CN104746101A - 一种铝电解槽阳极行程测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝电解槽阳极行程测量装置及其测量方法，它包括铝电解槽上部阳极提升机构（1），其特征在于：在铝电解槽上部阳极提升机构（1）的转轴上安装有磁感应正交脉冲发生器（2），磁感应正交脉冲发生器（2）的正交脉冲输出端与信号处理电路（3）导线连接，信号处理电路（3）与槽控机（4）导线连接；本发明解决了铝电解槽阳极行程测量中现有技术采用接近开关和齿轮盘为主要构件的阳极行程联机检测用的脉冲发生器所存在的由于现行的脉冲发生器的接近开关与齿轮盘分离，旋转时齿面有摇摆，相对距离不能固定，漏计脉冲严重，计数精度很差，作为全程位置测量，误差更大，人工校对非常频繁，工作量大，不能满足当今电解槽测控要求等问题。

Description

一种铝电解槽阳极行程测量装置及其测量方法

技术领域

    本发明属于铝电解槽阳极测控技术领域，尤其涉及一种铝电解槽阳极行程测量装置及其测量方法。

背景技术

在电解槽阳极升/降移动控制中，要求在电解槽上设置上、下限位开关，以防止拉槽、压槽及破坏母线等恶性事故；还需设置阳极脉冲发生器以反馈阳极升/降动作，并在手动电压调整、出铝、效应熄灭等操作中监视阳极动作幅度。随着铝电解槽控制水平的提高，不但要求反馈阳极的真实动作，还要准确计量升/降阳极一次升降变化幅度，要用高分辨率测量来反映铝电解槽状态的细微变化。现有技术中，以接近开关和齿轮盘为主要构件的阳极行程联机检测用的脉冲发生器，主要功能是反映阳极动作的真实性和一次升/降阳极的高度。由于现行的脉冲发生器的接近开关与齿轮盘分离，旋转时齿面有摇摆，相对距离不能固定，漏计脉冲严重，计数精度很差，作为全程位置测量，误差就更大了，因此人工校对非常频繁，工作量很大，不能满足当今电解槽测控要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题： 提供一种铝电解槽阳极行程测量装置及其测量方法，以解决铝电解槽阳极行程测量中现有技术问题，目前采用的接近开关和齿轮盘为主要构件的阳极行程联机检测用的脉冲发生器所存在的问题是，由于现行的脉冲发生器的接近开关与齿轮盘分离，旋转时齿面有摇摆，相对距离不能固定，存在漏计脉冲严重，计数精度很差，作为全程位置测量其误差更大，人工校对非常频繁，工作量大，不能满足当今电解槽测控要求等问题。

本发明技术方案：

一种铝电解槽阳极行程测量装置，它包括铝电解槽上部阳极提升机构，在铝电解槽上部阳极提升机构的转轴上安装有磁感应正交脉冲发生器，磁感应正交脉冲发生器的正交脉冲输出端与信号处理电路3导线连接，信号处理电路与槽控机电缆连接。

所述的磁感应正交脉冲发生器的脉冲感应轮至少有一齿。

信号处理电路包括信号隔离电路、四个异或门U1-1，U1-2，U1-3和U1-4，四个单稳触发器U2、U3、U4和U5，磁感应正交脉冲发生器2发出的正交脉冲信号P1和P2经过信号隔离电路后，P2分别接入单稳触发器U4和U5输入端，单稳触发器U4和U5输出端接至异或门U1-3，异或门U1-3输出端与二细分计数时钟信号端连接；单稳触发器U4输出端与一细分计数时钟信号端连接；经过信号隔离电路后的正交脉冲信号P1和P2接入异或门U1-2，异或门U1-2输出端与单稳触发器U2、U3输入端分别连接，单稳触发器U2、U3输出端接至异或门U1-1，异或门U1-1输出端与四细分计数时钟信号端连接；异或门U1-2输出端和异或门U1-3输出端接入异或门U1-4输入端，异或门U1-4输出端接至正反方向转动识别信号端。

所述四个异或门U1-1，U1-2，U1-3和U1-4集成在在一起组成一个四异或门芯片。

四个单稳触发器U2、U3、U4和U5，其中U2和U3集成在一起， U4和U5集成在一起，组成二个双单稳触发器。

所述铝电解槽阳极行程测量装置的测量方法，它包括下述步骤：

步骤1、将磁感应正交脉冲发生器的正交脉冲信号P1和P2通过信号隔离电路进行电气隔离和滤波放大处理；

步骤2、取隔离放大后的正交脉冲信号P2，当P2状态电平变化时，通过二个单稳触发器产生二路单稳脉冲串，将所产生的脉冲串经过异或逻辑运算后产生的脉冲串PC2即为二细分计数的时钟信号；

步骤3、取隔离放大后的正交脉冲信号P2正沿触发产生的脉冲经过单稳触发器后产生的脉冲串PC1，作为一细分计数的时钟信号；

步骤4、将隔离放大后的正交脉冲信号P1和P2的状态电平进行异或逻辑运算，当输出状态电平发生变化时，产生脉冲串Pyh；

步骤5、将隔离放大后的正交脉冲信号P1和P2经过异或后的输出信号Pyh分为两路信号分别进行单稳触发后再异或后得到脉冲串PC4，该脉冲作为四细分计数的时钟脉冲；

步骤6、将步骤2和步骤4生成的脉冲串PC2和Pyh进行异或逻辑运算，输出脉冲为PUD，该脉冲为正反方向转动的识别信号；

步骤7、选择PC1、PC2或PC4时钟信号之一与脉冲信号PUD组合，即可作为一、二或四不同细分计数的输出信号；

步骤8、步骤7生成的不同细分计数的输出信号直接输入到计数器或槽控机进行计数及行程测量处理。

本发明有益效果：

本发明结构简单，通过在铝电解槽上部阳极提升机构的转轴上安装有磁感应正交脉冲发生器取代现有技术采用齿盘加接近开关测量。磁感应正交脉冲发生器输出信号稳定，而且不会漏计脉冲，可靠性高，精度好，将磁感应正交脉冲发生器的正交脉冲信号经过信号处理电路进行常规隔离和滤波放大处理后，通过一系列单稳触发和异或运算后得到一、二和四细分计数脉冲及正反方向转动的识别信号，将其中一个细分计数脉冲和正反方向转动的识别信号输入到计数器或槽控机以供系统进行计数和测量用，本发明信号处理电路专为磁感应正交脉冲发生器的正交脉冲信号正交解码所用，本信号处理电路采用普通隔离电路及四个单稳触发器和四个异或逻辑门组成，该电路简单、经济、实用、性能好、易于实施，它由最普通和极少的元件构成，器件成本比编码器专用解码器要便宜很多倍，有很好的实用价值。本发明所述的正交解码方法不仅适用于电解槽磁感应正交脉冲发生的解码器，也可用于其它类型的正交脉冲编码器；既可以通过本发明所述的信号处理电路实现，也可以根据时序图在槽机上只通过异或运算的软件方法来实现正交信号的解码。在一定条件下硬件方法软件化更为方便，而且成本低廉。本发明解决了铝电解槽阳极行程测量中现有技术采用接近开关和齿轮盘为主要构件的阳极行程联机检测用的脉冲发生器所存在的由于现行的脉冲发生器的接近开关与齿轮盘分离，旋转时齿面有摇摆，相对距离不能固定，漏计脉冲严重，计数精度很差，作为全程位置测量，误差更大，人工校对非常频繁，工作量大，不能满足当今电解槽测控要求等问题。

附图说明：

图1 为本发明整体结构示意图；

图2为本发明信号处理电路原理示意图；

图3为本发明的异或正交解码时序图。

具体实施方式：

一种铝电解槽阳极行程测量装置，它包括铝电解槽上部阳极提升机构1，在铝电解槽上部阳极提升机构1的转轴上安装有磁感应正交脉冲发生器2，磁感应正交脉冲发生器2的正交脉冲输出端与信号处理电路3导线连接，信号处理电路3与槽控机4导线连接。除电解槽外，一般使用屏蔽信号传输线可以提高抗干扰性和可靠性。

根据实际需要，所述的磁感应正交脉冲发生器2的脉冲感应轮至少有一齿，根据测量精度确定，本实施例采用的脉冲感应轮为四齿。

信号处理电路3包括（见图2）信号隔离电路、四个异或门U1-1，U1-2，U1-3和U1-4，四个单稳触发器U2、U3、U4和U5，在实际使用中，可以将其中四个异或门集成在一起组成一个四异或门芯片使用，四个单稳触发器可以集成为二个双单稳触发器使用，以减小整个信号处理电路3的体积，提高集成度。

磁感应正交脉冲发生器2发出的正交脉冲信号P1和P2经过信号隔离电路后，P2分别接入单稳触发器U4和U5输入端，单稳触发器U4和U5输出端接至异或门U1-3，异或门U1-3输出端与二细分计数时钟信号端连接，生成二细分计数时钟信号PC2。

单稳触发器U4输出端与一细分计数时钟信号端连接；生成一细分计数时钟信号PC1。

经过信号隔离电路后的正交脉冲信号P1和P2接入异或门U1-2，异或门U1-2输出端与单稳触发器U2、U3输入端分别连接，单稳触发器U2、U3输出端接至异或门U1-1，异或门U1-1输出端与四细分计数时钟信号端连接，生成四细分计数时钟信号PC4。

异或门U1-2输出端和异或门U1-3输出端接入异或门U1-4输入端，异或门U1-4输出端接至正反方向转动识别信号端，生成正反方向转动识别信号PUD。

图2中单稳触发器U2、U3、U4和U5上R5和C5、R6和C6、R7和C7、R8和C8组成各个单稳触发器的定时电阻电容，VCC提供电源，定时电阻和电容确定输出脉冲的宽度。

从图3本发明的异或正交解码时序图可以得出，在正向转动时，Pc1、Pc2、Pc4总是对应于Pud的正电平；而在反向转动时，Pc1、Pc2、Pc4总是对应于Pud的负电平，实践已证明，将图3时序进行硬件化或软件化，都能实现位置的准确、可靠计数，分辨率可达现有齿盘加接近开关的的4~16倍（1~4齿）。 

图2所示信号处理电路原理示意图与图3所示波形图是完全一致的。本方法无需额外时钟脉冲。简单的单稳触发器和异或逻辑运算芯片及少量电阻电容，便可完成磁感应正交脉冲发生器2发出的正交脉冲信号P1和P2的解码功能，并提供多种细分选择的可逆计数的信号，即输出信号：Pc1、Pc2、Pc4（选择其中之一）和Pud；将输出信号提供给计数显示器件，便可构成一个阳极行程数字显示报警器；将该信号送至槽控机I/O板上，便可被槽控机测控软件所利用，作阳极行程数字显示，作限位报警，作槽状态的高分辨识别，传给上位机进行数据处理等。

为了提高可靠性Yt应大于Xt；在后接正沿计数器时，单稳触发器U3输出为/Q2，或在外部反向，当细分脉冲的宽度小于边沿震动周期的1/4，能抑制机械边沿震动引起的干扰，对于高频电磁干扰可兼用其它抗噪措施，如输入电容滤波，同步滤波，光耦合输入等。

铝电解槽阳极行程测量装置的测量方法它包括下述步骤：

步骤1、将磁感应正交脉冲发生器2的正交脉冲信号P1和P2通过信号隔离电路进行滤波放大处理；

步骤2、取隔离放大后的正交脉冲信号P2，当P2状态电平变化时，通过二个单稳触发器产生单稳脉冲串，将所产生的二路单稳脉冲串经过异或逻辑运算后产生的脉冲串PC2即为二细分计数的时钟信号；

步骤3、取隔离放大后的正交脉冲信号P2正沿触发产生的脉冲经过单稳触发器后产生的脉冲串PC1，作为一细分计数的时钟信号；

步骤4、将隔离放大后的正交脉冲信号P1和P2的状态电平进行异或逻辑运算，当输出状态电平发生变化时，产生脉冲串Pyh；

步骤5、将隔离放大后的正交脉冲信号P1和P2经过异或后的输出信号Pyh分为两路信号分别进行单稳触发后再异或后得到脉冲串PC4，该脉冲作为四细分计数的时钟脉冲；

步骤6、将步骤2和步骤4生成的脉冲串PC2和Pyh进行异或逻辑运算，输出脉冲为PUD，该脉冲为正反方向转动的识别信号；

步骤7、选择PC1、PC2或PC4时钟信号之一与脉冲信号PUD组合，即可作为一、二或四不同细分计数的输出信号；

步骤8、步骤7生成的不同细分计数的输出信号直接输入到计数器或槽控机进行计数及行程测量处理。

可根据所述测量方法用编程软件实现或通过硬件电路实现都比较简单。

Claims (6)

1.一种铝电解槽阳极行程测量装置，它包括铝电解槽上部阳极提升机构（1），其特征在于：在铝电解槽上部阳极提升机构（1）的转轴上安装有磁感应正交脉冲发生器（2），磁感应正交脉冲发生器（2）的正交脉冲输出端与信号处理电路（3）导线连接，信号处理电路（3）与槽控机（4）电缆连接。

2.根据权利要求1所述的一种铝电解槽阳极行程测量装置，其特征在于：所述的磁感应正交脉冲发生器（2）的脉冲感应轮至少有一齿。

3.根据权利要求1所述的一种铝电解槽阳极行程测量装置，其特征在于：信号处理电路（3）包括信号隔离电路、四个异或门U1-1，U1-2，U1-3和U1-4，四个单稳触发器U2、U3、U4和U5，磁感应正交脉冲发生器（2）发出的正交脉冲信号P1和P2经过信号隔离电路后，P2分别接入单稳触发器U4和U5输入端，单稳触发器U4和U5输出端接至异或门U1-3，异或门U1-3输出端与二细分计数时钟信号端连接；单稳触发器U4输出端与一细分计数时钟信号端连接；经过信号隔离电路后的正交脉冲信号P1和P2接入异或门U1-2，异或门U1-2输出端与单稳触发器U2、U3输入端分别连接，单稳触发器U2、U3输出端接至异或门U1-1，异或门U1-1输出端与四细分计数时钟信号端连接；异或门U1-2输出端和异或门U1-3输出端接入异或门U1-4输入端，异或门U1-4输出端接至正反方向转动识别信号端。

4.根据权利要求3所述的一种铝电解槽阳极行程测量装置，其特征在于：所述四个异或门U1-1，U1-2，U1-3和U1-4集成在在一起组成一个四异或门芯片。

5.根据权利要求3所述的一种铝电解槽阳极行程测量装置，其特征在于：四个单稳触发器U2、U3、U4和U5，其中U2和U3集成在一起， U4和U5集成在一起，组成二个双单稳触发器。

6.如权利要求1所述的一种铝电解槽阳极行程测量装置的测量方法，它包括下述步骤：

步骤1、将磁感应正交脉冲发生器（2）的正交脉冲信号P1和P2通过信号隔离电路进行电气隔离和滤波放大处理；

步骤2、取隔离放大后的正交脉冲信号P2，当P2状态电平变化时，通过二个单稳触发器产生二路单稳脉冲串，将所产生的脉冲串经过异或逻辑运算后产生的脉冲串PC2即为二细分计数的时钟信号；

步骤3、取隔离放大后的正交脉冲信号P2正沿触发产生的脉冲经过单稳触发器后产生的脉冲串PC1，作为一细分计数的时钟信号；

步骤4、将隔离放大后的正交脉冲信号P1和P2的状态电平进行异或逻辑运算，当输出状态电平发生变化时，产生脉冲串Pyh；

步骤5、将隔离放大后的正交脉冲信号P1和P2经过异或后的输出信号Pyh分为两路信号分别进行单稳触发后再异或后得到脉冲串PC4，该脉冲作为四细分计数的时钟脉冲；

步骤6、将步骤2和步骤4生成的脉冲串PC2和Pyh进行异或逻辑运算，输出脉冲为PUD，该脉冲为正反方向转动的识别信号；

步骤7、选择PC1、PC2或PC4时钟信号之一与脉冲信号PUD组合，即可作为一、二或四不同细分计数的输出信号；

步骤8、步骤7生成的不同细分计数的输出信号直接输入到计数器或槽控机进行计数及行程测量处理。