摘要：在信息化时代，计算机作为提升铝资源利用率的重要手段，在铝电解过程中应用计算机空控制系统称为该领域必不可少的发展方向。对此，论文先是对铝电解计算机控制系统的设计、硬件组成以及原理等进行了详细介绍，随后又对其具体的控制方式展开了深度探究，希望能够对铝资源生产与经营企业有所帮助。

　　关键词：铝电解；计算机技术；控制系统；控制策略；计算机系统

　　随着铝资源应用范围的逐步扩大，铝资源生产及企业经营均要提升铝资源生产量。而科学信息技术时代，信息化发展是各行业企业发展的必然趋势，各铝资源经营企业若想获得长久发展，领导层人员需要注重信息技术的应用，重视铝电解计算机控制系统的安装与应用。当前，我国大部分地区的铝资源企业均已在其内部引进与安装了计算机控制系统，该系统不仅能够代替部分人工操作，降低企业人力资源的投资成本，还能够减少人工操作失误，提高铝电解效率以及质量，既有助于提高铝资源的生产量，降低生产能耗，又有助于提高电流效率，实现企业运营的节能减排目标。常规情况下，铝电解过程中会产生强大电磁场，容易对PC总线工业控制机产生一定干扰，计算机控制系统的应用可有效减少磁场干扰，提升铝电解效率。

　　1铝电解计算机控制系统的设计

　　1.1铝电解计算机控制系统概述

　　常规情况下，工业生产的过程都是连续性的，相比于室内办公，铝电解生产车间的工作环境较为恶劣，所以在铝电解操作中需要安装计算机控制系统对生产过程进行实时监控，计算机控制系统包含多个模块，其中工业控制机属于系统核心，能够满足铝电解生产车间的环节要求。在铝电解计算机系统中的上位机管理系统具有收集数据信息、故障处理、数据管理以及数据图标显示等功能，可为工作人员数据信息的实时查询以及各类故障维修提供基础保障，且有助于各数据报表的总体预览。在计算机控制系统中，常见的控制软件主要分为三类，分别是主控模块、子程序模块以及功能模块等，因铝电解的过程较为复杂化，其计算机控制系统的检测点较多，控制难度系数较大的同时对控制的要求也较高。

　　为此，铝电解计算机控制系统的设计工作十分重要，需要设计人员严格遵循“自上而下，逐步细化以及结构化”的原则。该系统的设计需要设计人员从主模块开始，逐个层级逐个模块地进行细化设计，先是主模块层，其是控制系统的主体，其数据模块的调控需要依据铝电解的实际生产状态；其次是子模块层，其是控制系统的主体部分，主要功能是铝电解各部分模块的调用，主要涉及的模块包括数据处理模块、控制模块、故障处理模块以及打印模块等；最后是细化子模块，属于系统的最底层，主要功能是程序的完成。

　　1.2管理软件语言开发

　　当前，铝电解计算机控制系统中所使用的设计语言是Visual Basic,其属于一种结构化高级设计语言，具有可视化的特点，且其能够面向的对象均属于全新的程序设计，主要是对传统程序设计模式的一种改造。该管理软件语言开发的设计程序具有诸多特点，如继承性、可扩充性以及模块性等，具体设计语言特点介绍如下。其一，编程的可视化，Visual Basic自带设计工具，开发设计人员无需编写大量程序代码，仅需依据语言设计要求完成屏幕的布局设计即可，即在屏幕上设计多种图形对象，并明确划分对象属性。其二，对象程序设计，Visual Basic主要是利用面向对象程序设计方法将数据及程序打包看做是一个新的对象，并依据每一个对象的属性将其换成实际事物。其三，访问数据库，Visual Basic的数据库管理工作十分强大，通过数据控件以及管理窗口可创建数据库，以此扩大Visual Basic的数据检索规模以及数据储存空间。其四，结构化程序设计语言，Visual Basic设计工程中，代码输入的同时可以翻译系统的高级语言，即将高级语言翻译成计算机控制系统可识别的语言类型，以便于管理软件语言开发错误的识别及纠正。

　　1.3管理软件界面设计

　　管理软件各项功能的实现离不开模块设计，在设计以及明确模块组成的过程中，设计人员需要优先考虑软件的功能划分。“模块”的设计属于结构化设计，需要设计人员重视“类、对象”控制的同时，遵循结构化设计理念，尽可能设计出独立性、高内聚性以及低耦合性的模块。事实上，模块的独立性特点是相对的，上、下级模块之间具有相互调节的功能，且上级模块具有调用下级模块的权限，能够控制下级模块完成实际任务。而在Visual Basic中，模块的设计还需具备多层次化的特点，在设计人员进行软件创建以来，需要优先解决函数组成、调用关系以及内部算法等问题。

　　管理软件界面的设计包括多个窗口，首先是登录窗体的设计，管理软件的应用需要优先登录用户信息进行验证，用户名称及密码同时输入正确的情况下才可以获得访问权限；其次是主窗体模块，该模块是系统控制核心，是各窗体调用与管控的主要界面；数据显示窗，其内部涵盖五个子窗体，分别是出铝量、槽信息处理、数据表、槽状态以及故障记录等；最后是窗体查询界面，其是管理软件界面设计完整性的关键性设计，具体包括故障记录查询窗体、数据表查询窗体以及出铝量查询窗体等。

　　1.4各槽数据总体浏览

　　当一个应用程序设计完成之后，如若计算机数据库中的数据信息减少，则会降低详细查看部分数据记录的难度系数，当数据库的数据数量增多时，数据的详细查询难度系数会增加，逐条数据查询的可操作性降低，如若使用铝电解计算机控制系统，工作人员可以利用一天一记录的系统功能按具体的时间点进行快速检索，以此既有助于提高数据的查询效率，又可保障数据查询的精准性，有助于铝电解生产管理人员实时监管槽出铝情况，并借助出铝量界面窗口实时监测铝电解生产产量。

　　另外，管理人员若想实现各槽数的总体浏览，还需要进一步设计树状浏览器，该浏览器需要设有四个控制件，分别是DataGrid、ImageList、TreeView以及Adodc等，其中的主控制件是TreeView，设计人员可以将数据标题设置成父节点，将每个槽号设置成子节点，当工作人员利用TreeView进行数据浏览时，通过点击父节点的方式便可获取浏览子节点的权利，随后可以通过对子节点的点击浏览各槽的数据信息。具体数据浏览流程介绍如下：鼠标点击打开窗体、激活TreeView控制软件、完成代码编写、判断点击槽号并确定父节点具体位置、循环操作获取需要的槽号、转换成SQL语句并赋值、刷新Adodc控制件并与DataGrid相连接、以此完成各槽数据的总体浏览。

　　2铝电解计算机控制系统硬件组成与原理

　　此次论文中所研究的铝电解计算机控制系统为IPC-90，其主要是由生产过程以及工业控制机两部分组合而成，该系统内部设有多个电解槽，每一个电解槽需要负责的任务不同，有的是调节阴、阳极，有的是实时监管控制系统的运行状态，又或者是继电器的工作状态等。该系统的硬件组成主要包括模拟量输入通道以及输出、输入通道等，前者是由电压隔离带、电流互感器以及转换器等构成，具有控制铝电解电流、电压以及槽电压信号的作用，并且还能够实时监管、收集、整合以及分析铝电解生产的各类数据信息，确保管理人员实时了解系统的运行状态，以便于为其正确控制系统控制方案的制定提供参考。此外，如若电解槽电压值发生改变，则工作人员需要通过阳极升降的方式进行调节。

　　3铝电解计算机控制系统的控制方式探究

　　3.1计算机控制系统软件程序控制

　　在计算机控制系统软件程序中，工业控制机软件的设计与应用至关重要，其能够依据铝电解不同的运行状态组合变换出多种模块，如控制模块，屏幕显示模块、故障处理模块以及数据处理模块等，其中的控制模块属于核心模块，具体的控制方式直接影响着控制系统的运行效果。常见的铝电解控制方式主要包括两种，一种是特殊控制法，另一种是常规控制法，前者又具有可分为阳极转接函数控制及出铝函数控制，后者主要包括大、小步控制法。控制前期，技术操作人员需要对铝电解生产现场的槽电压信息进行收集与过滤，并尽可能避免铝电解过程中出现阳极效应或者是其他类型的故障等影响电解槽电压，破坏控制系统软件程序的正常控制。同时，依据铝电解生产特点，工作人员需要设置控制时间，具体控制的间隔时间标准为3-5分钟，控制时间内，系统的运行状态属于检测阶段。

　　3.2计算机控制系统控制方式改造

　　铝电解计算机控制系统的控制方式属于定时性的间接性控制，即控制时间有限，如若到了指定的控制时间，铝电解生产人员需要依据电解槽电压的实际值与给定值二者之间的偏差适时启动电动机，随后对电动机的工作时间进行设定，此种定时设计的工作及生产方式效率偏低，不利于计算机控制系统控制功能的充分发挥，且会在一定程度上降低系统控制质量，影响系统控制的精准度，最终可能会导致铝电解生产无法实现预期目标，计算机控制系统无法进入最佳运行状态。为此，铝电解经营以及生产企业需要重新设计一款全新的控制器，如前馈二自由度PID控制器，该控制器随着经济以及科学技术的不断进步，已经在逐步优化以及升级的过程中被广泛应用于铝电解生产工作中。因该控制器具有良好的抑制作用以及跟踪功能，所以在铝电解行业较为受欢迎，但是，如若铝电解生产过程中对于控制器的跟踪性能要求提高，则技术人员需要对控制器做进一步的创新与调整，以便于其能够更好的满足铝电解的生产需求，提高铝电解的生产效率。

　　3.3计算机控制系统控制方式实现

　　因铝电解计算机控制系统的下位控制机信号属于开关量信号，该信号能够直接影响电机的升、降效率，具有实现调节电解槽极距的功能。与此同时，下位机具有控制电动机升降时间的功能，系统操作人员若想将电动机的升降时间与系统控制时间相连接，则需要引进及应用另一种科学技术，名为时间比例输出技术，该技术主要是指开关量作用时间与相应控制量的比例关系。站在被控制对象的角度分析，实际的铝电解计算机系统操控需要防止系统出现振动问题，尽可能降低系统出现安全故障的概率，并明确设置控制系统的上、下限值。再次，电动机控制时间的设计需要参考系统控制量的计算结果。针对于铝电解计算控制系统而言，系统的控制方式有两种，一种是上升控制，一种是下降控制，系统的控制量不同，具体的控制方式也会不同，通过时间比例输出技术的应用可以完成计算机控制系统的改进，有助于发挥控制系统的价值，有助于提高系统控制效果。

　　4铝电解计算机控制系统控制干扰及处理

　　4.1电源系统干扰

　　电源系统是计算机控制系统中的重要组成部分，其系统干扰产生的原因与电网中电压瞬时变动有关，具体的产生原因有两种，一种是电网因遭受雷击或者是受雷电感应而出现电压瞬时变动问题，另一种是因输配电系统线路中的配电线路出现超负荷或者是系统线路阻抗等问题，例如大功率电器通电后产生的较大冲击电流，会导致电网中的电压瞬间发生改变。而在铝电解生产系统中，铝资源生产厂会选用功率较大的引风机，当引风机启动或者是关闭的瞬间，又或者是烘槽电源的应用等，都会对计算机控制系统的电源产生一定影响，出现尖峰用电时段，进而会增加铝电解电压，干扰计算机控制系统的正常运行。

　　针对于电源系统干扰的具体处理措施介绍如下：一方面，重视使用隔离变压器。隔离变压器具有抑制外来信号对电源进线产生干扰的作用，主要用于衰减高频干扰信号，针对于个别低频信号的干扰也具有一定的抑制以及抵抗作用。此外，在更换完电源板之后的槽控机逻辑电源，可为逻辑单元提供电力，而电源板上设计的压敏电阻具有一定的抗干扰功能。另一方面，铝电解计算机控制系统内部所使用的管理机电源系统为3kVA在线延迟UPS，在供电正常的情况下，电源具有充电以及稳定电压的作用。而常用的解决反电动势干扰的方法是使用直流供电线圈为计算机控制系统供应电源。

　　4.2接地系统干扰

　　接地系统干扰的处理是一项技术性较强的操作，因系统应用对于技术的要求较为细致，所以接地系统干扰的处理十分重要。铝电解中常用的避雷接地线主要是多点接地接法，主要是将电解厂的接地母线直接连接大地，如若电解厂的接地体存在质量问题，则会将雷电干扰引入至槽控机，使其出现故障，最终容易引发接地安全事故。具体的处理措施介绍如下：一方面，在充分考虑计算机控制系统的可靠性问题时，为了避免出现接地线引入大电流的问题，铝电解技术人员需要对槽控机进行适当改造，将槽控机的避雷接地线进行悬空设置，防止其与大地之间存在导向相接的问题。另一方面，槽控机的改造需要使用“浮地系统”，该系统的绝缘效果较差，槽控机的机壳会存在带电问题，所以在槽控机内部需要使用绝缘性能较高的接线端子连接进口端子。并且，技术人员需要定期对槽控机内部的接线情况进行检查，及时排查动力线头脱落问题，避免出现机壳带电现象，降低铝电解操作过程中的安全性。

　　4.3输入输出干扰

　　输出、输入通道干扰的主要途径是各种输出、输入装置，受计算机控制系统应用环境的影响，干扰因素较多，常见的干扰分为共态干扰以及常态干扰两种，前者主要是指在系统转换器输入端口处存在的两个共有干扰电压，后者主要是指叠加于被测信号之上的噪音干扰。具体的抗干扰处理措施介绍如下：①光电隔离法，在计算机控制系统的设计过程中，针对于模入模出以及铝电解开关量的输出输入设计，需要技术人员使用光电隔离技术将输出及输入口进行隔离设置。与此同时，还需要对系统通道进行电气隔离处理，以便于抵抗各种噪音干扰的同时，防止出现尖峰脉冲现象。②信号传输阻抗匹配，依据电磁场的相关理论，传输线具有制造反射波的功能，而反射波的产生会衰减信号并导致信号出现失真问题，如若在传输线终端接入信号传输阻抗，则会抑制反射波的产生，减少输入输出干扰。③通信及长线传输，槽控机与上位机之间会由通信线路进行连接，常用的通信线为屏蔽双绞线，无论是双绞线还是其他类型的通信线，其外部均会设有屏蔽层，该屏蔽层具有抵消系统回路中电磁感应干扰的作用。

　　5结语

　　铝电解过程中计算机控制系统的应用较为灵活，其能够依据铝电解实际的生产特点科学调整控制策略，以便于满足铝电解不同工作状态下对于计算机控制系统的运行要求，既有助于保障铝电解的生产质量，又有助于提升计算机系统控制水平，节约能源资源，改变计算机控制系统的控制效果。与此同时，企业技术人员加强对计算机控制系统控制方式的研究，能够提高电流量，提升铝电解生产效果，确保铝电解的生产以及计算机控制系统应用始终能够处于最佳状态。再次，在技术研究人员开展计算机控制系统控制工作之前，技术人员需要重视系统的设计问题，加强对管理软件语言开发、界面设计以及各槽数据总体浏览的设计监管，有助于各类控制系统控制措施的有效落实。