专利名称：全分布式铝电解槽自动控制机的制作方法
技术领域：
本发明涉及铝电解生产过程的自动控制系统，特别是涉及铝电解槽自动控制机。
铝电解槽自动控制机(简称槽控机)是铝电解槽自动控制系统的主体部分。从控制系统的控制方式来分类，槽控机可分为集中式和分布式两种类型，集中式槽控机本身不具备独立的控制功能，分布式槽控机具备独立的控制功能，能完成电解槽实时控制的全部内容。从槽控机内部结构来看，目前已有的各类槽控机所采用的微处理器类型有多种多样，但内部数据交换均采用基于并行总线的通信方式(如STD总线，s-100总线，Q总线等)。为了满足分布式控制和现代智能控制的要求，分布式槽控机的设计多采用与标准工控微机相类似的结构形式，并有“插板式”和“大板式”(All-in-one)两种基本类型。由于内部数据交换采用并行总线，所以“插板式”槽控机的模板间信号通路转接环节(插接件)及其接触点多，其缺点是接头插件在电解现场强腐蚀高灰尘的环境中易氧化腐蚀，导致接触不良、信号中断和引发随机性故障，整机的稳定性和可靠性降低，对维护水平要求高且维护难度大，备件购置费用和系统的维护费用高。对于“大板式”槽控机，因其主体控制电路集成在一块“大板”上，所以可克服“插板式”槽控机的上述缺点，但其不足之处在于电路复杂，原器件多，因而出现故障的几率大，而且维修不方便，造成用户运行费用高。
为了解决上述问题，本发明应用现场总线类的串行总线及网络通信技术，提供一种基于现场总线的全分布式槽控机。
本发明-全分布式铝电解槽自动控制机(简称槽控机)包括逻辑单元和动力单元两部分，逻辑单元采用现场总线技术及网络通信技术，构成现场总线互联的多CPU网络体系，包括采样模块1、解析模块2、操作(动作)模块3、显示模块4和通信模块5等智能化的功能模块(简称智能模块)，各智能模块均带有自己的CPU微处理器，均能相对独立地运行和发挥自己的功能。各智能模块产生的指令信号输出到动力单元6，由动力单元6转换成具体的动力控制动作。采样模块1完成槽电压和系列电流的采样，解析模块2对过程进行解析，操作模块3完成所有的输入/输出操作，显示模块4接收开关板的输入信号，并通过显示面板的数码管和指示灯输出运行信息，通信模块5实现与外部设备(上位机)的数据交换，每一模块都包含有由看门狗、CPU、单片机外围芯片以及现场总线(如CAN总线)通信器件构成的电路，单片机外围芯片是一种集中度较高的芯片，其内部集成有可编程输入/输出、存贮及译码功能如PSD311系列芯片。各智能模块通过以双绞线或同轴电缆为通信介质的现场总线互联，实现模块间的数据交换和多CPU协同工作，从而使整个控制器的逻辑单元成为一个多CPU网络体系，该体系与外设(上位机)的接口也采用现场总线协议，以满足构造全分布式控制系统的要求。
本发明的主要优点和积极效果如下1．由于本发明的逻辑单元采用现场总线互联的多CPU网络体系，各智能模块用于内部数据交换的连接线只需2根，即只有2个接插点，因此有效地解决了槽控机结构简洁与功能分布之间的矛盾，接插件(点)的大幅度减少显著提高了整机的稳定性和可靠性；而与“大板”结构的槽控机相比，多CPU网络结构满足了智能化、模块化、及全分布式的设计原则，克服了“大板”故障风险过于集中、维护难度大的缺点。
2．本发明采用的现场总线是使用串行数据通信协议的多主总线，其数据块编码方式可使不同的节点同时接收到相同的数据(可采用广播方式的数据发送与接收)，因而可构造具有网络体系结构的全分布式控制系统，而从工业现场测控的角度而言，具有通信速率快(可达1Mbps)，通信距离远(可达10km)的优点，且有通信优先级选择，能很好地满足现场监控实时性要求，很强的错误处理功能和抗干扰能力，保证了数据通信的可靠性。
3．本发明各智能模块均带有自己的CPU，能相对独立地运行，数据处理能力强大，由于每个智能模块的功能明确，结构简单，且设计有自诊断功能，所以易于维护，多CPU协同工作方式又使槽控机整体功能强大，可实现对铝电解槽的高度智能化控制。
4智能化、模块化和全分布式的设计原则使智能模块具有良好的通用性和适用性，并使槽控机具有很好的灵活性和可扩展性，因此具有很好的市场前景和推广应用价值。
5本发明用于构造全分布式铝电解过程控制系统，它既可用于新建电解生产系列，也可应用于老电解系列计算机控制系统的升级改造。
图1本发明方框图；图2通信模块结构原理示意3本发明使用状态联接示意图实施例1．整个控制系统采用图3所示的“上位机-槽控机”两级全分布式结构形式。每一台电解槽配备一台基于现场总线的全分布式槽控机(即本发明)作为直接控制级，实现信号采样与解析控制功能。根据实际需要，整个电解系列配备若干台多媒体工控微机构成上位机体系，用作过程监控级，对各槽控机的运行过程进行监视并完成生产管理功能。整个系统采用CAN总线通信协议构成网络体系。在75KA预焙铝电解槽上的工业试验结果表明，系统运行稳定可靠，控制效果好，实现的主要技术指标为氧化铝浓度波动范围在1.8～3.0％以内，正常槽温波动范围在±3℃以内，阳极效应系数在0.5以下，阳极效应预报成功率在90％以上，从而保证了电解槽在新型工艺技术条件下的平稳运行，取得了电流效率提高3.11％，吨铝直流电耗降低411kWh的显著的增产节能效果。
权利要求
1．一种全分布式铝电解槽自动控制机，其特征在于包括逻辑单元和动力单元，逻辑单元采用现场总线技术及网络通信技术，构成现场总线互联的多CPU网络体系，包括采样模块、解析模块、操作模块、显示模块和通信模块，各智能模块均带有自己的CPU微处理器，均能相对独立地运行和发挥自己的功能，采样模块完成槽电压和系列电流的采样，解析模块对过程进行解析，操作模块完成所有的输入/输出操作，显示模块接收开关板的输入信号，并通过显示面板的数码管和指示灯输出运行信息，通信模块实现与外部设备的数据交换。
2．根据权利要求1所述的铝电解槽自动控制机，其特征在于所述的各功能模块都包含有由看门狗、CPU、单片机外围芯片以及现场总线通信器件构成的电路。
3．根据权利要求1所述的铝电解槽自动控制机，其特征在于所述的各智能模块通过以双绞线或同轴电缆为通信介质的现场总线互联，实现模块间的数据交换和多CPU协同工作，从而使整个控制器的逻辑单元成为一个多CPU网络体系。
全文摘要
全分布式铝电解槽自动控制机,本发明采用现场总线技术及网络通信技术,主要包括采样模块、解析模块、操作(动作)模块、显示模块和通信模块等智能模块,各智能模块均带有自己的CPU微处理器。本发明有效地解决了槽控机结构简洁与功能分布之间的矛盾,既克服了基于PLC的槽控机难以实现现代智能控制算法的缺点,又克服了基于并行总线的插板式槽控机接插点过多的缺点,还克服了大板式槽控机故障风险过于集中的缺点。
文档编号C25C3/00GK1314500SQ0011333
公开日2001年9月26日 申请日期2000年3月22日 优先权日2000年3月22日
发明者李劼, 丁凤其, 刘业翔, 邹忠, 肖劲, 刘宏专, 叶少龙, 常守恩, 李德峰, 霍本龙 申请人:中南工业大学