CN110952113A - 一种电解铝监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种电解铝监控系统，耦合隔离电路接收一设备层子系统的终端信号，经三极管Q1放大后与+5V耦合，经MOS管T1开关后一路经光电耦合器U1隔离后进入还原滤波电路还原终端信号，经滤波后作为调制信号，另一路进入载波发生电路，作为压控信号控制压控震荡电路产生载波信号，设置谐振电路一路反馈到三极管Q2的基极，提高频率的稳定性，另一路经检波后分别反馈到压控信号的正、负端，降低幅度失真，调制电路通过变压器T1将接收的载波信号加到三极管Q3的基极，通过变压器T2将接收的调制信号加到三极管Q3的发射极，三极管Q3集电极调谐回路输出调幅波到发射器，对不同系统设立不同的载波信号进行传输，以此防止设备层子系统间信号传输干扰的问题。

Description

一种电解铝监控系统
技术领域
本发明涉及电网数据采集技术领域，特别是涉及一种电解铝监控系统。
背景技术
近年电解铝行业生产迅速扩张，由于其为高能耗产业，迫于国际化竞争与环境保护的压力，该行业对产能提高、效率提升、成本降低、污染减排等方面迫切需要有效的优化方式。随着新建项目规模的逐渐扩大，供电电压等级的不断提高，供电电流的逐步增大，对电解铝行业的安全生产、高效管理提出了更高要求。
目前电解铝监控系统分为包含整流所自动化系统、空压站压缩空气系统、电解操控系统、视频监控系统等子系统组成的设备层、综合监控系统的监控层，为了防止设备层子系统间信号传输干扰，采用设备层子系统独立组网，与其它子系统物理隔离，监控层采用开放式、双机双网络分层分布式结构，其保障系统安全稳定运行，但独立组网以及采用开放式、双机双网络分层分布式结构，需要全新的设备的持续投入，成本高，且独立组网目前尚处于试验阶段，商业化还需要时间完成。
所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种电解铝监控系统，通过对不同系统设立不同的载波信号进行传输，有效的解决了设备层子系统间信号传输干扰的问题。
其解决的技术方案是，包括设备层、监控层，其特征在于，设备层子系统的终端信号通过耦合隔离电路、还原滤波电路、载波发生电路、调制电路进行设备层子系统间信号传输防干扰处理后，再通过现有公用网络传输到监控层；
所述耦合隔离电路接收一设备层子系统的终端信号，经三极管Q1放大后与+5V耦合，经MOS管T1开关后一路经光电耦合器U1隔离后进入还原滤波电路，通过电阻R10、二极管D1、电容C6产生的-5V电压加到运算放大器AR1反相输入端还原终端信号，之后经电感L2、电感L3、变容二极管BD3、电容C4滤波后作为调制信号，另一路进入载波发生电路，作为压控信号控制运用三极管Q2、电容C8、电容C9以及串联的变容二极管BD2和电容C13、电感L3组成的压控震荡电路产生载波信号，设置串联的电感L1和电容C6并联电阻R6再串联电容C7组成的谐振电路一路反馈频率信号到三极管Q2的基极，提高频率的稳定性，另一路经二极管D3和D4检波后分别反馈到压控信号的正、负端，降低幅度失真，所述调制电路通过变压器T1将接收的载波信号加到三极管Q3的基极，通过变压器T2将接收的调制信号加到三极管Q3的发射极，三极管Q3集电极调谐回路输出调幅波到发射器，由发射器、公用网络传输到综合监控系统。
本发明的有益效果是：1，一设备层子系统的终端信号一路经三极管Q1放大后与+5V耦合，之后加到MOS管T1的漏极，另一路经反向串联的稳压管Z1和Z2保护后加到MOS管T1的栅极，MOS管T1开关导通，耦合信号一路经光电耦合器U1隔离后进入通过电阻R9加到运算放大器AR1同相输入端，运算放大器AR1反相输入端接入由电阻R10、二极管D1、电容C6产生的-5V电压，以还原终端信号，电阻R11为运算放大器AR1的反馈电阻，对还原后终端信号进行比例放大，提高了终端信号接收的精度；
2，光电耦合器U1输出信号作为压控信号控制三极管Q2、电容C8、电容C9以及串联的变容二极管BD2和电容C13、电感L3组成的压控震荡电路产生载波信号，并设置串联的电感L1和电容C6并联电阻R6再串联电容C7组成的谐振电路一路反馈频率信号到三极管Q2的基极，提高频率的稳定性，另一路经二极管D3和D4检波后分别反馈到压控信号的正、负端，降低幅度失真，最后通过调制电路调制后输出到发射器，对不同系统设立不同的载波信号进行传输，以此防止设备层子系统间信号传输干扰的问题。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。
一种电解铝监控系统，包括设备层、监控层，设备层子系统包括整流所自动化系统、空压站压缩空气系统、电解操控系统、视频监控系统，设备层子系统的终端信号通过耦合隔离电路、还原滤波电路、载波发生电路、调制电路进行设备层子系统间信号传输防干扰处理后，再通过现有公用网络传输到监控层；
所述耦合隔离电路接收一设备层子系统的终端信号，经三极管Q1放大后与+5V耦合，经MOS管T1开关后一路经光电耦合器U1隔离后进入还原滤波电路，通过电阻R10、二极管D1、电容C6产生的-5V电压加到运算放大器AR1反相输入端还原终端信号，之后经电感L2、电感L3、变容二极管BD3、电容C4滤波后作为调制信号，另一路进入载波发生电路，作为压控信号控制三极管Q2、电容C8、电容C9以及串联的变容二极管BD2和电容C13、电感L3组成的压控震荡电路产生载波信号，设置串联的电感L1和电容C6并联电阻R6再串联电容C7组成的谐振电路一路反馈频率信号到三极管Q2的基极，提高频率的稳定性，另一路经二极管D3和D4检波后分别反馈到压控信号的正、负端，降低幅度失真，所述调制电路通过变压器T1将接收的载波信号加到三极管Q3的基极，通过变压器T2将接收的调制信号加到三极管Q3的发射极，三极管Q3集电极调谐回路输出调幅波到发射器，由发射器、公用网络传输到综合监控系统，也即通过对不同系统设立不同的载波信号进行传输，来代替独立组网，能有效的兼顾设备层子系统间信号传输干扰和独立组网成本高的问题；
所述耦合隔离电路接收一设备层子系统的终端信号 (如电解车间等生产参数信息和设备状态信息等) ，一路经三极管Q1放大后与+5V耦合（在此说明，设备层不同子系统，包括整流所自动化系统、空压站压缩空气系统、电解操控系统、视频监控系统，采用不同电压进行耦合，使不同系统的终端信号之间在幅度上有明显的区别，避免信号幅度相近易被识别错误的问题），之后加到MOS管T1的漏极，另一路经反向串联的稳压管Z1和Z2保护后（防止尖峰损坏MOS管T1）加到MOS管T1的栅极，MOS管T1开关导通，耦合信号一路经光电耦合器U1隔离后进入还原滤波电路，另一路进入载波发生电路，包括电阻R1，电阻R1的一端和电阻R2的一端接收一设备层子系统的终端信号，电阻R2的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接地，三极管Q1的集电极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端分别连接电阻R4的一端、接地电阻R5的一端、MOS管T1的漏极，电阻R4的另一端连接电源+5V，电阻R1的另一端连接MOS管T1的栅极，MOS管T1的源极分别连接光电耦合器U1的引脚1、电容C1的一端、变容二极管BD1的正极，光电耦合器U1的引脚2、电容C1的另一端、电容C2的一端连接地，光电耦合器U1的引脚3和电容C2的另一端连接信号地，光电耦合器U1的引脚4为耦合隔离电路的输出信号；
所述还原滤波电路将接收的光电耦合器U1隔离后电信号通过电阻R9加到运算放大器AR1同相输入端，运算放大器AR1反相输入端接入由电阻R10、二极管D1、电容C6产生的-5V电压，以还原终端信号，电阻R11为运算放大器AR1的反馈电阻，对还原后终端信号进行比例放大，之后经电感L2串联变容二极管BD3、电容C3滤除高频杂波信号，变容二极管BD3、串联的电容C3电感L3、电容C3组成的调谐回路选频，滤除终端信号频率以外的，电感L3、电容C4滤除低频杂波信号，最后经电容C5耦合到调制电路中变压器T2的初级，包括连接电阻R9的一端，电阻R9的一端连接光电耦合器U1的引脚4，电阻R9的另一端分别连接运算放大器AR1的同相输入端、电阻R11的一端，运算放大器AR1的反相输入端分别连接电阻R10的一端、二极管D1的正极，二极管D1的负极分别连接电容C6一端、电阻R4的另一端，电容C6的另一端连接信号地，电阻R10的另一端连接电源+5V，运算放大器AR1的输出端分别连接电阻R11的一端、电容C3的一端，电容C3的另一端连接电感L2的一端，电感L2的另一端分别连接变容二极管BD3的负极、电容C4的一端，电容C4的另一端分别连接电感L3的一端、电容C5的一端，电容C5的另一端连接变压器T2初级线圈的一端，变容二极管BD3的正极和电感L3的另一端连接变压器T2初级线圈的另一端；
所述载波发生电路接收光电耦合器输出的信号，其作为压控信号加到变容二极管BD2的负极，控制三极管Q2、电容C8、电容C9以及串联的变容二极管BD2和电容C13、电感L3组成的压控震荡电路产生载波信号，并设置串联的电感L1和电容C6并联电阻R6再串联电容C7组成的谐振电路与载波信号进行谐振，谐振频率信号一路反馈到三极管Q2的基极，提高压控震荡电路震荡频率的稳定性，另一路经二极管D3检波后反馈异常高电压到压控信号的负端，二极管D4检波后反馈异常低电压到压控信号正端，以降低震荡电路的震荡幅度失真，包括电阻R14，电阻R14的一端连接MOS管T1的源极，电阻R14的另一端分别连接电容C13的一端、变容二极管BD2的负极、电阻R14的一端，变容二极管BD2的正极分别连接电感L3的一端、变容二极管BD1的正极，变容二极管BD1的负极分别连接电阻R14的另一端、三极管Q2的基极、电容C7的一端、电容C9的一端、电阻R12的一端，三极管Q2的发射极分别连接电容C9的另一端、电容C8的一端、电阻R7的一端、电容C14的一端，三极管Q2的集电极连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端和电阻R12的另一端连接MOS管T1的源极，电容C14的另一端连接电感L1的一端、电阻R6的一端，电阻R6的另一端分别连接电容C6的一端、电容C7的另一端、稳压二极管D3的正极、稳压二极管D4的负极，电容C6的另一端连接电感L1的另一端，稳压二极管D4的正极连接变容二极管BD2的负极，稳压二极管D3的负极、电容C13的另一端、电感L3的另一端、电容C8的另一端、电阻R7的另一端均连接信号地；
所述调制电路通过变压器T1将接收的载波信号加到三极管Q3的基极，通过变压器T2将接收的调制信号加到三极管Q3的发射极，三极管Q3集电极调谐回路（三极管Q3集电极、变压器T3串联电容C12组成调谐回路）输出调幅波到发射器，由发射器、公用网络传输到综合监控系统，其中变压器T1、变压器T3的电源均为光电耦合器U1输出信号，以区别不同系统载波的幅度，包括变压器T1，变压器T1初级线圈的一端连接电容C14的另一端、变压器T1初级线圈的另一端连接信号地，变压器T1次级线圈的一端连接三极管Q3的基极，变压器T1次级线圈的另一端分别连接电阻R8的一端、电阻R15的一端、电容C10的一端，电阻R8的另一端、电容C10的另一端连接信号地，电阻R15的另一端连接MOS管T1的源极，三极管Q3的发射极分别连接电容C11的一端、变压器T2的次级线圈一端，电容C11的另一端连接变压器T2的次级线圈另一端，三极管Q3的集电极连接变压器T3的中间抽头，变压器T3的初级线圈一端连接电容C12的一端，变压器T3的初级线圈另一端连接电容C12的另一端，变压器T3的次级线圈输出调幅波，由发射器发射到综合监控系统。
本发明具体使用时，所述耦合隔离电路接收一设备层子系统的终端信号，一路经三极管Q1放大后与+5V耦合，之后加到MOS管T1的漏极，另一路经反向串联的稳压管Z1和Z2保护后加到MOS管T1的栅极，MOS管T1开关导通，耦合信号一路经光电耦合器U1隔离后进入还原滤波电路，另一路进入载波发生电路，所述还原滤波电路将接收的光电耦合器U1隔离后电信号通过电阻R9加到运算放大器AR1同相输入端，运算放大器AR1反相输入端接入由电阻R10、二极管D1、电容C6产生的-5V电压，以还原终端信号，对还原后终端信号进行比例放大，之后经电感L2串联变容二极管BD3、电容C3滤除高频杂波信号，变容二极管BD3、串联的电容C3电感L3、电容C3组成的调谐回路选频，滤除终端信号频率以外的，电感L3、电容C4滤除低频杂波信号，最后经电容C5耦合到调制电路中变压器T2的初级，提高了终端信号接收的精度，所述载波发生电路接收光电耦合器输出的信号，其作为压控信号加到变容二极管BD2的负极，控制三极管Q2、电容C8、电容C9以及串联的变容二极管BD2和电容C13、电感L3组成的压控震荡电路产生载波信号，并设置串联的电感L1和电容C6并联电阻R6再串联电容C7组成的谐振电路与载波信号进行谐振，谐振频率信号一路反馈到三极管Q2的基极，提高压控震荡电路震荡频率的稳定性，另一路经二极管D3检波后反馈异常高电压到压控信号的负端，二极管D4检波后反馈异常低电压到压控信号正端，以降低震荡电路的震荡幅度失真，所述调制电路通过变压器T1将接收的载波信号加到三极管Q3的基极，通过变压器T2将接收的调制信号加到三极管Q3的发射极，三极管Q3集电极调谐回路（三极管Q3集电极、变压器T3串联电容C12组成调谐回路）输出调幅波到发射器，由发射器、公用网络传输到综合监控系统，其中变压器T1、变压器T3的电源均为光电耦合器U1输出信号，以区别不同系统载波的幅度。

Claims (6)

1.一种电解铝监控系统，包括设备层、监控层，其特征在于，设备层子系统的终端信号通过耦合隔离电路、还原滤波电路、载波发生电路、调制电路进行设备层子系统间信号传输防干扰处理后，再通过现有公用网络传输到监控层；
所述耦合隔离电路接收一设备层子系统的终端信号，经三极管Q1放大后与+5V耦合，经MOS管T1开关后一路经光电耦合器U1隔离后进入还原滤波电路，通过电阻R10、二极管D1、电容C6产生的-5V电压加到运算放大器AR1反相输入端还原终端信号，之后经电感L2、电感L3、变容二极管BD3、电容C4滤波后作为调制信号，另一路进入载波发生电路，作为压控信号控制三极管Q2、电容C8、电容C9以及串联的变容二极管BD2和电容C13、电感L3组成的压控震荡电路产生载波信号，设置串联的电感L1和电容C6并联电阻R6再串联电容C7组成的谐振电路一路反馈频率信号到三极管Q2的基极，提高频率的稳定性，另一路经二极管D3和D4检波后分别反馈到压控信号的正、负端，降低幅度失真，所述调制电路通过变压器T1将接收的载波信号加到三极管Q3的基极，通过变压器T2将接收的调制信号加到三极管Q3的发射极，三极管Q3集电极调谐回路输出调幅波到发射器，由发射器、公用网络传输到综合监控系统。
2.如权利要求1所述一种电解铝监控系统，其特征在于，所述耦合隔离电路包括电阻R1，电阻R1的一端和电阻R2的一端接收一设备层子系统的终端信号，电阻R2的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接地，三极管Q1的集电极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端分别连接电阻R4的一端、接地电阻R5的一端、MOS管T1的漏极，电阻R4的另一端连接电源+5V，电阻R1的另一端连接MOS管T1的栅极，MOS管T1的源极分别连接光电耦合器U1的引脚1、电容C1的一端、变容二极管BD1的正极，光电耦合器U1的引脚2、电容C1的另一端、电容C2的一端连接地，光电耦合器U1的引脚3和电容C2的另一端连接信号地，光电耦合器U1的引脚4为耦合隔离电路的输出信号。
3.如权利要求1所述一种电解铝监控系统，其特征在于，所述还原滤波电路包括连接电阻R9的一端，电阻R9的一端连接光电耦合器U1的引脚4，电阻R9的另一端分别连接运算放大器AR1的同相输入端、电阻R11的一端，运算放大器AR1的反相输入端分别连接电阻R10的一端、二极管D1的正极，二极管D1的负极分别连接电容C6一端、电阻R4的另一端，电容C6的另一端连接信号地，电阻R10的另一端连接电源+5V，运算放大器AR1的输出端分别连接电阻R11的一端、电容C3的一端，电容C3的另一端连接电感L2的一端，电感L2的另一端分别连接变容二极管BD3的负极、电容C4的一端，电容C4的另一端分别连接电感L3的一端、电容C5的一端，电容C5的另一端连接变压器T2初级线圈的一端，变容二极管BD3的正极和电感L3的另一端连接变压器T2初级线圈的另一端。
4.如权利要求1所述一种电解铝监控系统，其特征在于，所述载波发生电路包括电阻R14，电阻R14的一端连接MOS管T1的源极，电阻R14的另一端分别连接电容C13的一端、变容二极管BD2的负极、电阻R14的一端，变容二极管BD2的正极分别连接电感L3的一端、变容二极管BD1的正极，变容二极管BD1的负极分别连接电阻R14的另一端、三极管Q2的基极、电容C7的一端、电容C9的一端、电阻R12的一端，三极管Q2的发射极分别连接电容C9的另一端、电容C8的一端、电阻R7的一端、电容C14的一端，三极管Q2的集电极连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端和电阻R12的另一端连接MOS管T1的源极，电容C14的另一端连接电感L1的一端、电阻R6的一端，电阻R6的另一端分别连接电容C6的一端、电容C7的另一端、稳压二极管D3的正极、稳压二极管D4的负极，电容C6的另一端连接电感L1的另一端，稳压二极管D4的正极连接变容二极管BD2的负极，稳压二极管D3的负极、电容C13的另一端、电感L3的另一端、电容C8的另一端、电阻R7的另一端均连接信号地。
5.如权利要求1所述一种电解铝监控系统，其特征在于，所述调制电路包括变压器T1，变压器T1初级线圈的一端连接电容C14的另一端、变压器T1初级线圈的另一端连接信号地，变压器T1次级线圈的一端连接三极管Q3的基极，变压器T1次级线圈的另一端分别连接电阻R8的一端、电阻R15的一端、电容C10的一端，电阻R8的另一端、电容C10的另一端连接信号地，电阻R15的另一端连接MOS管T1的源极，三极管Q3的发射极分别连接电容C11的一端、变压器T2的次级线圈一端，电容C11的另一端连接变压器T2的次级线圈另一端，三极管Q3的集电极连接变压器T3的中间抽头，变压器T3的初级线圈一端连接电容C12的一端，变压器T3的初级线圈另一端连接电容C12的另一端，变压器T3的次级线圈输出调幅波，由发射器发射到综合监控系统。
6.如权利要求1所述一种电解铝监控系统，其特征在于，所述设备层子系统包括整流所自动化系统、空压站压缩空气系统、电解操控系统、视频监控系统。
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