铝电解整流机组综合自动化及PI神经网络控制器设计
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摘要
本文详细阐述了运用于铝电解行业整流供电系统的综合自动化系统，以及其实施方法和一种适用于数学模式比较复杂的铝电解直流稳流系统的控制方法—PI神经网络控制器。解决了我们原有整流机组控制系统陈旧，故障率高和备品备件采购困难，以及直流电流波动频繁等困扰我们多年的问题。
将综合自动化运用于铝电解整流供电系统中，是近几年才发展起来的一种新技术。我们所说的综合自动化系统是一种采用微处理器为核心的自动监测和自动保护技术，并广泛运用于电力供配电系统中的智能保护和监控系统。它是将传统的感应式继电器、电磁式继电器全部改由数字式的智能保护继电器，将常规模拟测量仪表改为数字式的智能仪表而构成的一种全数字式的综合的自动控制、操作、保护和检测的系统。我们根据铝电解对整流供电系统的特殊要求和我们的实际状况以及针对现在运行系统的状况，设计了适合我们系统特性和满足我们生产要求的铝电解供电系统综合自动化系统。另外我们还首次利用先进的智能控制—神经网络(Neural networks)，来解决铝电解直流稳流的控制问题。
我们将综合自动化系统设计为三层结构。间隔层、网络层和站级层。间隔层我们配置了数字式的保护继电器、数字式监控装置和PLC控制器，在间隔层中我们利用PLC的强大功能，设计了一个PI神经网络控制器用于整流机组的直流稳流控制。我们设计的PI神经网络控制器，采用了BP算法的多层前向神经网络，我们设计了三层神经网络，一个输入层、一个隐层和一个输出层。网络层我们采用RS485总线进行数据传输，并采用MODBUS协议。我们将SEL保护继电器连接到SEL2030装置上，而监控装置经RS485／RS232转换后和SEL2030一起与网络集线器NPORT相连，NPORT再通过以太局域网与服务器相连。我们将PLC独立构成一个专门的网络，采用AB公司的PLC专用DH+网直接与服务器相连。站级层我们使用两台HP公司的奔腾4系列计算机作为我们系统的主服务器，其中一台为主用机，另一台为热备用机，通过以太网HUB与间隔层的通讯设备相连，进行数据采集和后台控制。我们采用深圳中电公司的Pecstar监控软件对数据进行处理，生成各类运行方式图、各类运行报表和运行曲线。
This paper explained comprehensive automatic control system of rectification power supply system in aluminium electrolysis field in detailed.The paper stated the enforcement method .of the system" and introduced PI neutral networks controller.it is a control method that fit for mathematical model and complicated DC current regulation system which used in aluminium electrolsys.
It is a new developing technology to adapt comprehensive automatic system in power supply system of aluminium electrolysis in the recent years.The comprehensive automatic system is a kind of automatic monitoring and protection technique,and the technique is extensive used in intelligent protection and supervision system of power distribution and supply system, the core of the technique is microprocessor.The traditional
induction relay and electromagnetic relay will be all instead by digital intelligent protection relay, and the routine analog measurement meter will be improved to be intelligent meter. A digital comprehensive automatic control, operation, protection and check system is formed after these two changes combined together. The power supply system which containing the comprehensive automatic system was designed on the basis of special requirement from aluminium electrolysis to rectification power supply system, and according to the current actual operation situation,the existing system's running condition we got in our plant as well.The system is suit for the character of our running system and it could meet the demand of power supply for aluminium production. The purpose of this paper is also to introduce a control method that is suitable for DC stable current control systems whose mathematical models are Neural networks -a method for handling the uncertainty of problems, may apply to the industrial process control problems to compensate the problems that traditional analytical control methods cannot overcome, such as system's non-linear, time-varying character, the unmeasurement
of state variables, the failure of sensors, etc., in order to increase the robustness, stability and safety of control systems.
将综合自动化运用于铝电解整流供电系统中，是近几年才发展起来的一种新技术。我们所说的综合自动化系统是一种采用微处理器为核心的自动监测和自动保护技术，并广泛运用于电力供配电系统中的智能保护和监控系统。它是将传统的感应式继电器、电磁式继电器全部改由数字式的智能保护继电器，将常规模拟测量仪表改为数字式的智能仪表而构成的一种全数字式的综合的自动控制、操作、保护和检测的系统。我们根据铝电解对整流供电系统的特殊要求和我们的实际状况以及针对现在运行系统的状况，设计了适合我们系统特性和满足我们生产要求的铝电解供电系统综合自动化系统。另外我们还首次利用先进的智能控制—神经网络(Neural networks)，来解决铝电解直流稳流的控制问题。
我们将综合自动化系统设计为三层结构。间隔层、网络层和站级层。间隔层我们配置了数字式的保护继电器、数字式监控装置和PLC控制器，在间隔层中我们利用PLC的强大功能，设计了一个PI神经网络控制器用于整流机组的直流稳流控制。我们设计的PI神经网络控制器，采用了BP算法的多层前向神经网络，我们设计了三层神经网络，一个输入层、一个隐层和一个输出层。网络层我们采用RS485总线进行数据传输，并采用MODBUS协议。我们将SEL保护继电器连接到SEL2030装置上，而监控装置经RS485／RS232转换后和SEL2030一起与网络集线器NPORT相连，NPORT再通过以太局域网与服务器相连。我们将PLC独立构成一个专门的网络，采用AB公司的PLC专用DH+网直接与服务器相连。站级层我们使用两台HP公司的奔腾4系列计算机作为我们系统的主服务器，其中一台为主用机，另一台为热备用机，通过以太网HUB与间隔层的通讯设备相连，进行数据采集和后台控制。我们采用深圳中电公司的Pecstar监控软件对数据进行处理，生成各类运行方式图、各类运行报表和运行曲线。
This paper explained comprehensive automatic control system of rectification power supply system in aluminium electrolysis field in detailed.The paper stated the enforcement method .of the system" and introduced PI neutral networks controller.it is a control method that fit for mathematical model and complicated DC current regulation system which used in aluminium electrolsys.
It is a new developing technology to adapt comprehensive automatic system in power supply system of aluminium electrolysis in the recent years.The comprehensive automatic system is a kind of automatic monitoring and protection technique,and the technique is extensive used in intelligent protection and supervision system of power distribution and supply system, the core of the technique is microprocessor.The traditional
induction relay and electromagnetic relay will be all instead by digital intelligent protection relay, and the routine analog measurement meter will be improved to be intelligent meter. A digital comprehensive automatic control, operation, protection and check system is formed after these two changes combined together. The power supply system which containing the comprehensive automatic system was designed on the basis of special requirement from aluminium electrolysis to rectification power supply system, and according to the current actual operation situation,the existing system's running condition we got in our plant as well.The system is suit for the character of our running system and it could meet the demand of power supply for aluminium production. The purpose of this paper is also to introduce a control method that is suitable for DC stable current control systems whose mathematical models are Neural networks -a method for handling the uncertainty of problems, may apply to the industrial process control problems to compensate the problems that traditional analytical control methods cannot overcome, such as system's non-linear, time-varying character, the unmeasurement
of state variables, the failure of sensors, etc., in order to increase the robustness, stability and safety of control systems.
引文
1．吴敏著 工业过程专家控制系统长沙：中南大学信息科学与工程学院 2000年12月
2．(日)沟口理一郎 石田亨 编 卢伯英译 人工智能北京：科学出版社 2003年2月第一版
3．蔡自兴．智能控制．北京：电子工业出版社，1990
4．张钟俊 蔡自兴 智能控制与智能控制系统．信息与控制，1989
5．徐世许 可编程序控制器原理应用网络 安徽合肥：中国科学技术大学出版社 2001
6．金以慧主编 过程控制清华大学出版社 1993
7．孙增析 智能控制理论与技术 北京：清华大学出版社 1997
8．陈伯时主编 自动控制系统北京：机械工业出版社
9．舒迪前主编 自适应控制 沈阳：东北大学出版社 1993
10．崔立君主编 特种变压器原理和设计 北京：中国科技文献出版社
11．电机工程手册北京：机械工业出版社
12．赵振宇 徐用懋 模糊理论和神经网络的基础与应用．北京：清华大学出版社 1997
13．李银波 饱和电抗器和铝电解电流恒流自动控制 甘肃：白银科技1996年第一期
14．包黛林 大功率硅整流设备的应用 中国氯碱工业协会培训中心 1992
15．陈效杰 工厂企业电工手册水利电力出版社 1996
16．BBC公司技术资料、图纸
17．SIEMENS公司技术资料、图纸
18．深圳华利特公司技术资料
19．陈丽霓主编 轻金属冶炼与环境保护沈阳：东北工学院出版社 1991
20．青铝人编著 现代大型预焙槽生产技术 沈阳：东北大学出版社 1994
21．邱竹贤著 铝电解 沈阳：东北大学出版社 1997
22．邱竹贤 预焙槽炼铝 冶金工业出版社 1980．
23．蒋汉瀛主编 冶金电化学 冶金工业出版社 1983
24．郝蕴等编著Visual C++6.0开发与实例北京：电子工业出版社 1999
25．李振格主编Borland C++&Turbo C++程序员手册北京：北京航空航天大学出版社1992
26．樊明伟等 微型机网络技术及应用 成都：四川大学出版社 1996
27．张祖平 赵显富 郑谨编著 计算机网络技术教程 长沙：中南工业大学出版社 1997
28．熊成烈 计算机网络概论西安：西安交通大学出版社 1991
29．[美]Rob Scrimger等著 赵刚 林瑶 蓝智勇等译TCP／IP宝典北京：电子工业出版社 2002
30. H.Stemmler G.Gueth P.Daehler A NEW HIGH-SPEED CONTROLLER WITH SIMPLE PROGRAM LANGUAGE FOR THE CONTROL OF HVDC BBC Brown, Boveri&Company
31. H.Stemmler and W.Nadalin PROGRAMMABLE. HIGH-SPEED CONTROLLER FOR POWER ELECTRONICS SYSTEMS Baden.
32. SEL 351A instruction manual
33. SEL 587 instruction manual
34．SEL-351A通用型综合保护测控装置适用手册 深圳：深圳市中电电力技术有限公司 2000
35. 7700ION_User's_Guide.
36. 7330ION_User's_Guide
37．SLC 500程控器指令手册
38. SLC 500 instruction manual
39．舒怀林，PID神经网络控制系统分析．自动化学报．1999，25(1)：105—111．
40．王永庆，人工智能原来与方法 西安交通大学出版社 1998
41．焦李成，神经网络计算 西安电子科技大学出版社 1996
42．施鸿宝 神经网络及其应用 西安交通大学出版社 1993
43．王永骥 涂健 神经元网络控制 机械工业出版社 1998
2．(日)沟口理一郎 石田亨 编 卢伯英译 人工智能北京：科学出版社 2003年2月第一版
3．蔡自兴．智能控制．北京：电子工业出版社，1990
4．张钟俊 蔡自兴 智能控制与智能控制系统．信息与控制，1989
5．徐世许 可编程序控制器原理应用网络 安徽合肥：中国科学技术大学出版社 2001
6．金以慧主编 过程控制清华大学出版社 1993
7．孙增析 智能控制理论与技术 北京：清华大学出版社 1997
8．陈伯时主编 自动控制系统北京：机械工业出版社
9．舒迪前主编 自适应控制 沈阳：东北大学出版社 1993
10．崔立君主编 特种变压器原理和设计 北京：中国科技文献出版社
11．电机工程手册北京：机械工业出版社
12．赵振宇 徐用懋 模糊理论和神经网络的基础与应用．北京：清华大学出版社 1997
13．李银波 饱和电抗器和铝电解电流恒流自动控制 甘肃：白银科技1996年第一期
14．包黛林 大功率硅整流设备的应用 中国氯碱工业协会培训中心 1992
15．陈效杰 工厂企业电工手册水利电力出版社 1996
16．BBC公司技术资料、图纸
17．SIEMENS公司技术资料、图纸
18．深圳华利特公司技术资料
19．陈丽霓主编 轻金属冶炼与环境保护沈阳：东北工学院出版社 1991
20．青铝人编著 现代大型预焙槽生产技术 沈阳：东北大学出版社 1994
21．邱竹贤著 铝电解 沈阳：东北大学出版社 1997
22．邱竹贤 预焙槽炼铝 冶金工业出版社 1980．
23．蒋汉瀛主编 冶金电化学 冶金工业出版社 1983
24．郝蕴等编著Visual C++6.0开发与实例北京：电子工业出版社 1999
25．李振格主编Borland C++&Turbo C++程序员手册北京：北京航空航天大学出版社1992
26．樊明伟等 微型机网络技术及应用 成都：四川大学出版社 1996
27．张祖平 赵显富 郑谨编著 计算机网络技术教程 长沙：中南工业大学出版社 1997
28．熊成烈 计算机网络概论西安：西安交通大学出版社 1991
29．[美]Rob Scrimger等著 赵刚 林瑶 蓝智勇等译TCP／IP宝典北京：电子工业出版社 2002
30. H.Stemmler G.Gueth P.Daehler A NEW HIGH-SPEED CONTROLLER WITH SIMPLE PROGRAM LANGUAGE FOR THE CONTROL OF HVDC BBC Brown, Boveri&Company
31. H.Stemmler and W.Nadalin PROGRAMMABLE. HIGH-SPEED CONTROLLER FOR POWER ELECTRONICS SYSTEMS Baden.
32. SEL 351A instruction manual
33. SEL 587 instruction manual
34．SEL-351A通用型综合保护测控装置适用手册 深圳：深圳市中电电力技术有限公司 2000
35. 7700ION_User's_Guide.
36. 7330ION_User's_Guide
37．SLC 500程控器指令手册
38. SLC 500 instruction manual
39．舒怀林，PID神经网络控制系统分析．自动化学报．1999，25(1)：105—111．
40．王永庆，人工智能原来与方法 西安交通大学出版社 1998
41．焦李成，神经网络计算 西安电子科技大学出版社 1996
42．施鸿宝 神经网络及其应用 西安交通大学出版社 1993
43．王永骥 涂健 神经元网络控制 机械工业出版社 1998
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