CC BY
22
Библиографический список
1. Пешкова В.М., Савостина В.М. Аналитическая химия 5. Химия. Справочное руководство. ГДР. 1972. Пер. с нем. никеля. М.: Наука, 1966. 204 с. Л.: Химия, 1975. С.316.
2. Анализ цветных металлов и сплавов / В.В.Степин [и 6. Лазарев А.И. Органические реактивы в анализе метал-др.]. М.: Металлургия, 1977. С.79. лов. Справочник. М.: Металлургия, 1980. С.91.
3. Марченко З. Фотометрическое определение элементов. 7. Яцимирский К.Б. Кинетические методы анализа. М.: М.: Мир, 1971. С.270. Наука, 1967. 200 с.
4. Бабко А. К. О реакции иона никеля с диметилглиокси-мом в присутствии окислителей // Журн. аналит. химии. 1948. Т.3. С. 284.
УДК 669.713.7
ВЛИЯНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ФИЛЬТРАЦИИ НА ДОСТОВЕРНОСТЬ ПРОГНОЗА ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА
В.А.Ершов1, И.А.Сысоев2, В.Г.Камаганцев3, О.Д.Репинский4
1,2,4Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 3Филиал «УАЗ-СУАЛ» ОАО «СУАЛ», 623406, г. Каменск-Уральск, ул.Заводская, 4.
Рассмотрен процесс настройки нормативно справочной информации автоматизированной системы управления технологическими параметрами и их влияние на работу алюминиевых электролизеров. В частности, рассмотрено влияние коэффициентов сглаживания, которые применяются в низкочастотном линейном фильтре второго порядка (аналог фильтра Холта - Винтера), на достоверность прогноза изменения напряжения электролизера. Проведены испытания при использовании различных коэффициентов сглаживания и установлено их влияние на управляемость электролизера. Ил. 3. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: фильтрация приведенного напряжения электролизера; низкочастотный линейный фильтр второго порядка (аналог фильтра Холта - Винтера); коэффициент фильтрации g1 (коэффициент стационарного фактора) и g2 (коэффициент линейного фактора).
EFFECT OF FILTRATION COEFFICIENTS ON THE RELIABILITY OF THE FORECAST OF ALUMINUM ELECTRO-LYZER VOLTAGE CHANGE
V.A. Ershov, I.A. Sysoev, V.G. Kamagantsev, O.D. Repinsky
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074. Branch of «UAZ-SUAL» PC «SUAL», Kamensk-Uralsk.
This paper deals with the process of setting normative reference of the automated system to control technological parameters and their influence on the operation of aluminum electrolyzers. In particular, the authors consider the effect of smoothing coefficients, which are applied in a low-frequency linear filter of the second-order (the analog of Holt - Winter's filter), on the reliability of the voltage change forecast of the electrolyzer. They make tests with the use of different smoothing coefficients and determine their influence on the controllability of the electrolyzer. 3 figures. 4 sources.
Key words: filtration of the reduced voltage of an electrolyzer; low-frequency linear filter of the second-order (the analog of Holt - Winter's filter); g1 filtration coefficient (coefficient of the stationary factor) and g2 (coefficient of linear factor).
Автоматизация технологических процессов все больше совершенствуется и внедряется на предприятиях различных отраслей. Алюминиевая промыш-
ленность не является исключением, к примеру, старые системы автоматики получали информацию с периодичностью 10-30 минут, в настоящее время кон-
1Ершов Владимир Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры АПП, e-mail: v.ershov@mail.ru
Yershov Vladimir Alexandrovich, Candidate of technical sciences, associate professor of the chair of Automation of Technological
Processes, e-mail: v.ershov @ mail.ru.
2Сысоев Иван Алексеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры ЭиЭ.
Sysoev Ivan Alexeevich, Candidate of technical sciences, associate professor of the chair of Electric Power Supply and Electrical Engineering.
3Камаганцев Валерий Геннадьевич, мастер технологического участка корпусов электролиза. Kamagantsev Valery Gennadievich, master of the technological section of electrolysis.
4Репинский Олег Дмитриевич, кандидат экономических наук, доцент кафедры УПП.
Repinsky Oleg Dmitrievich, Candidate of Economics, associate professor of the chair of Management of Industrial Enterprises.
троль параметров электролизера осуществляется с дискретностью менее 1 секунды. Таким образом, современные измерительные средства автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) на основе программируемых логических контроллеров и компьютеров позволяют не только с высокой точностью измерять параметры процесса, но и использовать более сложный математический аппарат: различные методы усреднения, фильтрации, прогнозирования для их обработки.
В данной работе рассмотрен процесс настройки параметров нормативно справочной информации АСУТП и их влияние на работу электролизеров. В частности, рассмотрено влияние коэффициентов сглаживания, которые применяются в низкочастотном линейном фильтре второго порядка (аналог фильтра Холта - Винтера).
Низкочастотный линейный фильтр второго порядка используется в системе АСУТП «Тролль-5» фирмы «Токс-Софт», его цель - дополнительная фильтрация приведенного напряжения электролизера.
Приведенное напряжение вычисляется по формуле
ипр = РЧном + Еном = [(ираб - Е)/!сер]*!ном + Еном, (1) где Р - псевдосопротивление электролизера; ираб -измеренное падение напряжения на электролизере; !ном - номинальный ток серии (постоянная, установленная величина); !сер - измеренный ток серии; Е -обратная электродвижущая сила (ЭДС) (часто принимают Е = Еном); Еном - номинальная ЭДС (постоянная, установленная величина).
Из формулы (1) видно, что в современных АСУТП по-прежнему используется измеренное значение тока серии и рабочее напряжение электролизера. Без точной и достоверной информации об этих параметрах невозможно управление электролизером, а именно:
• межполюсным расстоянием (МПР) между зеркалом металла и подошвой анода;
• электрохимическим процессом - управлением концентрацией глинозема в криолит-глиноземном расплаве за счет применения системы автоматической подачи глинозема (АПГ).
Для повышения достоверности измеряемых параметров и эффективного управления электролизером значение рабочего напряжения аппаратно и программно усредняется за различные интервалы времени (от 1 с до 15 мин). Усреднение позволяет отфильтровать колебания напряжения, вызванные нестабили-зированным характером тока серии, электромагнитными флуктуациями (шумами), магнитогидродинами-ческой (МГД) нестабильностью. Далее по усредненному рабочему напряжению рассчитывается приведенное (пересчитанное к току серии) напряжение (псевдосопротивление). Делается это для того, чтобы исключить реакцию системы на порой значительные флуктуации тока серии, например, вызванные анодными эффектами на электролизной серии [1]. По приведенному напряжению осуществляется регулирование МПР.
Естественно, важным моментом является выбор мест для снятия напряжения электролизера, т.е. анодных и катодных зарубок (зачеканок) [2]. Желательно, чтобы в составе измеряемого напряжения была минимальная составляющая падения напряжения в ошиновке, в контактных соединениях, поскольку регулировать необходимо МПР. Зажатие МПР из-за роста падения напряжения в ошиновке, например при ухудшении контактных соединений при поднятии силы тока, неразумно.
Рассчитанное таким образом приведенное напряжение дополнительно фильтруется. Для фильтрации используется низкочастотный линейный фильтр второго порядка, отличающийся от классического фильтра Холта - Винтера наличием адаптации к скачкам входной величины (рассчитывается коэффициент сезонности - отношения текущего значения X к иф). Модель фильтра Холта - Винтера является прогностической и основана на применении метода экспоненциальной взвешенной средней [3]. Предполагается, что характеристики движения ряда показателей, а именно: стационарность, линейность - могут быть разделены, изучены и оценены изолированно друг от друга. Окончательный прогноз осуществляется сведением воедино прогнозов различных элементов, при этом необходимо понимать, что чем ближе эмпирическая точка находится к прогнозному значению, тем она, соответственно, с большим весом участвует в прогностических выводах. Следовательно, в конечных результатах минимизируются ошибки прогноза.
В результате фильтрации приведенного напряжения получают:
• фильтрованное напряжение (иф - стационарный фактор), вычисляется по формуле (2);
• первую производную фильтрованного напряжения (сиф - линейный фактор), которая отражает скорость изменения напряжения (мкВ/мин) и используется в алгоритме «Управление концентрацией глинозема в криолит-глиноземном расплаве», т.к. связь градиента с электропроводностью электролита позволяет получить косвенную информацию о концентрации глинозема в расплаве [4]. Оценка линейного роста сиф вычисляется на основании модели роста Холта по формуле (3).
иф[!+1] = д1*Х + (1-91)*(иф[1] + сиф[!]) = =иф[!]+ сиф[!] + д1*(Х-(иф[!] + сиф[!])); (2) Сиф[!+1] = д2*(иф[!+1] - иф[!])+(1-д2)*Сиф[!] = =йиф[!]+д2*((иф[!+1] - иф[!]) - сиф[!]); (3) где X - фильтруемая величина (усредненное приведенное напряжение); иф -фильтрованное значение напряжения; сиф - производная фильтра (градиент); д1, д2 - коэффициенты фильтрации (параметры сглаживания), предел от 0 до 1.
Из формул (2) и (3) видно, что достоверность прогноза изменения напряжения зависит от подобранных коэффициентов фильтрации д1 (коэффициент стационарного фактора) и д2 (коэффициент линейного фактора). На рис. 1-3 представлены зависимости фильтрованного напряжения иф и его производной сиф от коэффициентов д! и д2.
На рис. 1 видно, что использование коэффициентов сглаживания, близких к единице, приводит к тому, что фильтрованное напряжение и его градиент очень резко реагируют на любые колебания фильтруемой величины (шумы электролизера и т.д.). В рабочем режиме использование данных коэффициентов приводило к ложным сменам режима подачи глинозема в электролит, но в то же время обеспечивало самую быструю управляющую реакцию АСУТП (при условии, что электролизер работает с низким уровнем шумов < 30 мВ).
обеспечивались своевременно управляющие реакции АСУТП и смены режимов подачи глинозема в электролит.
Отметим также, что изменение коэффициентов фильтра Холта - Винтера требует пересмотра всех пороговых значений, использующихся в алгоритме «Управление концентрацией глинозема в криолит-глиноземном расплаве».
Таким образом, применение низкочастотного линейного фильтра второго порядка (аналог фильтра Холта - Винтера) с корректно подобранными коэффи-
Рис. 1. График фильтрованного нап
Из рис. 2 следует, что использование коэффициентов сглаживания, близких к нулю, приводит к тому, что фильтрованное напряжение и градиент сильно сглаживаются. Они практически вырождаются в линию, что малоинформативно для АСУТП, т.к. возникает большая инерционность (запаздывание) в регулировании. На практике это приводило к перенасыщению электролита глиноземом или возникновению анодных эффектов.
На рис. 3 мы видим компромиссный вариант, хорошая фильтрация и малая инерционность фильтра. Испытания коэффициентов д1 = 0,3, д2 = 0,2 на электролизерах с уровнем шумов 40 - 80мВ показали, что
ения и его градиент при д1 = д2 = 0,7
циентами сглаживания позволяет:
• реализовать более сложные алгоритмы управления, рассчитанные на оперативную реакцию АСУТП и быстрые изменения технологического режима электролизера, такие как изменение концентрации глинозема в электролите или МГД - нестабильность;
• эффективно управлять электролизером с малой частотой анодных эффектов.
Коэффициенты сглаживания д1 = д2 = 0,7 обеспечивают самую быструю управляющую реакцию АСУТП и подходят для электролизеров с низким уровнем шумов < 30 мВ.
При использовании д1 = д2 = 0,1 АСУТП становит-
Рис. 2. График фильтрованного напряжения и его градиент при д1 =д2 = 0,1
Рис. 3. График фильтрованного напряжения и его градиент при д1 = 0,3; д2 = 0,2
ся малоинформативной, т.к. возникает большая инерционность в регулировании, что приводит к перенасыщению электролита глиноземом или возникновению анодных эффектов.
Хорошая фильтрация и малая инерционность фильтра достигается при использовании коэффициентов д! = 0,3, д2 = 0,2. Коэффициенты были успешно испытаны на электролизерах с уровнем шумов 40 -80мВ.
Необходимо помнить, что при изменении коэффициентов фильтра Холта - Винтера требуется пересматривать все пороговые значения, используемые в алгоритме «Управление концентрацией глинозема в криолит-глиноземном расплаве». Это вытекает из анализа графиков, представленных на рис. 1-3. Так,
градиент фильтрованного напряжения при низких коэффициентах фильтра изменяется в интервале от -700мкВ/мин до 100мкВ/мин (рис. 2), а при д! = д2 = 0,7 уже от -5000мкВ/мин до 3000мкВ/мин (рис. 1). Кроме коэффициентов фильтрации, на работу АПГ большое влияние оказывает такой параметр, как временной интервал, за который оценивается динамика напряжения электролизера. Так, при чрезмерно завышенном интервале, наряду с повышением достоверности фильтрации, алгоритм управления может запаздывать с переключением режимов АПГ. Что приведет к увеличению частоты анодных эффектов. Поэтому рекомендуется подстраивать время анализа фильтрованного напряжения и его градиента под конкретную технологию электролиза.
Библиографический список
1. Kai Grotheim, Barry J. Welch. Aluminium Smelter Technology // Dusseldorf. - 1987.
2. Reverdy M. Computer control of cells. paper at the 16th International Course on the Process Metallurgy of Aluminium // Trondheim. - 1997.
3. Льюис К.Д. Методы прогнозирования экономических показателей // http://lib.mexmat.ru/books/11138.
4. Kai Grotheim, Halvor Kvande Editors. Understanding the Hall-Heroult Process for Production of Aluminium // Dusseldorf. -1986.
УДК 543.554.6
ИЗМЕРЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ЗОЛОТА В ЦИАНИСТЫХ РАСТВОРАХ В.В.Ёлшин1, А.А.Колодин2, А.Е.Овсюков3
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Обобщены методы измерения концентрации золота. Приведен теоретический материал по ионометрии, выбрана технология изготовления ионселективной мембраны. Описана разработка устройства автоматического контроля за содержанием золота в технологических растворах на базе ионоселективного электрода. Приведены данные лабораторных и промышленных испытаний разработанного устройства. Дана информация о негативном влиянии существенных колебаний концентрации цианида и органических соединений в технологических растворах. Ил. 4. Табл. 10. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: десорбция; электроаналитический; активированные угли; измельчение; цианид.
1Ёлшин Виктор Владимирович, доктор технических наук, профессор, тел.: (3952) 405180, e-mail: dean_zvf@istu.edu
Yolshin Viktor Vladimirovich, Doctor of technical sciences, professor, tel.: (3952) 405180, e-mail: dean_zvf@istu.edu
2Колодин Алексей Александрович, аспирант, тел.: (3952) 405519, e-mail: kolodin@istu.edu
Kolodin Alexey Alexandrovich, postgraduate student, tel.: (3952) 405519, e-mail: kolodin@istu.edu
3Овсюков Александр Евгеньевич, аспирант, тел.: (3952) 405519, e-mail: ovsukov@istu.edu
Ovsyukov Alexander Evgenievich, postgraduate student, tel.: (3952) 405519, e-mail: ovsukov@istu.edu
