專利名稱：預(yù)焙陽極鋁電解槽信息跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及預(yù)焙陽極鋁電解槽信息跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)，利用此系統(tǒng)，現(xiàn)場操作人 員能夠通過觸摸屏實時地了解電解槽的運行工藝數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)趨勢曲線，能夠?qū)崟r監(jiān)測電解 槽的陽極電流分布。
背景技術(shù)：
鋁電解生產(chǎn)的過程是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，在這個過程中，如果能隨時掌握 陽極的電流分布和電解槽的實時信息數(shù)據(jù)(槽電壓、槽電流、效應(yīng)、換極、報警)情況，將對電 解槽的穩(wěn)定運行，提高電解的效率，起著非常重要的作用。因為，電解槽運行過程中的陽極 電流分布瞬息萬變，在不同的時間與空間，陽極的電流將會有不同的數(shù)值，它是電解過程中 最難準確全面檢測和掌握的生產(chǎn)參數(shù)。目前電解槽的控制設(shè)備是槽控機，槽控機僅能顯示槽電壓、系列電流等極少內(nèi)容， 以及用發(fā)光二極管顯示的電解槽狀態(tài)，現(xiàn)場操作人員通過槽控機上發(fā)光二極管和數(shù)碼管的 簡單信息，不能完全掌握電解槽的運行狀態(tài)、歷史狀態(tài)、運行趨勢。一旦電解槽發(fā)生異常情 況，工廠的總調(diào)度監(jiān)控室通過廣播通知現(xiàn)場操作人員，信息傳輸?shù)臅r效性較差，而對于電解 槽運行時的異常電壓、電流曲線趨勢等信息則無法通過廣播進行通知。陽極電流分布的測量，傳統(tǒng)上采用人工測量的方法，用毫伏表分別測量陽極導(dǎo)桿 的壓降來判斷。一個300KA系列的電解槽大多有M個陽極導(dǎo)桿，如果每個電解槽照此測量， 不僅勞動強度大，而且效率低，實時性也不好。
發(fā)明內(nèi)容針對電解槽現(xiàn)有設(shè)備存在的信息的時效性差，檢測陽極電流的實時性差、勞動強 度大問題，本實用新型提供了一個系統(tǒng)，包括電解槽監(jiān)控裝置、智能無線傳感器、數(shù)據(jù)收集 器、參數(shù)配置工作站。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r顯示電解槽的運行數(shù)據(jù)，操作人員通過觸摸屏可查詢 歷史數(shù)據(jù)，并對陽極電流實現(xiàn)自動在線實時監(jiān)測。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是系統(tǒng)由四部分組成，包括智能無線傳感器、數(shù)據(jù)收集器、電解槽監(jiān)控裝置、參數(shù)配 置工作站；智能無線傳感器安裝在陽極導(dǎo)桿上，數(shù)據(jù)收集器安裝在槽控機附近，智能無線傳 感器與數(shù)據(jù)收集器之間通過無線方式傳輸數(shù)據(jù)，電解槽監(jiān)控裝置與數(shù)據(jù)收集器之間通過有 線串行通信鏈路相連，數(shù)據(jù)收集器從智能無線傳感器收集的數(shù)據(jù)傳輸給電解槽監(jiān)控裝置。智能無線傳感器由陽極電流數(shù)據(jù)采集通道、參考電壓通道、溫度通道、電池電壓通 道、單片機、電源變換模塊、無線收發(fā)器模塊組成。數(shù)據(jù)收集器由無線收發(fā)模塊、單片機、電源變換電路、溫度傳感器組成，數(shù)據(jù)收集 器通過串行鏈路與電解槽監(jiān)控裝置相連。智能無線傳感器通過附加的圓形或矩形卡具安裝在陽極導(dǎo)桿上；卡具安裝在陽極 導(dǎo)桿上，智能無線傳感器安裝在卡具的連接處，智能無線傳感器的信號電纜連接到陽極導(dǎo)桿的測量探頭上，測量探頭嵌入在陽極導(dǎo)桿上。電解槽監(jiān)控裝置由液晶顯示屏、觸摸屏、控制主機組成；其中控制主機包括處理 器、存儲器、存儲卡、輸入輸出電路、電解槽電壓保護模塊，電解槽電壓保護模塊的輸出電路 連接到提升機的電源開關(guān)上。如


圖1所示，系統(tǒng)中包括工廠服務(wù)器(工廠中原有的服務(wù)器，不需要另外配置)，電 解槽的工況數(shù)據(jù)存儲在工廠服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中；電解槽監(jiān)控裝置需要另外配置，安裝在操 控機的機箱上；智能無線傳感器安裝在電解槽的陽極導(dǎo)桿上，每個陽極導(dǎo)桿上安裝一個智 能無線傳感器；數(shù)據(jù)收集器通過RS232接口連接到電解槽監(jiān)控裝置上；系統(tǒng)中采用工業(yè)微 機或兼容機作為參數(shù)配置工作站。工廠服務(wù)器、參數(shù)配置工作站、電解槽監(jiān)控裝置通過以太 網(wǎng)交換機相聯(lián)。電解槽監(jiān)控裝置上運行應(yīng)用軟件ASM (Aluminum System Monitor,簡稱ASM)，ASM 軟件從工廠服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中實時獲取電解槽的工藝數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)、圖表、曲線的形式顯示 在電解槽監(jiān)控裝置的液晶顯示屏上；電解槽監(jiān)控裝置通過RS232接口與數(shù)據(jù)收集器通信， 獲取陽極電流分布的數(shù)據(jù)，并把陽極電流分布的數(shù)據(jù)存儲到工廠服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中。智能無線傳感器和數(shù)據(jù)收集器用于采集電解槽的陽極電流數(shù)據(jù)，智能無線傳感器 定時采集陽極電流數(shù)據(jù)，通過無線方式傳輸給數(shù)據(jù)收集器，數(shù)據(jù)收集器再通過RS232接口 傳送給電解槽監(jiān)控裝置。如圖2所示，智能無線傳感器由單片機、無線模塊、放大器、溫度傳感器、參考電 壓、電源變換電路、電池組成。無線模塊用于與數(shù)據(jù)收集器通信；陽極電流探頭上的信號是電壓信號，信號范圍 是0-50毫伏，此信號通過放大器進行放大，然后連接到單片機模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端進行 模數(shù)轉(zhuǎn)換；溫度傳感器用于采集現(xiàn)場溫度，參考電壓電路用于模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的電壓參考，智 能無線傳感器采用電池供電，電池電壓通過電源變換電路，轉(zhuǎn)換成單片機電路工作時所需 要的電壓。智能無線傳感器上的單片機上的軟件定時地進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)濾波、并控制無 線模塊把數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)收集器。如圖3所示，數(shù)據(jù)收集器由溫度傳感器、單片機、無線模塊、串行接口、電源變換電 路組成。溫度傳感器用于采集現(xiàn)場溫度，電源變換電路用于把供電電壓轉(zhuǎn)換成單片機電路 的工作電壓，無線模塊用于與智能無線傳感器通信，接收智能無線傳感器發(fā)出的陽極電流 數(shù)據(jù)；串行接口采用RS232接口標準，此接口與電解槽監(jiān)控裝置相聯(lián)，數(shù)據(jù)收集器獲取電解 槽所有的陽極電流數(shù)據(jù)后，通過串行接口傳輸給電解槽監(jiān)控裝置。如圖4所示，電解槽監(jiān)控裝置由主機、液晶顯示器、觸摸屏組成。主機由嵌入式計 算機板(包括存儲器、固態(tài)硬盤)、模擬量輸入板、電源電路、繼電器輸出板組成。主機的接口 有RS232接口，用于連接數(shù)據(jù)收集器；以太網(wǎng)接口，連接到以太網(wǎng)交換機；液晶顯示器接口 連接液晶顯示屏；觸摸屏接口(觸摸屏接口采用USB接口)；模擬量輸入接口用于采集電解槽 的槽電壓；開關(guān)量輸出接口用于連接現(xiàn)場繼電器。電解槽監(jiān)控裝置上運行開發(fā)的應(yīng)用軟件，此軟件通過工廠以太網(wǎng)定時地訪問工廠 服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫，獲取電解槽的工況數(shù)據(jù)，顯示在液晶顯示器上；應(yīng)用軟件定時地與數(shù)據(jù) 收集器通信，采集陽極電流數(shù)據(jù)，并通過以太網(wǎng)存儲到工廠服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中。電解槽監(jiān)控裝置的顯示屏上顯示的數(shù)據(jù)包括電解槽各種電壓數(shù)據(jù)、報警信息、效CN應(yīng)信息、換極預(yù)報、陽極電流分布曲線等反映生產(chǎn)中電解槽運行參數(shù)的重要數(shù)據(jù)。 電解槽監(jiān)控裝置內(nèi)置電壓保護軟件模塊，對電解槽高低電壓進行監(jiān)測。電壓保護
模塊動作時，通過繼電器輸出電路，切斷提升機控制回路并發(fā)出報警信號。如圖5所示，在陽極導(dǎo)桿上安裝卡具，如圖6矩形卡具、圖7所示圓形卡具；智能無 線傳感器通過螺絲固定在卡具的連接處，陽極上嵌入兩個測量觸點(兩個測量觸點的電壓 差表示陽極電流數(shù)據(jù)，電壓差范圍是0-50毫伏)，智能無線傳感器的輸入連接器連接到測量 觸點上。由于電解槽現(xiàn)場溫度較高，因此卡具與陽極導(dǎo)桿之間通過絕緣絕熱材料隔開，絕熱 材料放置在陽極導(dǎo)桿的四角處。數(shù)據(jù)收集器通過有線傳輸方式傳輸給電解槽監(jiān)控裝置進行處理、解析、存儲、顯
7J\ ο本實用新型的有益效果是操作人員在電解槽現(xiàn)場而不需要去遠處的控制室就能 夠?qū)崟r了解電解槽的運行工況，不僅能夠了解電解槽的當(dāng)前數(shù)據(jù)，更重要的是可以看到電 解槽的歷史數(shù)據(jù)曲線和歷史事件。通過陽極電流自動檢測，減輕了工人的勞動強度，提高了 數(shù)據(jù)的實時性。
以下結(jié)合附圖對本實用新型進一步說明。
圖1是整個系統(tǒng)的配置圖。圖2是智能無線傳感器組成原理圖。圖3是數(shù)據(jù)收集器組成原理圖。圖4是電解槽監(jiān)控裝置組成原理圖。圖5是智能無線傳感器安裝圖。圖6是智能無線傳感器安裝矩形卡具圖。圖7是無線傳感器安裝圓形卡具圖。圖5中，①陽極導(dǎo)桿，②卡具，③智能無線傳感器的天線，④智能無線傳感器。
具體實施方式
圖1中，每個電解鋁廠可以配置一套系統(tǒng)，包括工廠服務(wù)器、參數(shù)配置工作站、以 太網(wǎng)交換機、電解槽監(jiān)控裝置、數(shù)據(jù)收集器、智能無線傳感器。配置數(shù)量如下工廠服務(wù)器一臺。參數(shù)配置工作站一臺，通過以太網(wǎng)連接到工廠網(wǎng)絡(luò)，運行參數(shù)配置軟件。以太網(wǎng)交換機根據(jù)端口數(shù)量的需求而定。電解槽監(jiān)控裝置每個電解槽配置一臺，安裝在槽控機的機箱的門上。通過以太網(wǎng) 連接到工廠網(wǎng)絡(luò)，通過電纜連接到數(shù)據(jù)收集器。電解槽的電壓信號、提升機電源控制信號通 過電纜連接到電解槽監(jiān)控裝置的輸入輸出端子上。數(shù)據(jù)收集器每個電解槽配置一臺，通過RS232連接到電解槽監(jiān)控裝置。智能無線傳感器每個陽極導(dǎo)桿安裝一個。圖2中，智能無線傳感器電路包括單片機、放大器、參考電壓、溫度傳感器、電池、 電源變換電路、無線模塊、串行編程接口。單片機的軟件進行數(shù)據(jù)采集和處理，并通過無線模塊把數(shù)據(jù)發(fā)出去。圖3中，數(shù)據(jù)收集器電路由單片機、溫度傳感器、無線模塊、電源變換電路、串行接 口組成。圖4中，電解槽監(jiān)控裝置由液晶顯示屏、觸摸屏、模擬量輸入板、電源電路、繼電器 輸出板、嵌入式計算機板組成。圖5中，智能無線傳感器安裝到陽極導(dǎo)桿上，①是陽極導(dǎo)桿，②是卡具，③是智能 無線傳感器的天線，④智能無線傳感器。圖6、圖7分別是矩形和環(huán)形卡具，矩形卡具的四個角安裝隔熱材料，智能無線傳 感器安裝在卡機的連接處。
權(quán)利要求1.預(yù)焙陽極鋁電解槽信息跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是系統(tǒng)由四部分組成，包括智能無 線傳感器、數(shù)據(jù)收集器、電解槽監(jiān)控裝置、參數(shù)配置工作站；智能無線傳感器安裝在陽極導(dǎo) 桿上，數(shù)據(jù)收集器安裝在槽控機附近，智能無線傳感器與數(shù)據(jù)收集器之間通過無線方式傳 輸數(shù)據(jù)，電解槽監(jiān)控裝置與數(shù)據(jù)收集器之間通過有線串行通信鏈路相連，數(shù)據(jù)收集器從智 能無線傳感器收集的數(shù)據(jù)傳輸給電解槽監(jiān)控裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)焙陽極鋁電解槽信息跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于智能無 線傳感器由陽極電流數(shù)據(jù)采集通道、參考電壓通道、溫度通道、電池電壓通道、單片機、電源 變換模塊、無線收發(fā)器模塊組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)焙陽極鋁電解槽信息跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于數(shù)據(jù)收 集器由無線收發(fā)模塊、單片機、電源變換電路、溫度傳感器組成，數(shù)據(jù)收集器通過串行鏈路 與電解槽監(jiān)控裝置相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)焙陽極鋁電解槽信息跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于智能無 線傳感器通過附加的圓形或矩形卡具安裝在陽極導(dǎo)桿上；卡具安裝在陽極導(dǎo)桿上，智能無 線傳感器安裝在卡具的連接處，智能無線傳感器的信號電纜連接到陽極導(dǎo)桿的測量探頭 上，測量探頭嵌入在陽極導(dǎo)桿上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)焙陽極鋁電解槽信息跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于電解槽 監(jiān)控裝置由液晶顯示屏、觸摸屏、控制主機組成；其中控制主機包括處理器、存儲器、存儲 卡、輸入輸出電路、電解槽電壓保護模塊，電解槽電壓保護模塊的輸出電路連接到提升機的 電源開關(guān)上。
專利摘要本實用新型公開了預(yù)焙陽極鋁電解槽信息跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理及相關(guān)裝置。該系統(tǒng)包括陽極電流檢測的無線傳感器、數(shù)據(jù)收集器、電解槽監(jiān)控裝置、參數(shù)配置工作站。無線傳感器安裝在陽極導(dǎo)桿上，實時采集陽極電流分布數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)收集器安裝在電解槽附近，收集無線傳感器采集的陽極電流數(shù)據(jù)。電解槽監(jiān)控裝置安裝在槽控機箱上或附近，用于從數(shù)據(jù)收集器和工廠服務(wù)器采集數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)分析、存儲、顯示、報警，并具有電解槽高低電壓保護裝置。通過本系統(tǒng)，可以實時了解電解槽的運行狀態(tài)和陽極電流的分布情況，為電解槽的平穩(wěn)運行提供重要依據(jù)，減少電解槽的波動，確保電解槽穩(wěn)定運行，達到提高電解電效的目的。
文檔編號C25C3/20GK201924090SQ20102053880
公開日2011年8月10日 申請日期2010年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月24日
發(fā)明者張大波, 王信 申請人:張大波, 王信