-5欧姆（即12.5微欧姆），用而（2）式计算的正常化槽电压为4.1V（注意：当系列电流值正好等于设定的基准电流值时，正常化槽电压的值就等于槽电压的值）。假设系列电流从200kA降低到190kA时槽电阻维持不变（维持在12.5微欧姆），从槽电阻计算公式（1）反推可知，槽电压将从4.1V降低到3.975V。再从正常化槽电压计算公式（2）可知，正常化槽电压依然还是4.1V。而若假定系列电流从200 kA降低到190kA时，通过提升阳极保持槽电压4.1V不变，从槽电阻计算公式（1）可计算出，槽电阻将从12.5微欧姆升高到约13.2微欧姆；从正常化槽电压的计算公式（2）可计算出，正常化槽电压将从4.1V升高到约4.24V。 从槽电阻和正常化槽电压的计算公式可知，改变表观反电动势的设定值会改变槽电阻的计算值，但对正常化槽电压的计算值的影响较小（前提是实际的电流与基准电流接近，假如实际的系列电流等于基准电流，则无影响）；改变基准电流的设定值不会影响槽电阻的计算值，但会改变正常化槽电压