DE2652774C2

DE2652774C2 - Einrichtung zur Überwachung einer Elektrolyseanlage

Info

Publication number: DE2652774C2
Application number: DE19762652774
Authority: DE
Inventors: Christfried Dipl.-Ing. 8521 Langensendelbach Döring; Hermann Dipl.-Ing. 8500 Nürnberg Siebenlist; Manfred Dipl.-Ing. Völcker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-11-19
Filing date: 1976-11-19
Publication date: 1987-03-05
Also published as: CH634607A5; DE2652774A1; BE860858A; IT1088123B; NL7711304A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung einer aus mehreren Zellen bestehenden Elektrolyseanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Überwachungseinrichtung ist aus der DE-OS 23 52 372 bekannt. Bei dieser Einrichtung werden die von den Geräten abgegriffenen Zellenströme einer für alle Geräte gemeinsamen Auswerteeinrichtung zugeführt, die eine Meldung auslöst, wenn die Anodenströme einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten. Auf einer Anzeigevorrichtung wird eine gestörte Zelle durch optische Signale gekennzeichnet. Die an den Meßstellen je einer Zelle ermittelten Werte können mittels eines von Hand betätigten Anwahlgerätes auf der Anzeigevorrichtung gleichzeitig angezeigt werden.
Bei dieser Einrichtung hängt die Häufigkeit der Überwachung ein und derselben Zelle von der Anzahl der Zellen der Gesamtanlage ab. Moderne Chlorelektrolyseanlagen, die nach dem Quecksilber-Amalgam-Verfahren arbeiten, bestehen häufig aus fünfzig oder mehr Zellen und werden in zunehmendem Ausmaß mit Metallanoden ausgerüstet. Metallanoden erfordern eine möglichst lückenlose Überwachung der Anodenströme, weil eine Überschreitung der zulässigen Strombelastung sehr schnell zu einer Zerstörung der Anoden führt. Der zeitliche Abstand zwischen je zwei Überwachungen der Anodenströme ein und derselben Zelle hängt von der Anzahl der Zellen einer Anlage ab und kann infolgedessen dazu führen, daß die Überwachung nicht ausreicht, eine Beschädigung der Anoden zu verhindern.
Bei der Aluminium-Elektrolyse ist es wegen der großen Anzahl der Zellen und der großen Ausdehnung der Anlage wünschenswert, Meßwerte vor Ort zu erfassen und zu überwachen sowie die Meßwerte und auftretende Störungen digital an eine Zentrale zu übertragen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, die für Elektrolyseanlagen verschiedener Technologien und beliebiger Größe einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
Dadurch ist erreicht, daß die Meßstellen jeder Zelle laufend abgefragt und unmittelbar der jeweils zugeordneten Auswerteeinrichtung zugeführt werden können, die aus mehreren an je einer Meßstelle ermittelten Meßwerten den Mittelwert bildet und speichert. Diese aufgearbeiteten Meßwerte können dann vom Steuerteil abgerufen und in einem Vergleichsglied mit Grenzwerten verglichen und gegebenenfalls angezeigt werden.
An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden näher erläutert.
Jede Zelle 1 einer Elektrolyseanlage ist mit einer Reihe von Meßstellen 2 ausgestattet, an denen jeweils eine dem Strom in einer Anode oder in einer Anodengruppe proportionale Größe erfaßt wird. Einer für jede einzelne Zelle vorgesehenen Überwachungsanordnung 3 werden diese Größen und die jeweilige Zellenspannung als Meßwerte zugeführt (Eingänge a bzw. b). Die Eingänge a bis b sind an eine als Analogdigitalumsetzer ausgeführte Eingangsstufe 4 angeschlossen, die die Meßwerte zyklisch digitalisiert und die Digitalwerte an eine Integrationseinrichtung 5 weiterleitet. Außerdem werden die Digitalwerte zusammen mit den zugehörigen integrierten Werten einer Einrichtung 6 zur Trennung der Wechselanteile von den Gleichanteilen der Meßwerte zugeführt. Die integrierten Werte und die Wechselanteile werden in einem Speicher 7 festgehalten. Die integrierten Werte werden weiterhin in einem Rechenglied 8 unter Verwendung einer aus den Betriebswerten der Anlage abgeleiteten lastabhängigen Bezugsgröße, beispielsweise dem Gesamtstrom der Elektrolyseanlage, in lastunabhängige Werte umgerechnet und ebenfalls im Speicher 7 gespeichert.
Dem Speicher 7 ist ein Vergleichsglied 9 nachgeschaltet, das die gespeicherten Werte mit Grenzwerten vergleicht, die an die Betriebswerte der Anlage anpaßbar und im Speicher 7 hinterlegt sind. Eine Überschreitung eines Grenzwertes wird über eine als Stichleitung ausgebildete Meldeleitung 12 an ein für alle Überwachungsanordnungen gemeinsames Steuergerät 11 gegeben und von dort einer Anzeigevorrichtung und/oder einer weiteren Verwendung zugeführt. Das Steuergerät ist über je eine Meldeleitung und über eine als Busleitung ausgeführte Signalleitung 13 mit den Überwachungseinrichtungen verbunden. Die Busleitung und die Meldeleitung sind zur Potentialtrennung jeweils an ein die Ausgangsstufe der Überwachungsanordnungen bildendes optoelektronisches Koppelglied 10 angeschlossen. Die Busleitung besteht aus zwei Leitergruppen, von denen die eine zur Übertragung von Datensignalen in beiden Richtungen und die andere zur Übertragung von Steuersignalen in jeweils einer Richtung dient.
Unter dem Begriff Datensignale sind Adressen, die die Überwachungsanordnungen einzeln oder gemeinsam oder Speicherplätze innerhalb der Speicher 7 kennzeichnen, sowie Meßwerte, Grenzwerte und die lastabhängige Bezugsgröße zu verstehen.
Steuersignale sind Signale, die die auf der Datenleitung anstehenden Datensignale nach Art und Richtung kennzeichnen, und Quittungssignale, die vom Speicher einer Überwachungsanordnung abgegeben werden, wenn die Signaladresse mit der Adresse des Speichers übereinstimmt oder wenn die Übertragung eines Wertes zwischen Speicher und einem die Eingangsstufe des Steuergerätes bildenden Signalumsetzer 14 abgeschlossen ist.
An den Signalumsetzer sind die Busleitung 13 und die von den einzelnen Überwachungsanordnungen kommenden Meldeleitungen 12 angeschlossen. Innerhalb des Steuergerätes sind an den Signalumsetzer ein Analogdigitalumsetzer 15 zur Vorgabe des Gesamtstromes J _ges der Anlage und ein Anwahlgerät 16 angeschlossen. Ein Taktgeber 17 führt dem Analog-Digitalumsetzer, dem Anwahlgerät und dem Signalumsetzer Taktimpulse zu.
Das Steuergerät ist mit einer Tastatur 20 zur beliebigen Anwahl einer der Zellen von Hand und mit einer zweiteiligen Anzeigevorrichtung verbunden. Der eine Teil 18 der Anzeigevorrichtung enthält beispielsweise je Zelle eine Meldelampe 21 zur Anzeige von Störungen, während der andere Teil 19 die Nummer der jeweils angewählten Zelle und die für diese Zelle ermittelten Werte der Anodenströme als Absolutwerte oder als auf den Mittelwert bezogene Prozentualwerte sowie die Zellenspannung anzeigt.
Die Überwachungseinrichtung arbeitet wie folgt:
Von der Eingangsstufe 4 jeder der Überwachungsanordnungen werden die Meßwerte der zugehörigen Zellen nacheinander zyklisch digitalisiert und der Integrationseinrichtung 5 zugeführt, die aus mehreren Messungen jedes Meßwertes den Mittelwert bildet und in den Speicher 7 eingibt. In dem Trennglied 6, das mit dem Ausgang der Eingangsstufe 4 und dem Ausgang der Integrationseinrichtung verbunden ist, werden die Wechselanteile, die als Kriterium für einen bevorstehenden Kurzschluß oder bei Aluminium- Elektrolysen als Kriterium für eine Zellenstörung auswertbar sind, von den Gleichanteilen der Meßwerte getrennt und im Speicher 7 hinterlegt. Die integrierten Werte werden im Rechenglied 8 mit der lastabhängigen Bezugsgröße, beispielsweise dem Gesamtstrom J _ges, der aus dem Speicher 7 entnommen wird, so verknüpft, daß die Lastabhängigkeit der Werte beseitigt wird. Die lastabhängige Bezugsgröße wird zyklisch von dem Analog-Digitalumsetzer 15 über den Signalumsetzer 14, die Busleitung 13 und das Koppelglied 10 in den Speicher 7 geschrieben. Weiterhin sind im Speicher 7 obere und untere Grenzwerte hinterlegt, deren Größe mit Hilfe der Tastatur 20 vorgegeben werden kann. Im Vergleicher 9 werden die integrierten Meßwerte, die lastunabhängigen Werte und die Wechselanteile mit den jeweils vorgegebenen Grenzwerten verglichen. Eine Über- bzw. Unterschreitung der Grenzwerte wird vom Vergleicher 9 über das Koppelglied 10, die jeweilige Stichleitung 12 und den Signalumsetzer 14 an die Anzeigevorrichtung 18 als ein eine Störung anzeigendes Signal übermittelt. Dieses Steuersignal kann auch für andere Zwecke verwendet werden, z. B. zur Steuerung der Verstellmotoren für die Anodenrahmen.
Durch das optoelektronische Koppelglied 10 wird verhindert, daß das Zellenpotential, auf dem auch die Überwachungsanordnungen 3 liegen, auf das Steuergerät 11 verschleppt wird.
Zusätzlich zur Überwachung der Zellen ist es möglich, über die Tastatur 20 und das Anwahlgerät 16 eine einzelne Zelle anzuwählen, deren Nummer von dem Anwahlgerät an die Anzeigevorrichtung 19 ausgegeben wird. Für die jeweils angewählte Zelle holt das Anwahlgerät 16 vom Taktgeber gesteuert zyklisch aus dem Speicher 7 der zu der Zelle gehörenden Überwachungsanordnung 3 die hinterlegten Meßwerte ab und gibt sie an die Anzeigevorrichtung 19 aus.

Claims

1. Einrichtung zur Überwachung der in den Zellen einer Elektrolyseanlage fließenden Ströme und der Zellenspannung mit einer der Anzahl der Zellen entsprechenden Anzahl von den Strömen proportionalen Größen an vorgegebenen Meßstellen abgreifenden Geräten und mindestens einer diesen nachgeschalteten Auswerteeinrichtung, die Grenzwerte über- bzw. unterschreitende Meßwerte als Störsignale wertet, sowie mit einer die Störsignale anzeigenden Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß für jede der Zellen eine Überwachungsanordnung (3), die aus einer Eingangsstufe mit Analog- Digital-Wandler (4) und einer Auswerteeinrichtung (5 bis 10) zusammengesetzt ist, und ein für allen Zellen gemeinsames Steuergerät (11) vorgesehen sind, das über eine Signalleitung (13) und Meldeleitungen (12) mit jeder der Überwachungsanordnungen verbunden ist, durch das die Überwachungsanordnungen wahlweise einzeln oder gemeinsam steuerbar und die Meßwerte der jeweils angesteuerten Zelle (1) der Anzeigevorrichtung (18, 19) zuführbar sind, daß in der Überwachungsanordnung (3) eine Integrationseinrichtung (5), die aus den vom Gerät (4) mehrfach zyklisch nacheinander an den Meßstellen (2) abgegriffenen Meßwerten den Mittelwert bildet, und ein diesen Mittelwert sowie die aus einem Trennglied (6) stammenden und als Kriterium zur Erkennung eines bevorstehenden Kurzschlusses dienenden Wechselanteile aufnehmender Speicher (7) vorgesehen sind und daß die Überwachungsanordnungen (3) über optoelektronische Koppelglieder (10) mit dem Steuergerät (11) verbunden sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsanordnung (3) ein Rechenglied (8) enthält, dem von dem Steuergerät (11) eine aus den Betriebswerten der Anlage abgeleitete lastabhängige Bezugsgröße zur Umrechnung der Meßwerte auf lastunabhängige Werte zugeführt und dessen Ausgang mit dem Speicher (7) verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsanordnung (3) ein Vergleichsglied (9) umfaßt, das vom Steuergerät (11) vorgegebene Grenzwerte mit den gespeicherten Meßwerten vergleicht und eine Überschreitung der Grenzwerte über die Meldeleitungen (12) an das Steuergerät meldet.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalleitung (13), die an einen im Steuergerät (11) vorgesehenen Signalumsetzer (14) angeschlossen ist, aus zwei Leitergruppen besteht, von denen die eine Datensignale in beiden Richtungen und die andere zur Kennzeichnung derartiger Datensignale dienende Steuersignale in jeweils einer Richtung überträgt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (11) ein den Gesamtstrom (I _ges) der Anlage erfassendes Gerät enthält, dessen zyklisch erfaßter Meßwert als die lastabhängige Bezugsgröße allen Überwachungsanordnungen (3) gleichzeitig vorgegeben wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (11) mit einer von Hand zu betätigenden Anwahlvorrichtung (20) ausgestattet ist, die über das Anwahlgerät (16) periodisch die in der angewählten Überwachungsanordnung (3) gespeicherten Meßwerte abruft und der Anzeigevorrichtung (19) zuführt.