一种铝电解槽能量平衡的控制系统

摘要

本发明公开了一种铝电解槽能量平衡的控制系统，包括：温度采集组件，用于获取铝电解槽上的M个火眼在打壳后的温度数据；第一控制组件根据温度数据的实时温度变化率，判断在选定时间段内M个火眼中是否存在卡堵火眼；计算每个未卡堵火眼在每次打壳后的预设时间间隔里的平均温度变化率Kij，以及根据Kij确定的、在选定时间段内每个未卡堵火眼的温度变化趋势Rj；根据Rj确定并输出铝电解槽的趋热行程信息或趋冷行程信息；第二控制组件根据铝电解槽趋热行程信息或铝电解槽趋冷行程信息，对铝电解槽的能量平衡进行控制。上述控制系统能够更及时、准确地反馈并调整电解槽的能量平衡状态。

权利要求

1.一种铝电解槽能量平衡的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：温度采集组件，用于获取所述铝电解槽上的M个火眼在打壳后的温度数据；M≥1且为正整数；

第一控制组件，用于根据所述温度数据的实时温度变化率，判断在选定时间段内所述M个火眼中是否存在卡堵火眼；当存在卡堵火眼且卡堵火眼的数量达到阈值数量时，输出铝电解槽趋冷行程信息；以及计算未卡堵火眼的温度变化特征值；所述温度变化特征值包括每个未卡堵火眼在每次打壳后的预设时间间隔里的平均温度变化率Kij，和根据所述平均温度变化率Kij确定的、在所述选定时间段内每个未卡堵火眼的温度变化趋势Rj；根据所述温度变化趋势Rj，确定并输出铝电解槽趋热行程信息或所述铝电解槽趋冷行程信息；

第二控制组件，用于根据所述铝电解槽趋热行程信息或所述铝电解槽趋冷行程信息，对所述铝电解槽的能量平衡进行控制；

其中，所述温度变化趋势Rj的确定方法为：对所述平均温度变化率Kij进行线性拟合，获得拟合趋势线；将所述拟合趋势线的斜率确定为所述温度变化趋势Rj；

所述根据所述温度变化趋势Rj，确定并输出所述铝电解槽的趋热行程信息或趋冷行程信息，包括：

确定每个所述未卡堵火眼对应的权值wj；根据所述温度变化趋势Rj和所述权值wj确定所述铝电解槽能量趋势TR，具体如下： 当所述铝电解槽能量趋势TR小于预设值E1时，确定并输出所述铝电解槽趋冷行程信息；当所述铝电解槽能量趋势TR大于预设值E2时，确定并输出所述铝电解槽趋热行程信息；当所述铝电解槽能量趋势TR处于所述预设值E1与所述预设值E2之间时，确定所述铝电解槽处于能量平稳状态；所述E1<0，E2>0。

2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述根据所述温度数据的实时温度变化率，判断在选定时间段内所述M个火眼中是否存在卡堵火眼，具体包括：根据所述温度数据，计算每个火眼在每次打壳后的实时温度变化率Dj；

判断在所述选定时间段中的所述预设时间间隔里，所述实时温度变化率Dj是否为0或是否位于预设范围内；

若是，判断对应火眼为所述卡堵火眼。

3.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述计算未卡堵火眼的温度变化特征值，具体包括：

确定所述预设时间间隔里，所述未卡堵火眼的最低温度T1ij、所述最低温度T1ij对应的时刻t1ij和未卡堵火眼的最高温度T2ij、所述最高温度T2ij对应的时刻t2ij；

利用公式Kij＝(T2ij‑T1ij)/(t2ij‑t1ij)确定平均温度变化率Kij；

根据所述平均温度变化率Kij，确定每个未卡堵火眼在所述选定时间段内的所述温度变化趋势Rj。

4.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，在所述当所述铝电解槽能量趋势TR处于所述预设值E1与所述预设值E2之间时，还包括：升高位于所述铝电解槽端头的未卡堵火眼对应的权值，重新确定所述铝电解槽能量趋势TR2；

判断所述铝电解槽能量趋势TR2是否小于预设值E3；

若是，确定并输出所述铝电解槽端部趋冷行程信息。

5.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述第一控制组件还用于判断所述温度数据是否超过温度上限值；若是，确定并输出所述铝电解槽趋热行程信息。

6.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述第二控制组件包括上位机；

所述根据所述铝电解槽趋热行程信息或所述铝电解槽趋冷行程信息，对所述铝电解槽的能量平衡进行控制，具体包括：所述上位机根据所述铝电解槽趋热行程信息或所述铝电解槽趋冷行程信息，发出对应的警报信号。

7.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述第二控制组件包括槽控机控制系统；

所述根据所述铝电解槽趋热行程信息或所述铝电解槽趋冷行程信息，对所述铝电解槽的能量平衡进行控制，具体包括：所述槽控机控制系统根据所述铝电解槽趋热行程信息，下调槽控机的设定电压2～

10mV；或，

所述槽控机控制系统根据所述铝电解槽趋冷行程信息，提高所述槽控机的设定电压2～10mV。

8.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述温度采集组件为热电偶或非接触式温度传感器。

9.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述第一控制组件为可编程逻辑控制器PLC或单板机。

说明书

一种铝电解槽能量平衡的控制系统

技术领域

[0001] 本申请涉及电解铝技术领域，尤其涉及一种铝电解槽能量平衡的控制系统。

背景技术

[0002] 铝电解槽的能量平衡是电解槽平稳运行的关键所在，也是制约电解槽节能的关键所在。目前电解槽确定了以过热度为中心，合理匹配其他工艺参数的控制技术。由于高温电
解质的强腐蚀性，目前尚未有能长期在线检测电解质温度的探头。现行是每天定时离线检
测电解槽温，通过槽温度掌握电解槽能量变化趋势，并进行针对性调整，确保能量平衡。但
是离线检测的方式不够及时，等数据录入到系统并发送到槽控机时往往已经滞后几个小时
以上，而且出铝、换极及环境温度变化都将影响铝电解槽槽温的变化，因此离线检测无法及
时地判断、调整铝电解槽的能量平衡。

[0003] 目前电解槽能量平衡的在线判断，可通过铝电解槽上的火眼实施。例如，在专利CN107248157A中提出利用火眼图像转换为数字图像，构建图像矩阵，提取火眼温度、面积、
纹理特征，实现自动看火功能。专利CN107204004A提出利用视频动态特征提取的方法实现
火眼的特征判定。现有技术中的在线方法基于视频图像的特征识别，但由于电解槽槽罩板
的封闭，槽内部光线不足，视频和图像探头仅能安装在出铝口附近，由于受到槽内部粉尘和
高温影响，视频探头的工作稳定性、图像特征提取和识别的准确度将受到严重影响，无法良
好应用于电解槽能量平衡的调节和控制。

发明内容

[0004] 本发明提供了一种铝电解槽能量平衡的控制系统，以解决或者部分解决现有的在线判断及调整铝电解槽能量平衡的方法准确度不足的技术问题。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种铝电解槽能量平衡的控制系统，包括：

[0006] 温度采集组件，用于获取铝电解槽上的M个火眼在打壳后的温度数据；M≥1且为正整数；

[0007] 第一控制组件，用于根据温度数据的实时温度变化率，判断在选定时间段内M个火眼中是否存在卡堵火眼；当存在卡堵火眼且卡堵火眼的数量达到阈值数量时，输出铝电解
槽趋冷行程信息；

[0008] 以及计算未卡堵火眼的温度变化特征值；温度变化特征值包括每个未卡堵火眼在每次打壳后的预设时间间隔里的平均温度变化率Kij，和根据平均温度变化率Kij确定的、在
选定时间段内每个未卡堵火眼的温度变化趋势Rj；根据温度变化趋势Rj，确定并输出铝电解
槽趋热行程信息或铝电解槽趋冷行程信息；

[0009] 第二控制组件，用于根据铝电解槽趋热行程信息或铝电解槽趋冷行程信息，对铝电解槽的能量平衡进行控制。

[0010] 可选的，根据温度数据的实时温度变化率，判断在选定时间段内M个火眼中是否存在卡堵火眼，具体包括：

[0011] 根据温度数据，计算每个火眼在每次打壳后的实时温度变化率Dj；

[0012] 判断在选定时间段中的预设时间间隔里，实时温度变化率Dj是否为0或是否位于预设范围内；

[0013] 若是，判断对应火眼为卡堵火眼。

[0014] 可选的，计算未卡堵火眼的温度变化特征值，具体包括：

[0015] 确定预设时间间隔里，未卡堵火眼的最低温度T1ij、最低温度T1ij对应的时刻t1ij和未卡堵火眼的最高温度T2ij、最高温度T2ij对应的时刻t2ij；

[0016] 利用公式Kij＝(T2ij‑T1ij)/(t2ij‑t1ij)确定平均温度变化率Kij；

[0017] 根据平均温度变化率Kij，确定每个未卡堵火眼在选定时间段内的温度变化趋势Rj。

[0018] 可选的，根据温度变化趋势Rj，确定并输出铝电解槽的趋热行程信息或趋冷行程信息，具体包括：

[0019] 确定每个未卡堵火眼对应的权值wj；

[0020] 根据温度变化趋势Rj和权值wj确定铝电解槽能量趋势TR，具体如下：

[0021]

[0022] 当铝电解槽能量趋势TR小于预设值E1时，确定并输出铝电解槽趋冷行程信息；

[0023] 当铝电解槽能量趋势TR大于预设值E2时，确定并输出铝电解槽趋热行程信息；

[0024] 当铝电解槽能量趋势TR处于预设值E1与预设值E2之间时，确定铝电解槽处于能量平稳状态；

[0025] 其中，E1<0，E2>0。

[0026] 进一步的，在当铝电解槽能量趋势TR处于预设值E1与预设值E2之间时，还包括：

[0027] 升高位于铝电解槽端头的未卡堵火眼对应的权值，重新确定铝电解槽能量趋势TR2；

[0028] 判断铝电解槽能量趋势TR2是否小于预设值E3；

[0029] 若是，确定并输出铝电解槽端部趋冷行程信息。

[0030] 如上述的技术方案，第一控制组件还用于判断温度数据是否超过温度上限值；若是，确定并输出铝电解槽趋热行程信息。

[0031] 可选的，第二控制组件包括上位机；

[0032] 根据铝电解槽趋热行程信息或铝电解槽趋冷行程信息，对铝电解槽的能量平衡进行控制，具体包括：

[0033] 上位机根据铝电解槽趋热行程信息或铝电解槽趋冷行程信息，发出对应的警报信号。

[0034] 可选的，第二控制组件包括槽控机控制系统；

[0035] 根据铝电解槽趋热行程信息或铝电解槽趋冷行程信息，对铝电解槽的能量平衡进行控制，具体包括：

[0036] 槽控机控制系统根据铝电解槽趋热行程信息，下调槽控机的设定电压2～10mV；或，

[0037] 槽控机控制系统根据铝电解槽趋冷行程信息，提高槽控机的设定电压2～10mV。

[0038] 如上述的技术方案，温度采集组件为热电偶或非接触式温度传感器。

[0039] 如上述的技术方案，第一控制组件为可编程逻辑控制器PLC或单板机。

[0040] 通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：

[0041] 本发明提供了一种铝电解槽能量平衡的控制系统，通过获取火眼打壳后的实时温度变化率，判断判断火眼是否卡堵；然后根据预设时间间隔里的平均温度变化率计算选定
时间段内的火眼打壳后的温度变化趋势；基于温度变化趋势判断当前铝电解槽是趋冷行程
还是趋热行程，据此对铝电解槽的能量平衡进行调整；上述控制系统引入了一种新的能量
平衡表征参数，即温度变化特征量；与火眼视频、图像处理的方案相比，温度变化特征量的
数据采集受电解槽恶劣服役环境(如光照、灰尘、高温)的影响更小，计算分析过程更快捷，
从而能够更及时、准确地反馈电解槽当前的能量平衡状态，并对能量平衡状态的控制进行
调整；另一方面，在线分析、调控电解槽能量平衡状态的及时性好，有利于提高电解槽的稳
定性，并进一步降低电耗。

[0042] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够
更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

[0043] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明
的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

[0044] 图1示出了根据本发明一个实施例的铝电解槽能量平衡控制系统示意图1；

[0045] 图2示出了根据本发明一个实施例的铝电解槽能量平衡控制系统示意图2；

[0046] 图3示出了根据本发明一个实施例的温度变化特征值判断和计算方法流程图；

[0047] 附图标记说明：

[0048] 1、火眼；2、温度采集组件；3、第一控制组件；4、第二控制组件；41、上位机；42、槽控机控制系统；43报警灯。

具体实施方式

[0049] 为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。在整个说明书中，除非另有特别说明，本文
使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有
技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本
说明书优先。除非另有特别说明，本发明中用到的各种设备等，均可通过市场购买得到或者
可通过现有方法制备得到。

[0050] 为了解决现有在线判断和控制铝电解槽能量平衡的方法的准确度欠佳的问题，在一个可选的实施例中，如附图1所示，提出了一种铝电解槽能量平衡的控制系统，包括：

[0051] 温度采集组件2，用于获取铝电解槽上的M个火眼1在打壳后的温度数据；M≥1且为正整数；

[0052] 第一控制组件3，用于根据温度数据的实时温度变化率，判断在选定时间段内M个火眼1中是否存在卡堵火眼；当存在卡堵火眼且卡堵火眼的数量达到阈值数量时，输出铝电
解槽趋冷行程信息；

[0053] 以及计算未卡堵火眼的温度变化特征值；温度变化特征值包括每个未卡堵火眼在每次打壳后的预设时间间隔里的平均温度变化率Kij，和根据平均温度变化率Kij确定的、在
选定时间段内每个未卡堵火眼的温度变化趋势Rj；根据温度变化趋势Rj，确定并输出铝电解
槽趋热行程信息或铝电解槽趋冷行程信息；

[0054] 第二控制组件4，用于根据铝电解槽趋热行程信息或铝电解槽趋冷行程信息，对铝电解槽的能量平衡进行控制。

[0055] 具体的，电解槽每隔40～100秒进行一次火眼打壳，在火眼打壳时，打壳锤头打击火眼的壳面，使火眼1开启，此时电解槽内的高温烟气溢出，短时间内(如10秒)火眼周围温
度突然升高，出现温度突变特征。电解槽上通常有数个火眼1，在本实施例中，在每个火眼1
附近安装温度采集组件2，可检测每个火眼附近的烟气温度信号；然后第一控制组件3对温
度信号进行滤波；一方面，火眼1的温度可以直接用于判断铝电解槽是否处于趋热行程：当
温度采集组件2采集的温度值高于温度上限值Tmax时，可直接输出铝电解槽趋热行程信息；
另一方面，研究表明在打壳后短时间内的火眼温度突变特征能够反映铝电解槽内的能量平
衡状态的变化规律，因此计算火眼打壳后在预设时间间隔内的温度变化特征量，基于温度
变化特征量中的实时温度变化率，可以判断火眼1是否卡堵；基于温度变化特征量中的温度
变化特征值，可判断铝电解槽是处于趋冷行程还是趋热行程。在本实施例提供的方案中，在
选定时间段内包括连续N次火眼打壳，基于连续N次火眼打壳后的温度数据计算实时温度变
化率和温度变化特征值。

[0056] 可选的，根据温度数据的实时温度变化率，判断在选定时间段内M个火眼中是否存在卡堵火眼，具体包括：

[0057] 根据温度数据，计算每个火眼在每次打壳后的实时温度变化率Dj；

[0058] 判断在选定时间段中的预设时间间隔里，实时温度变化率Dj是否为0或是否位于预设范围内；

[0059] 若是，判断对应火眼为卡堵火眼。

[0060] 即，首先确定一个火眼打壳后的预设时间间隔t0(如10～20s，从打壳操作完成后开始计算)，若在预设时间间隔里没有检测到实时温度变化数据(即Dj＝0)或实时温度变化
率的绝对值非常小(Dj的值属于一个靠近0的很小的范围区间内)，则确定当前火眼卡堵，可
输出火眼卡堵报警信号。当确定出火眼卡堵的数量大于阈值数量N1时，可直接判断出当前
电解槽处于趋冷行程；若在预设时间间隔t0内确定的Dj位于判断火眼卡堵的预设范围之外，
或处于设定范围[B1,B2]内时，则认为火眼打开；在火眼打开后，火眼冒出内部的高温烟气，
火眼处的烟气温度相对于打开前，先急剧升高，然后在一个高值处稳定一段时间，再下降至
另一温度值处保持平衡温度；因此Dj的变化趋势是先升高再降低。表征火眼卡堵的预设范
围或表征火眼打开的设定值范围[B1,B2]根据不同的电解槽的工况具体确定，在此不进行
具体限定；火眼卡堵或火眼打开可分别在控制系统中对应打开标志S＝0或S＝1。

[0061] 在确定火眼打开后，第一控制组件3开始计算预设时间间隔t0内的平均温度变化率Kij，以及在选定时间段内的温度变化趋势Rj；其中，i表示打壳序号，1≤i≤N，j表示火眼
序号，1≤j≤M。

[0062] 可选的，计算未卡堵火眼的温度变化特征值，具体包括：

[0063] 确定预设时间间隔里，未卡堵火眼的最低温度T1ij、最低温度T1ij对应的时刻t1ij和未卡堵火眼的最高温度T2ij、最高温度T2ij对应的时刻t2ij；

[0064] 利用公式Kij＝(T2ij‑T1ij)/(t2ij‑t1ij)确定平均温度变化率Kij；

[0065] 根据平均温度变化率Kij，确定每个未卡堵火眼在选定时间段内的温度变化趋势Rj。

[0066] 如前所述，由于Dj的变化趋势是先升高再降低，当火眼打壳后计算的Dj位于设定范围[B1,B2]内时，确定火眼打开未卡堵，打壳标志S置为1，开始进行T1ij和T2ij的确认过程；当
打壳标志S为1且连续N2次位于设定值范围[B3,B4]之内时，确认火眼开始凝固，打壳标志S
置为0，停止确认T1ij和T2ij；根据确认的T1ij和T2ij提取对应的时刻t1ij和t2ij，然后根据上式
计算出每个未卡堵火眼在每次打壳后的预设时间间隔内的平均温度变化率。

[0067] 在上述方案中，每当一个火眼打壳后计算得到一个平均温度变化率Kij，而在选定时间段内包括N次连续打壳，因此得到N个Kij值，基于N个Kij值可计算在选定时间段内的温
度变化趋势Rj。

[0068] 一种可选的温度变化趋势Rj的确定方案是：根据得到的N个平均温度变化率Kij，进行线性拟合得到拟合趋势线，然后计算拟合趋势线的斜率，得到连续N个平均温度变化率Kij
的斜率，此斜率即为选定时间段里，即第j火眼在连续N次打壳中的温度变化趋势Rj。N的取
值可根据需要确定，例如对于第j火眼，取N＝10，则说明在某时间段内连续计算10次火眼打
壳后的平均温度变化率Kij，然后根据10个平均温度变化率Kij，计算出选定时间段内的温度
变化趋势Rj。

[0069] 在确定出每个未卡堵的火眼在选定时间段内的温度变化趋势Rj以后，即可用于评价当前铝电解槽的能量平衡状态。例如，当计算出M个火眼的温度变化趋势Rj均高于趋热阈
值，说明在选定时间段内火眼烟气的温度持续走高，确定整个电解槽处于趋热行程；当计算
出M个火眼的温度变化趋势Rj均小于趋冷阈值时，说明在选定时间段内火眼烟气的温度持
续降低，确定整个电解槽处于趋冷行程。

[0070] 另一方面，由于电解槽上设有多个火眼，根据火眼位置的不同，在同一选定时间段内计算得到的温度变化趋势不同，其用于评价电解槽能量状态的趋势的重要性或贡献度也
有区别，因此为了更准确的评价铝电解槽的能量状态，对于每个火眼，引入火眼权重权值
wj，对整个铝电解槽的过热度趋势进行综合评价，并根据评价结果对电解槽进行相应的调
整。

[0071] 一种可选的评价方案如下：

[0072] 根据温度变化趋势Rj，确定并输出铝电解槽的趋热行程信息或趋冷行程信息，具体包括：

[0073] 确定每个未卡堵火眼对应的权值wj；

[0074] 根据温度变化趋势Rj和权值wj确定铝电解槽能量趋势TR，具体如下：

[0075]

[0076] 当铝电解槽能量趋势TR小于预设值E1时，确定并输出铝电解槽趋冷行程信息；

[0077] 当铝电解槽能量趋势TR大于预设值E2时，确定并输出铝电解槽趋热行程信息；

[0078] 当铝电解槽能量趋势TR处于预设值E1与预设值E2之间时，确定铝电解槽处于能量平稳状态；

[0079] 其中，E1<0，E2>0。进一步的，在当铝电解槽能量趋势TR处于预设值E1与预设值E2之间时，还包括：

[0080] 升高位于铝电解槽端头的未卡堵火眼对应的权值，重新确定铝电解槽能量趋势TR2；

[0081] 判断铝电解槽能量趋势TR2是否小于预设值E3；

[0082] 若是，确定并输出铝电解槽端部趋冷行程信息。

[0083] 即，当第一次计算得出电解槽能量平衡总体平稳的结果时，由于电解槽端头比中间部位散热面积大，当作业后或环境温度突变后，易出现散热不平衡，可以调整火眼的权值
wj分布，加大电解槽两端头火眼的权值，和/或降低中部火眼的权值，再根据上述TR的计算
公式，得到调整权值后的TR2值。当TR2小于预设值E3时，说明电解槽端部趋冷。

[0084] 在获得电解槽能量平衡判断结果之后，第二控制组件4基于判断结果可进行相应的调整操作，具体如下：

[0085] 可选的，如图2所示，第二控制组件4包括上位机41；根据铝电解槽趋热行程信息或铝电解槽趋冷行程信息，对铝电解槽的能量平衡进行控制，具体包括：上位机41根据铝电解
槽趋热行程信息或铝电解槽趋冷行程信息，发出对应的警报信号。

[0086] 上位机41在接收到电解槽趋冷或趋热信息后，可以发出进行相应的显示信息或警报信息，告知现场作业区的技术人员进行手动调整。可选的，第二控制组件4还包括报警灯
43，在接收到火眼卡堵、电解槽趋热或电解槽趋冷报告时，亮灯提醒现场技术人员进行处
理。

[0087] 可选的，如图2所示，第二控制组件4包括槽控机控制系统42；根据铝电解槽趋热行程信息或铝电解槽趋冷行程信息，对铝电解槽的能量平衡进行控制，具体包括：槽控机控制
系统42根据铝电解槽趋热行程信息，下调槽控机的设定电压2～10mV；或，槽控机控制系统
42根据铝电解槽趋冷行程信息，提高槽控机的设定电压2～10mV。

[0088] 即，槽控机根据电解槽趋热或趋冷趋势判断结果，自动调整电解槽的目标电压，以调节能量平衡状态。

[0089] 可选的，槽控机控制系统42也可直接将打壳开始标志S＝1发送给第一控制组件3。

[0090] 可选的，第一控制组件3可以独立安装，也可作为子模块集成到槽控机控制系统中。

[0091] 在本实施例中，温度采集组件2用于获取火眼打壳后的烟气温度，可以是热电偶或非接触式温度传感器，这些温度采集装置不受电解槽内高温、阴暗、粉尘的不利影响，且尺
寸小，可以设置在靠近火眼的位置，提高温度数据采集和计算的精度；当选用非接触式温度
传感器时，非接触式温度传感器距火眼表面的距离为30～35cm。温度采集组件2连接到铝电
解槽控制系统，进行温度信号传输。

[0092] 可选的，第一控制组件3可以是单板机或现场电气设备中的可编程逻辑控制器PLC。通过在单板机或PLC控制器中进行编程，自动提取温度变化特征值并进行相应的判断。

[0093] 本实施例提供了一种铝电解槽能量平衡的控制系统，通过获取火眼打壳后的实时温度变化率，判断判断火眼是否卡堵；然后根据预设时间间隔里的平均温度变化率计算选
定时间段内的火眼打壳后的温度变化趋势；基于温度变化趋势判断当前铝电解槽是趋冷行
程还是趋热行程，据此对铝电解槽的能量平衡进行调整；上述控制系统引入了一种新的能
量平衡表征参数，即温度变化特征量；与火眼视频、图像处理的方案相比，温度变化特征量
的数据采集受电解槽恶劣服役环境(如光照、灰尘、高温)的影响更小，计算分析过程更快
捷，从而能够更及时、准确地反馈电解槽当前的能量平衡状态，并对能量平衡状态的控制进
行调整；第二，在线分析、调控电解槽能量平衡状态的及时性好，有利于提高电解槽的稳定
性，并进一步降低电耗。第三，上述控制系统监测的火眼附近温度相对较低，不直接接触高
温腐蚀电解质，传感器使用寿命长，成本低。

[0094] 在接下来的实施例1～5中，以具体实施数据对上述方案进行完整的说明：

[0095] 实施例1：

[0096] 本实例在某300KA电解槽上6个火眼上方安装温度传感器，温度传感器固定在打壳套管外壁，传感器前端距火眼表面30cm左右，末端穿过打壳气缸密封圈伸出到槽上部，经通
讯线连接到槽烟道端的控制器，控制器与工区上位机连接。控制器从火眼1依次开始实时采
集传感器的温度，采样周期1秒，打壳标志S＝0；采集温度在140℃上下波动，经移动平均值
滤波后，特征值D在‑0.5～0.5之间波动。当打壳锤头敲击火眼壳面并打开火眼，控制器采集
到温度从140℃突变到150℃，计算得到D＝10，D位于设定值[8,20]之间，打壳标志S＝1；开
始记录最低温度T1＝140℃，t1＝1s，5秒后上升到最高温度170℃后开始下降，记录最高温
度T2＝170℃，t2＝6s；当连续5次计算的D位于[‑10,‑2]之间后，打壳标志S＝0。故而，确定
预设时间间隔为打壳开始后的6秒，计算本次打壳的平均温度变化率特征值K＝(170‑140)/
(6‑1)＝6；根据上述过程连续计算10次打壳后的K分别为{6,5.8,6.1,5.7,5.3,5.6,5.2,5,
5.3,4.9}，使用线性拟合出10个K值的斜率为‑0.122，则火眼1的趋势R1＝‑0.122。接着再依
次计算其他5个火眼的趋势R2～R5分别为{‑0.126,‑0.111,‑0.101,‑0.118,‑0.124}，根据
预设权重wj＝{0.1,0.2,0.2,0.2,0.2,0.1}计算出TR＝‑0.116，TR小于预设值‑0.1判定为
趋冷，控制系统向上位机发出报警信息，技术人员确认后手动增加槽控系统的设定电压6～
10mV。

[0097] 实施例2：

[0098] 本实例在某350KA电解槽上6个火眼侧上方安装温度传感器，温度传感器固定在下料管外壁，传感器前端距火眼中心40cm左右，末端穿过电解槽机架面伸出到槽上部，经通讯
线连接到到槽烟道端的控制器，控制器与槽控机连接。控制器从火眼1依次开始实时采集传
感器的温度，采样周期1秒，打壳标志S＝0；采集温度在150℃上下波动，经移动平均值滤波
后，特征值D在‑1.0～1.0之间波动。当打壳锤头敲击火眼壳面并打开火眼，控制器采集到温
度从150℃突变到165℃，D＝15，D位于设定值[10,20]之间，打壳标志S＝1；开始记录最低温
度T1＝150℃，5秒后上升到最高温度185℃后开始下降，记录最高温度T2＝185℃，连续6次D
位于[‑10,‑2]之间后，打壳标志S＝0。计算本次打壳特征值K＝7；连续计算10次打壳后的K
分别为{7,6,6.5,6.8,7.2,6.7,6.9,7.2,6.8,7.3}，使用线性拟合出10个K值的斜率为
0.07，则火眼1的趋势R1＝0.07，依次计算其他5个火眼的趋势R2～R5分别为{0.08,0.11,
0.12,0.08,0.06}，根据预设权重wj＝{0.1,0.2,0.2,0.2,0.2,0.1}计算出TR＝0.09，大于
预设值0.05，判定为趋热，控制系统向槽控机发送通知，槽控机增加目标电压4～6mV。

[0099] 实施例3：

[0100] 本实例在某400KA电解槽上安装报警灯，在6个火眼侧上方安装温度传感器，温度传感器固定在烟道外壁，末端穿过电解槽机架面伸出到槽上部，经通讯线连接到到电解槽
烟道端的控制器，控制器同时连接上位机、槽控机、槽上报警灯。控制器从火眼1依次开始实
时采集传感器的温度，采样周期1秒，打壳标志S＝0；采集温度在150℃上下波动，经移动平
均值滤波后，特征值D在‑1.0～1.0之间波动。当打壳锤头敲击火眼壳面并打开火眼，受相邻
火眼影响，控制器采集到温度从150℃突变到153℃，特征值D＝3，位于预设设定值[10,20]
之外，打壳标志S＝0；当连续10分钟打壳标志S都是0，控制器判断该火眼卡堵，并向警报灯
和上位机、槽控机输出报警信号。报警灯亮提醒作业人员处理，当6个火眼中2个同时出现卡
堵，判断当前电解槽趋冷，控制系统向槽控机发送通知，槽控机增加目标电压3～5mV。

[0101] 实施例4：

[0102] 本实例在某500KA电解槽上安装报警灯，在6个火眼侧上方安装温度传感器，温度传感器固定在打壳套管外壁，传感器前端距火眼表面35cm左右，末端穿过打壳气缸密封圈
伸出到槽上部，经通讯线连接到到电解槽烟道端的控制器，控制器同时连接上位机、槽控
机、槽上报警灯。控制器从火眼1依次开始实时采集传感器的温度，采集温度在滤波后200℃
上下波动，大于预设的195℃，判断为槽偏热，控制系统向槽控机发送通知，槽控机降低设定
电压3～5mV。

[0103] 实施例5：

[0104] 本实例在某400KA电解槽上安装报警灯，在6个火眼侧上方安装无线测温传感器，无线测温传感器安装在火眼侧上方机架上，测温焦点对准火眼上方的锤头套管端部。无线
测温传感器经通讯线连接到到电解槽烟道端的控制器，控制器同时连接上位机、槽控机、槽
上报警灯。控制器从火眼1依次开始实时采集传感器的温度，采样周期1秒，打壳标志S＝0；
采集温度在140℃上下波动，经移动平均值滤波后，特征值D在‑1.0～1.0之间波动.当打壳
锤头敲击火眼壳面并打开火眼，140℃突变到150℃，D＝10，D位于设定值[8,20]之间，打壳
标志S＝1；开始记录最低温度T1＝140℃；5秒后上升到最高温度170℃后开始下降，记录最
高温度T2＝170℃，连续5次D位于[‑10,‑2]之间后，打壳标志S＝0。计算本次打壳特征值K＝
6；连续计算10次打壳后的K分别为{6,5.8,6.1,5.7,5.3,5.6,5.2,5,5.3,4.9}，使用线性拟
合出10个K值的斜率为‑0.122，则火眼1的趋势R1＝‑0.122，依次计算其他5个火眼的趋势R2
～R5分别为{‑0.05,0.1,0.05,‑0.06,‑0.124}，根据预设权重{0.1,0.2,0.2,0.2,0.2,0.1}
计算出TR＝‑0.017，位于预设值[‑0.1,0.1]之间，对预设权重进行调整，调整后为{0.4,
0.1,0,0,0.1,0.4}，再次计算出TR2＝‑0.109，小于预设值‑0.1，判断电解槽端部趋冷，控制
系统向上位机发出报警信息，技术人员确认后，增加电解槽端头保温料厚度。

[0105] 总的来说，实施例1～5的温度变化特征值判断流程图如附图3所示，本申请在铝电解槽的能量平衡控制时，在离线槽温的基础之上，增加了新的能量平衡表征参数，可及时反
馈电解槽能量平衡控制效果，实现了更及时、更精准的新型能量平衡控制，电解槽稳定性更
高，电耗将进一步降低。同时，上述控制系统比传统的智能打壳系统安装更简单，成本更低，
能够有效减少火眼人工巡视。

[0106] 通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：

[0107] 本发明提供了一种铝电解槽能量平衡的控制系统，通过获取火眼打壳后的实时温度变化率，判断判断火眼是否卡堵；然后根据预设时间间隔里的平均温度变化率计算选定
时间段内的火眼打壳后的温度变化趋势；基于温度变化趋势判断当前铝电解槽是趋冷行程
还是趋热行程，据此对铝电解槽的能量平衡进行调整；上述控制系统引入了一种新的能量
平衡表征参数，即温度变化特征量；与火眼视频、图像处理的方案相比，温度变化特征量的
数据采集受电解槽恶劣服役环境(如光照、灰尘、高温)的影响更小，计算分析过程更快捷，
从而能够更及时、准确地反馈电解槽当前的能量平衡状态，并对能量平衡状态的控制进行
调整；另一方面，在线分析、调控电解槽能量平衡状态的及时性好，有利于提高电解槽的稳
定性，并进一步降低电耗。

[0108] 尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包
括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

[0109] 显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围
之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。