CN113049875A - 一种适用于铝电解槽阳极电流分布多路弱电压信号采集的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于铝电解槽阳极电流分布多路弱电压信号采集的装置，包括微处理器单元、信号分压与保护单元、数字控制模拟开关、运算放大器、CAN总线接口和接线端子，接线端子依次通过信号分压与保护单元、数字控制模拟开关和运算放大器连接到微处理器单元，微处理器单元连接有CAN总线接口，数字控制模拟开关采用4片16路数字控制模拟开关芯片，微处理器单元的设置有至少4个AD采样端口。本发明很好地解决了阳极电流分布电压采集实时性要求不高，但信号较多、采样精度要求较高的需求。同时也很好地解决了微处理器5的AD采样端口不够，或者成本较高，AD采样的固定偏差由于模拟量信号较多，生产时很难计算并存储补偿值的问题。
Description
技术领域
本发明属于铝电解槽阳极电流分布多路弱电压信号采集设备技术领域，涉及一种适用于铝电解槽阳极电流分布多路弱电压信号采集的装置。
背景技术
铝电解槽是铝电解生产过程中最重要的一个环节，在电解槽的运行过程中，槽内的物料平衡与能量平衡状态都在不断的变化，还有诸多因素也影响到槽况的实时变化。其中，阳极的工作状态也直接影响着电流效率、电能消耗、吨铝阳极碳耗等各项经济技术指标，因此碳阳极运行状况也决定着铝电解槽生产是否正常，若阳极导杆的等距压降出现不稳定变化，往往会造成阳极局部过热，改变了电解质的导电性和表面张力等特性，大大突出了电解槽内熔体中的电流分布，改变了阳极电流密度，严重危害了铝电解生产的正常运行，从而影响到铝电解槽的生产效率和其他重要性能指标。
在预焙电解槽生产过程中，阳极电流分布测量工作是非常关键的，也是不得不频繁进行的项目之一。电解槽焙烧启动阶段，每天必须进行全部阳极的电流分布测量，以检查阳极工作情况。正常生产期，每组新阳极换上必须测量其电流承担量，以确定阳极高度设置是否适当，换极质量是否符合要求。生产槽一旦出现异常或阳极病变，首先进行检测的项目也是阳极电流分布。因此，阳极电流分布的测量工作每天、每班都得进行，上述工作占据了大量的人力，测量结果也会由于人员的不同操作存在着误差，测量工作效率也较为低下，需要设计开发出电解槽快速、便捷、实时在线监控槽阳极电流分布状况的在线检测设备，用于对电解槽的生产及时准确地做出指导与报警提示。阳极电流分布的在线检测可以实时监控电解槽阳极电流分布状态，出现偏流可以及时调整，为铝电解槽稳定高效生产提供保障。
以某铝电解厂500kA电解槽为例，电解槽A、B面共56根阳极导杆，需要采集每根导杆上的等距压降(该等距压降一般为1～10mV、共56路之多)，才能准确判断出阳极电流分布情况，从而进行报警提示与人工调整。目前，现有技术中，微处理器的AD采样通道数量几乎都不能满足该要求，常规做法为通过外扩AD采样芯片实现，该方式存在以下弊端：
(1)成本高。
(2)对于弱电压信号AD采样的固定偏差，生产时很难计算并存储补偿值(需计算存储56路参数)，从而严重影响采集箱的生产调试，如果出厂调试设置不准确则会影响采样精度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种适用于铝电解槽阳极电流分布多路弱电压信号采集的装置，以解决现有技术中存在的问题。
本发明采取的技术方案为：一种适用于铝电解槽阳极电流分布多路弱电压信号采集的装置，包括安装在信号采集箱中的开关电源、空气开关、采集板，采集板包括微处理器单元、信号分压与保护单元、数字控制模拟开关、运算放大器、CAN总线接口和接线端子，接线端子通过信号分压与保护单元连接到数字控制模拟开关，数字控制模拟开关通过运算放大器连接到微处理器单元的AD采样端口，微处理器单元连接有CAN总线接口，数字控制模拟开关采用4片16路数字控制模拟开关芯片，微处理器单元的设置有至少4个AD采样端口，接线端子接入采集箱，CAN总线接口连接到槽控机。
优选的，上述微处理器单元采用ARM处理器。
优选的，上述微处理器单元连接有拨码开关。
优选的，上述微处理器单元连接有看门狗及存储单元。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明以多路数字控制模拟开关7，与其他电路单元相配合的铝电解槽阳极电流分布电压信号采集箱1，通过较少的微处理器5AD采样端口实现多路的模拟量采集，这种设计，很好地解决了阳极电流分布电压采集实时性要求不高，但信号较多、采样精度要求较高的需求。同时也很好地解决了微处理器5的AD采样端口不够，或者成本较高， AD采样的固定偏差由于模拟量信号较多，生产时很难计算并存储补偿值的问题。因此本发明与现有的铝电解槽阳极电流分布电压信号采集装置相比，具有结构简单、造价低廉、生产调试方便、运行可靠的优点。本发明特别适合于在高温、多尘、有腐蚀性的现场恶劣环境中对铝电解槽阳极电流分布电压信号的实时采集，具有一定的优越性。
附图说明
图1为本发明装置的采集箱内部示意图；
图2为本发明装置的采集板功能分区示意图；
图3为本发明装置的系统安装及连接示意图。
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-图3所示，一种适用于铝电解槽阳极电流分布多路弱电压信号采集的装置，包括安装在信号采集箱1中的开关电源1、空气开关4、采集板2，采集板2包括微处理器单元5、信号分压与保护单元8、数字控制模拟开关7、运算放大器6、CAN总线接口10和接线端子12，接线端子12 通过信号分压与保护单元8连接到数字控制模拟开关7，数字控制模拟开关7 通过运算放大器6连接到微处理器单元5的AD采样端口，微处理器单元5 连接有CAN总线接口10、拨码开关11和看门狗及存储单元9，数字控制模拟开关7采用4片16路数字控制模拟开关芯片，微处理器单元5的设置有至少4个AD采样端口，接线端子12接入采集箱1，CAN总线接口10连接到槽控机13，微处理器单元5采用ARM处理器，看门狗及存储单元9选用型号为CAT1023的I2C总线控制的集成看门狗功能的E2PROM芯片，采集箱1 中开关电源3、空气开关4购买市场上的成熟产品，ARM处理器5采用芯片型号为STM32F103，多路的数字控制模拟开关7采用芯片型号为CD4067，运算放大器6芯片型号为LM2904，CAN总线(10)驱动芯片型号为82C250，针对铝电解的特殊环境，采集板上CAN总线接口10与外部CAN总线连接进行光电隔离处理光耦芯片型号为600。
本发明将多路的数字控制模拟开关7巧妙地用于铝电解槽阳极电流分布弱电压信号采集装置，64路(可扩展)1～20mV电压信号通过插拔式的接线端子12接入采集箱1，再通过电压采集电路分压及保护8，然后连接数字控制模拟开关7进行分时多路选择，ARM处理器5控制4片16路数字控制模拟开关芯片7的通道选择端口，共需16个I/O口即可实现64路通道选择。在模拟开关的后级，把毫伏级电压信号通过电压跟随器与运算放大器6进行101 倍放大，然后接入ARM处理器5的AD采样端口，这样，64路模拟量仅需4 个AD采样端口，若64路采集通道不够用，可以非常方便地进行扩展，最后通过ARM处理器5进行数据处理及计算。为方便对每台采集箱进行识别，采集板上设置了拨码开关11，可对当前CAN总线波特率、槽号、区号进行设置。为了提高采集板的工作可靠性，看门狗及存储单元9还选用了I2C总线控制的集成看门狗功能的E2PROM芯片9，当ARM处理器程序跑飞时可以自动复位，同时把弱电压信号AD采样的固定偏差值存储在E2PROM中，因只用了4个AD采样端口，所以只需存储4个值即可，这样既保证了采样精度，又极大地方便了采集箱1的生产。采集箱1通过CAN总线接口10与槽控机 13进行通讯。
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 (4)
1.一种适用于铝电解槽阳极电流分布多路弱电压信号采集的装置，其特征在于：包括安装在信号采集箱（1）中的开关电源（1）、空气开关（4）、采集板（2），采集板（2）包括微处理器单元（5）、信号分压与保护单元（8）、数字控制模拟开关（7）、运算放大器（6）、CAN总线接口（10）和接线端子（12），接线端子（12）通过信号分压与保护单元（8）连接到数字控制模拟开关（7），数字控制模拟开关（7）通过运算放大器（6）连接到微处理器单元（5）的AD采样端口，微处理器单元（5）连接有CAN总线接口（10），数字控制模拟开关（7）采用4片16路数字控制模拟开关芯片，微处理器单元（5）的设置有至少4个AD采样端口，CAN总线接口（10）连接到槽控机（13）。
2.根据权利要求1所述的一种适用于铝电解槽阳极电流分布多路弱电压信号采集的装置，其特征在于：微处理器单元（5）采用ARM处理器。
3.根据权利要求1所述的一种适用于铝电解槽阳极电流分布多路弱电压信号采集的装置，其特征在于：微处理器单元（5）连接有拨码开关（11）。
4.根据权利要求1所述的一种适用于铝电解槽阳极电流分布多路弱电压信号采集的装置，其特征在于：微处理器单元（5）连接有看门狗及存储单元（9）。
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