CN110552025A - 一种电解铝智能换极测量系统装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电解技术领域，公开一种电解铝智能换极测量系统装置及方法。装置包括少于一组阳极提升装置、阳极测量机构、主控制器；每组阳极提升装置由两个阳极提升机构组成；两个阳极提升机构具有同步性；阳极测量机构包括安装支架、的升降装置、测距装置、测量杆行程计量装置；主控制器分别与阳极提升装置、阳极测量机构电连接。系统设有主控模块、显示控制模块、驱动控制模块、数据采集模块、遥控接口模块、电源保护模块。以及一种电解铝预焙槽智能更新新旧阳极块的方法。本发明的一种电解铝智能换极测量系统装置及方法，自动化程度高，工作效率高，应用环境范围大，有效的解放人力，减少误差。

Description

一种电解铝智能换极测量系统装置及方法

技术领域

本发明涉及电解技术领域，更具体地，涉及一种电解铝智能换极测量系统装置及方法。

背景技术

现代铝电解生产由于环保的要求，基本上都采用预焙槽进行，在预焙槽内换极时，由于新极在槽内坐落的高度是否满足电解工艺要求，是直接影响到电解槽的阳极电流分布，过高或过低都会使阳极电流分布不均匀，从而引起电解槽摆动，最终导致病槽。

在现有技术中，铝电解厂在换极时多采用人工划线法和基准平台测量法。人工划线法，主要是换极前，操作工人在需要更换的旧阳极导杆上画线记住位置；旧阳极提起来后用弯尺比划旧极画线，把位置记录到弯尺上；再用弯尺比划新极画线，把位置记录到新极上；放新极时按画线记录的位置下放新极。人工划线确认高度的方式，既增加了工人劳动强度、又容易产生误差(±10mm)；而基准平台测量法，以一个可移动的小车做为基准面，新旧阳极分别用底部与基准面平齐，新旧阳极记录行程。基准面不变时，新旧阳极记录的行程差即为阳极厚度差，配合行程记录设备记录的旧极位置即可完成换极测量。但该方法需有专门的人拖动基准平台小车,效率低。所以需要一种既能满足测量精度要求，又能减少现场人员操作的新型的阳极自动测高系统来填补此项应用空白。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术中的不足，提供一种能够自动化程度高，操作性强，精度高，能够有效的降低人工操作所带来的误差，以及危险性的电解铝智能换极测量系统装置及方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种电解铝智能换极测量装置，包括：不少于一组阳极提升装置、阳极测量机构、主控制器；

所述每组阳极提升装置由两个阳极提升机构组成；所述每个阳极提升机构上均设置有阳极行程计量装置；所述两个阳极提升机构具有同步性；所述每个阳极提升机构设置于天车上；

所述阳极测量机构包括设置在多功能天车安装支架底部，用于阳极测量机构升降的升降装置、设置在升降装置底部的测距装置、以及用于测量升降装置移动的测量杆行程计量装置；

所述主控制器分别与所述阳极提升装置、阳极测量机构电连接。

进一步地，所述每组阳极提升装置由两个阳极提升机构组成；所述两个阳极提升机构的升降杆在同一水平线上均设有位移传感器与调速阀；所述位移传感器、调速阀与主控制器电连接，用于实时监控阳极提升机构的升降距离，调节阳极提升机构的升降速度，保证两个阳极提升机构的位移、速度的同步性。

进一步地，所述阳极测量机构的升降装置包括直线导轨机构；所述直线导轨机构控制测距装置的升降；

所述直线导轨机构由电机、减速机、直线单元导轨组成；所述电机与减速机连接，固定在安装支架的底部；所述减速机连接直线单元导轨，所述直线单元导轨底部固定连接测距装置。

进一步地，所述阳极测量机构的测距装置由防尘冷却盒、螺旋管降温枪、激光测距机构组成；

所述防尘冷却盒的顶部固定在升降装置的底部；所述防尘冷却盒的内部设置螺旋管降温枪、激光测距机构；所述防尘冷却盒的外侧设置一镜头，激光测距机构通过镜头，测量阳极碳块的距离。

一种电解铝智能换极测量系统，包括主控制器；所述主控制器设有主控模块、显示控制模块、驱动控制模块、数据采集模块、遥控接口模块、电源保护模块；

所述主控模块分别与显示控制模块、驱动控制模块、数据采集模块、遥控接口模块、电源保护模块连接；所述主控模块设有PLC控制系统，用于接收、处理各个模块所传输的数据，并反馈给各个模块下达指令；

所述显示控制模块设有显示屏与LED屏，用于显示主控模块所接受，处理的各个模块所传输的数据、指令；

所述遥控接口模块与外部设置的遥控器电连接，实现通讯控制；

所述数据采集模块设有标准数字量与模拟量输入模块，用于将传感器所采集数据进行数字化转化，传输至主控模块；

所述驱动控制模块设有标准数字化与模拟量输出模块，用于将主控模块的指令进行转化，从而控制电解铝置换极测量装置中各个装置的升降位移。

进一步地，所述数据采集模块为阳极提升机构的行程计量装置、阳极测量机构的测距装置、测量杆行程计量装置的传感器所组成；所述数据采集模块用于采集阳极提升机构的天车升降距离参数、阳极测量机构的升降距离参数、以及测距装置的扫描阳极底面高度，并加以数字化传输至主控模块。

一种电解铝预焙槽智能更新新旧阳极块的方法，包括如下步骤：

S1：换极测量系统准备，调试；所述主控模块控制每组阳极提升装置中每个阳极提升机构处于同一水平位置，所述阳极测量机构复位到主控模块预先设置的指定位置；

S2：取旧机槽位：所述阳极提升机构下降吊取旧阳极，当重量测量传感器测得重力达到系统设定值时，记录a值，为旧极槽位；

S3：测旧阳极：主控制器控制天车将旧阳极运送到指定位置后，阳极提升机构吊取旧阳极至最高位，然后下降，同时打开阳极测量机构，测距装置自动扫描旧阳极底面，扫描完毕后，记录旧阳极下降高度b值，记录测距装置此时所处高度h值；

S4：卸放旧阳极，吊装新阳极；

S5：双阳极同步：主控制器自动启动双新阳极同步控制，控制调速阀的速度变化使两个阳极底部处于同一水平面；

S6：测新阳极：主控制器控制天车将新阳极运送到指定位置后，阳极提升机构吊取新阳极至最高位，然后下降，同时打开阳极测量机构，测距装置自动扫描新阳极底面，扫描完毕后，记录新阳极下降高度c值，记录测距装置此时所处高度n值；

S7：装放新阳极：主控制器控制天车运送新阳极到指定槽位，主控模块根据上述步骤所测得数据得到“新极槽位差”e，从而系统自动计算出新阳极应下降的高度d；新阳极下降高度d，新阳极下方停止；槽位夹紧夹具将新阳极固定。

进一步地，所述步骤S7中，“新极槽位差”e的计算方法为e＝(n-c)-(h-b)。

进一步地，所述步骤S7中。新阳极在装放至槽位时，所需要下降的高度d 的计算方法为d＝a-e。

进一步地，所述步骤S1-S7中，所测得参数a、b、c、d由阳极提升机构的位移传感器测量获得；所述参数h、n是通过阳极测量机构中测量杆行程计量装置测量获得。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的一种电解铝智能换极测量系统装置，其装置内部采用PLC自动化控制，操作人员只需在控制台操作装置移动，其抓取、测量、放置，均由 PLC自动控制系统，自动调节、测量、放置，有效的解放人力，减少误差。

(2)本发明的一种电解铝智能换极测量系统装置，其装置核心采用双阳极同步方式，既多功能天车设有两个阳极提升机构为一组的抓取装置，以此可以有效的提高测量效率，降低测量行程、有效提升测量精度。

(3)本发明的一种电解铝智能换极测量系统装置，由于其测量系统采用非接触的距离测量传感器得到阳极底面的精准高度数据，以此解决基准平台测量法中，常常因为平台基准面因为有落渣而导致测量数据不准确。

(4)本发明的一种电解铝智能换极测量系统装置及方法，由于其装置和测量替换方法均是采用PLC系统自动化控制，只需操作人员在高处控制台或远程控制台进行远程监控控制，则本系统可以有效的应用在电解铝厂的高温，粉尘，腐蚀气体及强磁场环境中，工作人员无需进入恶劣工况环境，既扩大了电解铝智能换极测量系统装置的应用范围，同时避免了工作人员在恶劣工况环境出现身体不适等问题。

附图说明

图1为一种电解铝智能换极测量装置的整体系统结构简图；

图2为阳极测量机构的结构图；

图3为阳极提升装置的结构简图；

图4为一种电解铝智能换极测量系统的系统框架图；

图5为一种电解铝预焙槽智能更新新旧阳极块的方法的步骤S1结构简图；

图6为一种电解铝预焙槽智能更新新旧阳极块的方法的步骤S2结构简图；

图7为一种电解铝预焙槽智能更新新旧阳极块的方法的步骤S3结构简图；

图8为一种电解铝预焙槽智能更新新旧阳极块的方法的步骤S6结构简图；

图9为一种电解铝预焙槽智能更新新旧阳极块的方法的步骤S7结构简图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

本发明的一种电解铝智能换极测量装置，包括多功能天车1，上述多功能天车1上安装有不少于一组阳极提升装置2、阳极测量机构3、主控制器；

如图1、3所示，上述电解铝智能换极测量装置的每组阳极提升装置1由两个阳极提升机构21组成；其中每个阳极提升机构21上均设置有阳极行程计量装置22；两个阳极提升机构21具有同步性；上述阳极提升机构21由升降杆26 组成，每个阳极提升机构21设置于天车1上；在本实施例1中，上述的阳极行程计量装置22为设置在阳极提升机构21的位移传感器，用来测量升降杆26升降的移动距离；并且，在两个阳极提升机构21的升降杆在同一水平线上均设有位移传感器22与调速阀23；其位移传感器22、调速阀23与主控制器电连接，用于实时监控阳极提升机构21的升降距离，调节阳极提升机构21的升降速度，保证两个阳极提升机构21的位移、速度的同步性。并且在每个阳极提升机构中设有重量测量传感器24，用来实时感应天车1升降杆26抓取阳极的重量变化。

在本实施例1中，上述阳极提升机构的升降主要由液压缸驱动，液压缸的活塞25杆与升降杆26连接，带动升降杆26的上下移动。

如图3所示，在本实施例1中，其阳极提升装置2中的双阳极提升机构21具有同步功能性，其原理：在提升新极的过程中双阳极被主控制器同步控制自动运行，当两个阳极提升到最高位或测量位时，双阳极同步控制完成。不影响天车工原有的操作流程。

阳极提升机构21抓取新阳极时通过重力变化自动记录阳极在地面时的高度位置。此高度位置即两个阳极位置，由阳极行程计量装置22即图中位移传感器提供。两个阳极的地面位置信息即是，以地面为水平的双阳极同步参考位。此参考位需要通过阳极提升装置2的起始位及阳极碳块、导杆的高度参数信息自动修正。

提升两个阳极时，系统自动监测两个阳极行程变化并与双阳极同步参考位实时对比。2号阳极52跟随1号阳极51速度提升，当2号阳极52高于1号阳极51 时调速阀23停止，当2号阳极52低于1号阳极51时调速阀23打开。确保两个阳极测量底面一直处于同一水平面。

双阳极同步工作时，系统显示屏B1和LED大屏B2会实时显示两个阳极的高度差值。只有当两个阳极的高度差为零，即小于1mm时才停止调控。

如图2所示，本发明的一种电解铝智能换极测量装置的阳极测量机构3，包括用于设置在多功能天车的安装支架11底部，用于阳极测量机构升降的升降装置31、设置在升降装置底部的测距装置32、以及用于测量升降装置移动的测量杆行程计量装置33；

在本发明中，阳极测量机构的升降装置31包括直线导轨机构4；直线导轨机构4控制测距装置32的升降；

如图2所示，直线导轨机构4由电机41、减速机42、直线单元导轨43组成；上述电机41与减速机42连接，并固定在安装支架11的底部；减速机42 连接直线单元导轨43，直线单元导轨43底部固定连接测距装置32；在直线单元导轨43上安装有测量杆行程计量装置33，上述测量杆行程计量装置33由拉线编码器331、拖链332组成，用于测量直线单元导轨43的升降距离。

上述阳极测量机构的测距装置32由防尘冷却盒321、螺旋管降温枪322、激光测距机构324组成；

防尘冷却盒321的顶部固定在升降装置31的底部；防尘冷却盒321的内部设置螺旋管降温枪322、激光测距机构324；防尘冷却盒321的外侧设置一镜头 323，激光测距机构324通过镜头323，测量阳极碳块的距离。上述防尘冷却盒321的内部设有温度传感器，由于实时监控测距防尘冷却盒1内部温度，防止温度过高，导致阳极测量机构3出现测量问题。在本实施例中，激光测距机构324为激光测距传感器。

上述本发明的主控制器分别与所述阳极提升装置2、阳极测量机构3电连接。

如图4所示，一种电解铝智能换极测量系统，包括主控制器，上述主控制器采用PLC芯片；所述主控制器设有主控模块A、显示控制模块B、驱动控制模块C、数据采集模块D、遥控接口模块E、电源保护模块F；

上述主控模块A分别与显示控制模块B、驱动控制模块C、数据采集模块 D、遥控接口模块E、电源保护模块F连接；主控模块A设有PLC控制系统，用于接收、处理各个模块所传输的数据，并反馈给各个模块下达指令；

上述显示控制模B块设有显示屏与LED屏，用于显示主控模块A所接受，处理的各个模块所传输的数据、指令；上述显示屏B1与LED屏B2通过无线数据接口或者有线数据接口实现数据的传递。

上述遥控接口模块E与外部设置的遥控器电连接，实现通讯控制；

上述数据采集模块D设有标准数字量与模拟量输入模块，用于将传感器所采集数据进行数字化转化，传输至主控模块；

上述驱动控制模块C设有标准数字化与模拟量输出模块，用于将主控模块的指令进行转化，从而控制电解铝置换极测量装置中各个装置的升降位移。

上述电源保护模块F为DC24V的控制电源和AC220V的电机动力电源的保护电路，用于保护为系统电源与主控制器的连接。

在本发明的一种电解铝智能换极测量系统中，上述数据采集模块为阳极提升机构21的行程计量装置22、阳极测量机构3的测距装置32、测量杆行程计量33装置的传感器所组成，上述测量杆行程计量装置33的传感器即为拉线编码器331，其作用与阳极提升机构21的位移传感器一致，用于感应阳极测量机构3升降位置的变化；数据采集模块D用于采集阳极提升机构21的天车升降距离参数、阳极测量机构3的升降距离参数、以及测距装置32的扫描阳极底面高度、以及吊取新旧阳极的重量等多种数据，并加以数字化传输至主控模块A。

上述驱动控制模块C中设有提升驱动模块、驱动控制模块、停车制动控制模块、报警输出模块、传感器冷却控制模块。上述提升驱动模块C主要用于控制阳极提升机构21的升降；以及用于控制阳极测量机构3的升降；停车制动控制模块主要用于对各个升降装置中安装的制动器控制，起到保护移动机构的作用；报警输出模块主要在于给新阳极放置位置到位提示、各类安全报警信息需要通过此模块传递给主控模块，以此通知操作人员；传感器冷却控制模块的作用在于解决电解铝车间工作温度较高，保证电子元件的使用寿命，及时通过气阀控制压缩空气进入螺旋管降温枪322对测距装置32降温冷却的目的。

一种电解铝预焙槽智能更新新旧阳极块的方法，包括如下步骤：

S1：如图5所示，换极测量系统准备，调试；主控模块A控制每组阳极提升装置2中每个阳极提升机构21处于同一水平位置，阳极测量机构3复位到主控模块A预先设置的指定位置；将新阳极放置到指定位置，多功能天车1对新旧阳极的顶部进行打壳处理，方便后期吊取阳极。

S2：如图6所示，取旧机槽位：上述阳极提升机构21下降吊取旧阳极，当重量测量传感器24测得重力达到系统设定值时，记录a值，为旧极槽位；

S3：测旧阳极：主控制器控制天车将旧阳极运送到指定位置后，阳极提升机构21吊取旧阳极至最高位，然后下降，同时打开阳极测量机构3，测距装置 32自动扫描旧阳极底面，扫描完毕后，记录旧阳极下降高度b值，记录测距装置32此时所处高度h值；

S4：如图7所示，卸放旧阳极，吊装新阳极；主控制器控制阳极提升机构 21移动到指定位置卸放旧阳极，卸放完毕后，吊装新阳极。

S5：双阳极同步：主控制器自动启动双新阳极同步控制，控制调速阀23的速度变化使两个阳极底部处于同一水平面；

S6：如图8所示，测新阳极：主控制器控制天车将新阳极运送到指定位置后，阳极提升机构21吊取新阳极至最高位，然后下降，同时打开阳极测量机构 3，测距装置32自动扫描新阳极底面，扫描完毕后，记录新阳极下降高度c值，记录测距装置此时所处高度n值；

S7：如图9所示，装放新阳极：主控制器控制天车运送新阳极到指定槽位，主控模块A根据上述步骤所测得数据得到“新极槽位差”e，从而系统自动计算出新阳极应下降的高度d；新阳极下降高度d，新阳极下方停止；槽位夹紧夹具将新阳极固定。

在S7步骤中，当主控制器获得主控模块A计算所得的“新极槽位差”e时，同时控制阳极提升机构21下降，装放新阳极，新阳极在下降的过程中，阳极行程计量装置22时刻记录阳极提升机构21的位置，并反馈至主控模块A；当主控模块A通过数据计算测得其中一个阳极提升机构21下降的高度所计算出来的“新极槽位差”e小于300mm时，主控模块A会自动降低新阳极下方速度，当两个阳极提升机构21的所处位置的“新极槽位差”e均小于1mm，主控模块A自动控制提升机构停止运动。

在本发明的一种电解铝预焙槽智能更新新旧阳极块的方法的步骤S7中，“新极槽位差”e的计算方法为e＝(n-c)-(h-b)。

在本发明的一种电解铝预焙槽智能更新新旧阳极块的方法，新阳极在装放至槽位时，所需要下降的高度d的计算方法为d＝a-e。

上述步骤S1-S7中，所测得参数a、b、c、d由阳极提升机构的位移传感器测量获得；上述参数h、n是通过阳极测量机构3中测量杆行程计量装置32测量获得。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电解铝智能换极测量装置，包括多功能天车，其特征在于，包括：不少于一组阳极提升装置、阳极测量机构、主控制器；

所述每组阳极提升装置由不少于两个阳极提升机构组成；所述每个阳极提升机构上均设置有阳极行程计量装置；所述两个阳极提升机构具有同步性；所述每个阳极提升机构设置于多功能天车上；

所述阳极测量机构包括用于设置在多功能天车的安装支架底部，用于阳极测量机构升降的升降装置、设置在升降装置底部的测距装置、以及用于测量升降装置移动的测量杆行程计量装置；

所述主控制器分别与所述阳极提升装置、阳极测量机构电连接。

2.根据权利要求1所述的一种电解铝智能换极装置，其特征在于，所述每组阳极提升装置由两个阳极提升机构组成；所述两个阳极提升机构的升降杆在同一水平线上均设有位移传感器与调速阀；所述位移传感器、调速阀与主控制器电连接，用于实时监控阳极提升机构的升降距离，调节阳极提升机构的升降速度，保证两个阳极提升机构的位移、速度的同步性。

3.根据权利要求1所述的一种电解铝智能换极装置，其特征在于，所述阳极测量机构的升降装置包括直线导轨机构；所述直线导轨机构控制测距装置的升降；

所述直线导轨机构由电机、减速机、直线单元导轨组成；所述电机与减速机连接，固定在安装支架的底部；所述减速机连接直线单元导轨，所述直线单元导轨底部固定连接测距装置。

4.根据权利要求1所述的一种电解铝智能换极装置，其特征在于，所述阳极测量机构的测距装置由防尘冷却盒、螺旋管降温枪、激光测距机构组成；

所述防尘冷却盒的顶部固定在升降装置的底部；所述防尘冷却盒的内部设置螺旋管降温枪、激光测距机构；所述防尘冷却盒的外侧设置一镜头，激光测距机构通过镜头，测量阳极碳块的距离。

5.一种电解铝智能换极测量系统，其特征在于，包括主控制器；所述主控制器设有主控模块、显示控制模块、驱动控制模块、数据采集模块、遥控接口模块、电源保护模块；

所述主控模块分别与显示控制模块、驱动控制模块、数据采集模块、遥控接口模块、电源保护模块连接；所述主控模块设有PLC控制系统，用于接收、处理各个模块所传输的数据，并反馈给各个模块下达指令；

所述显示控制模块设有显示屏与LED屏，用于显示主控模块所接受，处理的各个模块所传输的数据、指令；

所述遥控接口模块与外部设置的遥控器电连接，实现通讯控制；

所述数据采集模块设有标准数字量与模拟量输入模块，用于将传感器所采集数据进行数字化转化，传输至主控模块；

所述驱动控制模块设有标准数字化与模拟量输出模块，用于将主控模块的指令进行转化，从而控制电解铝置换极测量装置中各个装置的升降位移。

6.根据权利要求5所述的一种电解铝智能换极测量系统，其特征在于，所述数据采集模块为阳极提升机构的行程计量装置、阳极测量机构的测距装置、测量杆行程计量装置的传感器所组成；所述数据采集模块用于采集阳极提升机构的天车升降距离参数、阳极测量机构的升降距离参数、以及测距装置的扫描阳极底面高度，并加以数字化传输至主控模块。

7.一种电解铝预焙槽智能更新新旧阳极块的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：换极测量系统准备，调试；所述主控模块控制每组阳极提升装置中每个阳极提升机构处于同一水平位置，所述阳极测量机构复位到主控模块预先设置的指定位置；

S2：取旧机槽位：所述阳极提升机构下降吊取旧阳极，当重量测量传感器测得重力达到系统设定值时，记录a值，为旧极槽位；

S3：测旧阳极：主控制器控制天车将旧阳极运送到指定位置后，阳极提升机构吊取旧阳极至最高位，然后下降，同时打开阳极测量机构，测距装置自动扫描旧阳极底面，扫描完毕后，记录旧阳极下降高度b值，记录测距装置此时所处高度h值；

S4：卸放旧阳极，吊装新阳极；

S5：双阳极同步：主控制器自动启动双新阳极同步控制，控制调速阀的速度变化使两个阳极底部处于同一水平面；

S6：测新阳极：主控制器控制天车将新阳极运送到指定位置后，阳极提升机构吊取新阳极至最高位，然后下降，同时打开阳极测量机构，测距装置自动扫描新阳极底面，扫描完毕后，记录新阳极下降高度c值，记录测距装置此时所处高度n值；

S7：装放新阳极：主控制器控制天车运送新阳极到指定槽位，主控模块根据上述步骤所测得数据得到“新极槽位差”e，从而系统自动计算出新阳极应下降的高度d；新阳极下降高度d，新阳极下方停止；槽位夹紧夹具将新阳极固定。

8.根据权利要求7所述的一种电解铝预焙槽智能更新新旧阳极块的方法，其特征在于，所述步骤S7中，“新极槽位差”e的计算方法为e＝(n-c)-(h-b)。

9.根据权利要求7所述的一种电解铝预焙槽智能更新新旧阳极块的方法，其特征在于，所述步骤S7中，新阳极在装放至槽位时，所需要下降的高度d的计算方法为d＝a-e。

10.根据权利要求7所述的一种电解铝预焙槽智能更新新旧阳极块的方法，其特征在于，所述步骤S1-S7中，所测得参数a、b、c、d由阳极提升机构的位移传感器测量获得；所述参数h、n是通过阳极测量机构中测量杆行程计量装置测量获得。