CN105862081A - 一种铝电解槽换极过程阳极自动打壳开缝系统和方法 - Google Patents

一种铝电解槽换极过程阳极自动打壳开缝系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种铝电解槽换极过程阳极自动打壳开缝系统和方法，该系统以铝电解厂房内设置的多功能机组为基础，在多功能机组上增加定位装置和控制装置，通过控制多功能机组打壳机构实现换极过程阳极自动打壳开缝；即系统通过增加定位装置实现多功能机组自动寻找工作位，通过操控多功能机组打壳机构实现自动阳极打壳开缝。本发明主要解决手动打壳随意性大，作业质量不标准，打壳密度不够，多功能机组阳极更换装置超负荷拔极对多功能机组造成损害，在提阳极过程中容易掉块对电解槽造成干扰的问题。

Description

一种铝电解槽换极过程阳极自动打壳开缝系统和方法
技术领域
本发明属于铝电解技术领域，具体涉及一种铝电解槽换极过程阳极自动打壳开缝系统和方法。
背景技术
铝电解生产是一个连续的生产过程，更换阳极是铝电解生产过程中不可或缺的工艺过程，该过程对铝电解的稳定生产影响很大，打壳开缝是更换阳极过程中必不可少的过程。目前电解铝厂打壳开缝是人工指挥多功能机组打壳机构手动完成的，由于人工手动操作随意性大，控制打壳机构运行的水平参差不齐，作业质量不标准，打壳密度不够，使多功能机组阳极更换装置超负荷拔极，对多功能机组造成不同程度的损害，同时在提阳极过程中容易掉块对电解槽造成较大的干扰。
多功能机组打壳机构的结构为四连杆打壳机构，现有技术四连杆打壳机构结构示意图见图1。
四连杆打壳机构的固定机架安装在工具小车的回转装置上，活动框架设置在固定机架上，连接架的上端通过螺栓与活动框架下端相连接，连接架的下端通过销轴与上、下连杆的后端相连接，上、下连杆的前端与打壳机相连接，连接架上设置有升降液压缸和倾斜液压缸，升降液压缸通过缸筒轴与固定机架相连接，倾斜液压缸的活塞杆通过销轴与下连杆相连接。固定机架在升降液压缸与倾斜液压缸之间，使打壳机构整体重心位于固定机架中心； 连接架的下端连接上、下连杆均位于固定机架下方。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种操作简便、自动化程度高的铝电解槽换极过程阳极自动打壳开缝系统和方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：铝电解槽换极过程阳极自动打壳开缝系统，该系统以铝电解厂房内设置的多功能机组为基础，在多功能机组上增加定位装置和控制装置，通过控制多功能机组打壳机构实现换极过程阳极自动打壳开缝；即系统通过增加定位装置实现多功能机组自动寻找工作位，通过操控多功能机组打壳机构实现自动阳极打壳开缝。
定位装置包括沿多功能机组的运行轨道、多功能机组工具小车的运行轨道、多功能机组工具小车转动环形轨道上安装位置标识和运行速度检测设备，从而实现多功能机组运行状态的精确检测与定位；在多功能机组打壳机构伸缩油缸上安装运行距离和速度检测设备，在倾斜油缸、旋转臂、打击头旋转机构安装角度传感器，从而实现打壳机构打击头位置的精准定位；在多功能机组的适当位置安装一个可伸缩距离检测设备，用来检测和确定打壳机构打壳锤头的工作面高度，即需要更换阳极的电解槽换极区域壳面高度。
位置标识设备包括但不限于一维条码、二位条码、编码尺、激光长距离测距定位精度在毫米级的检测设备；距离检测设备包括但不限于激光测距、超声测距、数码尺、编码器精度在毫米级的测距设备。
控制装置是可编程序装置，包括但不限于工业计算机、PLC、工业控制板卡和控制模块。
条码采用过塑处理，利用多功能机组自有的空压设备在各检测设备口安装了空气喷头用于定期清理浮尘，确保检测设备的数据准确性。
铝电解槽换极过程阳极自动打壳开缝方法包括以下步骤：
（1）、在多功能机组上安装定位装置，多功能机组大车运行轨道方向为铝电解厂房的纵向方向，多功能机组工具小车运行轨道方向为横向方向，以铝电解厂房的纵向方向为X向、以铝电解厂房的纵向方向为Y向、以铝电解厂房的高度方向为Z向建立绝对的三维坐标定位系统，电解槽的阳极、阳极边缝相对上述定位系统都有唯一的对应区域值，打壳机构是安装在工具小车特定位置上的工具之一，工具小车虽然是可旋转设备，但所有工具小车上的工具相对转盘的位置是固定不变的，只有能将工具小车的旋转的绝对角度检测出来，配合工具小车的位置，就能将工具小车上的各设备的X、Y向绝对位置确定下来，在工具小车转动的环形轨道安装了位置标识，就是用来确定各工具的X、Y绝对位置，但需要打壳的打壳点是一个空间位置(X、Y、Z)，只知道X、Y是不能准确找到打壳点的，多功能机组相对厂房的安装高度是固定不变的，只要检测到打壳点相对多功能机组的距离就能将Z向坐标确定下来，在多功能机组的适当位置安装一个可伸缩距离检测设备就是为了达到准确确定打壳点的Z向坐标的目的，打壳点的X、Y、Z坐标确定后，控制系统要控制打壳机构对打壳点继续打壳时只需要将多功能机组运行到适当位置并调整倾斜油缸、旋转臂、打击头旋转机构到适当角度就能找到对应的特定位置进行操作了。
（2）、岗位操作人员在需要更换阳极的位置人工揭开电解槽的槽盖板，并人工扒掉散落在需要更换的阳极上的大块料；
（3）、操控自动打壳开缝系统，根据更换阳极的安排，提前将需更换阳极电解槽的槽控系统设定为换极和边部加工控制模式，让槽控机启用更换阳极控制程序；
（4）、自动打壳开缝系统将多功能机组工具小车自动运行到需要更换阳极的位置上方，按照步骤（1）定位起始点，按照阳极尺寸合理规划打壳点，打壳间隔距离为10cm；
（5）、自动打壳，根据Z向运行距离，即打壳深度h，判断打壳是否到位，到位后，按照步骤（4）系统规划路线，将天车定位到下一打壳点；
（6）、重复步骤（5），直至步骤（4）规划的所有的打壳点全部打开，完成自动打壳开缝控制。
综上所述，本发明在多功能机组（也被称作多功能天车、多功能起重机或者多功能行车）上增加定位装置和控制装置，通过控制多功能机组打壳机构实现换极过程阳极自动打壳开缝；即系统通过增加定位装置实现多功能机组自动寻找工作位，通过操控多功能机组打壳机构实现自动阳极打壳开缝的全部过程，降低劳动强度，提高劳动生产率，并且安全可靠。
附图说明：
图1是现有技术四连杆打壳机构结构示意图，图中标识：1是倾斜液压缸，2是上连杆，3是下连杆，4是打壳机，5是打壳机头。
具体实施方式
本发明的铝电解槽换极过程阳极自动打壳开缝系统，其特征在于：该系统以铝电解厂房内设置的多功能机组为基础，在多功能机组上增加定位装置和控制装置，通过控制多功能机组打壳机构实现换极过程阳极自动打壳开缝；即系统通过增加定位装置实现多功能机组自动寻找工作位，通过操控多功能机组打壳机构实现自动阳极打壳开缝。
定位装置包括沿多功能机组的运行轨道、多功能机组工具小车的运行轨道、多功能机组工具小车转动环形轨道上安装位置标识和运行速度检测设备，从而实现多功能机组运行状态的精确检测与定位；在多功能机组打壳机构伸缩油缸上安装运行距离和速度检测设备，在倾斜油缸、旋转臂、打击头旋转机构安装角度传感器，从而实现打壳机构打击头位置的精准定位；在多功能机组的适当位置安装一个可伸缩距离检测设备，用来检测和确定打壳机构打壳锤头的工作面高度，即需要更换阳极的电解槽换极区域壳面高度。
位置标识设备包括但不限于一维条码、二位条码、编码尺、激光长距离测距定位精度在毫米级的检测设备；距离检测设备包括但不限于激光测距、超声测距、数码尺、编码器精度在毫米级的测距设备。
控制装置是可编程序装置，包括但不限于工业计算机、PLC、工业控制板卡和控制模块。
条码采用过塑处理，利用多功能机组自有的空压设备在各检测设备口安装了空气喷头用于定期清理浮尘，确保检测设备的数据准确性。
铝电解槽换极过程阳极自动打壳开缝方法包括以下步骤：
（1）、在多功能机组上安装定位装置，多功能机组大车运行轨道方向为铝电解厂房的纵向方向，多功能机组工具小车运行轨道方向为横向方向，以铝电解厂房的纵向方向为X向、以铝电解厂房的纵向方向为Y向、以铝电解厂房的高度方向为Z向建立绝对的三维坐标定位系统，电解槽的阳极、阳极边缝相对上述定位系统都有唯一的对应区域值，打壳机构是安装在工具小车特定位置上的工具之一，工具小车虽然是可旋转设备，但所有工具小车上的工具相对转盘的位置是固定不变的，只有能将工具小车的旋转的绝对角度检测出来，配合工具小车的位置，就能将工具小车上的各设备的X、Y向绝对位置确定下来，在工具小车转动的环形轨道安装了位置标识，就是用来确定各工具的X、Y绝对位置，但需要打壳的打壳点是一个空间位置(X、Y、Z)，只知道X、Y是不能准确找到打壳点的，多功能机组相对厂房的安装高度是固定不变的，只要检测到打壳点相对多功能机组的距离就能将Z向坐标确定下来，在多功能机组的适当位置安装一个可伸缩距离检测设备就是为了达到准确确定打壳点的Z向坐标的目的，打壳点的X、Y、Z坐标确定后，控制系统要控制打壳机构对打壳点继续打壳时只需要将多功能机组运行到适当位置并调整倾斜油缸、旋转臂、打击头旋转机构到适当角度就能找到对应的特定位置进行操作了。
（2）、岗位操作人员在需要更换阳极的位置人工揭开电解槽的槽盖板，并人工扒掉散落在需要更换的阳极上的大块料；
（3）、操控自动打壳开缝系统，根据更换阳极的安排，提前将需更换阳极电解槽的槽控系统设定为换极和边部加工控制模式，让槽控机启用更换阳极控制程序；
（4）、自动打壳开缝系统将多功能机组工具小车自动运行到需要更换阳极的位置上方，按照步骤（1）定位起始点，按照阳极尺寸合理规划打壳点，打壳间隔距离为10cm；
（5）、自动打壳，根据Z向运行距离，即打壳深度h，判断打壳是否到位，到位后，按照步骤（4）系统规划路线，将天车定位到下一打壳点；
（6）、重复步骤（5），直至步骤（4）规划的所有的打壳点全部打开，完成自动打壳开缝控制。
本发明在多功能机组上增加定位装置和控制装置，通过控制多功能机组打壳机构实现换极过程阳极自动打壳开缝；即系统通过增加定位装置实现多功能机组自动寻找工作位，通过操控多功能机组打壳机构实现自动阳极打壳开缝的全部过程。
控制装置的控制器选用SIMATIC S7-300PLC，与现有的多功能机组PLC系统联网并与现有槽控系统进行数据通信，实现数据共享和对多功能机组执行机构的控制，上位机选用戴尔Precision T5810 系列Xeon，满足系统数据处理实时性的要求，考虑到系统兼容性问题触屏显示设备全部选用西门子系列。
多功能机组大车运行轨道定位选用德国劳易测LEUZE条码阅读器BPS 37，测量范围10,000m内，精确度达到±1mm，能够满足控制系统精度要求，多功能机组工具小车运行轨道、多功能机组工具小车转动环形轨道定位选择倍加福位置编码系统WCS-IG110，该系统能够每0.8mm确认一个新的位置值，无需参考点，没有延迟，免维护设计，适合在电解车间环境安装，控制精度在1mm以内，满足控制系统精度要求，在多功能机组工具小车打壳机构安装了拉绳编码器，测距精度在1 mm以内，在多功能机组工具小车适当位置可伸缩距离检测设备目的是检测电解槽壳面的高度位置，同样选用了劳易测激光测距AMS 3004i40。
考虑到电解铝车间粉尘较大，且有氟化物气体腐蚀，条码采用过塑处理，利用多功能机组自有的空压设备在各检测设备口安装了空气喷头用于定期清理浮尘，确保检测设备的数据准确性。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种铝电解槽换极过程阳极自动打壳开缝系统，其特征在于：该系统以铝电解厂房内设置的多功能机组为基础，在多功能机组上增加定位装置和控制装置，通过控制多功能机组打壳机构实现换极过程阳极自动打壳开缝；即系统通过增加定位装置实现多功能机组自动寻找工作位，通过操控多功能机组打壳机构实现自动阳极打壳开缝。
2.根据权利要求1所述的铝电解槽换极过程阳极自动打壳开缝系统，其特征在于：定位装置包括沿多功能机组的运行轨道、多功能机组工具小车的运行轨道、多功能机组工具小车转动环形轨道上安装位置标识和运行速度检测设备，从而实现多功能机组运行状态的精确检测与定位；在多功能机组打壳机构伸缩油缸上安装运行距离和速度检测设备，在倾斜油缸、旋转臂、打击头旋转机构安装角度传感器，从而实现打壳机构打击头位置的精准定位；在多功能机组的适当位置安装一个可伸缩距离检测设备，用来检测和确定打壳机构打壳锤头的工作面高度，即需要更换阳极的电解槽换极区域壳面高度。
3.根据权利要求2所述的铝电解槽换极过程阳极自动打壳开缝系统，其特征在于：位置标识设备包括但不限于一维条码、二位条码、编码尺、激光长距离测距定位精度在毫米级的检测设备；距离检测设备包括但不限于激光测距、超声测距、数码尺、编码器精度在毫米级的测距设备。
4.根据权利要求3所述的铝电解槽换极过程阳极自动打壳开缝系统，其特征在于：控制装置是可编程序装置，包括但不限于工业计算机、PLC、工业控制板卡和控制模块。
5.根据权利要求4所述的铝电解槽换极过程阳极自动打壳开缝系统，其特征在于：条码采用过塑处理，利用多功能机组自有的空压设备在各检测设备口安装了空气喷头用于定期清理浮尘，确保检测设备的数据准确性。
6.根据权利要求5所述的铝电解槽换极过程阳极自动打壳开缝方法，其特征在于：包括以下步骤，
（1）、在多功能机组上安装定位装置，多功能机组大车运行轨道方向为铝电解厂房的纵向方向，多功能机组工具小车运行轨道方向为横向方向，以铝电解厂房的纵向方向为X向、以铝电解厂房的纵向方向为Y向、以铝电解厂房的高度方向为Z向建立绝对的三维坐标定位系统，电解槽的阳极、阳极边缝相对上述定位系统都有唯一的对应区域值，打壳机构是安装在工具小车特定位置上的工具之一，工具小车虽然是可旋转设备，但所有工具小车上的工具相对转盘的位置是固定不变的，只有能将工具小车的旋转的绝对角度检测出来，配合工具小车的位置，就能将工具小车上的各设备的X、Y向绝对位置确定下来，在工具小车转动的环形轨道安装了位置标识，就是用来确定各工具的X、Y绝对位置，但需要打壳的打壳点是一个空间位置(X、Y、Z)，只知道X、Y是不能准确找到打壳点的，多功能机组相对厂房的安装高度是固定不变的，只要检测到打壳点相对多功能机组的距离就能将Z向坐标确定下来，在多功能机组的适当位置安装一个可伸缩距离检测设备就是为了达到准确确定打壳点的Z向坐标的目的，打壳点的X、Y、Z坐标确定后，控制系统要控制打壳机构对打壳点继续打壳时只需要将多功能机组运行到适当位置并调整倾斜油缸、旋转臂、打击头旋转机构到适当角度就能找到对应的特定位置进行操作了；
（2）、岗位操作人员在需要更换阳极的位置人工揭开电解槽的槽盖板，并人工扒掉散落在需要更换的阳极上的大块料；
（3）、操控自动打壳开缝系统，根据更换阳极的安排，提前将需更换阳极电解槽的槽控系统设定为换极和边部加工控制模式，让槽控机启用更换阳极控制程序；
（4）、自动打壳开缝系统将多功能机组工具小车自动运行到需要更换阳极的位置上方，按照步骤（1）定位起始点，按照阳极尺寸合理规划打壳点，打壳间隔距离为10cm；
（5）、自动打壳，根据Z向运行距离，即打壳深度h，判断打壳是否到位，到位后，按照步骤（4）系统规划路线，将天车定位到下一打壳点；
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