一种提高铝电解槽控机控制安全的系统及方法与流程

本申请涉及铝电解控制领域，尤其涉及一种提高铝电解槽控机控制安全的系统及方法。

背景技术：

槽控机是铝电解生产过程中最重要的控制设备，控制着铝电解生产中物料平衡和能量平衡，关系着电解运行指标的保持。采集信号有槽电压、系列电流信号、按键信号、以及上下限位等外部反馈信号，控制对象有打壳阀、下料阀和阳极升降电机。其中对电解系列生产安全最重要的是阳极升降电机的控制。自预焙电解槽生产以来发生的安全事故很多与阳极升降的控制有关,先后发生了多起因槽控机内外部故障、安全检测不到位或人员操作失误导致的拔槽、座槽，引发系列停电、停产事故，给人员和设备带来巨大损失。及时检测、判断出槽控机故障及动作异常对电解生产异常重要。

目前的槽控机控制安全的方法，是通过比较上下限电压、行程开关、升降动作定时或限时、硬件过欠压、超时跳闸实现。例如，公开号为cn103938225a的一种电解槽槽控机阳极升降保护器，涉及一种新型电解槽槽控机阳极升降保护器，由基准电压电路、上限电压比较电路、下限电压比较电路、人工上限电压提高电路、行程开关信号采集电路、继电器、停槽处理下限取消开关、上下限信号报警上传电路组成。公开号为cn103014768a的一种槽控机阳极升降安全保护方法，涉及一种铝电解槽控机阳极升降安全保护方法，包括手动阳极操作安全保护和槽控机抬母线作业时定时器功能屏蔽,包括手动阳极操作安全保护和槽控机抬母线作业时定时功能屏蔽。公开号为cn200985359的铝电解槽槽控机硬件过欠压保护器，该实用新型涉及一种保护装置，具体地说是涉及一种用于铝电解槽的槽电压过压、欠压保护器。保护器包括过压比较电路、欠压比较电路、手动阳极升屏蔽电路、手动阳极降屏蔽电路、人工调节电路和继电器控制电路构成。公开号为cn209602646u的一种防铝电解槽槽控机阳极失控保护装置，该实用新型涉及防铝电解槽保护装置技术领域，具体为一种防铝电解槽槽控机阳极失控保护装置，它在得到阳极升降指令后，对其运行时间监控,当到达预定时间后,如果该阳极升降操作指令仍未结束，则时间监控回路立即启动，中断槽控机电路板控制电源的同时，并对阳极升降电动机主电源断路器下达脱扣指令，使电源断路器脱扣跳闸，从而保护阳极升降距离，不至于发生离极或墩底的事故。

上述的槽控机阳极升级安全保护方法只有控制电机升降动作软件限时、升降动作电压软件区间限控、升降动作硬件限时、升降动作过欠压限控、阳极上下限位开关保护、接触器粘连保护等，没有从升降输出到动作执行情况全程闭环检测。对于如出现槽控机内380v动力电源相序错误或槽上部的电机接线错误、人工神志不清升降操作失误等没有在线判断和处理，从而导致升降异常，生产事故的发生。

技术实现要素：

本发明提供了一种提高铝电解槽控机控制安全的系统及方法，在槽控机上通过检测、比较阳极升降命令和实时监测阳极母线动作方向，杜绝升降接触器粘连、相序错误、接线错误或人工操作失误出现的拔槽、压槽安全事故的发生，提高槽控机控制安全，以解决或者部分解决现有的对于如出现槽控机内380v动力电源相序错误或槽上部的电机接线错误、人工神志不清升降操作失误等没有在线判断和处理，从而导致升降异常，生产事故的发生的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种提高铝电解槽控机控制安全的系统，所述系统包括：提升电机正转与反转检测单元、阳极母线位移检测单元、传感器信号采集单元、升降命令输出单元、升降动作执行一致性判断单元；其中，

所述升降命令输出单元，用于输出所述槽控机发出的阳极上升指令或阳极下降指令；

所述传感器信号采集单元，用于采集在电解槽槽上部上电机轴固定的所述正转与反转检测传感器单元传输的正反转信号，以及安装在电解槽上部的母线的顶端的所述阳极母线位移检测单元传输的位移信号；

所述升降动作执行一致性判断单元，用于将所述阳极上升指令，与所述正反转信号和所述移动信号相比较，一致则表示阳极动作正常，不一致则表示阳极动作异常；以及将阳极下降指令，与所述正反转信号和所述移动信号相比较，一致则表示阳极动作正常，不一致则表示阳极动作异常。

优选的，所述升降动作执行一致性判断单元，具体用于：

当所述槽控机发出所述阳极上升指令时能同时检测到正转信号和位移增加，判定为上升动作正常；当所述槽控机发出所述阳极上升指令时检测到所述反转信号或所述位移减少，判定为电机上升动作异常或380v相序错误；当所述槽控机发出所述阳极下降指令时能同时检测到所述反转信号和所述位移减少，判定为下降动作正常；当所述槽控机发出所述阳极下降指令时检测到所述正转信号或所述位移增加，判定为电机下降动作异常或所述380v相序错误。

优选的，所述系统还包括：升降按键指令采集单元，用于采集人工按键给出的阳极升降信号以供所述槽控机执行相应的升降动作。

优选的，所述系统还包括：

处理单元，用于接收并检测所述升降按键指令采集单元是否采集到人工按键给出的阳极升降信号；若检测所述升降按键指令采集单元采集到所述人工按键给出的阳极升降信号，进一步判断槽电压是否大于8v时或小于3v；若所述槽电压大于8v时或小于3v时，将判断结果发送给升降异常保护单元，以断开所述升降输出单元的输出命令；若所述槽电压在3v和8v之间，则发出和所述手动控制信号对应的电机接触器闭合组合命令给所述升降输出单元；

槽控机面板，用于在所述升降按键指令采集单元采集到所述人工按键给出的升降信号时，显示所述人工按键给出的升降信号；

语音提醒单元，用于在所述升降按键指令采集单元采集到所述人工按键给出的升降信号时，发出对应阳极上升或阳极下降语音播报。

优选的，所述处理单元，具体还用于若检测所述升降按键指令采集单元未采集到所述人工按键给出的阳极升降信号，则进一步判断所述槽控机是否在执行自动阳极动作；若判断所述槽控机没有执行所述自动阳极动作，则控制所述槽控机进入手动控制状态；若判断所述槽控机执行所述自动阳极动作，则发出和所述自动阳极动作对应的电机接触器闭合组合命令给所述升降输出单元。

优选的，所述系统还包括：

升降异常保护单元，用于根据所述升降动作执行一致性判断单元发出的电机所述上升动作异常或所述380v相序错误的判定结果，或者根据所述升降动作执行一致性判断单元发出的电机所述下降动作异常或所述380v相序错误的判定结果，或者槽电压大于8v时或小于3v的判断结果生成报警指令；

所述语音提醒单元，用于接收所述升降异常保护单元发出的报警指令进行语音报警。

优选的，所述处理单元，还用于在断开所述升降输出单元的输出命令时，控制所述升降按键指令采集单元间隔预设时间后再次进行采集。

优选的，所述系统还包括故障指示灯，用于在所述升降动作执行一致性判断单元判定为电机上升动作异常或380v相序错误，以及所述升降动作执行一致性判断单元判定为电机下降动作异常或380v相序错误时点亮。

优选的，所述升降命令输出单元，用于在所述升降按键指令采集单元采集人工按键给出的阳极升降信号断开，或者在所述升降按键指令采集单元采集人工按键给出的阳极升降信号预设时间后，断开所述槽控机发出的阳极上升指令或阳极下降指令。

本发明公开了一种提高铝电解槽控机控制安全的方法，所述方法应用于如上述系统中，所述方法包括：

利用升降命令输出单元输出所述槽控机发出的阳极上升指令或阳极下降指令；

利用传感器信号采集单元采集在电解槽槽上部上电机轴固定的所述正转与反转检测传感器单元传输的正反转信号，以及安装在电解槽上部的母线的顶端的所述阳极母线位移检测单元传输的位移信号；

利用升降动作执行一致性判断单元将所述阳极上升指令，与所述正反转信号和所述移动信号相比较，一致则表示阳极动作正常，不一致则表示阳极动作异常；以及将阳极下降指令，与所述正反转信号和所述移动信号相比较，一致则表示阳极动作正常，不一致则表示阳极动作异常。

通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明提供了一种提高铝电解槽控机控制安全的系统及方法，在槽控机上通过检测、比较阳极升降命令和实时监测阳极母线动作方向，杜绝升降接触器粘连、相序错误、接线错误或人工操作失误出现的拔槽、压槽安全事故的发生，提高槽控机控制安全。该方法能够对槽控机控制异常进行准确判断，及早发现电解槽可能存在的隐患，实时预防事故的发生，从阳极升降控制首末环节闭环检测，根本上提升槽控机控制安全。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的一种提高铝电解槽控机控制安全的系统示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的一种提高铝电解槽控机控制安全的方法流程图。

附图标记说明：提升电机正转与反转检测单元1、阳极母线位移检测单元2、传感器信号采集单元3、升降按键采集单元4、升降命令输出单元5、升降动作执行一致性判断单元6、语音提醒单元7、升降异常保护单元8、电解槽上部结构9、槽控机10、处理单元11。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。除非另有特别说明，本发明中用到的各种设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本发明公开了一种提高铝电解槽控机10控制安全的系统，参看图1，该系统包括：提升电机正转与反转检测单元1、传感器信号采集单元3、升降按键采集单元4、升降命令输出单元5、升降动作执行一致性判断单元6、语音提醒单元7、升降异常保护单元8、处理单元11。其中，提升电机正转与反转检测单元1安装在电解槽上部结构9的电机轴上，阳极母线位移检测单元2安装在电解槽上部结构9的母线的顶端，分别通过信号线接入槽控机10内的传感器信号采集单元3。

而升降按键采集单元4设置在槽控机10外壁某处。另外，而槽控机10外壁还设置有槽控机10面板和升降异常故障灯。槽控机10内部设置有：升降命令输出单元5、升降动作执行一致性判断单元6、语音提醒单元7、升降异常保护单元8、处理单元11。

其中，传感器信号采集单元3、升降命令输出单元5连接升降动作执行一致性判断单元6。升降动作执行一致性判断单元6连接升降异常保护单元8，升降异常保护单元8连接语音提醒单元7、槽控机10面板。而升降按键采集单元4、升降命令输出单元5连接处理单元11。处理单元11连接升降异常保护单元8、语音提醒单元7、槽控机10面板。

升降命令输出单元5，用于输出槽控机10发出的阳极上升指令或阳极下降指令。

传感器信号采集单元3，用于采集在电解槽槽上部上电机轴固定的正转与反转检测传感器单元传输的正反转信号，以及安装在电解槽上部的母线的顶端的阳极母线位移检测单元2传输的位移信号。

升降动作执行一致性判断单元6，用于将阳极上升指令，与正反转信号和移动信号相比较，一致则表示阳极动作正常，不一致则表示阳极动作异常；以及将阳极下降指令，与正反转信号和移动信号相比较，一致则表示阳极动作正常，不一致则表示阳极动作异常。

在槽控机上通过检测、比较阳极升降命令和实时监测阳极母线动作方向，杜绝升降接触器粘连、相序错误、接线错误或人工操作失误出现的拔槽、压槽安全事故的发生，提高槽控机10控制安全的方法。该方法能够对槽控机10控制异常进行准确判断，及早发现电解槽可能存在的隐患，实时预防事故的发生，从阳极升降控制首末环节闭环检测，根本上提升槽控机10控制安全。

下面具体介绍本系统的实施原理。

在控制阳极升降时，有两种方式：一种是自动控制，一种是人工手动按键控制。

人工手动按键控制时，可通过升降按键采集单元4采集得到。升降按键指令采集单元，用于采集人工按键给出的阳极升降信号以供槽控机10执行相应的升降动作。若给出的是阳极上升信号，则槽控机10执行上升动作，若给出的是阳极下降信号，则槽控机10执行下降动作。

进一步的，处理单元11，用于接收并检测升降按键指令采集单元是否采集到人工按键给出的阳极升降信号。

若处理单元11检测升降按键指令采集单元4采集到人工按键给出的阳极升降信号，则一方面会给升降输出单元输出电机接触器闭合组合命令，控制槽控机10执行升降动作。槽控机10面板，也会在升降按键指令采集单元采集到人工按键给出的升降信号时，显示人工按键给出的升降信号用以提示。另外，语音提醒单元7，用于在升降按键指令采集单元采集到人工按键给出的升降信号时，发出对应阳极上升或阳极下降语音播报用以提示。

处理单元11另一方面判断槽电压是否大于8v时或小于3v；若判断出槽电压大于8v时或小于3v时，表示电压过压或者欠压，则将判断结果发送给升降异常保护单元8，以断开升降输出单元的输出命令。另外，处理单元11，还用于在断开升降输出单元的输出命令时，控制升降按键指令采集单元间隔预设时间后再次进行采集，以避免槽控机10因短时间内频繁操作导致故障。

若槽电压在3v和8v之间，表示电压正常，则保持发出和手动控制信号对应的电机接触器闭合组合命令给升降输出单元。

举例来说，当处理单元11判断出有人工按键给出阳极上升信号时，会给升降输出单元发出电机上升指令，当发现槽电压大于8v时或小于3v时，控制语音提醒单元7发出阳极上升超限语音报警，并且控制升降输出单元立即断开上升输出，间隔一定时间才允许升降按键指令采集单元响应人工再次按上升键的操作。

当判断出有人工按键给出阳极下降信号时，会给升降输出单元发出电机下降指令，当发现槽电压大于8v时或小于3v时，控制语音提醒单元7发出阳极下降超限语音报警，并且控制升降输出单元立即断开下降输出，间隔一定时间才允许升降按键指令采集单元响应人工再次按下降键的操作。

另外，升降命令输出单元5，用于在升降按键指令采集单元采集人工按键给出的阳极升降信号断开，或者在升降按键指令采集单元采集人工按键给出的阳极升降信号预设时间后，断开槽控机10发出的阳极上升指令或阳极下降指令。

以上是升降按键指令采集单元未采集到人工按键给出的阳极升降信号的处理过程。而处理单元11，具体还用于若检测升降按键指令采集单元未采集到人工按键给出的阳极升降信号，则进一步判断槽控机是否在执行自动阳极动作。自动阳极动作指的是自动阳极上升动作或者自动阳极下降动作。若判断槽控机没有执行自动阳极动作，则结束，或者控制槽控机10进入手动控制状态；若判断槽控机执行自动阳极动作，则发出和自动阳极动作对应的电机接触器闭合组合命令给升降输出单元。

而在升降命令输出单元5输出槽控机10发出的阳极上升指令或阳极下降指令的过程中，槽控机10会执行相应的上升或者下降动作。当槽控机10执行上升动作时能同时检测到正转信号和位移增加，表示上升动作正常。当槽控机10执行下降动作时能同时检测到反转信号和位移减少，表示下降动作正常。

而在电解槽槽上部上电机轴固定的正转与反转检测传感器单元用于传输正反转信号，以及安装在电解槽上部的母线的顶端的阳极母线位移检测单元2用于传输位移增加或者位移减少的信号。这两种类型的信号会和升降命令输出单元5输出槽控机10发出的阳极上升指令或阳极下降指令一并传入升降动作执行一致性判断单元6中进行判断。

升降动作执行一致性判断单元6通过判断升降命令输出单元5和传感器信号采集单元3的时序逻辑判断得出。在具体的判断过程中，当槽控机10发出阳极上升指令时能同时检测到正转信号和位移增加，判定为上升动作正常；当槽控机10发出阳极上升指令时检测到反转信号或位移减少，判定为电机上升动作异常或380v相序错误；当槽控机10发出阳极下降指令时能同时检测到反转信号和位移减少，判定为下降动作正常；当槽控机10发出阳极下降指令时检测到正转信号或位移增加，判定为电机下降动作异常或380v相序错误。

进一步的，升降异常保护单元8，用于根据升降动作执行一致性判断单元6发出的电机上升动作异常或380v相序错误的判定结果，或者根据升降动作执行一致性判断单元6发出的电机下降动作异常或380v相序错误的判定结果，或者槽电压大于8v时或小于3v的判断结果生成报警指令。而语音提醒单元7，用于接收升降异常保护单元8发出的报警指令进行语音报警。

另外，系统还包括故障指示灯，用于在升降动作执行一致性判断单元6判定为电机上升动作异常或380v相序错误，以及升降动作执行一致性判断单元6判定为电机下降动作异常或380v相序错误时点亮。

以上是一种提高铝电解槽控机控制安全的系统的示意图，基于同一发明构思，下面介绍一种提高铝电解槽控机控制安全的方法的实施过程图。该方法以上述描述的系统为基础进行描述，实现从采集手、自动升降信号到实时在线监测、判读、异常处理的技术路线。从而确保槽控机升降执行动作的及时性、安全性、一致性，形成完整的闭环安全控制。值得注意的是，本实施例和上述实施例的实施原理是一样的，故略写之处相互参看即可。

具体请参看图2，本发明实施例的方法包括以下步骤。

利用升降按键指令采集单元采集阳极升降信号；

若判断出采集到人工按键给出的阳极升降信号，则继续判断槽电压是否大于8v或小于3v，若大于8v或者小于3v，则语音提醒单元7的语音报警输出，并且升降输出单元立即断开阳极动作输出(断开阳极指令)。

若在3v-8v之间，则升降输出单元输出阳极指令(阳极上升指令或阳极下降指令)。

若判断出未采集到人工按键给出的阳极升降信号，则进一步判断槽控机是否在执行自动阳极动作，若是，则升降输出单元输出阳极动作指令。若否，则结束或者转回手动控制状态。

利用传感器信号采集单元3采集在电解槽槽上部上电机轴固定的提升电机正转与反转检测单元1传输的正反转信号，以及安装在电解槽上部的母线的顶端的阳极母线位移检测单元2传输的位移信号；

进一步的，升降动作执行一致性判断单元6将阳极上升指令，与正反转信号和移动信号相比较，一致则表示阳极动作正常，不一致则表示阳极动作异常；以及将阳极下降指令，与正反转信号和移动信号相比较，一致则表示阳极动作正常，不一致则表示阳极动作异常。

具体来说，若阳极指令为阳极上升指令，并且同时检测到正转信号和位移增加，判定为上升动作正常。若阳极指令为阳极上升指令，而检测到反转信号或位移减少，判定为电机上升动作异常或380v相序错误，则升降输出单元立即断开阳极动作输出。

若阳极指令为阳极下降指令，同时检测到反转信号和位移减少，判定为下降动作正常。若阳极指令为阳极下降指令，检测到正转信号或位移增加，判定为电机下降动作异常或380v相序错误，则升降输出单元立即断开阳极动作输出。

在接下来的实施例1～3中，以具体实施数据对上述方案进行完整的说明：

实施例1：

本实例在某400ka电解槽上，槽控机采集按键信号4，当采集到有上升按键信号变化时(从0xff变为0x00)，判断当前槽控机是否在执行自动阳极动作，没有则进入手动上升命令状态，同时给命令输出单元5发出阳极上升接触器闭合指令(提升机加电置位为0x00,提升机上升置位为0x00)。传感器信号采集单元3采集在电解槽槽上部9上电机轴固定的正转与反转检测传感器单元1信号，为正转信号(0x00),传感器信号采集单元3采集在电解槽槽上部9上母线固定的位移检测传感器单元2信号从220变为221，为增加信号(0x00),判断当前槽电压为4.12v，处于正常状态，升降时序判定模块6判定为升降时序正常，升降命令输出单元信号保持不变。直到检测到采集手动上升信号断开(从0x00变为0xff)为止或闭合时间达到7秒,才断开阳极上升接触器指令(提升机加电置位为0xff,提升机上升置位为0xff)。

实施例2：

本实例在某400ka电解槽上，槽控机采集按键信号4，当采集到有下降按键信号变化时(从0xff变为0x00)，判断当前槽控机是否在执行自动阳极动作，没有则进入手动下降命令状态，同时给命令输出单元5发出阳极下降接触器闭合指令(提升机加电置位为0x00,提升机下降置位为0x00)。传感器信号采集单元3采集在电解槽槽上部9上电机轴固定的正转与反转检测传感器单元1信号，为反转信号(0xff),但传感器信号采集单元3采集在电解槽槽上部9上母线固定的位移检测传感器单元2信号从227变为228，为增加信号(0x00),升降时序判定模块6判定为升降时序错误，升降异常保护单元立即断开下降信号(提升机加电置位为0xff,提升机下降置位为0xff)，并发出跳闸信号，槽控机故障指示灯亮。同时语音提醒单元发出电机动作下降时序异常的语音报警。

实施例3：

本实例在某500ka电解槽上，槽控机采集按键信号4，上升按键信号没有输入(0xff)，下降按键信号业没有输入(0xff)，判断当前槽控机正处在自动上升状态中，给命令输出单元5发出阳极上升接触器闭合指令(提升机加电置位为0x00,提升机上升置位为0x00)。传感器信号采集单元3采集在电解槽槽上部9上母线固定的位移检测传感器单元2信号从224变为225，为增加信号(0x00),但传感器信号采集单元3采集在电解槽槽上部9上电机轴固定的正转与反转检测传感器单元1信号，为反转信号(0xff),升降时序判定模块6判定为升降时序错误，升降异常保护单元立即断开上升信号(提升机加电置位为0xff,提升机上升置位为0xff)，并发出跳闸信号，建立动作时序高级故障码，槽控机故障指示灯亮。同时语音提醒单元发出电机动作上升时序异常的语音报警。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。