CN219363824U - 一种铝电解槽阳极极距控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铝电解槽阳极极距控制系统，包含控制单元、阳极升降执行机构和传感单元；控制单元包含人机交互设备和PLC控制器；阳极升降执行机构包含异步电机和丝杠组件，异步电机固定在铝电解槽外罩的上端，丝杠组件与该异步电机连接并可带动阳极导杆上下移动进而调整阳极极距；传感单元包含电流传感器和电压传感器，该电流传感器和电压传感器设置于铝电解槽的供电线路上，用于分别采集铝电解槽工作时的电流信号和电压信号；传感单元与控制单元的信号输入端连接，阳极升降执行机构与控制单元的信号输出端连接，控制单元可根据传感单元传输的电流信号和电压信号启动阳极升降执行机构来调整阳极极距，解决了铝电解过程中阳极极距控制参数时变、时滞等问题。

Description

一种铝电解槽阳极极距控制系统

技术领域

本实用新型属于铝电解加工技术领域，尤其为一种铝电解槽阳极极距控制系统。

背景技术

近年来，电解铝产量小幅稳步提升，现代铝工业生产主要采用冰晶石—氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950℃-970℃下，在电解槽内的两极上进行电化学反应，即电解。由于阳极材料在电解过程中被不断消耗，需要及时调整阳极高度避免阳极效应的发生。

目前铝冶炼厂普遍使用计算机对电解铝过程进行控制，然而电解铝过程是一个具有参数时变、时滞、惯性和非线性的复杂对象，恒定参数的传统控制器无法满足生产需求，使得我国阳极效应发生频率髙达国际先进水平的三倍。在阳极效应作用下，铝电解槽的电流运行效率降低、安全系数降低、产品合格率降低，严重影响铝厂的生产效率与生产成本，且该效应还会造成氟化盐的挥发，对周围环境造成负面影响，同时，劳动条件的恶化必然会对工作人员身心带来影响。

基于上述分析，本申请设计了一种铝电解槽阳极极距控制系统。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种铝电解槽阳极极距控制系统，该控制系统采用PLC控制器2作为主控单元，该主控单元与阳极升降执行机构6和传感单元构成了PID闭环控制系统，利用该闭环控制系统减少了阳极91控制中参数整定的工作量，使其具有更高的自适应性，实现阳极91升降的自动精准控制，有效避免阳极91效应的发生，提高铝电解的生产效率、安全系数与产品质量，解决了铝电解过程中阳极极距控制参数时变、时滞等问题。

本实用新型提供了一种铝电解槽阳极极距控制系统，包含控制单元、阳极升降执行机构(6)和传感单元；所述控制单元包含人机交互设备(1)和PLC控制器(2)，通过人机交互设备(1)可向PLC中输入控制指令和控制参数；所述阳极升降执行机构(6)包含异步电机(61)和丝杠组件，所述异步电机(61)固定在铝电解槽(9)外罩的上端，丝杠组件与该异步电机(61)连接并可带动阳极导杆(92)上下移动进而调整阳极(91)极距；所述传感单元包含电流传感器(3)和电压传感器(4)，该电流传感器(3)和电压传感器(4)设置于铝电解槽(9)的供电线路上，用于分别采集铝电解槽(9)工作时的电流信号和电压信号；所述传感单元与所述控制单元的信号输入端连接，所述阳极升降执行机构(6)与所述控制单元的信号输出端连接，所述控制单元可根据传感单元传输的电流信号和电压信号启动阳极升降执行机构(6)来调整阳极(91)极距；控制单元根据传感单元传输的各信号驱动阳极升降执行机构(6)调整阳极极距的具体方法包含：

首先，控制单元根据传感单元中电流传感器(3)和电压传感器(4)采集的电流信号和电压信号计算实时槽电阻值，并将该实时槽电阻值换算为阳极移动量，其次，将阳极移动量结合阳极升降速率换算出异步电机(61)所需运行时间，最后，控制单元控制异步电机(61)运行所需运行时长以进行阳极极距调节，依次循环上述步骤，直至槽电阻恒定在指定范围内；在本申请中，阳极升降速率为250mm/min，最大行程70mm。

作为本申请的优选方案，所述丝杠组件包含密封套管(64)、丝杆(62)和滑块(63)，所述密封套管(64)为一侧沿其长度方向开设孔口的管状结构，且该密封套管(64)的顶部设有延长边，该密封套管(64)套接在阳极导杆(92)上并在内设有与阳极导杆(92)连接的导轨(66)，该阳极导杆(92)与该导轨(66)连接并可相对其移动，所述密封套管(64)与铝电解槽(9)外罩的连接处安装有密封垫(65)；所述丝杆(62)的自由端通过所述密封套管(64)的延长边进行固定；所述滑块(63)的一端通过所述孔口延伸至密封套管(64)内部与所述阳极导杆(92)连接，另一端连接在所述丝杆(62)上并可相对丝杆(62)移动。

作为本申请的优选方案，所述传感单元包含位移传感器(5)，该位移传感器(5)设置在丝杠组件的一端，利用该位移传感器(5)可采集并显示阳极(91)相对于初始状态的实时高度。

作为本申请的优选方案，所述人机交互设备(1)与所述PLC控制器(2)之间通过以太网连接，该人机交互设备(1)包含自动和手动两种控制模式，每种控制模式包含对应操作界面，所述操作界面包含参数设置输入框和紧停按钮。

作为本申请的优选方案，在自动模式下，所述控制参数至少包含：槽电阻目标范围、电解温度、氧化铝浓度、分子比和电流效率、；在手动模式下，所述控制参数至少包含：电解温度、氧化铝浓度、分子比、电流效率及阳极调整量，所述阳极调整量由用户根据经验写入的阳极(91)上升、下降与停止的指令。

作为本申请的优选方案，包含报警单元(7)，所述报警单元(7)与所述控制单元电连接，用于紧急工况时的报警。

作为本申请的优选方案，包含供电单元(8)，该供电单元(8)包含整流器(81)、380V转220V变压器(82)和220V交流电转24V直流电开关电源(83)，其中，整流器(81)为铝电解槽(9)提供直流高压电源，380V交流电为阳极升降执行机构(6)供电，开关电源(83)将220V交流电转换成24V直流电为人机交互设备(1)、PLC控制器(2)、传感器单元和报警单元(7)供电。

与现有技术相比，本申请中的该钠离子交换设备的优势包含：

(1)采用PLC控制器2作为主控单元，该主控单元与阳极升降执行机构6和传感单元构成了PID闭环控制系统，利用该闭环控制系统减少了阳极91控制中参数整定的工作量，使其具有更高的自适应性，实现阳极91升降的自动精准控制，有效避免阳极91效应的发生，提高铝电解的生产效率、安全系数与产品质量，解决了铝电解过程中阳极极距控制参数时变、时滞等问题；

(2)PLC控制器2将异步电机61所要运行的时间作为驱动阳极升降执行机构6动作的控制指令，如此，不仅简化了系统的运行程序，且通过控制异步电机61的运行时长可提高控制精度；

(3)阳极升降执行机构6采用丝杠驱动，其结构简单，方便维修，在同等精度下性价比较高；

(3)具备报警、急停功能，实现紧急工况的急停与报警，保障生产安全。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的铝电解槽阳极极距控制系统的控制原理图。

图2为本实用新型实施例提供的铝电解槽阳极极距控制系统的控制流程图。

图3为本实用新型实施例提供的阳极升降执行机构的具体结构及其与铝电解槽的位置关系图。

附图标记

人机交互设备1，PLC控制器2，电流传感器3，电压传感器4，位移传感器5，阳极升降执行机构6，异步电机61，丝杆62，滑块63，密封套管64，密封垫65，导轨66，报警单元7，供电单元8，整流器81，变压器82，开关电源83，铝电解槽9，阳极91，阳极导杆92。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本申请做详细说明：

实施例1：

本实施例提供了一种铝电解槽阳极极距控制系统，该系统包含包含控制单元、阳极升降执行机构6和传感单元；控制单元包含人机交互设备1和PLC控制器2，通过人机交互式设备可向PLC控制器2中写入对应的控制指令和控制参数，以便PLC控制器2根据该指令和参数结合传感单元的采集数据生成对应执行指令；阳极升降执行机构6包含异步电机61和丝杠组件，异步电机61通过螺钉等固定在铝电解槽9外罩的上端，丝杠组件与该异步电机61连接并可带动阳极导杆92上下移动进而调整阳极极距；传感单元包含电流传感器3和电压传感器4，该电流传感器3和电压传感器4设置于铝电解槽9的供电线路上，用于分别采集铝电解槽9工作时的电流信号和电压信号，本实施例优选该电流传感器3和电压传感器4均为现有霍尔电流、电压传感器4；传感单元作为信号采集单元与控制单元的信号输入端连接，阳极升降执行机构6作为执行单元与控制单元的信号输出端连接，控制单元可根据传感单元传输的电流信号和电压信号启动阳极升降执行机构6来调整阳极极距。也即，在本实施例中，控制单元、传感单元及阳极升降执行机构6构成了一PID闭环控制系统，无需人为实时操作，通过传感单元的采集信号与预设范围值的计算即可生成阳极升降执行机构6的控制指令，并通过该阳极升降执行机构6实时调整阳极极距直至槽电阻恒定在指定范围内。

如图2所示，为本实施例提供的具体如何调整阳极极距的控制流程图，在本实施例中，预先通过人机交互设备1向PLC控制器2内输入对应参数，比如当前电解槽的槽电阻目标范围(为减少阳极91移动次数，允许一定死角)，在具体实施时：首先，控制单元根据传感单元中电流传感器3和电压传感器4采集的电流信号和电压信号计算实时槽电阻值，并将该实时槽电阻值换算为阳极移动量(利用槽电阻计算阳极移动量以为现有技术，本实施例不做具体说明)，其次，将阳极移动量结合阳极升降速率换算出异步电机61所需运行时间，最后，控制单元控制异步电机61运行所需运行时长以进行阳极极距调节依次循环上述步骤，直至槽电阻恒定在指定范围内，可见，本实施例中，PLC控制器2将异步电机61所要运行的时间作为驱动阳极升降执行机构6动作的控制指令，无需对阳极91位移的监测，如此，简化了系统的运行程序，且提高了控制精度。

本实施例中，阳极升降速率优选为250mm/min，最大行程70mm。

如图3所示，为本实施例提供的丝杠组件的具体结构及其与铝电解槽9的具体位置关系图，在本实施例中，丝杠组件包含密封套管64、丝杆62和滑块63，密封套管64为一侧沿其长度方向开设孔口的管状结构，且该密封套管64的顶部设有延长边，该密封套管64套接在阳极导杆92上并在内设有与阳极导杆92连接的导轨66，该阳极导杆92与该导轨66连接并可相对其移动，利用该导轨66可对阳极导杆92进行限位和支撑，密封套管64与铝电解槽9外罩的连接处安装有密封垫65，利用该密封套管64可对阳极导杆92进行保护的同时，结合密封垫65可确保铝电解槽9内气压和温度的稳定性，丝杆62的自由端通过密封套管64的延长边进行固定，滑块63的一端通过孔口延伸至密封套管64内部与阳极导杆92连接，另一端连接在丝杆62上并可相对丝杆62移动。

进一步地，在本实施例中，人机交互设备1与PLC控制器2之间通过以太网连接，该人机交互设备1包含自动和手动两种控制模式，每种控制模式包含对应操作界面，在操作界面包含参数设置输入框和紧停按钮；同时，在本实施例中，优选该人机交互设备1还具备历史加工数据记录功能，以曲线、表格的形式显示电解槽工作时电流、电压与阳极91高度的实时情况，并将数据发送给云服务器，用户可以从人机交互设备1或云端进行查看。

本实施例中，在自动模式下，控制参数包含：槽电阻目标范围、电解温度、氧化铝浓度、分子比、电流效率、可自动调整阳极91高度和控制极距；在手动模式下，所述控制参数包含：电解温度、氧化铝浓度、分子比、电流效率及阳极调整量，所述阳极调整量由用户根据经验写入的阳极91上升、下降与停止的指令。

进一步地，本实施例包含供电单元8，该供电单元8包含整流器81、380V转220V变压器82和220V交流电转24V直流电开关电源83，其中，整流器81为铝电解槽9提供直流高压电源，380V交流电为阳极升降执行机构6供电，开关电源83将220V交流电转换成24V直流电为人机交互设备1、PLC控制器2、传感器单元和报警单元7供电。

实施例2：

与实施例1相比，本实施例的区别在于，为了方便观察阳极91的当前高度，优选传感单元还包含位移传感器5，该位移传感器5设置在丝杠组件靠近异步电机61的一端，利用该位移传感器5可采集并显示阳极91相对于初始状态的实时高度，本实施例中，该位移传感器5优选但不限于为激光位移传感器5。

实施例3：

与实施例1相比，本实施例还包含报警单元7，该报警单元7与控制单元电连接，用于紧急工况时的报警，本实施例该报警单元7可为声光报警器。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未做过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型的前提下，还可以做出若干改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.一种铝电解槽阳极极距控制系统，其特征在于：包含控制单元、阳极升降执行机构(6)和传感单元；所述控制单元包含人机交互设备(1)和PLC控制器(2)，通过人机交互设备(1)可向PLC中输入控制指令和控制参数；所述阳极升降执行机构(6)包含异步电机(61)和丝杠组件，所述异步电机(61)固定在铝电解槽(9)外罩的上端，丝杠组件与该异步电机(61)连接并可带动阳极导杆(92)上下移动进而调整阳极(91)极距；所述传感单元包含电流传感器(3)和电压传感器(4)，该电流传感器(3)和电压传感器(4)设置于铝电解槽(9)的供电线路上，用于分别采集铝电解槽(9)工作时的电流信号和电压信号；所述传感单元与所述控制单元的信号输入端连接，所述阳极升降执行机构(6)与所述控制单元的信号输出端连接，所述控制单元可根据传感单元传输的电流信号和电压信号启动阳极升降执行机构(6)来调整阳极(91)极距。

2.如权利要求1所述的铝电解槽阳极极距控制系统，其特征在于，所述丝杠组件包含密封套管(64)、丝杆(62)和滑块(63)，所述密封套管(64)为一侧沿其长度方向开设孔口的管状结构，且该密封套管(64)的顶部设有延长边，该密封套管(64)套接在阳极导杆(92)上并在内设有与阳极导杆(92)连接的导轨(66)，该阳极导杆(92)与该导轨(66)连接并可相对其移动，所述密封套管(64)与铝电解槽(9)外罩的连接处安装有密封垫(65)；所述丝杆(62)的自由端通过所述密封套管(64)的延长边进行固定；所述滑块(63)的一端通过所述孔口延伸至密封套管(64)内部与所述阳极导杆(92)连接，另一端连接在所述丝杆(62)上并可相对丝杆(62)移动。

3.如权利要求1所述的铝电解槽阳极极距控制系统，其特征在于，所述传感单元包含位移传感器(5)，该位移传感器(5)设置在丝杠组件的一端，利用该位移传感器(5)可采集并显示阳极(91)相对于初始状态的实时高度。

4.如权利要求1所述的铝电解槽阳极极距控制系统，其特征在于，所述人机交互设备(1)与所述PLC控制器(2)之间通过以太网连接，该人机交互设备(1)包含自动和手动两种控制模式，每种控制模式包含对应操作界面，所述操作界面包含参数设置输入框和紧停按钮。

5.如权利要求1所述的铝电解槽阳极极距控制系统，其特征在于，在自动模式下，所述控制参数至少包含：槽电阻目标范围、电解温度、氧化铝浓度、分子比和电流效率；在手动模式下，所述控制参数至少包含：电解温度、氧化铝浓度、分子比、电流效率及阳极调整量，所述阳极调整量由用户根据经验写入的阳极(91)上升、下降与停止的指令。

6.如权利要求1所述的铝电解槽阳极极距控制系统，其特征在于，包含报警单元(7)，所述报警单元(7)与所述控制单元电连接，用于紧急工况时的报警。

7.如权利要求6所述的铝电解槽阳极极距控制系统，其特征在于，包含供电单元(8)，该供电单元(8)包含整流器(81)、380V转220V变压器(82)和220V交流电转24V直流电开关电源(83)，其中，整流器(81)为铝电解槽(9)提供直流高压电源，380V交流电为阳极升降执行机构(6)供电，开关电源(83)将220V交流电转换成24V直流电为人机交互设备(1)、PLC控制器(2)、传感器单元和报警单元(7)供电。