CN105256334A - 基于反馈信号调零处理的铝电解用智能打壳控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于反馈信号调零处理的铝电解用智能打壳控制系统，主要由微处理器，与微处理器相连接的电源模块、信号处理模块、打壳信号输出模块和反馈信号处理模块，与信号处理模块相连接的槽控机信号输入接口，与打壳信号输出模块相连接的气缸控制模块，与反馈信号处理模块相连接的反馈信号输入接口，以及与反馈信号输入接口相连接的传感器组组成；其特征在于，所述的反馈信号处理模块由信号调零电路，与信号调零电路相连接的差动放大电路组成。本发明设置有反馈信号处理模块，其可以对检测信号进行处理，使处理后的信号精度更高，从而使微处理器更容易对信号进行识别，提高了本发明对气缸的控制精度。

Description

基于反馈信号调零处理的铝电解用智能打壳控制系统

技术领域

本发明涉及铝电解领域，具体是指基于反馈信号调零处理的铝电解用智能打壳控制系统。

背景技术

铝电解生产采用的是熔盐电解工艺，用铝电解槽作设备，氧化铝作电解原料，以冰晶石电解质溶解氧化铝经电化学反应生成金属铝。其在生产过程中会产生残渣，需要定时进行清除。传统的电解槽打壳系统通过槽控机输出两路打壳信号给换向阀控制打壳过程，打壳时以固定的全行程模式进行，这种打壳方式存在很大的缺陷，即1、全行程模式打壳时，由于锤头长时间处于高温的电解槽中，大量热量传导给气缸后导致密封件长期受热老化，使用寿命大幅缩短。2、存在锤头融化、堵料和粘葫芦头等现象，致使锤头损耗严重、下料不畅、阳极效应频发，阳极效应的发生增加了铝的二次反应和氟盐的消耗。3、打壳锤头上粘连的葫芦头既影响了下料通畅，也增大了壳面口，增加了电解槽的热损失，电解时需不定时的将粘连打掉，耗费人力。4、人工清打粘连的葫芦头时会使打壳气缸杆及锤头受到撞击，增加了掉锤头的几率及打壳气缸故障率。因此，如何能够延长电解槽打壳系统的使用寿命，解决下料不畅的问题则是目前的当务之急。

发明内容

本发明的目的在于克服传统的电解槽打壳系统所存在的以上缺陷，提供一种基于反馈信号调零处理的铝电解用智能打壳控制系统。

本发明的目的用以下技术方案实现：基于反馈信号调零处理的铝电解用智能打壳控制系统，主要由微处理器，与微处理器相连接的电源模块、信号处理模块、打壳信号输出模块和反馈信号处理模块，与信号处理模块相连接的槽控机信号输入接口，与打壳信号输出模块相连接的气缸控制模块，与反馈信号处理模块相连接的反馈信号输入接口，以及与反馈信号输入接口相连接的传感器组组成。

进一步的，所述的反馈信号处理模块由信号调零电路，与信号调零电路相连接的差动放大电路组成。

所述的信号调零电路由处理芯片U1，三极管VT3，正极与三极管VT3的集电极相连接、负极则与处理芯片U1的U/D管脚相连接的电容C4，一端与三极管VT3的发射极相连接、另一端则与处理芯片U1的RH管脚相连接的电阻R8，P极与三极管VT3的发射极相连接、N极则与处理芯片U1的VSS管脚相连接的二极管D5，以及与处理芯片U1相连接的非线性补偿电路组成；所述二极管D5的P极还与非线性补偿电路相连接；所述处理芯片U1的INC管脚与三极管VT3的集电极相连接、其VCC管脚则接5V电压、其CS管脚与差动放大电路相连接、RL管脚和RW管脚则均与非线性补偿电路相连接。

所述的非线性补偿电路包括三极管VT4，三极管VT5，电阻R9以及电容C5；所述电阻R9串接在三极管VT4的基极和三极管VT5的发射极之间；电容C5的正极与三极管VT4的集电极相连接、其负极则与三极管VT5的基极相连接；所述三极管VT4的发射极与二极管D5的P极相连接；所述三极管VT5的发射极同时与处理芯片U1的RL管脚和RW管脚相连接、其集电极与差动放大电路相连接的同时接地、其基极则与三极管VT3的基极共同形成该反馈信号处理模块的输入端，该输入端与反馈信号输入接口的输出端相连接。

所述的差动放大电路由差动运算放大器P3，三极管VT6，P极与三极管VT6的集电极相连接、N极则经电阻R10后与三极管VT5的集电极相连接的二极管D6，串接在二极管D6的N极和差动运算放大器P3的负极之间的电阻R11，一端与差动运算放大器P3的负极相连接、另一端则与三极管VT6的基极相连接的电阻R12，以及一端与差动运算放大器P3的负极相连接、另一端则与三极管VT6的发射极相连接的电阻R13组成；所述三极管VT6的基极与二极管D6的N极相连接；所述差动运算放大器P3的正极与处理芯片U1的CS管脚相连接、其输出端则与三极管VT6的集电极共同形成该反馈信号处理模块的输出端，该输出端则与微处理器相连接。

所述信号处理模块则由选频电路，与选频电路相连接的低通滤波电路，以及同时与选频电路和低通滤波电路相连接的两级放大电路组成。

所述的选频电路由三极管VT1，三极管VT2，二极管D1，二极管D2，电阻R1，电阻R2，电阻R3以及电容C1组成；所述电阻R1串接在二极管D2的P极与三极管VT1的集电极之间，所述电阻R2串接在二极管D2的P极与三极管VT1的基极之间；所述电阻R3串接在二极管D2的N极和三极管VT2的发射极之间；电容C1则串接在三极管VT2的基极和集电极之间；所述三极管VT2的基极与三极管VT1的基极相连接、其集电极则与两级放大电路相连接；所述二极管D1的N极与三极管VT1的发射极相连接、其P极则与低通滤波电路相连接；所述二极管D2的N极与两级放大电路相连接、其P极则与二极管D1的P极共同形成该信号处理模块的输入端，该输入端则与槽控机信号输入接口的输出端相连接。

所述的低通滤波电路由双栅极场效应管MOS1，一端与双栅极效应管MOS1的第二栅极相连接、另一端则与二极管D1的P极相连接的电感L1，正极与双栅极场效应管MOS1的第一栅极相连接、负极则与双栅极场效应管MOS1的漏极相连接的极性电容C2，正极经电感L2后与双栅极场效应管MOS1的漏极相连接、负极接地的极性电容C3，以及一端与双栅极场效应管MOS1的源极相连接、另一端则与极性电容C3的负极相连接的电阻R7组成；所述双栅极场效应管MOS1的漏极则与两级放大电路相连接。

所述两级放大电路由场效应管MOS2，放大器P1，放大器P2，串接在放大器P1的正极和输出端之间的二极管D3，一端与放大器P1的输出端相连接、另一端则与二极管D2的N极相连接的电阻R4，以及N极与二极管D2的N极相连接、P极则顺次经电阻R5和电阻R6后接地的二极管D4组成；所述放大器P1的正极与二极管D2的N极相连接、其负极则与三极管VT2的集电极相连接；所述场效应管MOS2的源极与放大器P1的负极相连接、其漏极则与极性电容C2的负极相连接、其栅极则与放大器P2的输出端相连接；所述放大器P2的正极与场效应管MOS2的源极相连接、其负极则与电阻R5和电阻R6的连接点相连接；所述二极管D2的N极与放大器P2的负极共同形成该信号处理模块的输出端，该输出端与微处理器相连接。

所述三极管VT1和三极管VT2均优选为2N3905型三极管，而所述的处理芯片U1则优选为X9C504集成电路。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明通过检测每个锤头的打壳反馈信号，判断该锤头是否将壳面打破，使打壳过程不再是盲目的全行程状态，当壳面被打破后控制锤头迅速提升，脱离电解槽，缩短锤头受热时间，避免锤头被烧蚀损坏，延长系统使用寿命。

(2)本发明可以减少葫芦头，使下料更回顺畅，减轻操作者的劳动强度。

(3)本发明设置有信号处理模块，其可对操作人员所发出的控制信号进行处理，从而提高本发明对信号的识别精度，避免出现错误操作。

(4)本发明设置有反馈信号处理模块，其可以对检测信号进行处理，使处理后的信号精度更高，从而使微处理器更容易对信号进行识别，提高了本发明对气缸的控制精度。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明信号处理模块的电路结构图。

图3为本发明反馈信号处理模块的电路结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明的基于反馈信号调零处理的铝电解用智能打壳控制系统，主要由作为系统控制中心的微处理器，与微处理器相连接的电源模块、信号处理模块、打壳信号输出模块和反馈信号处理模块，与信号处理模块相连接的槽控机信号输入接口，与打壳信号输出模块相连接的气缸控制模块，与反馈信号处理模块相连接的反馈信号输入接口，以及与反馈信号输入接口相连接的传感器组组成。

其中，电源模块作用给整个控制系统提供工作电源；槽控机信号输入接口则接外部槽控机，用于接收操作人员所发出的操作信号；信号处理模块则可以对操作信号进行处理，使处理后的操作信号更易于微处理器识别。气缸控制模块则接外部的打壳气缸，用于控制打壳气缸的工作。传感器组则由多个传感器组成，每个传感器则分别设置在打壳锤头上，用于检测打壳锤头上的电压信号。

工作时，槽控机信号输入接口接收操作员从槽控机发出的打壳信号，该打壳信号经信号处理模块处理后输送给微处理器，微处理器对打壳信号进行识别后经打壳信号输出模块输送给气缸控制模块，由气缸控制模块对气缸进行控制。当气缸带动锤头打破壳面后，由于电解槽内铝液带电，故通过锤头会形成一个低电压大电流的回路信号，当传感器组检测到此信号后把信号反馈给微处理器，而微处理器则根据反馈的信号给气缸控制模块发送信号，从而控制气缸收缩，使锤头脱离电解槽。

为了使操作员所发送的打壳信号更易于识别，如图2所示，该信号处理模块由选频电路，与选频电路相连接的低通滤波电路，以及同时与选频电路和低通滤波电路相连接的两级放大电路组成。

所述的选频电路由三极管VT1，三极管VT2，二极管D1，二极管D2，电阻R1，电阻R2，电阻R3以及电容C1组成。

所述电阻R1串接在二极管D2的P极与三极管VT1的集电极之间，所述电阻R2串接在二极管D2的P极与三极管VT1的基极之间。所述电阻R3串接在二极管D2的N极和三极管VT2的发射极之间。电容C1则串接在三极管VT2的基极和集电极之间。所述三极管VT2的基极与三极管VT1的基极相连接、其集电极则与两级放大电路相连接。所述二极管D1的N极与三极管VT1的发射极相连接、其P极则与低通滤波电路相连接。所述二极管D2的N极与两级放大电路相连接、其P极则与二极管D1的P极共同形成该信号处理模块的输入端，该输入端则与槽控机信号输入接口的输出端相连接。选频电路可以对特定的打壳信号频率进行筛选，并对频率以外的信号进行抑制，从而避免外部输送进来的干扰信号对打壳信号产生影响。为了达到更好的实施效果，所述的三极管VT1和三极管VT2均采用2N3905型三极管来实现。

所述的低通滤波电路可以对信号处理模块自身所产生的干扰信号进行过滤，其由双栅极场效应管MOS1，电感L1，电感L2，极性电容C2，极性电容C3以及电阻R7组成。

连接时，电感L1的一端与双栅极效应管MOS1的第二栅极相连接、其另一端则与二极管D1的P极相连接。极性电容C2的正极与双栅极场效应管MOS1的第一栅极相连接、其负极则与双栅极场效应管MOS1的漏极相连接。极性电容C3的正极经电感L2后与双栅极场效应管MOS1的漏极相连接、其负极接地。电阻R7的一端与双栅极场效应管MOS1的源极相连接、其另一端则与极性电容C3的负极相连接。所述双栅极场效应管MOS1的漏极则与两级放大电路相连接。信号处理模块所产生的干扰信号由双栅极场效应管MOS1放大后再由极性电容C2和极性电容C3滤除。

所述两级放大电路由二极管D4，电阻R5，电阻R6，第一放大电路以及第二放大电路组成。

其中，二极管D4的N极与二极管D2的N极相连接、其P极则顺次经电阻R5和电阻R6后接地。

第一放大电路则由放大器P1，二极管D3以及电阻R4组成。二极管D3串接在放大器P1的正极和输出端之间。电阻R4的一端与放大器P1的输出端相连接、其另一端则与二极管D2的N极相连接。所述放大器P1的正极与二极管D2的N极相连接、其负极则与三极管VT2的集电极相连接。

第二放大电路则由场效应管MOS2，放大器P2组成。所述场效应管MOS2的源极与放大器P1的负极相连接、其漏极则与极性电容C2的负极相连接、其栅极则与放大器P2的输出端相连接；所述放大器P2的正极与场效应管MOS2的源极相连接、其负极则与电阻R5和电阻R6的连接点相连接。

所述二极管D2的N极与放大器P2的负极共同形成该信号处理模块的输出端，该输出端与微处理器相连接。

该第一放大电路和第二放大电路可以对该打壳信号进行放大处理，而二极管D4、电阻R5以及电阻R6则可以使放大后的打壳信号更加稳定。

为了使检测到的信号精度更高，所述的反馈信号处理模块的结构如图3所示，其由信号调零电路，与信号调零电路相连接的差动放大电路组成。

反馈信号经信号调零电路作调零处理后可以避免其在放大时出现失调现像，进而确保其拥有更高的精度。该信号调零电路由处理芯片U1，三极管VT3，正极与三极管VT3的集电极相连接、负极则与处理芯片U1的U/D管脚相连接的电容C4，一端与三极管VT3的发射极相连接、另一端则与处理芯片U1的RH管脚相连接的电阻R8，P极与三极管VT3的发射极相连接、N极则与处理芯片U1的VSS管脚相连接的二极管D5，以及与处理芯片U1相连接的非线性补偿电路组成。

所述二极管D5的P极还与非线性补偿电路相连接；所述处理芯片U1的INC管脚与三极管VT3的集电极相连接、其VCC管脚则接5V电压、其CS管脚与差动放大电路相连接、RL管脚和RW管脚则均与非线性补偿电路相连接。为了达到更好的实施效果，该处理芯片U1优选为X9C504集成电路来实现。

该非线性补偿电路可以使调零处理更彻底，其包括三极管VT4，三极管VT5，电阻R9以及电容C5。

连接时，所述电阻R9串接在三极管VT4的基极和三极管VT5的发射极之间；电容C5的正极与三极管VT4的集电极相连接、其负极则与三极管VT5的基极相连接。所述三极管VT4的发射极与二极管D5的P极相连接；所述三极管VT5的发射极同时与处理芯片U1的RL管脚和RW管脚相连接、其集电极与差动放大电路相连接的同时接地、其基极则与三极管VT3的基极共同形成该反馈信号处理模块的输入端，该输入端与反馈信号输入接口的输出端相连接。

所述的差动放大电路由差动运算放大器P3，三极管VT6，二极管D6，电阻R10，电阻R11，电阻R12以及电阻R13组成。

连接时，二极管D6的P极与三极管VT6的集电极相连接、其N极则经电阻R10后与三极管VT5的集电极相连接。电阻R11串接在二极管D6的N极和差动运算放大器P3的负极之间。电阻R12的一端与差动运算放大器P3的负极相连接、其另一端则与三极管VT6的基极相连接。电阻R13的一端与差动运算放大器P3的负极相连接、其另一端则与三极管VT6的发射极相连接。

同时，所述三极管VT6的基极与二极管D6的N极相连接；所述差动运算放大器P3的正极与处理芯片U1的CS管脚相连接、其输出端则与三极管VT6的集电极共同形成该反馈信号处理模块的输出端，该输出端则与微处理器相连接。经过调零处理后的反馈信号输入到差动放大电路进行放大，从而使微处理器更容易对反馈信号进行识别。

如上所述，便可很好的实现本发明。

Claims (10)

1.基于反馈信号调零处理的铝电解用智能打壳控制系统，主要由微处理器，与微处理器相连接的电源模块、信号处理模块、打壳信号输出模块和反馈信号处理模块，与信号处理模块相连接的槽控机信号输入接口，与打壳信号输出模块相连接的气缸控制模块，与反馈信号处理模块相连接的反馈信号输入接口，以及与反馈信号输入接口相连接的传感器组组成；其特征在于，所述的反馈信号处理模块由信号调零电路，与信号调零电路相连接的差动放大电路组成。

2.根据权利要求1所述的基于反馈信号调零处理的铝电解用智能打壳控制系统，其特征在于，所述的信号调零电路由处理芯片U1，三极管VT3，正极与三极管VT3的集电极相连接、负极则与处理芯片U1的U/D管脚相连接的电容C4，一端与三极管VT3的发射极相连接、另一端则与处理芯片U1的RH管脚相连接的电阻R8，P极与三极管VT3的发射极相连接、N极则与处理芯片U1的VSS管脚相连接的二极管D5，以及与处理芯片U1相连接的非线性补偿电路组成；所述二极管D5的P极还与非线性补偿电路相连接；所述处理芯片U1的INC管脚与三极管VT3的集电极相连接、其VCC管脚则接5V电压、其CS管脚与差动放大电路相连接、RL管脚和RW管脚则均与非线性补偿电路相连接。

3.根据权利要求2所述的基于反馈信号调零处理的铝电解用智能打壳控制系统，其特征在于，所述的非线性补偿电路包括三极管VT4，三极管VT5，电阻R9以及电容C5；所述电阻R9串接在三极管VT4的基极和三极管VT5的发射极之间；电容C5的正极与三极管VT4的集电极相连接、其负极则与三极管VT5的基极相连接；所述三极管VT4的发射极与二极管D5的P极相连接；所述三极管VT5的发射极同时与处理芯片U1的RL管脚和RW管脚相连接、其集电极与差动放大电路相连接的同时接地、其基极则与三极管VT3的基极共同形成该反馈信号处理模块的输入端，该输入端与反馈信号输入接口的输出端相连接。

4.根据权利要求3所述的基于反馈信号调零处理的铝电解用智能打壳控制系统，其特征在于，所述的差动放大电路由差动运算放大器P3，三极管VT6，P极与三极管VT6的集电极相连接、N极则经电阻R10后与三极管VT5的集电极相连接的二极管D6，串接在二极管D6的N极和差动运算放大器P3的负极之间的电阻R11，一端与差动运算放大器P3的负极相连接、另一端则与三极管VT6的基极相连接的电阻R12，以及一端与差动运算放大器P3的负极相连接、另一端则与三极管VT6的发射极相连接的电阻R13组成；所述三极管VT6的基极与二极管D6的N极相连接；所述差动运算放大器P3的正极与处理芯片U1的CS管脚相连接、其输出端则与三极管VT6的集电极共同形成该反馈信号处理模块的输出端，该输出端则与微处理器相连接。

5.根据权利要求4所述的基于反馈信号调零处理的铝电解用智能打壳控制系统，其特征在于，所述信号处理模块则由选频电路，与选频电路相连接的低通滤波电路，以及同时与选频电路和低通滤波电路相连接的两级放大电路组成。

6.根据权利要求5所述的基于反馈信号调零处理的铝电解用智能打壳控制系统，其特征在于，所述的选频电路由三极管VT1，三极管VT2，二极管D1，二极管D2，电阻R1，电阻R2，电阻R3以及电容C1组成；所述电阻R1串接在二极管D2的P极与三极管VT1的集电极之间，所述电阻R2串接在二极管D2的P极与三极管VT1的基极之间；所述电阻R3串接在二极管D2的N极和三极管VT2的发射极之间；电容C1则串接在三极管VT2的基极和集电极之间；所述三极管VT2的基极与三极管VT1的基极相连接、其集电极则与两级放大电路相连接；所述二极管D1的N极与三极管VT1的发射极相连接、其P极则与低通滤波电路相连接；所述二极管D2的N极与两级放大电路相连接、其P极则与二极管D1的P极共同形成该信号处理模块的输入端，该输入端则与槽控机信号输入接口的输出端相连接。

7.根据权利要求6所述的基于反馈信号调零处理的铝电解用智能打壳控制系统，其特征在于，所述的低通滤波电路由双栅极场效应管MOS1，一端与双栅极效应管MOS1的第二栅极相连接、另一端则与二极管D1的P极相连接的电感L1，正极与双栅极场效应管MOS1的第一栅极相连接、负极则与双栅极场效应管MOS1的漏极相连接的极性电容C2，正极经电感L2后与双栅极场效应管MOS1的漏极相连接、负极接地的极性电容C3，以及一端与双栅极场效应管MOS1的源极相连接、另一端则与极性电容C3的负极相连接的电阻R7组成；所述双栅极场效应管MOS1的漏极则与两级放大电路相连接。

8.根据权利要求7所述的基于反馈信号调零处理的铝电解用智能打壳控制系统，其特征在于，所述两级放大电路由场效应管MOS2，放大器P1，放大器P2，串接在放大器P1的正极和输出端之间的二极管D3，一端与放大器P1的输出端相连接、另一端则与二极管D2的N极相连接的电阻R4，以及N极与二极管D2的N极相连接、P极则顺次经电阻R5和电阻R6后接地的二极管D4组成；所述放大器P1的正极与二极管D2的N极相连接、其负极则与三极管VT2的集电极相连接；所述场效应管MOS2的源极与放大器P1的负极相连接、其漏极则与极性电容C2的负极相连接、其栅极则与放大器P2的输出端相连接；所述放大器P2的正极与场效应管MOS2的源极相连接、其负极则与电阻R5和电阻R6的连接点相连接；所述二极管D2的N极与放大器P2的负极共同形成该信号处理模块的输出端，该输出端与微处理器相连接。

9.根据权利要求8所述的基于反馈信号调零处理的铝电解用智能打壳控制系统，其特征在于，所述三极管VT1和三极管VT2均为2N3905型三极管。

10.根据权利要求8所述的基于反馈信号调零处理的铝电解用智能打壳控制系统，其特征在于，所述处理芯片U1为X9C504集成电路。