專利名稱：一種鋁電解槽精確下料反饋信息控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁電解行業(yè)電解槽自動控制系統(tǒng)，具體地說是涉及一種鋁 電解槽精確下料反饋信息控制方法。
背景技術(shù)：
鋁電解槽是一個非線性、時變、大滯后系統(tǒng)，電解槽內(nèi)存在高溫強腐蝕性 電解質(zhì)熔體，所以到目前為止，電解槽內(nèi)許多參數(shù)無法長時間在線測量，氧化
鋁濃度需要現(xiàn)場取樣異地分析，周期至少在120小時以上，因此我國大型預(yù)焙 鋁電解槽生產(chǎn)系列上普遍使采用綜合解析槽電阻、槽電阻斜率、以及R-C曲線， 并結(jié)合電解專家經(jīng)驗和現(xiàn)場操作工的實際經(jīng)驗，研制出了一套氧化鋁濃度控制模型。
槽控機獲得的輸入信號只有槽電壓和槽電流，通過槽電壓和槽電流計算電 解槽的表觀電阻即槽電阻，根據(jù)槽電阻的變化情況和氧化鋁濃度與電阻的U型 曲線模擬電解槽氧化鋁濃度。通過控制氧化鋁的下料速度，使槽中氧化鋁濃度 處于一個低、中、低的變化過程中，從而控制突發(fā)陽極效應(yīng)的發(fā)生和沉淀的出 現(xiàn)，保持槽內(nèi)氧化鋁濃度處于較低的水平。
槽控機從控制算法上已基本解決了氧化鋁濃度的穩(wěn)定精度控制問題，但目 前槽控機發(fā)出的打殼下料命令只是一種開環(huán)控制的方式，即槽控機只管發(fā)各種 指令，根本不管指令的執(zhí)行情況。鋁電解槽采用四點點式定容下料器，兩點一 組交替下料。電解槽控制機每次發(fā)出正常加工中的加料命令后，要經(jīng)過槽控機 的執(zhí)行電路板、電氣線路、氣控柜電磁閥、壓縮空氣管路才能到定容下料器， 控制定容器的下料動作，這之間各裝置的任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，該次命令就為無 效命令，造成下料量降低，導(dǎo)致氧化鋁濃度降低，破壞電解槽的物料平衡，并 引發(fā)陽極效應(yīng)的發(fā)生。使控制效果不佳、電解槽技術(shù)條件惡化。更重要的是槽 控機無法獲得該次命令執(zhí)行情況的反饋信號，從而改變策略和發(fā)出報警信號。
據(jù)美鋁研究表明每減少氧化鋁濃度1%，電流效率增加1.5%—2.0%。同時氧化 鋁濃度還影響陽極效應(yīng)的多少以及效應(yīng)的受控情況、電解槽平均電壓的高低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種用于鋁 電解槽的自動控制機一槽控機的安全、平穩(wěn)、可靠地運行，提高槽控機下料精 確度，完善控制系統(tǒng)，由開環(huán)控制變成了閉環(huán)控制，氧化鋁濃度得到有效控制， 杜絕了因下料故障引起的突發(fā)陽極效應(yīng)的發(fā)生的鋁電解槽精確下料反饋信息控 制方法。
本發(fā)明一種鋁電解槽精確下料反饋信息控制方法通過下述技術(shù)方案予以實 現(xiàn)本發(fā)明一種鋁電解槽精確下料反饋信息控制方法包括槽控機、上位機、下 料反饋裝置，所述的槽控機與上位機采用CAN總線通訊方式連接；所述的信號 采集板輸出端與下料反饋裝置輸入端采用CAN通訊總線連接，槽控機輸出端與 下料反饋裝置輸入端采用CAN通訊總線連接，下料反饋裝置輸出端與槽控機主 板輸入端采用CAN通訊總線連接。
本發(fā)明一種鋁電解槽精確下料反饋信息控制方法與現(xiàn)有技術(shù)相比較有如 下有益效果使用的是YFC-99型槽控機，它采用網(wǎng)絡(luò)體系的多CPU模塊化設(shè) 計，每個模塊執(zhí)行某個特定的功用，如信號采集板，用于檢測電解槽提升電機 的工作狀態(tài)信號，將信號反饋至命令動作執(zhí)行板；電壓電流信號轉(zhuǎn)換板將電解 槽的工作電壓、系列電流信號轉(zhuǎn)換后通過CAN總線發(fā)往槽控機的控制核心一 一槽控機主板，供槽控機運算處理使用；槽控機主板將運算解析的結(jié)果通過內(nèi)
部CAN總線發(fā)往命令動作執(zhí)行板。各模塊之間采用CAN總線通訊方式通訊聯(lián) 系。槽控機與上位機，即監(jiān)控中心也是采用CAN總線的通訊方式進行通訊聯(lián) 絡(luò)。硬件上這為槽控機增加打殼下料反饋裝置帶來便利，完全可以將打殼下料 反饋裝置做成一個模塊，附加與槽控機內(nèi)部體系，也使用CAN總線方式與其 他模塊并行運行，為槽控機提供打殼、下料的反饋信號，形成了一個閉環(huán)控制 系統(tǒng)。控制軟件上反饋信號參與控制，綜合對槽電阻斜率、累積斜率的變化和 發(fā)出加工命令后的情況進行解析、智能報警，提醒維修人員進行及時維修，以 保證下料系統(tǒng)的暢通。如此就可以完全解決開環(huán)控制存在的弊端。本發(fā)明槽控 機具有完成實際下料量顯示、下料故障報警、計算調(diào)整下料周期和加料量功能。 本發(fā)明控制方法避免了電解槽當(dāng)打殼、下料機構(gòu)或控制電磁閥出現(xiàn)故障， 打殼、下料命令沒有得到有效執(zhí)行，破壞槽內(nèi)的物料平衡，造成槽內(nèi)氧化鋁濃 度偏低，長時間工作于低氧化鋁濃度的電解槽必將發(fā)生本不該發(fā)生的效應(yīng)，使 得電流效率降低，增加電耗。槽控機增加下料反饋裝置后，槽控機發(fā)出的下料、 打殼命令能進行有效的監(jiān)控，下料故障可以實時進行語音報警，及時維修，免 除了煩雜且周期長的人工檢査下料系統(tǒng),減輕了操作工的勞動強度，消除了人工 檢査下料時對槽控系統(tǒng)造成的干擾，杜絕了因下料故障引起的突發(fā)陽極效應(yīng)的 發(fā)生。


本發(fā)明一種鋁電解槽精確下料反饋信息控制方法有如下附圖 圖1為本發(fā)明一種鋁電解槽精確下料反饋信息控制方法槽控機各模塊間關(guān) 系結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明一種鋁電解槽精確下料反饋信息控制方法下料反饋裝置工作 流程結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明一種鋁電解槽精確下料反饋信息控制方法下料反饋裝置結(jié)構(gòu) 示意圖4為本發(fā)明一種鋁電解槽精確下料反饋信息控制方法下料反饋裝置原理 結(jié)構(gòu)示意圖。
其中1、槽控機；2、上位機；3、下料反饋裝置；4、信號采集板；5、命 令動作執(zhí)行板；6、打殼下料執(zhí)行機構(gòu)；7、下料器檢測電路；8、反饋裝置處理 存儲電路；9、反饋裝置通訊電路；10、反饋裝置DC電源電路。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明鋁電解槽精確下料反饋信息控制方法技術(shù) 方案作進一步描述。
如圖l一圖4所示，本發(fā)明一種鋁電解槽精確下料反饋信息控制方法包括槽 控機1、上位機2、下料反饋裝置3，所述的槽控機1與上位機2采用CAN總線 通訊方式連接；所述的信號采集板4輸出端與下料反饋裝置3輸入端采用CAN 通訊總線連接，槽控機1輸出端與下料反饋裝置3輸入端采用CAN通訊總線連 接，下料反饋裝置3輸出端與槽控機1主板輸入端采用CAN通訊總線連接。
所述的槽控機1主板輸出端與命令動作執(zhí)行板5與打殼下料執(zhí)行機構(gòu)6采 用內(nèi)部CAN通訊總線連接；信號采集板4安裝設(shè)置在打殼下料執(zhí)行機構(gòu)6輸出 端。
所述的下料反饋裝置3包括信號接收端與信號采集板4信號輸出端連接的 下料器檢測電路7、下料器檢測電路7信號輸出端與處理存儲器電路8連接；處 理存儲器電路8與反饋裝置通訊電路9連接，反饋裝置通訊電路9與槽控機1 采用內(nèi)部CAN通訊總線連接；所述的反饋裝置DC電源電路10分別與下料器 檢測電路7、反饋裝置處理存儲電路8、反饋裝置通訊電路9的電源端連接。所述的信號采集板4信號輸出端分別與下料器檢測電路7的8個分壓電阻 連接，分壓電阻分別與8個發(fā)光二極管連接，8個發(fā)光二極管分別與U5、 U6輸 入光耦l、 3、 5、 7腳連接，U5、 U6輸入光耦的9、 11、 13、 15腳分別與反饋 裝置處理存儲電路(8)的89C54CPU的21、 22、 23、 24、 25、 26、 27、 28腳 連接；反饋裝置處理存儲電路8的輸出端32、 33、 34、 35、 36、 37、 38、 39腳 分別與反饋裝置通訊電路9的SJA1000獨立CAN控制器的輸入端1、 2、 23、 24、 25、 26、 27、 28腳連接，反饋裝置通訊電路9SJA100獨立CAN控制器的 輸出端13、 14、 19、 20腳分別與PCA82C250CAN控制器接口的輸入端3、 1、 4、 2腳連接，PCA82C250CAN控制器接口的輸出端6、 7腳與CANL、 CANH 通訊總線連接。
實施例1 。
如圖1所示，所述的槽控機1與上位機2采用CAN總線通訊方式連接；所 述的信號采集板4輸出端與下料反饋裝置3輸入端采用CAN通訊總線連接，槽 控機1輸出端與下料反饋裝置3輸入端采用CAN通訊總線連接，下料反饋裝置 3輸出端與槽控機1主板輸入端采用CAN通訊總線連接。
本發(fā)明使用的是YFC-99型槽控機，它采用網(wǎng)絡(luò)體系的多CPU模塊化設(shè)計， 每個模塊執(zhí)行某個特定的功用，如信號采集板4，用于檢測電解槽提升電機的 工作狀態(tài)信號，將信號反饋至命令動作執(zhí)行板6;電壓電流信號轉(zhuǎn)換板將電解 槽的工作電壓、系列電流信號轉(zhuǎn)換后通過CAN總線發(fā)往槽控機的控制核心一 —槽控機1主板，供槽控機l運算處理使用；槽控機1主板將運算解析的結(jié)果 通過內(nèi)部CAN總線發(fā)往命令動作執(zhí)行板6。各模塊之間采用CAN總線通訊方 式通訊聯(lián)系。槽控機與上位機，即監(jiān)控中心也是采用CAN總線的通訊方式進 行通訊聯(lián)絡(luò)。硬件上這為槽控機1增加打殼下料反饋裝置帶來便利，完全可以
將打殼下料反饋裝置做成一個模塊，附加與槽控機內(nèi)部體系，也使用CAN總 線方式與其他模塊并行運行，為槽控機提供打殼、下料的反饋信號，形成了一 個閉環(huán)控制系統(tǒng)?？刂栖浖戏答佇盘枀⑴c控制，綜合對槽電阻斜率、累積斜 率的變化和發(fā)出加工命令后的情況進行解析、智能報警，提醒維修人員進行及 時維修，以保證下料系統(tǒng)的暢通。如此就可以完全解決開環(huán)控制存在的弊端。 如圖2所示，本發(fā)明下料反饋裝置使控制系統(tǒng)成為閉環(huán)控制系統(tǒng)，閉環(huán)控 制是指控制裝置與被控制對象之間既有正向作用，又有反向聯(lián)系的控制過程。 在閉環(huán)系統(tǒng)中，需對輸出量進行測量。所述的槽控機1主板輸出端與命令動作 執(zhí)行板5與打殼下料執(zhí)行機構(gòu)6采用內(nèi)部CAN通訊總線連接；信號采集板4安 裝設(shè)置在打殼下料執(zhí)行機構(gòu)6輸出端。
槽控機發(fā)出的正常加工命令后，下料命令經(jīng)動作執(zhí)行電路板5輸出電信號、 傳輸電信號、氣控柜得到動作電信號、電磁閥動作、壓縮空氣經(jīng)管路控制定容 下料器、定容下料器動作。如果下料器動作無誤，經(jīng)限位開關(guān)檢測后輸出信號 到下料檢測模塊。打殼下料檢測板4通過檢測到打殼下料執(zhí)行機構(gòu)的反饋信號， 將動作執(zhí)行情況信息與接收的來自命令動作執(zhí)行板的信息做對比，以此判斷槽 控機1的下料是否得到執(zhí)行、是否正常下料，判斷是否有打殼、下料故障，并 將是否有故障的對比結(jié)果通過內(nèi)CAN總線發(fā)往槽控機1主板，槽控機1主板由 此判斷是否發(fā)出打殼、下料故障的信息。若存在故障，槽控機1將根據(jù)故障存 在的時間長短作出相應(yīng)的調(diào)整處理。
如圖3所示，所述的下料反饋裝置3包括信號接收端與信號采集板4信號 輸出端連接的下料器檢測電路7、下料器檢測電路7信號輸出端與處理存儲器電 路8連接；處理存儲器電路8與反饋裝置通訊電路9連接，反饋裝置通訊電路9 與槽控機1采用內(nèi)部CAN通訊總線連接；所述的反饋裝置DC電源電路10分
別與下料器檢測電路7、反饋裝置處理存儲電路8、反饋裝置通訊電路9的電源 端連接。下料反饋裝置基于單片機的微處理系統(tǒng)，同步實時接收四個定容下料 器的輸出信號。電解槽上下料器動作的反饋信號經(jīng)過下料器檢測電路輸往下料 檢測模塊中的處理存儲器單元，而處理存儲器單元通過CAN總線通訊單元與槽 控機交換下料控制信息。
如圖4所示，下料反饋裝置原理圖中的1號框為下料器檢測電路，由兩個 TLP521-4八路輸入光耦、8個分壓電阻和8個發(fā)光二極管組成，負責(zé)接收下料 器信號。
圖4中的2號框為反饋裝置處理存儲電路，由89C54(CPU)、 24045 (電源監(jiān) 視器)及12M的晶振組成，負責(zé)下料反饋裝置的數(shù)據(jù)存儲和處理。
圖4中的3號框為反饋裝置通訊電路，主要由SJA1000(獨立CAN控制器) 和PCA82C250 (CAN控制器接口)組成，主要負責(zé)與槽控機的通訊。
圖4中的4號框為反饋裝置DC電源電路，由NR5D12S5B電源模塊組成， 負責(zé)為下料反饋裝置提供工作電源。所述的信號采集板4信號輸出端分別與下 料器檢測電路7的8個分壓電阻連接，分壓電阻分別與8個發(fā)光二極管連接，8 個發(fā)光二極管分別與U5、 U6輸入光耦l、 3、 5、 7腳連接，U5、 U6輸入光耦 的9、 11、 13、 15腳分別與反饋裝置處理存儲電路8的89C54CPU的21、 22、 23、 24、 25、 26、 27、 28腳連接；反饋裝置處理存儲電路8的輸出端32、 33、 34、 35、 36、 37、 38、 39腳分別與反饋裝置通訊電路9的SJA1000獨立CAN 控制器的輸入端1、 2、 23、 24、 25、 26、 27、 28腳連接，反饋裝置通訊電路9SJA100 獨立CAN控制器的輸出端13、 14、 19、 20腳分別與PCA82C250CAN控制器接 口的輸入端3、 1、 4、 2腳連接，PCA82C250CAN控制器接口的輸出端6、 7腳 與CANL、 CANH通訊總線連接。
增加下料反饋裝置3后，槽控機1主板控制程序作出相應(yīng)的改造，完成實 際下料量顯示、下料故障報警功能等。具體功能是
1、 前24小時四點實際下料量總量顯示；
2、 報警功能對每臺定容下料器槽控機發(fā)出動作命令而未動作，進行報 警，提醒維修人員維修。
3、 當(dāng)下料故障出現(xiàn)，及時改變加料策略，計算新的實際下料周期，保證 電解槽所需要的加料量。
權(quán)利要求
1、一種鋁電解槽精確下料反饋信息控制方法，包括槽控機(1)、上位機(2)、下料反饋裝置(3)，其特征在于所述的槽控機(1)與上位機(2)采用CAN總線通訊方式連接；所述的信號采集板(4)輸出端與下料反饋裝置(3)輸入端采用CAN通訊總線連接，槽控機(1)輸出端與下料反饋裝置(3)輸入端采用CAN通訊總線連接，下料反饋裝置(3)輸出端與槽控機(1)主板輸入端采用CAN通訊總線連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽精確下料反饋信息控制方法，其特征在 于所述的槽控機(1)主板輸出端與命令動作執(zhí)行板(5)與打殼下料執(zhí)行機 構(gòu)(6)采用內(nèi)部CAN通訊總線連接；信號采集板(4)安裝設(shè)置在打殼下料執(zhí) 行機構(gòu)(6)輸出端。 、
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽精確下料反饋信息控制方法，其特征在 于所述的下料反饋裝置(3)包括信號接收端與信號采集板(4)信號輸出端 連接的下料器檢測電路(7)、下料器檢測電路(7)信號輸出端與處理存儲器電 路(8)連接；處理存儲器電路(8)與反饋裝置通訊電路(9)連接，反饋裝置 通訊電路(9)與槽控機(12)采用內(nèi)部CAN通訊總線連接；所述的反饋裝置 DC電源電路(10)分別與下料器檢測電路(7)、反饋裝置處理存儲電路(8)、 反饋裝置通訊電路(9)的電源端連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋁電解槽精確下料反饋信息控制方法，其特征在 于所述的信號采集板(4)信號輸出端分別與下料器檢測電路(7)的8個分 壓電阻連接，分壓電阻分別與8個發(fā)光二極管連接，8個發(fā)光二極管分別與U5、 U6輸入光耦l、 3、 5、 7腳連接，U5、 U6輸入光耦的9、 11、 13、 15腳分別與 反饋裝置處理存儲電路(8)的89C54CPU的21、 22、 23、 24、 25、 26、 27、 28 腳連接；反饋裝置處理存儲電路(8)的輸出端32、 33、 34、 35、 36、 37、 38、39腳分別與反饋裝置通訊電路(9)的SJA1000獨立CAN控制器的輸入端1、 2、 23、 24、 25、 26、 27、 28腳連接，反饋裝置通訊電路(9) SJA100獨立CAN控 制器的輸出端13、 14、 19、 20腳分別與PCA82C250CAN控制器接口的輸入端 3、 1、 4、 2腳連接，PCA82C250CAN控制器接口的輸出端6、 7腳與CANL、 CANH通訊總線連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋁電解行業(yè)電解槽自動控制系統(tǒng)，具體地說是涉及一種鋁電解槽精確下料反饋信息控制方法。本發(fā)明下料反饋信息控制方法包括槽控機、上位機、下料反饋裝置，所述的槽控機與上位機采用CAN總線通訊方式連接；所述的信號采集板輸出端與下料反饋裝置輸入端采用CAN通訊總線連接，槽控機輸出端與下料反饋裝置輸入端采用CAN通訊總線連接，下料反饋裝置輸出端與槽控機主板輸入端采用CAN通訊總線連接。本發(fā)明槽控機增加下料反饋裝置后，槽控機發(fā)出的下料、打殼命令能進行有效的監(jiān)控，下料故障可以實時進行語音報警，及時維修，消除了人工檢查下料時對槽控系統(tǒng)造成的干擾，杜絕了因下料故障引起的突發(fā)陽極效應(yīng)的發(fā)生。
文檔編號C25C3/20GK101173364SQ20071004942
公開日2008年5月7日 申請日期2007年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日
發(fā)明者丁心耿, 勇 張, 張生凱, 戴小平, 雄 王, 趙西順 申請人:中國鋁業(yè)股份有限公司