CN201924090U - 预焙阳极铝电解槽信息跟踪监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了预焙阳极铝电解槽信息跟踪监控系统的结构与原理及相关装置。该系统包括阳极电流检测的无线传感器、数据收集器、电解槽监控装置、参数配置工作站。无线传感器安装在阳极导杆上，实时采集阳极电流分布数据，数据收集器安装在电解槽附近，收集无线传感器采集的阳极电流数据。电解槽监控装置安装在槽控机箱上或附近，用于从数据收集器和工厂服务器采集数据，进行数据分析、存储、显示、报警，并具有电解槽高低电压保护装置。通过本系统，可以实时了解电解槽的运行状态和阳极电流的分布情况，为电解槽的平稳运行提供重要依据，减少电解槽的波动，确保电解槽稳定运行，达到提高电解电效的目的。

Description

预焙阳极铝电解槽信息跟踪监控系统

技术领域

本实用新型涉及预焙阳极铝电解槽信息跟踪监控系统，利用此系统，现场操作人员能够通过触摸屏实时地了解电解槽的运行工艺数据和数据趋势曲线，能够实时监测电解槽的阳极电流分布。

背景技术

铝电解生产的过程是一个复杂的物理化学过程，在这个过程中，如果能随时掌握阳极的电流分布和电解槽的实时信息数据（槽电压、槽电流、效应、换极、报警）情况，将对电解槽的稳定运行，提高电解的效率，起着非常重要的作用。因为，电解槽运行过程中的阳极电流分布瞬息万变，在不同的时间与空间，阳极的电流将会有不同的数值，它是电解过程中最难准确全面检测和掌握的生产参数。

目前电解槽的控制设备是槽控机，槽控机仅能显示槽电压、系列电流等极少内容，以及用发光二极管显示的电解槽状态，现场操作人员通过槽控机上发光二极管和数码管的简单信息，不能完全掌握电解槽的运行状态、历史状态、运行趋势。一旦电解槽发生异常情况，工厂的总调度监控室通过广播通知现场操作人员，信息传输的时效性较差，而对于电解槽运行时的异常电压、电流曲线趋势等信息则无法通过广播进行通知。

阳极电流分布的测量，传统上采用人工测量的方法，用毫伏表分别测量阳极导杆的压降来判断。一个300KA系列的电解槽大多有24个阳极导杆，如果每个电解槽照此测量，不仅劳动强度大，而且效率低，实时性也不好。

发明内容

针对电解槽现有设备存在的信息的时效性差，检测阳极电流的实时性差、劳动强度大问题，本实用新型提供了一个系统，包括：电解槽监控装置、智能无线传感器、数据收集器、参数配置工作站。该系统能够实时显示电解槽的运行数据，操作人员通过触摸屏可查询历史数据，并对阳极电流实现自动在线实时监测。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

系统由四部分组成，包括：智能无线传感器、数据收集器、电解槽监控装置、参数配置工作站；智能无线传感器安装在阳极导杆上，数据收集器安装在槽控机附近，智能无线传感器与数据收集器之间通过无线方式传输数据，电解槽监控装置与数据收集器之间通过有线串行通信链路相连，数据收集器从智能无线传感器收集的数据传输给电解槽监控装置。

智能无线传感器由阳极电流数据采集通道、参考电压通道、温度通道、电池电压通道、单片机、电源变换模块、无线收发器模块组成。

数据收集器由无线收发模块、单片机、电源变换电路、温度传感器组成，数据收集器通过串行链路与电解槽监控装置相连。

智能无线传感器通过附加的圆形或矩形卡具安装在阳极导杆上；卡具安装在阳极导杆上，智能无线传感器安装在卡具的连接处，智能无线传感器的信号电缆连接到阳极导杆的测量探头上，测量探头嵌入在阳极导杆上。

电解槽监控装置由液晶显示屏、触摸屏、控制主机组成；其中控制主机包括处理器、存储器、存储卡、输入输出电路、电解槽电压保护模块，电解槽电压保护模块的输出电路连接到提升机的电源开关上。

如图1所示，系统中包括工厂服务器（工厂中原有的服务器，不需要另外配置），电解槽的工况数据存储在工厂服务器的数据库中；电解槽监控装置需要另外配置，安装在操控机的机箱上；智能无线传感器安装在电解槽的阳极导杆上，每个阳极导杆上安装一个智能无线传感器；数据收集器通过RS232接口连接到电解槽监控装置上；系统中采用工业微机或兼容机作为参数配置工作站。工厂服务器、参数配置工作站、电解槽监控装置通过以太网交换机相联。

电解槽监控装置上运行应用软件ASM(Aluminum System Monitor，简称ASM)，ASM软件从工厂服务器的数据库中实时获取电解槽的工艺数据，以数据、图表、曲线的形式显示在电解槽监控装置的液晶显示屏上；电解槽监控装置通过RS232接口与数据收集器通信，获取阳极电流分布的数据，并把阳极电流分布的数据存储到工厂服务器的数据库中。

智能无线传感器和数据收集器用于采集电解槽的阳极电流数据，智能无线传感器定时采集阳极电流数据，通过无线方式传输给数据收集器，数据收集器再通过RS232接口传送给电解槽监控装置。

如图2所示，智能无线传感器由单片机、无线模块、放大器、温度传感器、参考电压、电源变换电路、电池组成。

无线模块用于与数据收集器通信；阳极电流探头上的信号是电压信号，信号范围是0-50毫伏，此信号通过放大器进行放大，然后连接到单片机模数转换电路的输入端进行模数转换；温度传感器用于采集现场温度，参考电压电路用于模数转换电路的电压参考，智能无线传感器采用电池供电，电池电压通过电源变换电路，转换成单片机电路工作时所需要的电压。智能无线传感器上的单片机上的软件定时地进行数据采集、数据滤波、并控制无线模块把数据传输给数据收集器。

如图3所示，数据收集器由温度传感器、单片机、无线模块、串行接口、电源变换电路组成。温度传感器用于采集现场温度，电源变换电路用于把供电电压转换成单片机电路的工作电压，无线模块用于与智能无线传感器通信，接收智能无线传感器发出的阳极电流数据；串行接口采用RS232接口标准，此接口与电解槽监控装置相联，数据收集器获取电解槽所有的阳极电流数据后，通过串行接口传输给电解槽监控装置。

如图4所示，电解槽监控装置由主机、液晶显示器、触摸屏组成。主机由嵌入式计算机板（包括存储器、固态硬盘）、模拟量输入板、电源电路、继电器输出板组成。主机的接口有：RS232接口，用于连接数据收集器；以太网接口，连接到以太网交换机；液晶显示器接口连接液晶显示屏；触摸屏接口（触摸屏接口采用USB接口）；模拟量输入接口用于采集电解槽的槽电压；开关量输出接口用于连接现场继电器。

电解槽监控装置上运行开发的应用软件，此软件通过工厂以太网定时地访问工厂服务器中的数据库，获取电解槽的工况数据，显示在液晶显示器上；应用软件定时地与数据收集器通信，采集阳极电流数据，并通过以太网存储到工厂服务器的数据库中。

电解槽监控装置的显示屏上显示的数据包括：电解槽各种电压数据、报警信息、效应信息、换极预报、阳极电流分布曲线等反映生产中电解槽运行参数的重要数据。

电解槽监控装置内置电压保护软件模块，对电解槽高低电压进行监测。电压保护模块动作时，通过继电器输出电路，切断提升机控制回路并发出报警信号。

如图5所示，在阳极导杆上安装卡具，如图6矩形卡具、图7所示圆形卡具；智能无线传感器通过螺丝固定在卡具的连接处，阳极上嵌入两个测量触点（两个测量触点的电压差表示阳极电流数据，电压差范围是0-50毫伏），智能无线传感器的输入连接器连接到测量触点上。由于电解槽现场温度较高，因此卡具与阳极导杆之间通过绝缘绝热材料隔开，绝热材料放置在阳极导杆的四角处。

数据收集器通过有线传输方式传输给电解槽监控装置进行处理、解析、存储、显示。

本实用新型的有益效果是：操作人员在电解槽现场而不需要去远处的控制室就能够实时了解电解槽的运行工况，不仅能够了解电解槽的当前数据，更重要的是可以看到电解槽的历史数据曲线和历史事件。通过阳极电流自动检测，减轻了工人的劳动强度，提高了数据的实时性。

附图说明

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

图1是整个系统的配置图。

图2是智能无线传感器组成原理图。

图3是数据收集器组成原理图。

图4是电解槽监控装置组成原理图。

图5是智能无线传感器安装图。

图6是智能无线传感器安装矩形卡具图。

图7是无线传感器安装圆形卡具图。

图5中，①阳极导杆，②卡具，③智能无线传感器的天线，④智能无线传感器。

具体实施方式

图1中，每个电解铝厂可以配置一套系统，包括工厂服务器、参数配置工作站、以太网交换机、电解槽监控装置、数据收集器、智能无线传感器。配置数量如下：

工厂服务器：一台。

参数配置工作站：一台，通过以太网连接到工厂网络，运行参数配置软件。

以太网交换机：根据端口数量的需求而定。

电解槽监控装置：每个电解槽配置一台，安装在槽控机的机箱的门上。通过以太网连接到工厂网络，通过电缆连接到数据收集器。电解槽的电压信号、提升机电源控制信号通过电缆连接到电解槽监控装置的输入输出端子上。

数据收集器：每个电解槽配置一台，通过RS232连接到电解槽监控装置。

智能无线传感器：每个阳极导杆安装一个。

图2中，智能无线传感器电路包括单片机、放大器、参考电压、温度传感器、电池、电源变换电路、无线模块、串行编程接口。单片机的软件进行数据采集和处理，并通过无线模块把数据发出去。

图3中，数据收集器电路由单片机、温度传感器、无线模块、电源变换电路、串行接口组成。

图4中，电解槽监控装置由液晶显示屏、触摸屏、模拟量输入板、电源电路、继电器输出板、嵌入式计算机板组成。

图5中，智能无线传感器安装到阳极导杆上，①是阳极导杆，②是卡具，③是智能无线传感器的天线，④智能无线传感器。

图6、图7分别是矩形和环形卡具，矩形卡具的四个角安装隔热材料，智能无线传感器安装在卡机的连接处。

Claims (5)

1.预焙阳极铝电解槽信息跟踪监控系统，其特征是：系统由四部分组成，包括：智能无线传感器、数据收集器、电解槽监控装置、参数配置工作站；智能无线传感器安装在阳极导杆上，数据收集器安装在槽控机附近，智能无线传感器与数据收集器之间通过无线方式传输数据，电解槽监控装置与数据收集器之间通过有线串行通信链路相连，数据收集器从智能无线传感器收集的数据传输给电解槽监控装置。

2.根据权利要求1所述的预焙阳极铝电解槽信息跟踪监控系统，其特征在于：智能无线传感器由阳极电流数据采集通道、参考电压通道、温度通道、电池电压通道、单片机、电源变换模块、无线收发器模块组成。

3.根据权利要求1所述的预焙阳极铝电解槽信息跟踪监控系统，其特征在于：数据收集器由无线收发模块、单片机、电源变换电路、温度传感器组成，数据收集器通过串行链路与电解槽监控装置相连。

4.根据权利要求1所述的预焙阳极铝电解槽信息跟踪监控系统，其特征在于：智能无线传感器通过附加的圆形或矩形卡具安装在阳极导杆上；卡具安装在阳极导杆上，智能无线传感器安装在卡具的连接处，智能无线传感器的信号电缆连接到阳极导杆的测量探头上，测量探头嵌入在阳极导杆上。

5.根据权利要求1所述的预焙阳极铝电解槽信息跟踪监控系统，其特征在于：电解槽监控装置由液晶显示屏、触摸屏、控制主机组成；其中控制主机包括处理器、存储器、存储卡、输入输出电路、电解槽电压保护模块，电解槽电压保护模块的输出电路连接到提升机的电源开关上。

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