Kuparielektrolyysin prosessihäiriöiden havainnointimenetelmien kehitys
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2013-06-10
Department
Major/Subject
Teollisuusautomaation signaalinkäsittely ja säätötekniikka
Mcode
ETA3007
Degree programme
AUT - Automaatio- ja systeemitekniikka
Language
fi
Pages
82+8
Series
Abstract
Elektrolyysi on mm. kuparin tuotannon viimeinen jalostusvaihe, joka on energiaintensiivinen ja aikaavievä prosessi. Lopputuotteen laadun kannalta tärkein valvontaa vaativa muuttuja on elektrolyysialtaan jännite, jonka häiriöllinen käyttäytyminen on merkki esimerkiksi oikosulusta, anodin passivoitumisesta, tai tukoksesta elektrolyytin liuoskierrossa. Jännite on riippuvainen mm. standardipotentiaalista, elektrolyytin konduktanssista ja monista erilaisista ylipotentiaaleista. Diplomityössä keskitytään kuparin jalostuksen fysikaaliseen jännitemalliin ja erityisesti häiriöntunnistusmenetelmiin, jotka tehdään diplomityötä koskevaa, jännitettä ja lämpötilaa tarkkailevaa anturointijärjestelmää silmällä pitäen. Mallin avulla lasketaan jännitteelle referenssiarvo, joka helpottaa häiriöiden tunnistamista. Elektolyysiprosessissa häiriötilanteet saattavat muodostua hitaasti, joten tulisi löytää menetelmiä havainnoida häiriöille tyypillisiä jännitetrendejä jo kauan ennen kuin kiinteä hälytysraja saavutetaan. Lisäksi työssä käsitellään menetelmien käytettävyyttä ja virityksen helppoutta. Heurististen menetelmien haasteeksi tulee helposti parametrien lukumäärä ja ristikkäisvaikutukset. Jännitteen fysikaalinen ja numeerinen mallintaminen ei onnistu tarkasti. Jännitteen mallintaminen vaatisi suuren määrän mitattavia suureita, ja joidenkin ylipotentiaalien mallintaminen on mahdotonta. Tällöin täytyy mallintaa muutamaa osajännitettä, ja selittämättömien tekijöiden suuruus arvioidaan häiriöttömästä jännitemittauksesta. Häiriöiden tunnistaminen onnistuu hyvin residuaalin ja negatiivisen derivaatan kasvua tarkkailemalla. Diplomityössä saatiin ainakin häiriöntunnistusta parannetuksi verrattuna alkuperäiseen hälytyslogiikkaan. Ongelmaksi tulee silti monimutkainen viritys, jota kuitenkin pystyy helpottamaan sumean päättelyn avulla.Electrolysis is the last process phase for producing e.g. copper. Electrolysis is an energy-intensive and time-consuming process. Concerning the quality of the end product, the most important variable to supervise is the cell voltage. Malfunctioning voltage is a sign of a short circuit, anode passivation, or block in the electrolyte circulation. The voltage is dependent on the standard potential, the conductance of the electrolyte and many several kinds of overpotentials. This thesis focuses on the physical model of copper electrolysis and especially its disturbance detection methods that are designed from the perspective of a specific sensor system that measures the cell's voltage and temperature. The voltage model is used for calculating the reference voltage value, which is used in disturbance detection. Disturbance phenomena may form slowly in the cell, and the main subject of the thesis is to find heuristic methods for detecting the disturbances before the lower alarm limit is exceeted. In addition the usability and ease of tuning of the methods will are discussed because heuristic methods usually have several adjustable parametes and adjustment of the parametres may have cross-interference. Precise modelling isn't possible because it would demand a remarkable amount of quantities for mesaurment, and some overpotentials are impossible to model. In this case modelling must be performed by modelling some parts of the voltage and the magnitude of the unknown voltage parts must be estimated with the aid of trustworthy voltage mesaurement. Disturbance detection works fine by using residual and negative derivative values. In this thesis the detection methods were improved to compared to the original method. Yet, the problem of method tuning remains. Fuzzy logic might be the key for simplifying the tuning.Description
Supervisor
Visala, ArtoThesis advisor
Suontaka, VilleKeywords
Electrowinning, Electrorefining, Copper, voltage model, Heuristic disturbance detection, Fuzzy logic, Talteenottoelektrolyysi, Raffinointielektrolyysi, Kupari, Jännitemalli, Häiriötilanteiden heuristinen havainnointi, sumea logiikka