专利名称：二段无线式铝电解多功能天车出铝作业精准控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于铝电解的多功能天车出铝作业控制系统，尤其是涉及一种二 段无线式铝电解多功能天车出铝作业精准控制系统，属于铝电解多功能天车出铝作业控制 和无线传输领域。
背景技术：
在电解铝生产过程中单槽计划出铝量与实际出铝量的偏差大一直是影响吨铝成 本控制和维持电解槽稳定运行的重要因素。如何准确计量电解槽出铝量并准确控制出铝 量，使出铝偏差最小是保持电解槽铝水平相对衡定并准确计算吨铝成本的重要操作环节。 目前国内铝电解行业出铝作业所采用的多功能天车都不具备自动控制单槽出铝精度的功 能，对于铝电解的生产过程的精细化管理是一个缺陷。安装在多功能天车上的出铝作业控 制系统中，如何实现出铝作业操作手柄与PLC控制系统的无线通讯和PLC控制系统如何与 位于车间办公室的上位机进行信息交互是实现二段无线式铝电解多功能天车TAP精准控 制系统开发与应用的关键技术。由于多功能天车是在厂房内来回、上下、旋转移动，上下位 机系统无法采用有线技术传输数据。因此必须要开发上下位机无线数据传输系统。2006年 8月30公开的中国专利申请，申请号200520006201、9公开了一种铝电解多功能天车出铝无 线通讯装置，参见图1，它在铝电解车间内的每台多功能天车上的可编程控制器PLC的信号 输入输出端上都连接有一台能够接收和发射无线信号的下位机数传电台3，并且在车间控 制室内的监控计算机的输入输出接口上也连接有一台能够与安装在多台多功能天车上的 下位机数传电台进行数据无线传输的上位机数传电台2，其能够在多功能天车进行出铝作 业时，实时与车间控制室内的监控计算机进行无线数据传输。由此，通过计算机控制可以将 单槽出铝精度控制在士20kg之内，安装在天车上的出铝作业自动控制系统在厂房中行走 到任何位置都能准确无误地接收和上传出铝数据。但是现有技术中的操控手柄与PLC控制 系统是采用有线方式连接，在天车运行、旋转过程中经常被绞断，因此还达不到真正在出铝 作业中使用的程度。
发明内容
鉴于现有技术中操控手柄与PLC控制系统采用有线方式连接所存在的问题，本发 明提供了一种铝电解多功能天车出铝作业控制系统，包括设置在车间控制室内的监控计 算机，其连接有一台能够进行数据无线传输的上位机数传电台(2)；至少一个多功能天车 出铝作业自动控制系统(4)，其上安装有可编程PLC控制器(7)和下位机数传电台(3)；下 位机数传电台(3)连接到PLC控制器的信号输入输出端上，并与所述上位机数传电台(2) 通过第一无线频率进行数据无线传输；其特征在于所述多功能天车出铝作业自动控制系 统(4)还包括一无线接收器(5)，该接收器(5)连接到可编程控制器PLC控制器(7)，并通 过第二无线频率与出铝作业遥控器(6)进行控制数据传输。进一步，所述多功能天车出铝作业自动控制系统(4)进一步包括通信分配器(8)，其中PLC控制器(7)通过通信分配器(8)连接下位机数传电台(3)和无线接收器(5)。进一步，所述第一无线频率的工作频率为230MHz，下位机数传电台(3)和上位机 数传电台(2)的载波功率均为3W，并使用半双工通讯，可运行于点对多点运行环境；所述第 二无线频率为2. 4G，出铝作业遥控器(6)和无线接收器(5)的载波功率均小于1W，使用半 双工通讯，并由用户自定义报文协议。本发明通过采用无线遥控技术，与原天车出铝作业操作手柄分开设计，通过工业 级出铝作业遥控器和无线接收器实现对多功能天车出铝作业进行控制，避免了综合布线带 来的不必要的麻烦，减少了系统架设的复杂度，杜绝了过去在使用过程中经常断线导致无 法通讯的问题。
图1是铝电解多功能天车出铝作业控制系统现有技术示意图。图2是本发明出铝作业遥控器与PLC控制系统采用无线方式连接的示意图。图3是本发明二段无线式铝电解多功能天车出铝作业精准控制系统架构图本发明的最佳实施方式下面参照附图对本发明的优选实施方式进行描述。图2是本发明出铝作业遥控器 与PLC控制系统采用无线方式连接的示意图。由于工作现场的特殊性，本系统采用分散式 集群结构，利用无线方式实时收发测控数据。无线出铝作业遥控器6与PLC控制器7分离， 同时无线出铝作业遥控器6采用与原天车出铝作业操作手柄中出铝开关并行工作的方式， 既减少了综合布线带来的系统架设复杂度，同时也保证了操控的简单实用和PLC出铝系统 的安全可靠。本系统中的“二段无线式数据通信技术”，指的是对PLC控制系统的操控可通过上 位机和无线出铝作业遥控器利用不同的无线通讯技术协同工作，从而有效保证出铝作业系 统的正常运行，两段无线通讯采用不同的通讯频率、工作方式等方面进行区分，从而保证通 讯信号互不干扰；为了区分不同设备的通讯内容，系统在软件方面采用含智能地址编码的 通讯报文技术来实现不同天车的遥控器与PLC控制系统的通讯。采用两种不同的无线数据 通信技术能够保证厂房计算机系统和多功能天车的出铝作业自动控制系统之间的数据传 输与出铝作业自动控制系统的操控手柄与PLC系统的数据传输互不干扰，同时能够保证多 台多功能天车的出铝作业自动控制系统同时工作时互不干扰。从而最大限度的实现控制系 统的集群架构的建设。图3是本发明二段无线式铝电解多功能天车出铝作业精准控制系统架构图。其中 包括有设置在车间控制室内的监控计算机，其输入输出端口连接有一台能够进行数据无线 传输的上位机数传电台2 ；至少一个多功能天车出铝作业自动控制系统4，其上安装有可编 程PLC控制器7和下位机数传电台3 ；下位机数传电台3连接到PLC控制器的信号输入输 出端上，并与所述上位机数传电台2通过第一无线频率230MHz进行数据无线传输；所述多 功能天车出铝作业自动控制系统4还包括一无线接收器5，该接收器5连接到可编程控制器 PLC控制器7，并通过第二无线频率2. 4G，与出铝作业遥控器6进行控制数据传输。所述多 功能天车出铝作业自动控制系统4进一步包括通信分配器8，其中PLC控制器7通过通信 分配器8连接下位机数传电台3和无线接收器5。下位机数传电台(3)和上位机数传电台
4(2)的载波功率均为3W，并使用半双工通讯，可运行于点对多点运行环境；出铝作业遥控器 (6)和无线接收器(5)的载波功率均小于1W，使用半双工通讯，并由用户自定义报文协议。下面以“二段无线式铝电解多功能天车出铝作业精准控制系统”在中铝贵州分公 司电解厂二系列三车间二厂房的二台法国ECL天车上实施情况为例子来描述系统结构由工控机、上位机数传电台、现场PLC控制装置、控制装置数传电台、无线出铝作 业遥控器、无线接收器和电子秤显示器几部分组成。工控机和上位机数传电台作为上位机 部分安放在车间办公室已实现对现场多台PLC控制系统的统一控制和宏观管理，现场PLC 控制装置、控制装置数传电台、无线接收器安装在多功能天车上，实现对电解铝车间中多台 电解槽的出铝计量控制；无线出铝作业遥控器通过人工在现场操作实现出铝作业。主控制 单元采用具有电磁兼容性强的西门子可编程控制器，系统架构如图3所示。工作过程出铝工利用天车操作手柄操控天车行走，找到应该出铝的电解槽，做好出铝准备 工作，然后打开原天车操作手柄的出铝开关。这时由于无线出铝作业遥控器的控制开关处 于关闭状态，因此并没有真的开始出铝。出铝工利用无线出铝作业遥控器查找当前槽的槽 号和出铝指示量，这些数据显示在无线出铝作业遥控器的液晶显示屏上。在确认这些数据 无误后，出铝工打开无线出铝作业遥控器的“出铝”开关开始出铝，系统自动打开电磁阀，并 自动记录出铝开始时间。电子秤将记录的实际出铝重量送到PLC控制系统中和该槽出铝指 示量进行比较，控制算法自动判断实际出铝重量是否接近到出铝指示量，如果是在误差范 围内则PLC控制系统自动关风。每天厂房主任在厂房办公室的计算机系统中设置当天三个班次各个电解槽的出 铝指示量，设置结束后这些数据定时自动下达到出铝作业自动控制系统的PLC系统中。出 铝工利用天车原出铝作业系统的操控手柄控制天车行走，找到应该出铝的电解槽，做好出 铝准备工作，然后打开天车原出铝作业系统的操控手柄的出铝开关。这时由于新的出铝作 业自动控制系统的无线出铝作业遥控器的控制开关处于关闭状态，因此并没有真的开始出 铝。出铝工利用新的出铝作业自动控制系统的无线出铝作业遥控器根据槽号查找当前槽的 出铝指示量，这些数据显示在新的出铝作业自动控制系统的无线出铝作业遥控器的液晶显 示屏上。在确认这些数据无误后，出铝工打开新的出铝作业自动控制系统的无线出铝作业 遥控器的“出铝”开关开始出招，系统自动打开电磁阀，并自动记录出铝开始时间。电子秤 将记录的实际出铝重量送到PLC系统中和该槽出铝指示量进行比较，控制算法自动判断实 际出铝重量是否接近出铝指示量，如果是在士 20kg误差范围内则PLC系统自动关风。一个 抬包的出铝作业结束后，相关出铝数据自动上传到厂房办公室的计算机系统中，以便将来 查询、分析。由于目前国内各铝电解生产厂的生产形态、出铝过程、多功能天车结构基本上相 近，因此二段无线式铝电解多功能天车出铝作业精准控制系统设计的技术研究成果可直接 应用于国内铝电解系列的多功能天车的出铝作业系统中推广应用，具有极强的推广应用前 景和产业化价值。
权利要求
一种铝电解多功能天车出铝作业控制系统，包括设置在车间控制室内的监控计算机，其连接有一台能够进行数据无线传输的上位机数传电台(2)；至少一个多功能天车出铝作业自动控制系统(4)，其上安装有可编程PLC控制器(7)和下位机数传电台(3)；下位机数传电台(3)连接到PLC控制器的信号输入输出端上，并与所述上位机数传电台(2)通过第一无线频率进行数据无线传输；其特征在于所述多功能天车出铝作业自动控制系统(4)还包括一无线接收器(5)，该接收器(5)连接到可编程控制器PLC控制器(7)，并通过第二无线频率与出铝作业遥控器(6)进行控制数据传输。
2.根据权利要求1所述的铝电解多功能天车出铝作业控制系统，其特征在于所述多功 能天车出铝作业自动控制系统(4)进一步包括通信分配器(8)，其中PLC控制器(7)通过通 信分配器(8)连接下位机数传电台(3)和无线接收器(5)。
3.根据权利要求1所述的铝电解多功能天车出铝作业控制系统，其特征在于第一无 线频率为230MHz，下位机数传电台(3)和上位机数传电台(2)的载波功率均为3W，并使用 半双工通讯，可运行于点对多点运行环境；第二无线频率为2. 4G，出铝作业遥控器(6)和无 线接收器(5)的载波功率均小于1W，使用半双工通讯，并由用户自定义报文协议。
全文摘要
本发明提供了一种铝电解多功能天车出铝作业控制系统，包括设置在车间控制室内的监控计算机，其连接有一台能够进行数据无线传输的上位机数传电台(2)；至少一个多功能天车出铝作业自动控制系统(4)，其上安装有可编程PLC控制器(7)和下位机数传电台(3)；下位机数传电台(3)连接到PLC控制器的信号输入输出端上，并与所述上位机数传电台(2)通过第一无线频率进行数据无线传输；所述多功能天车出铝作业自动控制系统(4)还包括一无线接收器(5)，该接收器(5)连接到可编程控制器PLC控制器(7)，并通过第二无线频率与出铝作业遥控器(6)进行控制数据传输，以便出铝作业遥控器(6)能够实现对多功能天车的无线控制。
文档编号G08C17/02GK101963793SQ20091015828
公开日2011年2月2日 申请日期2009年7月24日 优先权日2009年7月24日
发明者冯晓君, 康晓麓, 李也白, 韩兵 申请人:北方工业大学