CN106119897A - 一种电解槽电流分布及安全监测系统和电解铝设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电解槽电流分布及安全监测系统，包括信息采集装置、Zigbee模块和接收模块，信息采集装置包括设置在阴极钢棒的阴极电流采集发射模块、设置在阳极钢棒的阳极电流采集发射模块、设置在立柱母线上的立柱母线电流采集发射模块、设置在电解槽的槽壁上的槽壁温度采集发射模块、设置在短路口的绝缘板的电压采集发射模块，通过将采集到的阴极电流、阳极电流、立柱母线电流、槽壁温度和绝缘板的电压，通过与信息采集装置无线连接的Zigbee模块发送到接收模块。除此之外，本发明还公开了一种电解铝设备，包括上述电解槽电流分布及安全监测系统。通过实时无线采集电解槽的运行参数，减少了事故的发生。

Description

一种电解槽电流分布及安全监测系统和电解铝设备

技术领域

本发明涉及电解铝技术领域，特别涉及一种电解槽电流分布及安全监测系统和电解铝设备。

背景技术

在国内，对铝电解槽稳定的维持主要通过监测电解槽槽电压和分析其变化来调整电解工艺，稳定电解槽，达到优化生产的目的。到上世纪九十年代中期，国外研究者率先提出了通过监测铝电解槽阳极电流的方法来判断电解槽稳定的新思路。阳极电流分布的均匀性和预焙铝电解槽的稳定性密切相关，电解槽一旦出现阳极电流分布的严重不均，会造成槽电压波动，磁场不稳定，铝液波动无序紊乱，最终导致槽温升高、槽况恶化、以至于发生病槽，严重影响技术指标。阳极电流的不均匀性影响槽膛内型的规整性，不规整程度随电流不均匀性程度的增加而增加。为确保阳极电流分配的均匀性和电解槽较高的电流效率，需要对阳极电流分布进行检测。

目前电解车间生产中一般采用采集槽电压来推断电解槽的运行状况；结合定期的测量阳极导杆上的等距压降，以此来掌握阳极电流分布的情况。前者缺乏对槽况深层特征提取，推断不但有时间的延后，在许多情况可能被其它槽况变化所掩盖而无法获得；而后者不但不能连续地测量，大多数还不能被槽控系统所使用。电解槽温度安全方面的监测主要依靠人工进行周期检测，而人工检测劳动强度大，运维成本高，不准确，更重要的是检测不到位，不及时，可能会造成严重的安全事故。漏槽判断不及时会出现冲断母线，造成系列停电，漏出铝液燃烧，造成事故；漏电监测不到位，造成系统电流效率低等。

目前95％以上的电解车间阳极导杆电流分布依靠人工手持设备进行周期检测，所检测的数据不同步，不连续，不能及时发现问题进行调整。而阴极电流由于人工检测设备难以到达，很少进行检测，导致 很多问题不能及时发现。现已有的一种北工大阳极电流分布采集的有线系统，由于在换极时，需反复卸装，极为不便；而另一种中南大学的阳极电流分布采集系统，由于不是直接采集阳极导杆电流，而是建立在先前模拟计算的基础上推算得出，由于电解的状态太多，先前模拟计算无法涵盖未知变化，导致对出现故障反而误差较大。目前主要是采用人工每天定时手持测温仪检查，检测周期长，不连续，不能及时发现漏槽并预警，容易造成事故发生。

发明内容

本发明的目的是提供了一种电解槽电流分布及安全监测系统和电解铝设备，实时对电解槽的运行参数进行检测，减少了事故的发生，提高了生产效率。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电解槽电流分布及安全监测系统，包括信息采集装置、Zigbee模块和接收模块，所述信息采集装置包括设置在阴极钢棒的阴极电流采集发射模块、设置在阳极钢棒的阳极电流采集发射模块、设置在立柱母线上的立柱母线电流采集发射模块、设置在电解槽的槽壁上的槽壁温度采集发射模块、设置在短路口的绝缘板的电压采集发射模块，通过将采集到的阴极电流、阳极电流、立柱母线电流、槽壁温度和绝缘板的电压，通过与所述信息采集装置无线连接的所述Zigbee模块发送到所述接收模块。

其中，还包括与所述接收模块连接的报警模块，所述报警模块在检测到所述阴极电流、所述阳极电流、所述立柱母线电流、所述槽壁温度或所述绝缘板的电压中的任意一个超出阈值时，进行报警。

其中，还包括与所述接收模块连接的PLC分析处理模块，用于接收所述接收模块接收到的所述阴极电流、所述阳极电流、所述立柱母线电流、所述槽壁温度或所述绝缘板的电压，并按照预设程序进行处理。

其中，还包括与所述PLC分析处理模块或所述接收模块连接的显示屏，所述显示屏与所述PLC分析处理模块连接，用于显示所述阴极 电流、所述阳极电流、所述立柱母线电流、所述槽壁温度或所述绝缘板的电压。

其中，还包括与所述接收模连接的WIFi模块。

其中，还包括与所述PLC分析处理模块连接的存储模块，用于存储所述采集模块采集的历史数据和当前数据。

其中，所述显示屏为触摸屏，用于为所述PLC分析处理模块输入控制指令。

其中，所述PLC分析处理模块与槽控机连接，所述槽控机通过接收所述PLC分析处理模块的处理结果，对所述电解槽进行升降阳极或下料。

其中，还包括无线组网模块，所述无线组网模块与多个所述Zigbee模块进行连接组网。

除此之外，本发明实施例还提供了一种电解铝设备，包括如上述任意一项所述的电解槽电流分布及安全监测系统。

本发明实施例提供的电解铝设备和电解槽电流分布及安全监测系统，与现有技术相比，具有以下优点：

本发明实施例提供的电解槽电流分布及安全监测系统，包括信息采集装置、Zigbee模块和接收模块，所述信息采集装置包括设置在阴极钢棒的阴极电流采集发射模块、设置在阳极钢棒的阳极电流采集发射模块、设置在立柱母线上的立柱母线电流采集发射模块、设置在电解槽的槽壁上的槽壁温度采集发射模块、设置在短路口的绝缘板的电压采集发射模块，通过将采集到的阴极电流、阳极电流、立柱母线电流、槽壁温度和绝缘板的电压，通过与所述信息采集装置无线连接的所述Zigbee模块发送到所述接收模块。

本发明实施例的电解铝设备，包括如上述所述的电解槽电流分布及安全监测系统。

所述电解铝设备以及电解槽电流分布及安全监测系统，通过实时无线采集电解槽的运行参数，如阴极电流、阳极电流、立柱母线电流、槽壁温度和绝缘板的电压，使得电解槽始终运行在安全的状况下，更 加稳定、节能，减少了事故的发生，提高了运行效率。同时由于采用无人检测的方式，采集效率更高、采集精度更高、多个电解槽可以同步进行数据采集，可以及时发现电流分布不均匀、偏流、漏槽、绝缘状况不良等问题，可以及时进行报警并采取措施进行应对，减少损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的电解槽电流分布及安全监测系统的一种具体实施方式中的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电解槽电流分布及安全监测系统的另一种具体实施方式中的结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术部分所述，目前主要是采用人工每天定时手持测温仪检查，检测周期长，不连续，不能及时发现漏槽并预警，容易造成事故发生。

基于此，本发明实施例所提供了一种电解槽电流分布及安全监测系统，包括信息采集装置、Zigbee模块和接收模块，所述信息采集装置包括设置在阴极钢棒的阴极电流采集发射模块、设置在阳极钢棒的阳极电流采集发射模块、设置在立柱母线上的立柱母线电流采集发射模块、设置在电解槽的槽壁上的槽壁温度采集发射模块、设置在短路口的绝缘板的电压采集发射模块，通过将采集到的阴极电流、阳极电流、立柱母线电流、槽壁温度和绝缘板的电压，通过与所述信息采集装置无线连接的所述Zigbee模块发送到所述接收模块。

本发明实施例还提供了一种电解铝设备，包括如上述所述的电解 槽电流分布及安全监测系统。

综上所述，本发明实施例提供的电解铝设备以及电解槽电流分布及安全监测系统，通过实时无线采集电解槽的运行参数，如阴极电流、阳极电流、立柱母线电流、槽壁温度和绝缘板的电压，使得电解槽始终运行在安全的状况下，更加稳定、节能，减少了事故的发生，提高了运行效率。同时由于采用无人检测的方式，采集效率更高、采集精度更高、多个电解槽可以同步进行数据采集，可以及时发现电流分布不均匀、偏流、漏槽、绝缘状况不良等问题，可以及时进行报警并采取措施进行应对，减少损失。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

请参考图1-2，图1为本发明实施例提供的电解槽电流分布及安全监测系统的一种具体实施方式中的结构示意图；图2为本发明实施例提供的电解槽电流分布及安全监测系统的另一种具体实施方式中的结构示意图。

在一种具体实施方式中，所述电解槽电流分布及安全监测系统，包括信息采集装置10、Zigbee模块20和接收模块30，所述信息采集装置10包括设置在阴极钢棒的阴极电流采集发射模块11、设置在阳极钢棒的阳极电流采集发射模块12、设置在立柱母线上的立柱母线电流采集发射模块13、设置在电解槽的槽壁上的槽壁温度采集发射模块14、设置在短路口的绝缘板的电压采集发射模块15，通过将采集到的阴极电流、阳极电流、立柱母线电流、槽壁温度和绝缘板的电压，通过与所述信息采集装置10无线连接的所述Zigbee模块20发送到所述 接收模块30。

信息采集装置10通过实时无线采集电解槽的运行参数，如阴极电流、阳极电流、立柱母线电流、槽壁温度和绝缘板的电压，使得电解槽始终运行在安全的状况下，更加稳定、节能，减少了事故的发生，提高了运行效率。同时由于采用无人检测的方式，采集效率更高、采集精度更高、多个电解槽可以同步进行数据采集，可以及时发现电流分布不均匀、偏流、漏槽、绝缘状况不良等问题，可以及时进行报警并采取措施进行应对，减少损失。

采用Zigbee模块20将信息采集装置10采集到的数据通过无线的方式传输到接收模块30，也可以避免电解槽生产中车间环境复杂、采集对象不能移动，接线难度大的问题。

需要指出的是，在本发明中信息采集装置10与Zigbee模块20也是通过无线的方式将采集到的数据发送到Zigbee模块20，而且信息采集装置10还可以包括其它的功能模块，用于检测电解槽的运行参数，本发明对此不作具体限定。

所述电解槽电流分布及安全监测系统对电解槽电流分布的测量，主要是通过测量毫伏压降数据，然后转换为电流数据，由于所测毫伏数据很小，设计仪表放大器进行放大后再进行测量，测量精度高。

温度监测主要是通过温度传感器，进行测量，然后通过无线形式发送至接收端。

绝缘监测是通过检测短路口的绝缘板的绝缘情况，通过监测短路口的电压变化进行判断。

之所以采用无线技术进行数据传输，主要是无线技术能保证网络的稳定性，电解铝设备以及电解槽电流分布及安全监测系统采用网状网络，极大的提高了稳定性好。但是电解车间环境复杂，干扰大，会有个别发射模块偶尔掉线的情况发生，在这种情况下，系统采用应答机制，没有收到某个发射模块发来的数据时，接收端会重新对其进行发射请求，使其从新发送采集数据，使系统保持稳定。

系统中的串口通讯增加首校验和结尾和值校验，保证数据传输的 正确性，避免干扰。采集方面将所测毫伏压降经过仪表放大器以后再进行A/D装换，仪表放大器放大倍数大，可达到0.1mv的精确度，能很好满足实际现场要求。

为了提供工作人员及时发现和快速处理突发事件，所述电解槽电流分布及安全监测系统还包括与所述接收模块30连接的报警模块，所述报警模块在检测到所述阴极电流、所述阳极电流、所述立柱母线电流、所述槽壁温度或所述绝缘板的电压中的任意一个超出阈值时，进行报警。

需要指出的是，这里的与之是指每一个参数对应的各自的阈值，例如，在检测到的阳极电流超出正常的安全生产时的阳极电流范围时，进行报警，这时正常的安全生产时的阳极电流范围就是阳极电流对应的阈值。当然，这个阈值的确定由实际的安全生产需要决定。

由于在实际生产过程中，即使是对一个电解槽进行检测，也会产生海量的数据，而只监测一个当前的数值，与阈值进行比较，只能会获得当前的电解槽出现了故障，甚至是知道电解槽的某个部位发生问题，但是有可能不知道深层次的原因，不知道是什么导致了这一部件发生问题，甚至是其它部件发生了问题，但是在这一部件中进行放大，即使进行维修，设备在后续的运行中，还会出现隐患，为避免这一现象，就需要综合进行分析，为提高分析效率，所述电解槽电流分布及安全监测系统还包括与所述接收模块30连接的PLC分析处理模块40，用于接收所述接收模块30接收到的所述阴极电流、所述阳极电流、所述立柱母线电流、所述槽壁温度或所述绝缘板的电压，并按照预设程序进行处理。

本发明对所述PLC分析处理模块40以及对从接收模块30接收到的阴极电流、阳极电流、立柱母线电流、槽壁温度或绝缘板的电压的处理过程不做具体限定。

PLC分析处理模块40对从接收模块30接收到的数据的处理，可以有多种方式，例如，将这些参数随着时间的运行的过程制作表格，从这些表格中对比发现第一个突变点，然后快速分析获得结论，找到 问题的整个，并快速处理故障，提高设备的安全运行时间。

PLC分析处理模块40的处理结果可以与打印机连接，将一些处理过程中产生的曲线等在图纸上显现出来，但是这样的时效性不强，不够直观。为提高操作人员的应对效率，所述电解铝设备以及电解槽电流分布及安全监测系统还包括与所述PLC分析处理模块40或所述接收模块30连接的显示屏，所述显示屏与所述PLC分析处理模块40连接，用于显示所述阴极电流、所述阳极电流、所述立柱母线电流、所述槽壁温度或所述绝缘板的电压。

需要说明的是，本发明对所述显示屏的尺寸、类型以及具体的显示内容不做具体限定。

由于在使用过程中，除了电解槽可能会发生一些问题，显示屏也可能出现故障，而且操作人员也不可能时刻盯着显示屏，甚至有时候操作人员还会离开显示屏，去做其它的事情，这时就需要有其它的方式有弥补，而手机是常用的通信工具，而且也是使用无线技术进行数据传输，可以使用连接WIFI的方式，将操作员的手机通过无线模块与接收模块30连接，从中获得需要的数据，即所述电解铝设备以及电解槽电流分布及安全监测系统还包括与所述接收模连接的WIFi模块。

操作员的手机上可以安装特定的APP模块，通过打开该APP模块实时查看电解槽的数据。

由于在电解槽的运行过程中，信息采集装置10会采集到大量的数据，而这些数据显示不同时段的电解槽的运行情况，虽然一般设备可以的运行区间较宽，但是不同的区间设备的老化程度，需要维护的频率完全不同。因此，就需要为电解槽制作一个病例，从该病例中获得不同时期电解槽的健康状况，便于后期的维护，这就需要将大量的数据进行存储。因此，所述电解槽电流分布及安全监测系统还包括与所述PLC分析处理模块40连接的存储模块，用于存储所述采集模块采集的历史数据和当前数据。

需要说明的是，本发明对存储模块的类型、存储空间的大小以及具体的放置位置不做具体限定。

减小电解槽电流分布及安全监测系统的尺寸，减少占据的空间，所述显示屏为触摸屏，用于为所述PLC分析处理模块40输入控制指令，这样就可以将显示和控制集成到一起，提高系统的集成度，降低成本。

系统还可以与槽控机相连接，通过分析电流数据，对电解槽的运行进行控制，即所述电解槽电流分布及安全监测系统所述PLC分析处理模块40与槽控机连接，所述槽控机通过接收所述PLC分析处理模块40的处理结果，对所述电解槽进行升降阳极或下料。

由于在实际的工作生产中，会有很多的电解槽同时工作，但是每一个电解槽对应一个Zigbee模块20，就有些资源浪费了，可以使用一个Zigbee模块20与多个电解槽相匹配的信息采集装置10进行通信，而通过多个Zigbee模块20进行组网运行，即可将工厂的的所有电解槽进行集中控制，既节约了设备成本，又节约了人力成本，提高了管理效率，因此所述电解槽电流分布及安全监测系统还包括无线组网模块，所述无线组网模块与多个所述Zigbee模块20进行连接组网。

使用电解槽电流分布及安全监测系统对电解槽进行检测，可以有以下的效果：

1、精细控制、节能降耗；及时处理阳极效应，将2分钟以上的正常效应控制在30秒以内；实现单点下料和分区下料控制，以利于降低极距；堵漏料单点定位，将堵漏料点预警缩短至5分钟内；

2、电解槽安全预警：电解槽的偏流预警；槽破损或漏槽检测；短路口绝缘下降预警、槽接地预警；

3、工艺深度分析。及时发现阳极掉块、长包等槽问题；及时发现槽底沉淀。

电解槽电流分布及安全监测系统应用于电解车间的电解槽阴阳极电流分布及安全状况的监测。一般系统阳极电流分布检测发射模块用等距离压降信号的测量夹具固定，方便拆卸，换极时只需要取下即可。所用卡具采用宽度可调设计，可以适用于不同尺寸的阳极导杆，提高了系统的适用范围。将采集到的数据在触摸屏上进行分析处理并 显示测量结果。阴极钢棒电流和温度检测模块采用八路发射模块，采用电源供电，进行长期监测。立柱母线电流及短路口绝缘的检测与阳极导杆电流检测装置原理相同。

除此之外，本发明实施例还提供了一种电解铝设备，包括如上述任意一项所述的电解槽电流分布及安全监测系统。

由于所述电解铝设备包括如上述所述电解槽电流分布及安全监测系统，也应该具有上述的电解槽电流分布及安全监测系统的有益效果，本发明对此不再做赘述。

综上所述，本发明实施例提供的电解铝设备以及电解槽电流分布及安全监测系统，通过实时无线采集电解槽的运行参数，如阴极电流、阳极电流、立柱母线电流、槽壁温度和绝缘板的电压，使得电解槽始终运行在安全的状况下，更加稳定、节能，减少了事故的发生，提高了运行效率。同时由于采用无人检测的方式，采集效率更高、采集精度更高、多个电解槽可以同步进行数据采集，可以及时发现电流分布不均匀、偏流、漏槽、绝缘状况不良等问题，可以及时进行报警并采取措施进行应对，减少损失。

以上对本发明所提供的电解铝设备以及电解槽电流分布及安全监测系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电解槽电流分布及安全监测系统，其特征在于，包括信息采集装置、Zigbee模块和接收模块，所述信息采集装置包括设置在阴极钢棒的阴极电流采集发射模块、设置在阳极钢棒的阳极电流采集发射模块、设置在立柱母线上的立柱母线电流采集发射模块、设置在电解槽的槽壁上的槽壁温度采集发射模块、设置在短路口的绝缘板的电压采集发射模块，通过将采集到的阴极电流、阳极电流、立柱母线电流、槽壁温度和绝缘板的电压，通过与所述信息采集装置无线连接的所述Zigbee模块发送到所述接收模块。

2.如权利要求1所述的电解槽电流分布及安全监测系统，其特征在于，还包括与所述接收模块连接的报警模块，所述报警模块在检测到所述阴极电流、所述阳极电流、所述立柱母线电流、所述槽壁温度或所述绝缘板的电压中的任意一个超出阈值时，进行报警。

3.如权利要求2所述的电解槽电流分布及安全监测系统，其特征在于，还包括与所述接收模块连接的PLC分析处理模块，用于接收所述接收模块接收到的所述阴极电流、所述阳极电流、所述立柱母线电流、所述槽壁温度或所述绝缘板的电压，并按照预设程序进行处理。

4.如权利要求3所述的电解槽电流分布及安全监测系统，其特征在于，还包括与所述PLC分析处理模块或所述接收模块连接的显示屏，所述显示屏与所述PLC分析处理模块连接，用于显示所述阴极电流、所述阳极电流、所述立柱母线电流、所述槽壁温度或所述绝缘板的电压。

5.如权利要求4所述的电解槽电流分布及安全监测系统，其特征在于，还包括与所述接收模连接的WIFi模块。

6.如权利要求5所述的电解槽电流分布及安全监测系统，其特征在于，还包括与所述PLC分析处理模块连接的存储模块，用于存储所述采集模块采集的历史数据和当前数据。

7.如权利要求6所述的电解槽电流分布及安全监测系统，其特征在于，所述显示屏为触摸屏，用于为所述PLC分析处理模块输入控制指令。

8.如权利要求7所述的电解槽电流分布及安全监测系统，其特征在于，所述PLC分析处理模块与槽控机连接，所述槽控机通过接收所述PLC分析处理模块的处理结果，对所述电解槽进行升降阳极或下料。

9.如权利要求8所述的电解槽电流分布及安全监测系统，其特征在于，还包括无线组网模块，所述无线组网模块与多个所述Zigbee模块进行连接组网。

10.一种电解铝设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的电解槽电流分布及安全监测系统。