CN102661809A - 电解液温度软测量系统及其测量方法 - Google Patents

Abstract

电解液温度软测量系统及其测量方法，该系统由信号采集模块、信号处理模块、液晶显示器、主机模块、键盘和电源模块组成，其中：信号处理模块通过接口信号线分别与信号采集模块、主机模块、液晶显示器连接，主机模块与键盘连接；所述的信号采集模块由装在电解槽外壁的温度传感器、前置处理电路组成，信号处理模块包括数字信号处理器、可编程序逻辑器件、A/D转换器和存储器，电源模块与系统各部件连接提供电源。本系统以槽外测量温度与辅助变量为依数据，通过计算机的软测量程序运算能实现电解液温度的在线测量，本技术测量误差小，省时省力迅速。本发明在金属冶炼行业中用于测量电解液温度。

Description

电解液温度软测量系统及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种电解液温度软测量系统及其测量方法，是金属冶炼行业电解生产中的温度软测量技术。

背景技术

我国金属冶炼行业电解生产过程自动化装备水平普遍较低，基本停留在离线分析、手工调整、经验控制的水平，目前，有色金属在电解铜时，用硫酸铜做电解质,它是高温、强腐蚀性介质,给温度测量带来很大困难。而温度在电解铜过程中对铜的质量和耗能影响很大，且自动控制系统也要求实时在线测量，而在线连续测温等问题未能在实践中得到推广应用。

目前，有色金属电解是湿法冶炼中的重要一环，用硫酸铜做电解质,纯铜做的始极片为阴极，品位在99%以上的铜板为阳极，通过相当密度的高精度稳定直流电流，在大电流的作用下，铜离子将在阴极析出，即成为电解铜。温度在电解铜过程中对铜的质量有很大影响，所以温度测量和自动控制是很重要的，金属电解必将耗用大量的电能，但温度控制对电能的耗用有很大影响。

由于铜电解质硫酸铜是高温、强腐蚀性介质,给温度测量带来很大困难。国内外研究人员对如何在线获取电解质温度信号进行了大量的研究工作,主要是利用热电偶来实现电解质温度测量。有些方法强调热电偶不与介质接触,避免腐蚀；有些方法强调对热电偶进行保护,从而研制了各种各样的保护套；有些方法采用间歇式测温方式。但无论哪种方法,都因误差太大、操作过程长、需要人工介入、数据测量滞后性大或不能在线连续测温等问题未能在实践中得到推广应用。目前在国内电解液温度采用离线分析测量，需人工测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种电解液温度软测量系统及其测量方法，本发明以槽外测量温度与辅助变量为依据，通过计算机的软测量程序运算能实现电解液温度的在线测量，本技术测量误差小，省时省力迅速。

本发明的技术方案是：一种电解液温度软测量系统，其特征在于，该系统由信号采集模块、信号处理模块、液晶显示器、主机模块、键盘和电源模块组成，其中：信号处理模块通过接口信号线分别与信号采集模块、主机模块、液晶显示器连接，主机模块与键盘连接；所述的信号采集模块由装在电解槽外壁的温度传感器、前置处理电路模块组成，信号处理模块包括数字信号处理器DSP、可编程序逻辑器件CPLD、A/D转换器和存储器。

利用本软测量系统，进行电解液温度软测量的方法包括以下步骤：

1、启动系统，通过键盘输入命令运行电解液温度软测量系统；

2、当主机检测到输入的运行命令后，以中断方式发送给信号处理模块DSP，主机与信号处理模块之间的通信是通过中断来完成的；

3、信号处理模块在接收到主机的中断请求时，立刻调用数据采集程序，通过A/D转换器接口接收装在电解槽外壁并经前置处理的温度传感器信号；

4、数据采集完成后，信号处理模块调用温度软测量程序，对存储的数据进行分析处理；温度软测量程序中存有槽材料传热系数、电解液体传热系数等辅助变量数据，存有铜电解液温度软测量模型的程序,通过软测量程序运算，获得铜电解液温度的估计值；

5、数据处理完毕，信号处理模块获得了电解液温度在线测量值，然后在液

晶显示器显示处理后的结果并由后续控制器PLC传至上位机供后续使用。

温度在电解铜生产中是一个重要的参数,它能直接反映电解槽的工作状况，需要实时检测和控制，但由于电解铜的主体设备铜电解槽内温度高，腐蚀性强，表面又有一层固化的氧化铜层覆盖，参数无法通过传感器进行直接实时检测，本发明以传感器采集的数据和辅助变量数据为依据，用软测量技术，建立软测量模型，通过计算机编写程序运算，实现了电解液温度的在线测量。本技术测量误差小，动态响应迅速,经济可靠。

附图说明

图1是本发明电解液温度软测量系统的结构示意图。

具体实施方式

电解液温度软测量系统，由信号采集模块、信号处理模块、液晶显示器、主机模块、键盘和电源模块组成，其中：信号处理模块通过接口信号线分别与信号采集模块、主机模块、液晶显示器连接，主机模块与键盘连接；所述的信号采集模块由装在电解槽外壁的温度传感器和前置处理电路模块组成，即传感器采得电解槽外温度信号，进行模拟放大、滤波和电平抬高等前置处理，作用是为系统提供测量温度的数据，以备信号处理模块处理。信号处理模块包括数字信号处理器DSP、可编程序逻辑器件CPLD、A/D转换器和存储器，信号处理模块的作用是：数据组织、字模管理，调用温度软测程序，根据温度传感器采集的数据和存储在信号处理模块中的辅助变量数据，进行数据分析、计算、处理，取得电解液温度在线测量值并显示。其中数字信号处理器DSP 采用 TI 公司的 TMS320VC5409 处理器，该 DSP 内核采用增强型哈佛结构，内核电压 1.8V，I/O 口电压是 3.3V，支持 23 位地址线，片外 16 位数据线以及 8 位HPI 数据线，32KRAM 和 16K ROM 片上存储资源可为用户提供充足的程序空间和数据空间。用 DSP 进行数字信号处理特别是实时信号处理已成为当今和未来技术发展的热点。CPLD是可编程逻辑器件，型号为EPM7128LC84-15N，CPLD 主要为外围电路提供地址译码、芯片选通以及存储器空间分配编程功能。采用可编程逻辑器件CPLD方便了接口电路设计，同时可方便的对系统功能进行扩展。存储器采用一片型号为 SST39VF800A  的 FLASH 和一片型号为S61LV6416 的 SRAM。通过对 CPLD 编程将 FLASH 和 SRAM 映射到数据空间和程序空间，这样 DSP 可访问的物理存储的数据空间和程序空间大大增加，可满足在进行运算所需的存储空间和程序加载所需的空间。主机模块包括单片机及其接口电路，用于控制信号处理模块进行数据处理。电源模块为系统各部件提供电源。

采用在电解槽外紧贴铂热电阻薄膜来测量电解槽外温度，作为电解液内部温度软测量的输入，同时再根据槽材料、电解液的传热系数，实现电解液温度在线估计，并作为电解液温度预测控制的基础，

温度软测量原理是用软测量技术建立的电解液温度软测量数学模型，编成程序存入数字信号处理器DSP中，将电解槽材料、电解液的传热系数辅助输入变量也一并存入DSP程序中，采用在电解槽外紧贴铂热电阻薄膜来测量电解槽外温度，作为电解液内部温度软测量的输入数据，通过信号处理模块分析、计算、处理，由此获得铜电解液温度在线测量值并显示出来。

电解液温度软测量是利用计算机系统实现的，该软测量方法包括以下步骤：

1、启动系统，通过键盘输入命令运行电解液温度软测量系统；

2、当主机检测到输入的运行命令后，以中断方式发送给数字信号处理模块DSP，主机与信号处理模块之间的通信是通过中断来完成的；

3、信号处理模块在接收到主机的中断请求时，立刻调用数据采集程序，通过A/D模数转换器接口接收装在电解槽外壁并经前置处理的温度传感器信号；

4、数据采集完成后，信号处理模块调用温度软测量程序，对存储的数据进行分析处理，温度软测量程序中存有槽材料传热系数、电解液传热系数等辅助变量数据，存有通过基于SVR支持向量回归（SupportVector Regression简称SVR）铜电解液温度软测量模型的程序,通过软测量程序运算，获得铜电解液温度的估计值；

5、数据处理完毕，信号处理模块获得了电解液温度在线测量值，然后在液晶显示器上显示处理后的结果，并由后续控制器PLC传至上位机供后续使用。

Claims (2)

1.一种电解液温度软测量系统，其特征在于，该系统由信号采集模块、信号处理模块、液晶显示器、主机模块、键盘和电源模块组成，其中：信号处理模块通过接口信号线分别与信号采集模块、主机模块、液晶显示器连接，主机模块与键盘连接，所述的信号采集模块由装在电解槽外壁的温度传感器、前置处理电路模块组成，信号处理模块包括数字信号处理器DSP、可编程序逻辑器件CPLD、A/D转换器和存储器。

2.根据权利要求1所述电解液温度软测量系统的测量方法包括以下步骤：

⑴、启动系统，通过键盘输入命令运行电解液温度软测量系统；

⑵、当主机检测到输入的运行命令后，以中断方式发送给信号处理模块DSP，主机与信号处理模块之间的通信是通过中断来完成的；

⑶、信号处理模块在接收到主机的中断请求时，立刻调用数据采集程序，通过A/D转换器接口接收装在电解槽外壁并经前置处理的温度传感器信号；

⑷、数据采集完成后，信号处理模块调用温度软测量程序，对存储的数据进行分析处理；温度软测量程序中存有槽材料传热系数、电解液体传热系数等辅助变量数据，存有铜电解液温度软测量模型的程序,通过软测量程序运算，获得铜电解液温度的估计值；

⑸、数据处理完毕，信号处理模块获得了电解液温度在线测量值，然后由液晶显示器显示处理后的结果并由后续控制器PLC传至上位机供后续使用。

Images