CN111485257A - 一种基于正交脉冲技术的电解槽母线保护的拉绳装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于正交脉冲技术的电解槽母线保护的拉绳装置，包括钢丝绳、自动卷绕机构、正交编码器和外壳，外壳一端开口，正交编码器固定连接在外壳内，自动卷绕机构安装在外壳内且与正交编码器的转轴连接，钢丝绳从外壳下端穿入连接到自动卷绕机构。本发明通过钢丝绳、自动卷绕机构和正交编码器，采用正交编码器计算钢丝绳缠绕的圈数，从而间接计算出钢丝绳行走距离（行走距离与编码器圈数为正比例关系），钢丝绳固定连接在母线上，从而测得母线上下行走的距离，计算结果更精确，无需定期校准，有效避免母线接近上下限位置时引起的座槽和脱极，大大提高安全生成，降低重大安全事故的发生概率，降低因设备损坏或停机导致的损失。

Description

一种基于正交脉冲技术的电解槽母线保护的拉绳装置

技术领域

本发明属于电解槽母线保护设备技术领域，涉及一种基于正交脉冲技术的电解槽母线保护的拉绳装置。

背景技术

铝电解槽的母线位置是生产工艺的重要参数，涉及工艺参数及安全系数。母线位置由提升电机及减速箱直接控制，提升电机由专用设备槽控机控制，通过提升电机的正、反转控制母线的上升或下降。母线的移动可引起电解槽电压发生变化，一般情况下，母线上升会让电解槽电压上升，母线下降会让电解槽电压下降。槽控机通过读取电解槽电压的数值，经过与其它参数进行复杂及计算，确定电机的控制（即母线的静止、升、降）状态。使得电解槽电压稳定在一个范围内，满足生产工艺要求及安全要求。

母线的极限移动距离是400毫米（最上端与最下端位置差）。以前，槽控机通过分析电解槽电压，分析出母线相对上下端的升降，母线移动距离与电解槽电压变化值关系并非简单函数关系。对于母线绝对位置，只能用估算的方式：根据电机正反转动作的时间和母线的初始位置来估计母线的位移距离。这种方式误差极大，需要操作工定期去校准。

母线位置是个与安全关系极其重要的参数，主要表现为：在母线的位置接近上限位置、下限位置时，极易引起座槽和脱极，造成重大安全事故；座槽：母线过量向下移动，致使电解槽内高温熔融状态铝液向外洒出，造成电解槽报废；脱极：母线过量向上移动，迫使挂在母线上的阳极脱离槽内电解液，在脱离瞬间，会发生拉弧，由于电解槽电流极大（通常为300000安培到600000安培直流电），拉弧会引起爆炸，在瞬间烧毁电解槽及其连接口，由于一个车间数百台电解槽全部是电流串联的，所以其它电解槽会同时断电，每台电解槽断电损失都是百万人民币起，还有可能造成操作人员伤亡。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于正交脉冲技术的电解槽母线保护的拉绳装置，以解决现有技术中存在的问题。

本发明采取的技术方案为：一种基于正交脉冲技术的电解槽母线保护的拉绳装置，包括钢丝绳、自动卷绕机构、正交编码器和外壳，外壳一端开口，正交编码器固定连接在外壳内，自动卷绕机构安装在外壳内且与正交编码器的转轴连接，钢丝绳从外壳下端穿入连接到自动卷绕机构。

优选的，上述自动卷绕机构包括发条弹簧、轮盘和转动轴，转动轴固定连接在正交编码器的转轴上，轮盘固定连接在转动轴上，转动轴自由端固定连接发条弹簧内圈自由端，发条弹簧外圈自由端固定连接在外壳上。

优选的，上述轮盘上设置三周的螺旋槽，钢丝绳上端固定连接在螺旋槽一端，螺旋槽的螺旋线长度大于母线的有效行程。

优选的，上述外壳上的钢丝绳出线孔与螺旋槽的中间圈竖直相切。

优选的，上述钢丝绳上固定连接有限位块。

优选的，上述外壳一端开口设置法兰盘，并盖有与法兰盘等大的端盖。

优选的，上述外壳固定连接在电解槽上方的固定板上，钢丝绳外端竖直固定连接在母线上。

优选的，上述正交编码器连接到单片机，单片机连接到数据采集设备，数据采集设备连接到槽控机。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明通过钢丝绳、自动卷绕机构和正交编码器，采用正交编码器计算钢丝绳缠绕的圈数，从而间接计算出钢丝绳行走距离（行走距离与编码器圈数为正比例关系），钢丝绳固定连接在母线上，从而测得母线上下行走的距离，计算结果更精确，无需定期校准，有效避免母线接近上下限位置时引起的座槽和脱极，大大提高安全生成，降低重大安全事故的发生概率，降低因设备损坏或停机导致的损失。

附图说明

图1为本发明的侧视剖面结构示意图；

图2为本发明的侧视结构示意图；

图3为本发明的前视结构示意图；

图4为本发明的安装结构示意图；

图5为单片机控制电路；

图6为12V转5V的电源电路；

图7为5V转3.3V的电源电路；

图8为图5中左上角放大结构示意图；

图9为图5中左下角放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对发明进行进一步介绍。

实施例1：如图1-9所示，一种基于正交脉冲技术的电解槽母线保护的拉绳装置，包括钢丝绳1、自动卷绕机构2、正交编码器3和外壳4，外壳4一端开口，正交编码器3固定连接在外壳4内，自动卷绕机构2安装在外壳4内且与正交编码器3的转轴连接，钢丝绳1从外壳4下端穿入连接到自动卷绕机构2，外壳4固定连接在电解槽上方支撑架的固定板11上，钢丝绳1外端竖直固定连接在母线12上，设备固定在母线上分的固定架上，钢丝绳末端焊死在母线上，母线下移，钢丝拉出，母线上移，仪表内部弹簧将钢丝绳收回，母线12设置有独立的驱动机构进行上下移动，母线12是根据工艺需要可以上下移动的设备，上下移动极限是400毫米，见图4中上限位置13到下限位置14的距离，母线12左端设置有位置指示针16，位置指示针16垂直于位置标尺15，位置标尺15安装在电解槽上方，位置标尺15上下端分别设置有上限位置13和下限位置14，正交编码器采用树脂灌满方式固定在外壳内，不能拆开维修。

优选的，上述自动卷绕机构2包括发条弹簧5、轮盘6和转动轴7，转动轴7固定连接在正交编码器3的转轴上，轮盘6固定连接在转动轴7上，转动轴7自由端固定连接发条弹簧5内圈自由端，发条弹簧5外圈自由端固定连接在外壳4上，轮盘6连接钢丝绳1，该自动卷绕机构在发条弹簧的作用下，能够实现钢丝绳的自动卷绕收纳，并在外力作用下，向外拉出钢丝绳，正交编码器能够实时测量旋转的圈数，从而间接计算出母线行走的距离，机械方式的自动卷绕，结构简单，卷绕可靠。

优选的，上述轮盘6上设置三周的螺旋槽，钢丝绳1上端固定连接在螺旋槽一端，螺旋槽的螺旋线长度大于母线的有效行程，能够确保母线行走的距离要求。

优选的，上述外壳4上的钢丝绳出线孔与螺旋槽的中间圈竖直相切，便于保护钢丝绳和轮盘受力最大化利用。

优选的，上述钢丝绳1上固定连接有限位块8，限制钢丝绳退回外壳内，方便拉出连接和方便使用，限位块8为橡胶的圆柱套，紧密套接在钢丝绳上，侧面采用紧定螺钉穿入锁紧，锁紧可靠。

优选的，上述外壳4一端开口设置法兰盘9，并盖有与法兰盘等大的端盖10，便于将正交编码器和自动卷绕机构安装到外壳内和便于将外壳固定连接在固定板上。

优选的，上述正交编码器3连接到单片机，单片机连接到数据采集设备，单片机置于外壳内侧并采用树脂灌满固定，并通过引线连接接口到外壳侧面，接口通过信号和电源线连接到数据采集设备，数据采集设备连接到槽控机（电解槽控制系统计算机），槽控机位于电解槽旁，负责采集、控制电解槽的各项参数。

图5中，单片机采用LPC1754，PHA和PHB两个点是编码器输入，DOUT和SOUT两个点是将信号送到外部，通过电缆连接，送到槽控机采集，图6为12V转5V的电源电路，1和2为，外部电源线，图7中为5V转3.3V电源电路，供单片机供电，12S05没有3.3伏输出的，而LM1117没有隔离功能，两个一同使用。

使用原理：外壳内部装有多圈发条弹簧5，将柔性的钢丝绳1往回拉，在不受外力时，钢丝绳1被拉到回零位置（定位块8紧挨外壳下侧面）。受外力牵引时，钢丝绳1向外申出，由于一端固定在母线12上，当母线12向下移动时，钢丝绳1向外壳外拉长，正交编码器3正转，转动角度与母线12移动距离成正比；当母线12上移动时，钢丝绳1向外内回收，正交编码器3反转，转动角度与母线移动距离成正比。

本发明使用正交脉冲技术来测量母线移动，正交脉冲方法不仅能测量物体移动的距离，还能确定移动速度和方向。

正交编码器（标准产品）是一个可以旋转的光栅格，当光栅格旋转时，每旋转1圈输出一定数量量（注：本例用每圈500个脉冲的编码器）的两路脉冲， A脉冲和B脉冲, 这两路脉冲占空比及频率完全一致，但相位相差90°，当光栅正向旋转时， A脉冲超前B脉冲90°，当光栅正反旋转时， B脉冲超前A脉冲 90°。

本装置所用的正交编码器为每旋转1圈输出500个脉冲，母线移动时，通过拉绳装置，将母线的直线位移变为旋转运动（拉绳装置仪表机械结构详见下文），这样在母线上升时，正交编码器为正向旋转，母线下降时，正交编码器反向旋转，母线移动400毫米时，正交编码器旋转2圈，输出1000个正交脉冲，这些脉冲信号通过线路送到嵌入式单片计算机系统（位于电解槽控制系统计算机内）。计算机系统通过读取这个脉冲的数量和相位差，可以得出母线的移动位置和方向。

例如，计算机在一秒时间内，读到10个脉冲，且A脉冲超前B脉冲 90°，就可以得出，在这一秒之内，母线移动情况为：一秒内上升了400*（10/1000）=4毫米。（加上初始位置，就得到最终位置，此位置再更新初始位置，并存储于槽控机系统内）。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于正交脉冲技术的电解槽母线保护的拉绳装置，其特征在于：包括钢丝绳（1）、自动卷绕机构（2）、正交编码器（3）和外壳（4），外壳（4）一端开口，正交编码器（3）固定连接在外壳（4）内，自动卷绕机构（2）安装在外壳（4）内且与正交编码器（3）的转轴连接，钢丝绳（1）从外壳（4）下端穿入连接到自动卷绕机构（2）。

2.根据权利要求1所述的一种基于正交脉冲技术的电解槽母线保护的拉绳装置，其特征在于：自动卷绕机构（2）包括发条弹簧（5）、轮盘（6）和转动轴（7），转动轴（7）固定连接在正交编码器（3）的转轴上，轮盘（6）固定连接在转动轴（7）上，转动轴（7）自由端固定连接发条弹簧（5）内圈自由端，发条弹簧（5）外圈自由端固定连接在外壳（4）上。

3.根据权利要求2所述的一种基于正交脉冲技术的电解槽母线保护的拉绳装置，其特征在于：轮盘（6）上设置三周的螺旋槽，钢丝绳（1）上端固定连接在螺旋槽一端，螺旋槽的螺旋线长度大于母线的有效行程。

4.根据权利要求2所述的一种基于正交脉冲技术的电解槽母线保护的拉绳装置，其特征在于：外壳（4）上的钢丝绳出线孔与螺旋槽的中间圈竖直相切。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于正交脉冲技术的电解槽母线保护的拉绳装置，其特征在于：钢丝绳（1）上固定连接有限位块（8）。

6.根据权利要求1-4任一所述的一种基于正交脉冲技术的电解槽母线保护的拉绳装置，其特征在于：外壳（4）一端开口设置法兰盘（9），并盖有与法兰盘等大的端盖（10）。

7.根据权利要求1-4任一所述的一种基于正交脉冲技术的电解槽母线保护的拉绳装置，其特征在于：外壳（4）固定连接在电解槽上方的固定板（10）上，钢丝绳（1）外端竖直固定连接在母线（11）上。

8.根据权利要求1-4任一所述的一种基于正交脉冲技术的电解槽母线保护的拉绳装置，其特征在于：正交编码器（3）连接到单片机，单片机连接到数据采集设备，数据采集设备连接到槽控机。

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