控制系统技术协议

附件 11 、总则1.1 本技术协议书适用于xx 公司计算机站槽控制系统改造项目 300KA 电解槽控制系统。它提出了该设备的功能设计、结构、性能、安装和试验等方面的技术要求。该技术协议需方提供以高效节能型铝电解工艺技术以“五低- 三窄 - 一高” （即：低温、低过热度、低氧化铝浓度、 低槽电压、 低阳极效应系数、 高电流密度、 窄物料平衡工作区、 窄热平衡工作区、窄磁流体稳定性调节区、 高阳极电流密度） 为主要特征，以 “五低”追求电解过程的高电效、低电耗和低排放，以“三窄”追求电解过程的平稳性和电解槽长寿命，以“ xx ”追求电解过程强化， 体现了以企业综合效益为最优的最新工艺思想。 智能多环协同控制技术提出了电解槽处于高电流密度与低工作电压相结合的“极端”工作条件下的多目标（高电效、低电耗、低排放、 高稳定） 综合优化函数构造方法； 提出了基于多目标综合优化的电解槽多参数临界状态（包括临界极距、临界过热度和临界氧化铝浓度）动态智能辨识的思想与方法；并提出了基于多目标综合优化、 多参数临界状态动态智能辨识的智能多环 （物料平衡控制环、 热平衡控制环和稳定性控制环）协同优化与控制的思想与方法。1.2 本技术协议书提出的是最低限度的技术要求， 并未对一切技术细节作出规定， 也未充分引述有关标准和协议的条文，供方提供符合本协议书和工业标准的优质产品。1.3 本技术协议书所使用的标准如遇与供方所执行的标准不一致时，按较高标准执行。1.4 本技术协议书经供、 需双方确认后作为订货合同的技术附件， 与合同正文具有同等的法律效力。1.5 本技术协议书未尽事宜，由供、需双方协商确定。2 控制系统结构简述xx公司300KA铝电解槽控制系统，遵循经济、实用、先进、可靠、高效的原则，采用“槽控机上位机体系网络监控体系” 三级网络管控一体化控制方案。 每一台电解槽配备一台槽控机作为控制级， 它具有独立进行槽电压和系统电流采样的能力， 并对铝电解槽的物料平衡和热平衡的快速变化过程实时地进行控制；现场槽控机的信息经过现场CANEthernet网络转换器（CAN以太网转换器）进行协议转换，从CAN总线协议转化为工业以太网协议， 转换后的信息经光纤发送到计算站机房上位机体系。 计算机站中配备以接口机和数据库服务器为主体的上位机体系作为过程监控级， 对各槽控机的运行过程进行监控并完成生产管理功能。接口机、服务器、 网络客户机间采用以太网通讯。网内授权客户机可通过管理局域网访问数据库服务器，实现远程铝电解监控信息根据权限级别访问。电解现场将276 台槽控机分成6 条 CAN 总线连接，每1 条 CAN 总线接在一个CAN-Ethernet网络转换器上，CAN-Ethernet网络转换器上共有 2个CAN总线接口，预留一 个CAN总线接口作为冗余接口，以保证系统运行的可靠性。1) 控制级现场配置槽控机276 台，实现对槽电压和系列电流的采样, 负责现场电解槽实时控制、人工操作、现场信息显示和现场异常情况报警。各个槽控机通过现场CAN总线连接在一起。槽控机机箱设计为动力部分及逻辑部分。动力部分主要由控制信号采集部分和空气开关、 接触器等组成； 逻辑部分主要由信号采集单元、 槽况解析和显示单元以及控制输出单元组成， 槽控机内部要求采用网络式结构以减少中间接插件，满足在高粉尘、 强磁场，高温环境下可靠运行的要求。为满足现代电解工艺控制的需求，槽控机逻辑部分采用工业级32 位的硬件平台，运行主频不低于 90M以便更好的支持复杂的工艺控制算法。2) 过程监控级现场槽控机的信息经过现场CAN- Ethernet网络转换器进行协议转换，从CAN总线协议转化为工业以太网协议， 转换后的信息经光纤发送到计算站机房上位机。 计算机站中配备以工控微机为主体的上位机体系作为过程监控级， 对各槽控机的运行过程进行监视并完成生产管理功能。 上位机通过语音信号自动选择分配器， 与语音广播系统相联， 实现全区自动广播和分区自动广播功能；此外，信号分配器将整流所送来的系列电流和系列电压模拟信号( 4-20mA) , 转换为线性频率脉冲信号后送上位机；同时将系列电流脉冲信号随网络总线电缆送至各槽控机。3) 网络监控级客户端可通过管理局域网访问数据库服务器，实现远程铝电解监控信息根据权限级别访问。各工区配置相应的网络客户端用于电解生产现场的网络实时监控，同时，工区还需配备网络语音报警器，以实现生产异常信息的工区报警功能。3. 控制系统技术要求铝电解槽计算机控制系统是电解生产的配套技术，它是电解槽获得高性能指标的关键技术。为了取得高的技术经济指标和满足生产工艺要求，它必须具备“先进、实用、稳定、可靠、经济、高效”等特点。控制系统要本着分布式控制与决策管理网络化的原则进行设计，采用集散式多级分散控制和决策管理相结合的结构形式， 系统应将数据采集、 过程监控和生产管理有机的结合起来，保证系统可靠性高，适应性强，实用，维护灵活方便，具有较高的性能价格比，控制效果显著，能取得很好的技术指标和经济效益，达到国内领先水平。因此要求控制系统具备以下功能：3.1 控制方法现代化：控制系统要实现智能化控制，实现对电解槽的能量平衡和物料平衡等方面进行全面的控制。3.2 槽控机智能化： 槽控机要具有功能强大齐全的智能控制软件， 数据采集、 槽况解析、 信息显示、生产自动控制等于一身。3.3 数据采集精确化： 槽控机必须采用高性能的 V/F 、 I/F 转换器， 确保温漂小， 精度高。3.4 自诊断功能：槽控机应具有自诊断功能，定时或随时对槽控机的主要电路及器件进行在线检测，并随时显示或打印故障信息，使维护人员及时发现和处理故障。 。3.5 结构简单、布局合理：槽控机要求集成度高，元件尽量少，可靠性高，体积小，元件寿命长，安装简便。3.6 控制系统网络化：采用工业现场总线与工业以太网相结合，结构要简单、可靠，负载能力和抗干扰能力强。3.7 安全可靠，自保护功能强大：控制系统应具有硬件超时保护，升降自锁保护，硬件看门狗保护， 软件保护， 防雷击保护等安全保护措施。 应具有脉冲检测和提升机上下限检测及保护功能。 对阳极动作的保护从软硬件两方面着手考虑， 以保证阳极动作的万无一失。 阳 极升降电路除了具有常规的触点互锁外， 还有电子互锁器， 确保在任何情况下不会发生升降接触器同时吸合而产生短路。3.8 操作、维护方便：操作工人可以通过槽控机面板按钮及显示等与槽控机对话。3.9 语音广播自动化：当槽控机出现故障时，不仅能够在槽控机面板上显示，而且可以立即通过接口机的自动语音系统对现场播报。 并要求客户端单独语音报警。 控制系统要利用多媒体技术，自动广播效应、通讯断、电源跳、电压异常等故障信息，为生产提供方便。3.10 可扩展性强：能为实现更高要求的控制功能及组建工业以太网络留有适当软、硬件冗余。3.11 接口机监控机上安装MICROSOFWINDOWSP PROFESSIONA臊作系统，接口机监控软件采用网络数据库共享技术。提供接口机监控软件，上位机详细说明书。3.12 数据库服务器上安装MICROSOFT WINDOWS2003 SERVER系统，数据库软件采用SQLSERVER 2000或 SQLSERVER 200，提供数据库服务器软件。54. 系统应实现的功能提供的槽控机控制系统需采用先进适用的智能控制技术，能够满足大型预培电解槽的工艺流程控制要求，技术可靠，控制效果显著, 能取得很好的技术指标和经济效益，处于行业领先水平。控制系统的软件包括槽控机控制软件和接口机监控软件、数据库服务器软件、远程用户网络监控软件，并包括CAM!讯软件、语音报警软件、主板等各板控制程序及写入软件等。提供的接口机监控软件操作界面友好，操作简便，功能强大。槽控机硬件体系应具有的功能：（ 1 ）槽控机具有联机、自动、手动、手工单动四种工作方式。（2）使用专为计算机而设计的工业级32位CPUK片，自身功率小，避免发热量大、温度高致使芯片死机等故障。（3）采用光电隔离方式控制可控硅，能控制 2个交流220V打壳电磁阀（100W以下）。（4）采用光电隔离方式控制可控硅，能控制4个交流220V下料电磁阀（100W以下）（其 中 1 个用于氟化铝添加， 1 个用于下料反吹风）1 个交流380V 交流电动机正反转。1 个交流220V 阳极效应报警灯（40W） 。1 个阳极效应声音报警装置， 采用总线CAN 总线），这样的方式比较灵活，可以（ 5 ）采用光电隔离方式控制可控硅，能控制（ 6 ）采用光电隔离方式控制可控硅，能控制（ 7 ）采用光电隔离方式控制可控硅，实现控制方式的阳极效应报警装置，直接挂接于现场总线（设置不同的控制报警段。（8）能支持先进的现场总线（CAN总线）通讯网络协议，以实现电解槽的分布控制集中 管理。（ 9 ） 采用光电隔离方式控制可控硅， 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，采样分辨率为0-10V时是 1%o, 10-100V 时是 1%。（ 10） 能同步实时在线采集槽电压、 系列电流。其中槽电压采样频率： 不小于 10 次 / 秒。（ 11）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。（ 12）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（ 2 个）共四个信号。（ 13）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。（ 14）在显示面板上有功能显示发光二级管，指示槽控机的工作状态。（ 15）槽控机电源开关具有超时脱扣功能，过欠压脱扣功能。（ 16）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。（ 17）看门狗（WATCHDOGT式监视软件的正常运行。（ 18）具有一个软件可控交流口，监视槽控机设备电源，确保槽控机安全运行。（ 19）对阳极升降的保护除具备多种限时与限幅保护功能外，还需具备以下功能：无触点独立硬件安全定时器；具有独立的上下限电压越限保护（电压上下限可调） ；具有限时脱扣功能；（ 20）每时每刻进行自动诊断，对槽控机故障进行显示，方便维护。（ 21）所有数据实现断电保护，确保控制的连续性。（ 22）输入和输出之间实现多级光电隔离，确保设备与人身安全。（ 23）实现闭环控制，确保发出的指令正确执行。（ 24）重要信息语音自动报警功能。（ 25） 智能槽控机应采用合理的安装方式， 密闭防尘， 能适应电解车间恶劣的工作环境，抗干扰性能强。机箱设计应方便维修和安装，防护等级为 IP54 。（ 28）逻辑部分应采用接插件少、集成度高部件。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。（ 29）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。（ 30）使用控制区域网（CAN总线）作为槽控机的通讯总线。具有系列电流总线接口。（ 31）应采用金属螺帽作为触摸点的非感应式电子触摸开关，防尘、防污、灵敏、可靠，可准确地接收现场操作人员的输入指令。（ 32） 应具有对主断路器 （控制阳极提升电动机工作电源380VAC） 自动跳闸控制的装置，确保系统发生故障时切断电源，保证生产安全、可靠。（ 33）动力箱元器件选用国内外知名品牌，保护回路分软、硬件及程序设定三重保护。（ 34）槽控箱内工作电源：一路380VAC（阳极提升电机）、二路220VAC （控制、逻辑两部分分别独立供电）槽控机软件系统应具有的主要功能：（ 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。其中槽电压采样频率：不小于10 次/ 秒（ 2 ） 槽况解析： 应具有依据获取的实时信号， 解析电解槽物料平衡及能量平衡变化趋势的功能， 应具有氧化铝浓度自适应控制及能量平衡变化修正功能， 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 ）应具有阳极极距调整功能、氧化铝加料自动控制功能、 AlF3 加料自动控制功能、下料反吹风响应时段 （下料终了时气缸回收同步响应、 气缸回收到位后响应） 可调与吹风时间可调时段。（ 4 ） 应具有监控焙烧、 启动阶段的功能， 应具有符合生产工艺要求的非正常生产阶段标准化操作程序。（ 5 ）应具有出铝控制功能、换极控制功能、抬母线控制功能。（ 6 ） 应具有阳极效应全局及分区的报警功能、 槽噪声诊断功能、 单独的客户端报警功能、具有槽噪声分析及自动处理功能。（ 7 ）应具有自动检测并显示槽控机主要硬件设备工作状况功能。（ 8 ）应具有同步发送异常部件信息至上位机功能。（ 9 ） 下料与电阻智能模糊控制： 由模糊控制器实现对下料速率的调节 （即对氧化铝浓度的控制） ，和对正常槽电阻的控制（即对极距与热平衡的控制） 。（ 10）氟化铝添加控制：对于安装有氟化铝添加装置的电解槽，槽控机能按上位机给定的氟化铝添加速率并结合槽况解析的结果来控制氟化铝添加速率。（ 11）人工操作工序监控：对换阳极、出铝、抬母线及边加工等进行监控。（ 12）设定参数的自修正功能：能自动地根据槽况实时解析的结果修正目标控制电阻、控制非调节区宽度、基准下料速率、阳升/ 阳降电阻率等设定参数。（ 13）提升机控制自动检测：包含提升机的上下限保护，软硬件限时等。（ 14）多模式控制方式：提供多种可供选择的下料控制模式与电压控制模式。（ 15）数据处理与存储：为上位机监控程序进行数据统计和记录，并制作和储存报表数 据。（ 16）与上位机的数据交换：在联机状态下能通过通讯接口与上位机交换数据。（ 17）故障报警与事故保护：诊断、记录和显示自身的运行状态和故障部位，并采取相 应的保护措施。接口机、网络监控机应具有的主要功能：（ 1 ） 接口机提供多级权限的槽控机设定参数与知识库查看与修改功能， 和槽控机控制模 式选择功能。（ 2 ）接口机具有现场总线控制网与管理局域网间信息转换作用；（ 3 ）接口机具有班报、日报、月报、年报数据（包括槽状态报表，异常槽报表，效应报表，实时报表等）的生成、存储、查询、打印等功能；（ 4 ）接口机及网络监控机具有综合历史、实时曲线、实时槽况信息的显示、查询、打印功能；（ 5 ） 重要信息的语音自动播出和报警， 语音报警安装广播语音选择器， 具有全局与分区 报警功能；具有打壳、下料系统异常报警；（ 6 ）具有槽况分析专家系统；（ 7）能够综合人工离线数据（分子比，槽温等）和在线数据（电压，针摆，AE情况等）确定氟化铝的添加策略。（ 8 ） 实时数据库和历史数据库保留三年，并可实现超过三年数据自动备份；（ 9 ）系统软件具有良好的二次开发功能、并预留与业主其它系统相连的数据通讯接口，业主COMMS统报表数据可自动导入槽控系统数据库，避免上位机操作人员手工输入可能引起错误；（ 10） 提供远程网络监控软件可实现厂、工区电解生产信息网络监控。（11）常用的工艺参数（槽温，铝水平，分子比，出铝量等数据）能够通过EXCELS入和导出功能，并制作和储存报表数据。在供电正常，电解槽工艺技术条件保持正常，人工操作规范，打壳下料和升降机构等外围设备工作正常的前提下，投入本系统后，能达到如下控制效果：主要性能指标要求达到：1） 槽压控制精度： 10mv 以内2） 原铝直流电耗： 91.5%以上4）氧化铝浓度控制范围：1.52.5%5）阳极效应系数：0.1次/天.台6）平均电压：W3.85V建议的工艺技术参数：1 、 目标槽温： 930-940 ；2 、 目标分子比：2.2-2.3 ；3 、 目标铝水平：24-26 ；4 、 目标电解质水平： 19-21 ；5、产品技术、质量及技术服务5.1 产品质量的保证：采用最先进的智能模糊控制技术、 CAN 总线及网络技术以及现代铝电解工艺技术，并采用符合业翔公司 ISO9001:2000 系列标准的设计、制造工艺，提供先进可靠的铝电解智能模糊控制系统， 并提供完善的售后服务， 以满足招标人对铝电解槽计算机自动控制系统的技术要求与规范。5.2 产品质量与售后服务承诺：5.2.1 在正常维护和保养情况下，系统在70以上，高磁场、高粉尘环境下能长期可靠运行，正常使用的寿命可达810年。5.2.2 质保期内，对于设备和元器件的非人为和非外部异常因素所导致的损坏和故障，免费更换或修理，在接到业主通知 48 小时内，将及时派人到现场处理；对系统本身的技术问题引起的故障终身免费负责修理并提供相关技术服务。5.2.3 质保期后，提供长期的技术服务和支持，优惠提供备品备件，确保业主的控制系统能长期稳定运行。5.2.4 提供专业的技术和培训人员到现场进行三个月以上的保障运行期技术服务，使甲方达到独立操作和系统维护的水平。5.2.5 供方要发挥依托于高校的人才与技术的优势，为需主提供务：例如协助进行需方技术人员的培训，全力协助需方建立现代预焙铝电解槽高效节能工艺技术条件和操作制度，以实现预定的技术经济指标。5.3 技术服务人员及内容：对甲方的技术、管理和操作人员进行技术和管理方面的咨询 和培训工作。 乙方须组织对计算站维修人员和操作人员进行系统培训， 并达到熟练维修和操作水平； 乙方须组织对电解厂工艺管理人员 （班长级及以上管理人员） 进行工艺技术管理和具体操作要求培训， 并达到熟练管理和操作水平； 乙方须组织对电解厂工段长级及以上管理人员进行生产、 工艺管理培训， 并达到熟练管理和运用的水平。 以上培训须达到在甲方独立操作的情况下仍能实现技术服务目标的水平。5.3.1 现场技术服务 姓名黄峰 年龄45 学历及学位本科 职业/特长高级工程师 以往经历槽控机软件安装、系统指导安装、调试、试运、验收试验及现场培训5.3.2 现场技术培训 姓名：李大山 年龄24 学历及学位本科 职业/特长工程师 以往经历上位机软件安装、系统指导安装、调试、试运、验收试验及现场培训5.3.3 培训内容对买方人员培训的内容如下：1、 控制系统的结构和应用2、 电解槽自动控制机的结构和应用3、 电解槽自动控制机的硬件原理4、 上位机系统的组成、编程规则及数据库结构5、 控制系统对电解工艺技术的要求6、 电解槽自动控制机中使用的芯片的说明及维护要求7、 操作实习：电解槽自动控制机动力箱部分的材料选型和组装工艺；电解槽自动控制机逻辑箱部分组装工艺；电解槽自动控制机中电路板的焊接；电解槽自动控制机故障的模拟和排除；控制系统的维护和故障排除；上位机系统的操作、一般故障的排除；8、 电解铝现场实习与控制系统相关的电解工艺培训与实习；在生产现场的控制系统操作与实习。5.3.4 现场工艺培训对负责到现场指导进行人机配合培训及结合本项目工艺条件， 协助业主建立现代预焙铝电解槽高效节能工艺技术条件和操作制度，以实现预定的技术经济指标： 姓名张文根 学历及学位博士 职业/特长工控及工艺专家。 姓名 丁凤其 学历及学位教授级高级工程师 职业/特长工控及工艺专家。6、设备的颜色、包装、运输、交货期限、交货地点：6.1 设备的颜色：槽控机的颜色为驼灰色。6.2 设备的包装：供方应该考虑到产品在运输过程中的防震、防压、防雨、防晒及做好防尘、防磕碰、防划伤、防锈蚀等防护措施，选用内层塑料封装，中间垫隔泡沫，外层纸箱的捆绑包装。在包装、储运的过程中，均能做到防止产品损坏或变质。6.3 设备的运输：采用汽车送货运输到业主现场。6.4 交货期限： 2011 年 7月 10 日前槽控机及计算机站内设备全部货到施工现场。6.5 交货地点 :xx 公司施工现场。7 、技术资料及供货范围7.1 供方提供面板示意图、安装图、原理框图、配置示意图 10 套（含一套电子版）对于其他没有列入本标书的技术资料清单，却是工程所必须的文件和资料，一经发现, 供方免费提供。本期工程后续设备如有改进时，及时免费提供新的技术资料。7.2 供货范围序号名 称型号/规格单位数量单价金额备注一 .槽控机硬件系统（含相关通力4器件、系列电流和系列电压转换与传输器件）1槽控机AFC- 口台276含工艺技术服务2电流信号驱动器YX-ID-99台6中大业翔3CAN总线重复器YX-CR-99台6中大业翔4转换器CAN-Ethernet块6中大业翔5电流频率转换器YX-IF-99台1中大业翔6效应报警器YX-AEALM02台6（含8台电笛）7槽下分线盒台276(1*3p/2*2p )二.上位机硬件系统1服务器IBM System x3650台1IBM （含液显）2监控机（工控机）IPC-610(2G/5000G- dvd)台9研华（含22#液显）3网络语音报警器YALARM-2011台64语音信号自动选择分配器YAI-2011台15音柱DSP308个18DSP6扩音机DSPMP-600P套2含麦克风7HP5200打印机台2A3幅面8单膜光纤米28006芯9数控直流稳压电源DPS3305P台110多功能万用表胜利VC9804台211网络附件AMP112光纤附件1收发器、跳线、熔接13多功能电脑桌椅814维修平台（钢制）1三.上位机软件1槽控机控制软件套2762上位机监控软件套13服务器的数据管理套14客户端管理监视软件套15报表打印软件套16自动语音报警软件套17工艺检测数据导入软件套1四.备品备件及工具1槽控机套3中大业翔2槽控机备板全套电路板套5中大业翔3专用工具CT牌套24TOP2005编程器台15V/F校验仪台16813F编程器台17主程序下载器台28转换器板CAN-Ethernet块29电流频率转换器板YX-IF-99块110CAN总线重复器板YX-CR-99块211电流信号驱动器板YX-ID-99块212效应报警器板YX-AEALM02块213热风枪台1五、设备包装、运输、指导安装、调试、技术服务1控制系统安装、调试及培训276含槽控机的墙体打 孔、线路的改 造及敷设、接 线、安装及机 房的安装等六、计算机站搬迁补充部分1单模光纤米3000224 口交换机台132米服务器机柜台14语音报警电缆米5005软管（含接头）米15006光纤附件套7供电主控室用桌子张28挖地沟及还原施工含施工材料需方：xx公司供方：湖南中大业翔科技有限公司代表（签字）：代表（签字）：日期:日期: