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1、 铝电解智能模糊控制系统产品用户手册本资料包括以下内容:产品技术说明书槽控机操作使用说明书铝电解槽智能模糊控制系统试车方案槽控机接线图(表)槽控机系统讲稿槽控机电气原理图上位机操作使用说明书铝电解槽智能模糊控制系统 产品技术说明书 目 录1、 控制系统整体结构2 、槽控机硬件体系设计方案3 、槽控机智能模糊控制理论与技术概述4 、槽控机硬件体系的主要功能5 、槽控机控制软件的主要功能6 、槽控机的主要特点7 、上位机体系的主要功能8 、系列电流频率转换器的功能9 、电流信号驱动器的功能10、CAN总线重复器的功能11、系列电压转换器的功能12、其它可选设备13、设备及配件清单铝电解槽智能模糊控
2、制系统产品技术说明书1 控制系统整体结构以两个车间（四个工区）为例，三级网络式控制系统的局域网配置图如图2所示。其中，通讯主干网采用光纤通讯。图1 三级网络式控制系统的局域网配置示意图2 槽控机硬件体系设计方案 槽控机是铝电解槽自控系统的主体部分，图2（壁挂式网络式）槽控机我们应用最新的现场总线及网络通信技术开发的基于现场总线的网络式（全分布式）智能槽控机可以满足现代化电解铝生产自控的需求。该槽控机在电路板的设计采用目前国际上最先进、最可靠的CAN总线协议，将槽控机内部结构设计为多CPU智能分布式网络结构形式。这种设计方案使槽控机的电路板的数量少，而且大大缩减了各电路板之间用于数据交换的连接线
3、，解决了结构简洁与功能分布之间的矛盾。智能槽控机的外观结构形式为壁挂式结构。图2所示为目前用户普遍采用的壁挂式槽控机，其箱体的外形尺寸相同，均为：800（宽） 550（高） 200（厚）。3 槽控机智能模糊控制理论与技术概述3.1 发展背景为了提高中国铝工业的铝电解计算机控制水平，我们从20世纪80年代后期至90年代初期开发了点式下料和自适应控制技术，其后又针对我国铝电解槽设备与工艺的特点开发出称之为“智能模糊控制”的新型控制技术，该技术在应用中被证明对于提高预焙铝电解槽的技术经济指标作用显著。1997年以来，我们针对该技术不断进行改进和完善改进工作，突出的特点是，应用模糊专家控制技术开发了一
4、种称之为“模糊专家控制器”的新型控制算法，它的基于“近似推理”原理的推理机具有同时处理精确知识和模糊知识的优点，而它的“论域自调整”机制可根据槽况的变化和控制模式的切换，自动调整输入模糊变量和/或输出模糊变量所对应的精确值的论域，从而简便而有效地达到在线自动调整控制器的工作点和动、静态品质的目的。实际应用结果表明，其控制精度、鲁棒性和稳定性好，具有显著的增产节能效果。3.2 模糊专家控制器的基本构成由于能被采集用于槽况分析与控制的信息以及从领域专家那里收集的知识和经验多半都是不精确的，因此一个用来控制铝电解过程的基于规则的系统应该能使用由精确和不精确子句（命题）任意混合的规则进行工作。为了实现
5、这一目标，我们综合应用模糊逻辑控制技术和基于规则的专家系统技术开发出用于铝电解槽控制的称之为“模糊专家控制器”的新型控制算法，其基本构成如图3所示。3.3 规则库的构造采用“ifthen”(条件和结论都可含模糊子句)的模糊产生式表示法来统一地表达由推理机使用的各种规则。为了简化推理机的构造，我们仅采用简单规则和“AND”类型的复合规则来表达全部规则，这是因为其他类型的规则均可以拆分为这两种类型的规则。“AND”类型的复合规则的表达形式如下：if Pj1 AND Pj2 .AND Pjm then Qj1 AND Qj2 * AND Qjn 其中，Pj1代表规则j的第1个子前提，Qj1代表规则j
6、的第1个子结论，两者都可为模糊或精确的子句，其余依次类推。上述规则表示前件（即条件）中含有m个前提，并且只有当m个前提均成立（或均可能成立），结论才能成立（或才可能成立）。若前件中只含1个前提，结论中只有1个子结论，则便是简单规则，可见简单规则是“AND”类型复合规则的一个特例。规则中不精确的子句意味着模糊变量的存在。规则中模糊变量的语言值和隶属函数是依据模糊数学理论，通过经验和实验确定的。所有隶属函数被假定为具有三角形或梯形形状。以槽电阻斜率的模糊集所对应的隶属函数为例（图4），横坐标代表槽电阻斜率的精确值，论域为min, max，当精确值超出论域时，则进行限幅处理。图中的5个梯形表示槽电阻
7、斜率的5个模糊集所对应的隶属函数。其中语言值为“升”的隶属函数可由图中标注了a、b、c、d的四个顶点的量化值坐标所唯一地确定。显然，若b, c两点重合，则隶属函数成为三角形。因此梯形和三角形的隶属函数可统一地用四个顶点存贮。需指出，顶点的值采用量化值而非精确值，量化值与精确值的关系是：量化值 = 精确值 量化因子(k)3.4 论域自调整机制由于电解槽，尤其是设计较差的电解槽具有非线性、时变的特性，要求控制器具有自调整和自学习能力。在这一方面，没有采用常规专家控制器的直接修改规则的做法，而是采用了“论域自调整算法”，即由推理机根据槽况的变化情况和控制模式的转变而修改输入模糊变量所对应的精确值的论
8、域和/或输出模糊变量所对应的精确值的论域,从而简便地而有效地达到在线自动调整模糊专家控制器的工作点和动、静态品质的目的。 以推理机根据下料控制模式的转变调整论域为例，当下料控制模式从浓度校验模式转入常态下料模式时, 可认为氧化铝浓度已经进入了设定的低浓度工作区，为了精细地控制氧化铝浓度稳定在最佳工作点附近，可适当缩小氧化铝浓度工作区，为此推理机调整一些模糊变量所对应的精确值的论域例如，增大槽电阻斜率的精确值的论域的下限，减小其上限，实际上通过增大量化因子k缩小了槽电阻精确值的论域，使精确值对应的量化值增大，此过程如图5所示。用同样方法可缩小下料速率的精确值论域，以达到根据槽电阻斜率等变量的较小
9、变化而细微地调整下料速率的目的。再以推理机根据槽况的变化情况调整论域为例，在下料控制中的一种调整方式是，如果当前“效应距今”变量取值taetae0（设定的标准值）表明目前距上次效应发生的时间较近,那么下料控制的重点目标是防止效应发生以控制均匀、合适的效应系数,因此氧化铝浓度工作区可适当升高，为此减小槽电阻斜率精确值论域的上限和下限：max1 = max-f1(tae0-tae)min1 = min- f2(tae0-tae)式中，f1，f2代表增函数。这样相当于把论域左移。反之，如果taet ae0，表明目前距上次效应发生的时间较远，此时控制的重点目标是控制较低的氧化铝浓度以防生成沉淀, 因此
10、可按相反的方向调整某些模糊变量的精确值的论域来适当降低氧化铝浓度工作区。3.5 推理机我们按照模糊专家系统的推理技术构造推理机（图5）。推理机的推理过程应用了一种“近似推理”算法来计算规则的前件与来自数据库的断言的匹配度。精确的前件与精确的断言的匹配度只能在0和1两者中取其一，否则根据与模糊集相关联的运算来确定，获得一个0与1之间的值。当某条规则的整个前件均经匹配，其中最小的匹配度便是该规则的匹配度。只要该规则的匹配度大于预先设定的阈值，该规则就进入触发规则集。为了消除从触发规则集中选取最终被执行的规则时的冲突，应用了下列策略：一是将规则按规则集分类，每次从每一规则集中最多选择一条规则；二是每
11、一规则集中的规则都分配了一个优先级，因此如果触发规则集中来自同一规则集的规则多于一条，则选取优先级高的规则，而若优先级相同，则选取匹配度高的规则。当某一规则被执行后便可获得一条结论，该结论的每一子结论对应某一变量的取值，该变量可以是一个输出变量或用于推理或计算的中间变量。若该变量是模糊语言变量，则按最大隶属度法进行解模糊来获得一个量化值，该量化值乘以一个比例因子便得到一个精确值。4、智能槽控机硬件体系的主要功能（1） 能控制2个交流220V打壳电磁阀（100W以下）。（2） 能控制3个交流220V下料电磁阀（100W以下）（其中1个用于氟化铝添加）。（3） 能控制3个交流380V交流电动机正反
12、转。（其中1个用于阳极升降，2个用于主付碟阀正反转）（4） 能控制1个交流220V阳极效应报警灯（40W）。（5） 能控制1个阳极效应声音报警装置。（6） 能支持国际最先进的现场总线（CAN总线）通讯网络协议，以实现电解槽的分布控制集中管理。（7） 能对电解槽槽电压进行实时采样，采样方式为电压频率转换方式，采样范围为0100VDC，采样最快速度能达到每秒8次。（8） 能同步实时采集系列电流频率信号。（9） 具有定时对槽电压采样进行自校正、对采样误差过大的情形进行安全保护与错误报警的功能，确保槽控机采样数据真实，控制安全可靠。（10）可接收阳极脉冲发生器（2个）信号，电解槽阳极提升上、下限位信号
13、（2个），主付蝶阀限位信息信号（关到位，开到位，工作位各2个）共十个信号。（11）在显示面板上有三组大字符数码显示管，分别用于显示电流、电压以及能通过功能键循环查看19种运行参数。（12）在显示面板上有30个功能显示发光二极管，指示槽控机的工作状态。（13）一套无触点触摸开关，接收现场操作人员的人工输入命令。（14）槽控机电源开关具有超时脱扣功能，过欠压脱扣功能。（15）大字符LED槽电压表，提供独立于槽控机采样通道的槽电压显示，便于现场操作工通过比较两路电压显示值之间的差异，发现电压采样偏差过大的情形。（16）看门狗（WATCHDOG）方式监视软件的正常运行。（17）具有一个软件可控交流口，
14、监视槽控机设备电源，确保槽控机安全运行。（18）对阳极升降具有多种限时与限幅保护功能（包括由硬件上的无触点安全定时器和电压越限保护，以及软件上的限时与限幅处理措施），做到阳极升降安全万无一失。（19）每时每刻进行自动诊断，对槽控机故障进行显示，方便维护。（20）所有数据实现断电保护，确保控制的连续性。（21）输入与输出之间实现多级光电隔离，确保设备与人身安全。（22）实现闭环控制，确保发出的指令正确执行。（23）重要信息语音自动报警功能。（21）机箱设计应方便维修和安装，机箱密闭防尘。（22）能满足如下安全控制的要求： 具有防雷击装置以保证在雷雨季节槽控机能安全运行。 箱体内逻辑部分与动力部分分开并可靠屏蔽，两部分以标准插接件互联，以保证装卸简单，维护方便。 逻辑部分的易损件设计为可单独插拔的分离部件，以便维护。 槽控机内高频动作、大电流和高电压节点等关键性元件采用高质量产品或进口元件。5 网络式智能槽控机控制软件的主要功能（1）信号采集：在线同步采集槽电压、系列电流；接受并处理与人工作业工序相关的各种手动信号。（2）槽况解析：实时地解析槽况的变化趋势；对不稳定及异常槽况（如电阻针振、电阻摆动、阳极效应趋势、阳极效应发生、下料过程的电阻变化异常、极距调节过程的电阻变化异常等）的预报、报警和自处理。（3）下料与电阻智能
