专利名称：一种铝电解槽精确下料反馈信息控制方法
技术领域：
本发明涉及一种铝电解行业电解槽自动控制系统，具体地说是涉及一种铝 电解槽精确下料反馈信息控制方法。
背景技术：
铝电解槽是一个非线性、时变、大滞后系统，电解槽内存在高温强腐蚀性 电解质熔体，所以到目前为止，电解槽内许多参数无法长时间在线测量，氧化
铝浓度需要现场取样异地分析，周期至少在120小时以上，因此我国大型预焙 铝电解槽生产系列上普遍使采用综合解析槽电阻、槽电阻斜率、以及R-C曲线， 并结合电解专家经验和现场操作工的实际经验，研制出了一套氧化铝浓度控制模型。
槽控机获得的输入信号只有槽电压和槽电流，通过槽电压和槽电流计算电 解槽的表观电阻即槽电阻，根据槽电阻的变化情况和氧化铝浓度与电阻的U型 曲线模拟电解槽氧化铝浓度。通过控制氧化铝的下料速度，使槽中氧化铝浓度 处于一个低、中、低的变化过程中，从而控制突发阳极效应的发生和沉淀的出 现，保持槽内氧化铝浓度处于较低的水平。
槽控机从控制算法上已基本解决了氧化铝浓度的稳定精度控制问题，但目 前槽控机发出的打壳下料命令只是一种开环控制的方式，即槽控机只管发各种 指令，根本不管指令的执行情况。铝电解槽采用四点点式定容下料器，两点一 组交替下料。电解槽控制机每次发出正常加工中的加料命令后，要经过槽控机 的执行电路板、电气线路、气控柜电磁阀、压縮空气管路才能到定容下料器， 控制定容器的下料动作，这之间各装置的任何环节出现问题，该次命令就为无 效命令，造成下料量降低，导致氧化铝浓度降低，破坏电解槽的物料平衡，并 引发阳极效应的发生。使控制效果不佳、电解槽技术条件恶化。更重要的是槽 控机无法获得该次命令执行情况的反馈信号，从而改变策略和发出报警信号。
据美铝研究表明每减少氧化铝浓度1%，电流效率增加1.5%—2.0%。同时氧化 铝浓度还影响阳极效应的多少以及效应的受控情况、电解槽平均电压的高低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，提供一种用于铝 电解槽的自动控制机一槽控机的安全、平稳、可靠地运行，提高槽控机下料精 确度，完善控制系统，由开环控制变成了闭环控制，氧化铝浓度得到有效控制， 杜绝了因下料故障引起的突发阳极效应的发生的铝电解槽精确下料反馈信息控 制方法。
本发明一种铝电解槽精确下料反馈信息控制方法通过下述技术方案予以实 现本发明一种铝电解槽精确下料反馈信息控制方法包括槽控机、上位机、下 料反馈装置，所述的槽控机与上位机采用CAN总线通讯方式连接；所述的信号 采集板输出端与下料反馈装置输入端采用CAN通讯总线连接，槽控机输出端与 下料反馈装置输入端采用CAN通讯总线连接，下料反馈装置输出端与槽控机主 板输入端采用CAN通讯总线连接。
本发明一种铝电解槽精确下料反馈信息控制方法与现有技术相比较有如 下有益效果使用的是YFC-99型槽控机，它采用网络体系的多CPU模块化设 计，每个模块执行某个特定的功用，如信号采集板，用于检测电解槽提升电机 的工作状态信号，将信号反馈至命令动作执行板；电压电流信号转换板将电解 槽的工作电压、系列电流信号转换后通过CAN总线发往槽控机的控制核心一 一槽控机主板，供槽控机运算处理使用；槽控机主板将运算解析的结果通过内
部CAN总线发往命令动作执行板。各模块之间采用CAN总线通讯方式通讯联 系。槽控机与上位机，即监控中心也是采用CAN总线的通讯方式进行通讯联 络。硬件上这为槽控机增加打壳下料反馈装置带来便利，完全可以将打壳下料 反馈装置做成一个模块，附加与槽控机内部体系，也使用CAN总线方式与其 他模块并行运行，为槽控机提供打壳、下料的反馈信号，形成了一个闭环控制 系统。控制软件上反馈信号参与控制，综合对槽电阻斜率、累积斜率的变化和 发出加工命令后的情况进行解析、智能报警，提醒维修人员进行及时维修，以 保证下料系统的畅通。如此就可以完全解决开环控制存在的弊端。本发明槽控 机具有完成实际下料量显示、下料故障报警、计算调整下料周期和加料量功能。 本发明控制方法避免了电解槽当打壳、下料机构或控制电磁阀出现故障， 打壳、下料命令没有得到有效执行，破坏槽内的物料平衡，造成槽内氧化铝浓 度偏低，长时间工作于低氧化铝浓度的电解槽必将发生本不该发生的效应，使 得电流效率降低，增加电耗。槽控机增加下料反馈装置后，槽控机发出的下料、 打壳命令能进行有效的监控，下料故障可以实时进行语音报警，及时维修，免 除了烦杂且周期长的人工检査下料系统,减轻了操作工的劳动强度，消除了人工 检査下料时对槽控系统造成的干扰，杜绝了因下料故障引起的突发阳极效应的 发生。
本发明一种铝电解槽精确下料反馈信息控制方法有如下附图 图1为本发明一种铝电解槽精确下料反馈信息控制方法槽控机各模块间关 系结构示意图2为本发明一种铝电解槽精确下料反馈信息控制方法下料反馈装置工作 流程结构示意图3为本发明一种铝电解槽精确下料反馈信息控制方法下料反馈装置结构 示意图4为本发明一种铝电解槽精确下料反馈信息控制方法下料反馈装置原理 结构示意图。
其中1、槽控机；2、上位机；3、下料反馈装置；4、信号采集板；5、命 令动作执行板；6、打壳下料执行机构；7、下料器检测电路；8、反馈装置处理 存储电路；9、反馈装置通讯电路；10、反馈装置DC电源电路。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明铝电解槽精确下料反馈信息控制方法技术 方案作进一步描述。
如图l一图4所示，本发明一种铝电解槽精确下料反馈信息控制方法包括槽 控机1、上位机2、下料反馈装置3，所述的槽控机1与上位机2采用CAN总线 通讯方式连接；所述的信号采集板4输出端与下料反馈装置3输入端采用CAN 通讯总线连接，槽控机1输出端与下料反馈装置3输入端采用CAN通讯总线连 接，下料反馈装置3输出端与槽控机1主板输入端采用CAN通讯总线连接。
所述的槽控机1主板输出端与命令动作执行板5与打壳下料执行机构6采 用内部CAN通讯总线连接；信号采集板4安装设置在打壳下料执行机构6输出 端。
所述的下料反馈装置3包括信号接收端与信号采集板4信号输出端连接的 下料器检测电路7、下料器检测电路7信号输出端与处理存储器电路8连接；处 理存储器电路8与反馈装置通讯电路9连接，反馈装置通讯电路9与槽控机1 采用内部CAN通讯总线连接；所述的反馈装置DC电源电路10分别与下料器 检测电路7、反馈装置处理存储电路8、反馈装置通讯电路9的电源端连接。所述的信号采集板4信号输出端分别与下料器检测电路7的8个分压电阻 连接，分压电阻分别与8个发光二极管连接，8个发光二极管分别与U5、 U6输 入光耦l、 3、 5、 7脚连接，U5、 U6输入光耦的9、 11、 13、 15脚分别与反馈 装置处理存储电路(8)的89C54CPU的21、 22、 23、 24、 25、 26、 27、 28脚 连接；反馈装置处理存储电路8的输出端32、 33、 34、 35、 36、 37、 38、 39脚 分别与反馈装置通讯电路9的SJA1000独立CAN控制器的输入端1、 2、 23、 24、 25、 26、 27、 28脚连接，反馈装置通讯电路9SJA100独立CAN控制器的 输出端13、 14、 19、 20脚分别与PCA82C250CAN控制器接口的输入端3、 1、 4、 2脚连接，PCA82C250CAN控制器接口的输出端6、 7脚与CANL、 CANH 通讯总线连接。
实施例1 。
如图1所示，所述的槽控机1与上位机2采用CAN总线通讯方式连接；所 述的信号采集板4输出端与下料反馈装置3输入端采用CAN通讯总线连接，槽 控机1输出端与下料反馈装置3输入端采用CAN通讯总线连接，下料反馈装置 3输出端与槽控机1主板输入端采用CAN通讯总线连接。
本发明使用的是YFC-99型槽控机，它采用网络体系的多CPU模块化设计， 每个模块执行某个特定的功用，如信号采集板4，用于检测电解槽提升电机的 工作状态信号，将信号反馈至命令动作执行板6;电压电流信号转换板将电解 槽的工作电压、系列电流信号转换后通过CAN总线发往槽控机的控制核心一 —槽控机1主板，供槽控机l运算处理使用；槽控机1主板将运算解析的结果 通过内部CAN总线发往命令动作执行板6。各模块之间采用CAN总线通讯方 式通讯联系。槽控机与上位机，即监控中心也是采用CAN总线的通讯方式进 行通讯联络。硬件上这为槽控机1增加打壳下料反馈装置带来便利，完全可以
将打壳下料反馈装置做成一个模块，附加与槽控机内部体系，也使用CAN总 线方式与其他模块并行运行，为槽控机提供打壳、下料的反馈信号，形成了一 个闭环控制系统。控制软件上反馈信号参与控制，综合对槽电阻斜率、累积斜 率的变化和发出加工命令后的情况进行解析、智能报警，提醒维修人员进行及 时维修，以保证下料系统的畅通。如此就可以完全解决开环控制存在的弊端。 如图2所示，本发明下料反馈装置使控制系统成为闭环控制系统，闭环控 制是指控制装置与被控制对象之间既有正向作用，又有反向联系的控制过程。 在闭环系统中，需对输出量进行测量。所述的槽控机1主板输出端与命令动作 执行板5与打壳下料执行机构6采用内部CAN通讯总线连接；信号采集板4安 装设置在打壳下料执行机构6输出端。
槽控机发出的正常加工命令后，下料命令经动作执行电路板5输出电信号、 传输电信号、气控柜得到动作电信号、电磁阀动作、压縮空气经管路控制定容 下料器、定容下料器动作。如果下料器动作无误，经限位开关检测后输出信号 到下料检测模块。打壳下料检测板4通过检测到打壳下料执行机构的反馈信号， 将动作执行情况信息与接收的来自命令动作执行板的信息做对比，以此判断槽 控机1的下料是否得到执行、是否正常下料，判断是否有打壳、下料故障，并 将是否有故障的对比结果通过内CAN总线发往槽控机1主板，槽控机1主板由 此判断是否发出打壳、下料故障的信息。若存在故障，槽控机1将根据故障存 在的时间长短作出相应的调整处理。
如图3所示，所述的下料反馈装置3包括信号接收端与信号采集板4信号 输出端连接的下料器检测电路7、下料器检测电路7信号输出端与处理存储器电 路8连接；处理存储器电路8与反馈装置通讯电路9连接，反馈装置通讯电路9 与槽控机1采用内部CAN通讯总线连接；所述的反馈装置DC电源电路10分
别与下料器检测电路7、反馈装置处理存储电路8、反馈装置通讯电路9的电源 端连接。下料反馈装置基于单片机的微处理系统，同步实时接收四个定容下料 器的输出信号。电解槽上下料器动作的反馈信号经过下料器检测电路输往下料 检测模块中的处理存储器单元，而处理存储器单元通过CAN总线通讯单元与槽 控机交换下料控制信息。
如图4所示，下料反馈装置原理图中的1号框为下料器检测电路，由两个 TLP521-4八路输入光耦、8个分压电阻和8个发光二极管组成，负责接收下料 器信号。
图4中的2号框为反馈装置处理存储电路，由89C54(CPU)、 24045 (电源监 视器)及12M的晶振组成，负责下料反馈装置的数据存储和处理。
图4中的3号框为反馈装置通讯电路，主要由SJA1000(独立CAN控制器) 和PCA82C250 (CAN控制器接口)组成，主要负责与槽控机的通讯。
图4中的4号框为反馈装置DC电源电路，由NR5D12S5B电源模块组成， 负责为下料反馈装置提供工作电源。所述的信号采集板4信号输出端分别与下 料器检测电路7的8个分压电阻连接，分压电阻分别与8个发光二极管连接，8 个发光二极管分别与U5、 U6输入光耦l、 3、 5、 7脚连接，U5、 U6输入光耦 的9、 11、 13、 15脚分别与反馈装置处理存储电路8的89C54CPU的21、 22、 23、 24、 25、 26、 27、 28脚连接；反馈装置处理存储电路8的输出端32、 33、 34、 35、 36、 37、 38、 39脚分别与反馈装置通讯电路9的SJA1000独立CAN 控制器的输入端1、 2、 23、 24、 25、 26、 27、 28脚连接，反馈装置通讯电路9SJA100 独立CAN控制器的输出端13、 14、 19、 20脚分别与PCA82C250CAN控制器接 口的输入端3、 1、 4、 2脚连接，PCA82C250CAN控制器接口的输出端6、 7脚 与CANL、 CANH通讯总线连接。
增加下料反馈装置3后，槽控机1主板控制程序作出相应的改造，完成实 际下料量显示、下料故障报警功能等。具体功能是
1、 前24小时四点实际下料量总量显示；
2、 报警功能对每台定容下料器槽控机发出动作命令而未动作，进行报 警，提醒维修人员维修。
3、 当下料故障出现，及时改变加料策略，计算新的实际下料周期，保证 电解槽所需要的加料量。
权利要求
1、一种铝电解槽精确下料反馈信息控制方法，包括槽控机(1)、上位机(2)、下料反馈装置(3)，其特征在于所述的槽控机(1)与上位机(2)采用CAN总线通讯方式连接；所述的信号采集板(4)输出端与下料反馈装置(3)输入端采用CAN通讯总线连接，槽控机(1)输出端与下料反馈装置(3)输入端采用CAN通讯总线连接，下料反馈装置(3)输出端与槽控机(1)主板输入端采用CAN通讯总线连接。
2、 根据权利要求1所述的铝电解槽精确下料反馈信息控制方法，其特征在 于所述的槽控机(1)主板输出端与命令动作执行板(5)与打壳下料执行机 构(6)采用内部CAN通讯总线连接；信号采集板(4)安装设置在打壳下料执 行机构(6)输出端。 、
3、 根据权利要求1所述的铝电解槽精确下料反馈信息控制方法，其特征在 于所述的下料反馈装置(3)包括信号接收端与信号采集板(4)信号输出端 连接的下料器检测电路(7)、下料器检测电路(7)信号输出端与处理存储器电 路(8)连接；处理存储器电路(8)与反馈装置通讯电路(9)连接，反馈装置 通讯电路(9)与槽控机(12)采用内部CAN通讯总线连接；所述的反馈装置 DC电源电路(10)分别与下料器检测电路(7)、反馈装置处理存储电路(8)、 反馈装置通讯电路(9)的电源端连接。
4、 根据权利要求3所述的铝电解槽精确下料反馈信息控制方法，其特征在 于所述的信号采集板(4)信号输出端分别与下料器检测电路(7)的8个分 压电阻连接，分压电阻分别与8个发光二极管连接，8个发光二极管分别与U5、 U6输入光耦l、 3、 5、 7脚连接，U5、 U6输入光耦的9、 11、 13、 15脚分别与 反馈装置处理存储电路(8)的89C54CPU的21、 22、 23、 24、 25、 26、 27、 28 脚连接；反馈装置处理存储电路(8)的输出端32、 33、 34、 35、 36、 37、 38、39脚分别与反馈装置通讯电路(9)的SJA1000独立CAN控制器的输入端1、 2、 23、 24、 25、 26、 27、 28脚连接，反馈装置通讯电路(9) SJA100独立CAN控 制器的输出端13、 14、 19、 20脚分别与PCA82C250CAN控制器接口的输入端 3、 1、 4、 2脚连接，PCA82C250CAN控制器接口的输出端6、 7脚与CANL、 CANH通讯总线连接。
全文摘要
本发明涉及一种铝电解行业电解槽自动控制系统，具体地说是涉及一种铝电解槽精确下料反馈信息控制方法。本发明下料反馈信息控制方法包括槽控机、上位机、下料反馈装置，所述的槽控机与上位机采用CAN总线通讯方式连接；所述的信号采集板输出端与下料反馈装置输入端采用CAN通讯总线连接，槽控机输出端与下料反馈装置输入端采用CAN通讯总线连接，下料反馈装置输出端与槽控机主板输入端采用CAN通讯总线连接。本发明槽控机增加下料反馈装置后，槽控机发出的下料、打壳命令能进行有效的监控，下料故障可以实时进行语音报警，及时维修，消除了人工检查下料时对槽控系统造成的干扰，杜绝了因下料故障引起的突发阳极效应的发生。
文档编号C25C3/20GK101173364SQ20071004942
公开日2008年5月7日 申请日期2007年6月26日 优先权日2007年6月26日
发明者丁心耿, 勇 张, 张生凯, 戴小平, 雄 王, 赵西顺 申请人:中国铝业股份有限公司