STEUERSYSTEM «SААТ-1» FÜR DIE ELEKTROLYSE VON ALUMINIUM IM KRASNOJARSKER ALUMINIUMWERK ОАО «KRAZ»

Bestimmungszweck Das Steuersystem dient sowohl zur Steuerung von Elektrolysewannen des Typs Soderberg als auch Elektrolysewannen mit abgebrannten Anoden, wobei die Zuführung von Tonerde mit Hilfe von Punkt- oder Balkenmechanismen oder nach dem Prinzip der Fließbearbeitung erfolgt.

Der Elektrolyseprozeß ist sehr energieaufwendig.
Weil die Anodenmasse, der Rohstoff für die Elektrolyse, nicht homogen ist, bildet sich periodisch eine feste Kruste auf der Oberfläche des siedenden Aluminiums, der sogenannte Anodeneffekt. Dieser Effekt außert sich darin, daß der Spannungsabfall an einer der Elektrolysewannen bis zu 60-80 V zunimmt, wodurch der Schmelzprozess gestört wird und die Qalität des Aluminiums abnimmt. Außerdem treten bedeutende Energieverluste auf.
Eine der Aufgaben einer effektiven Steuerung von Elektrolyseanlagen besteht darin, den Anodeneffekt zu vermeiden. Dazu ist es notwendig, den Spannungsabfall zwischen Anode und Kathode kontinuierlich und sehr genau zu messen und im Bereich von 4 bis 6 V zu halten. Das wird die Tauchtiefe der Anode in der Schmelze geregelt.
Die andere wichtige Aufgabe ist die, den Strom in einer Reihe von aufeinanderfolgenden Elektrolyseanlagen zu stabilisieren und damit die Energieverluste zu minimieren.
Eine Besonderheit der Steuerung stellt die Notwendigkeit dar, die externen elektrischen Kreisen vom Steuerschrank für eine Spannung bis zu 1500 V galvanisch zu trennen.
Das Steuerobjekt ist eine Halle mit 90  Elektrolysewannen.
Das Steuersystem ist als ein Zweiebenensystem konfiguriert: je zwei Elektrolysewannen werden mit einem Schrank gesteuert.

Funktionen des Steuersystems
Das Steuersystem der Elektrolysewannen erfüllt folgende Funktionen:
automatische Stabilisierung des Produktionsprozesses;
ständige präzise Messung der Spannung zwischen der Anode und Kathode, rechtzeitige und zuverlässige Prognose des Anodeneffektes;
ständige Messung des Stromes in den Elektrolyse-Linien, automatische Betriebswahl in Abhängigkeit vom gemessenen Strom in einer Linie;
Daten-Austausch mit anderen Steuerschränken und mit der Dispatcherzentrale.

Das System ermöglicht den Anschluß der digitalen Spannungsmesser und des tragbaren Steuerpultes parallel dem Steuerschrank, wodurch die technologische Anlage beim Start sowie beim Ausfall von Elementen des Steuersystems kontrolliert werden kann.

Struktur der Steuerung


Die Struktur der Steuerung

Örtliche Steuerschränke
In jedem Steuerschrank für die Elektrolysewannen (SSE) befindet sich ein Automatisierungssystem (AS) SIMATIC S7-300mit den notwendigen analogen und diskreten Eingabemodulen. Dieses AS erfasst  die Eingangs-Informationen und steuert die Anoden- und Wannengehäusenmotoren gemäß dem ihm eigenen Algorithmus.
Eine Reihe von Elektrolysewannen ist in Abhängigkeit von den räumlichen Besonderheiten des Gebäudes in zwei unabhängige Linien aufgeteilt. Die Steuerschränke jeder Linie sind in ein gesondertes Informationsnetz vereinigt.
Dispatcherzentrale
Die Dispatcherzentrale überwacht das gesamte System.
Sie besteht aus den:

Operatorstationen, die mit Industriecomputer ausgestattet sind (auf der Zeichnung nicht gezeigt);
Automatisierungssystemen SIMATIC S7-400;
Kommunikationseinrichtung für den Daten-Austausch mit den Steuerschränken.

Zur Organisierung des Daten-Austausches zwischen den Operatorstationen und AS wird das industrielle Ethernet verwendet. Die beschriebene Konfiguration ermöglicht, die neuen Elektrolysehallen an das System fast ohne Änderung der Dispatcherzentrale-Software anzupassen. Die Software der AS in den Steuerschränken wird nicht verändert.

Technische Daten des Systems
Charakteristik der Meßkanäle:

Meßfehler des Spannungsabfalls über einer Elektrolysewanne im Bereich 0-10 V – ≤ 0,1%, im Bereich 10-100 V - ≤ 0,5%; Genauigkeit der Strommessung - ≤ 0.1%; Isolierung Eingang/ Ausgang - ≤ 1500 V.

Klimatische Einsatzbedingungen:

Dieses Projekt ist eine Gemeinschaftsarbeit der Sinetik GmbH und dem Automatisierungsdienst des Krasnojarsker Aluminiumwerkes ОАО „KrAZ“. Sinetik hat die technische Lösung erarbeitet, die Ausrüstung geliefert und montiert. Die Spezialisten des Aluminiumwerkes ОАО „KrAZ“ haben die Software beigestellt und die Montage und Inbetriebnahme durchgeführt.