Диагностика технологического состояния на основе анализа «шумов»

Определение технологических отклонений по характерному типу флуктуаций  приведенного напряжения («шумов») электролизера происходит в реальном масштабе времени (текущая диагностика электролизера – рис.3, 4).

 

Рис. 3. Диагностика технологических отклонений на основе анализа «шумов»

Исходной информацией для анализа является приведенное напряжение электролизера, поступающее с дискретностью от 1 до 3 секунд.

 

Рис. 4.  Представление фрагмента работы алгоритма распознавания отклонения по «шумам»

 

Список технологических отклонений, диагностируемых по «шумам» электролизера представлен в таблице 3.

Таблица 3 - Список технологических отклонений, диагностируемых по «шумам» электролизера

№ П/п	Вид отклонения	Диагностика отклонения
		Диагностика по «шумам» (№ причины «шума»)	Технологическая операция *(дополнительно)
Отклонения состояния анода
1	Неровности на подошве анода
	1.1. Протек жидкой анодной массы под штырь через «сквозное» отверстие	45, 46	Перестановка штырей (сигнал - максимум)
	1.2. Протек жидкой анодной массы под анодный кожух (наличие шеек, выгорание угла анода, низкий конус спекания)	46, 47, 48	Подъем анодного кожуха
	1.3. Протек жидкой анодной массы по трещине на подошве анода	48,49	Перестановка штырей (сигнал - минимум)
2	Неровности на подошве анода + подмыкание на металл	39,40,41,42,43,44
3	Скопление кусков анода и пены под анодом	36,37
4	Расслоение анода	38
5	Перекос анода	34,35
6	Образование конуса, козырька	5,6
Отклонения состояния катода
7	Разрушение подины электролизера	10,11
8	Большая настыль, работа в борт	12,13,14,15
9	Корж на подине	16,17,18,19
10	Осадок глинозема на подине	26,27,28,29,30,31, 32,33
Отклонения состояния электролита
11	Снижение концентрации глинозема в электролите	20,21,22
12	Повышение содержания глинозема в электролите	23,24,25	Сигнал «Обработка» по потоку

ЭСДЭ также использует критерии эффективности электролиза:

· Критерий, основанный на энергетическом балансе электролизера. Критерий позволяет оценить доли энергии, подводимой к электролизеру, расходуемые непосредственно на получение алюминия и на создание приемлемых условий для протекания реакции [6].

· Комплексный энергетический критерий на основе второй π – теоремы теории подобия, который комплексно характеризует, насколько близко находятся параметры электролиза к их целевым значениям [7].

 

 

Система PFMEA электролиза

«Система PFMEA электролиза» включает в себя следующие модули (Рис. 5):

• «Систему статистического контроля и управления электролизом», реализованную на методах SPC;
• «Систему диагностики технологических состояний и отклонений электролиза», реализованную на фаззи – логике и искусственной нейросети;
• «Систему определения корректирующих действий», реализованную на методах FMEA.

 

«Система статистического управления электролизом» -SPC в структуре FMEA выполняет функции «действующих мер по предотвращению» отклонений технологии, путем осуществления следующих процедур:

• анализа воспроизводимости и возможностей отдельного электролизера, корпуса и цеха (по сводкам);
• текущего контроля и управления электролизом по контрольным картам.

 

«Система диагностики технологических состояний и отклонений электролиза» в структуре FMEA.выполняет функции распознавания и оценки дефектов и их причин в процессе электролиза, путем осуществления следующих процедур:

• определение по экспертным оценкам и данным технологических замеров, фиксируемых в АСУ ТП, возможных дефектов, причин и механизмов их возникновения в электролизере;
• реализация советов и объяснений причин и дефектов;
• определение, подтверждение, модификация и дополнения базы знаний.

 

«Система определения корректирующих действий» в структуре FMEA выполняет функции по оценке (ранжированию) и устранению потенциальных отказов, путем осуществления следующих процедур:

• оценки критерия S – значимости последствий потенциальных отказов, определяемого по экспертным оценкам;
• расчета критериев O – возникновения потенциальных отказов (О пропорционален коэффициенту Сp, переведенному в баллы);
• оценки критерия D - обнаружения потенциальных причин (согласно MSA - оценки качества измерительных систем);
• расчета коэффициента ПЧР – приоритетного числа рисков;
• ранжирование и определение рекомендуемых действий по устранению причин дефекта;
• оформление протокола.

 

 

 

 

Рис. 5. Система PFMEA электролиза.

Результаты процедур системы PFMEA электролиза оформляются в виде протокола (таблицы), в котором отражена последовательность анализа потенциальных видов и отказов. Каковы функции, свойства или требования подсистемы? Что может пойти не правильно? Какие последствия могут произойти? Насколько они плохи? Каковы причины? Как часто они случаются? Как это можно предотвратить или обнаружить? Насколько хороши методы для этого? Что можно сделать?

Рассмотрим пример анализа технологического отклонения «Холодный ход»

Каждому технологическому параметру экспертом  назначается индекс D и индекс О. Для отклонения «Холодный ход» данные индексы приведены в таблице 4.

Таблица 4 – Определение индексов D и О для отклонения «Холодный ход»

Параметр	Темп. эл-та	Уров. мет.	Уров. эл-та	КО	CaF2	Кол-во АЭ	Напр. АЭ	Состояние подины	Состояние настыли	Уголь-ная пена
Индекс D	2	3	3	2	2	2	2	6	6	8
Индекс О	8	5	5	6	3	5	2	1	1	1

 

Индекс D характеризует точность или достоверность измерения или обнаружения технологического параметра (связана c техническими средствами измерения).

Индекс О – экспертно определяемый балл возникновения потенциальной причины дефекта или в нашем приложении степень влияния отклонения данного параметра на возникновение  технологического отклонения.

 Шкалы для выставления баллов S, D и О FMEA процессов приведены в ГОСТ Р51814.2-2001 «Методы анализа видов и последствий потенциальных дефектов».

В соответствии с этой же методикой для всех технологических отклонений (дефектов) рассчитывается ежесуточное значение приоритетного числа рисков (таблица 5) - ПЧР_ТРi

где Si – текущее значение степени тяжести данного технологического расстройства, рассчитанное по нечетким множествам; Oi – текущее значение возникновения причины (отклонение параметра).

Таблица 5 – Расчет ежесуточного значения приоритетного числа рисков - ПЧР_ТР i

Изделие / функция|/ требования	Вид потенциального дефекта	Последствия потенциального дефекта.	Балл Si	Потенциальные причины или механизмы дефекта (наблюдаемые признаки, параметры)	Балл Оi	Действующие меры по обнаружению дефекта	Балл D	ПЧР = S* О * D (приоритетное число риска)
1	2	3	4	5	6	8	9	10
Электролизер типа С8-БМ Производство алюминия сырца. ТИ 1-20-2001. Производство алюминия на электролизерах с самообжигающимися анодами	«Холодный ход». Приход тепла меньше его расхода.	Ухудшение состояние электролиза ведущее к: 1. Снижению температуры. электролита. 2.Большому количеству осадков и настылей. 3. Ухудшению состава электролита. 4. Снижению ТЭП. 5. Выделению СF4	5	1.Температура электролита (Тэл)	6	Термопара	2	60
			5	2. Уровень металла	4	Линейка	3	60
			5	3. Уровень электролита	3	Линейка	3	45
			5	4. КО	4	Хим. анализ	2	40
			5	5. Содержание CaF2	2	Хим. анализ	2	20
			5	6. Количество АЭ	3	АСУТП	2	30
			5	7. Напряжение АЭ	1	АСУТП	2	10
			5	8. Оценка подины	1	Замеры в 6 точках	6	30
			5	9. Настыль	1	Замеры в 6 точках	6	30
			5	10. Угольная пена	1	Замеры при съеме	8	40
ИТОГО ПЧРТР i								365

 

Полученное ПЧР_ТРi сравнивается с его предельным значением и, если текущее значение больше предельного, то вступает в действие план реагирования на данное отклонение согласно технологической инструкции. Если текущее значение ПЧР_ТРi меньше предельного, корректирующих действий по устранению не предпринимается.

Результаты расчетов PFMEA электролиза хранятся в заводской базе данных и доступны для АРМ старшего мастера. Примеры визуализации результатов диагностики приведены на рисунках 6, 7.

 

 

Рис. 6. Карта состояния корпуса

 

Рис. 7. Степень тяжести  технологического расстройства (дефекта).

 

 

Своевременность является одним из важнейших факторов, успешного внедрения FMEA. Она должна предварять события, а не быть упражнением после факта. FMEA может снизить или устранить необходимость введения поздних корректирующих изменений, которые могут создать еще большие трудности. Правильно организованный процесс FMEA – бесконечный интерактивный процесс.

Литература

1. Методы анализа видов и последствий потенциальных дефектов – ГОСТ Р 51814.2-2001

2. Э.В. Попов. Экспертные системы реального времени. Открытые системы № 2(10), 1995.

3. P. Diedler, L. Banta, K. Dai, R Love, C Tommey, J. Berkow, "Development of a State Observer for an Aluminium Reduction Cell".,Light Metals 2002, p. 1091.

4. А.I. Berezin, P.V. Polyakov, О.О. Rodnov, I.V. Mezhubovsky, I.V Gonebnyy «Neural network qualifier of noises of Aluminium reduction» Light Metals 2003, p.437-440.

5. О.О. Роднов, А.И. Березин, Поляков П.В., Гонебный И.В. «Идентификация технологического состояния электролизера по флуктуациям приведенного напряжения». Сборник докладов международной конференции «Алюминий Сибири 2003».

6. O.O. Rodnov, P.V. Poliakov, A.I. Berezin, P.D. Stont, I.V. Mezhubovsky. «Estimation of a technological condition of the Aluminium Reduction Cells on the basis of its daily energy balance», Light Metals 2003, p.457-462

7. А.I. Berezin, P.V. Polyakov, О.О. Rodnov, T.V. Piskazhova, P.D. Stont, «Criterial parameters in evaluation of Cell`s potentialities for computerized control» Light Metals 2004, p.257-262.