DE2703591B2

DE2703591B2 - Datenerfassungs- und Übertragungssystem

Info

Publication number: DE2703591B2
Application number: DE2703591A
Authority: DE
Inventors: Andrew Eugene Ottawa Deczky
Original assignee: Alcan Research and Development Ltd
Current assignee: Alcan Research and Development Ltd
Priority date: 1976-01-29
Filing date: 1977-01-28
Publication date: 1980-02-28
Also published as: IT1115452B; FR2339914A1; CH622116A5; AU506902B2; DE2703591C3; GB1524753A; FR2339914B3; JPS52107209A; AU2181277A; DE2703591A1; CA1080307A; US4294682A; NO770301L

Description

2> Die Erfindung bezieht sich auf ein Datenerfassungs- und Übertragungssystem für einen Betriebsvorgang, bei dem heißes Metall zu handhaben ist, in einer Anlage mit einem Kran, der jede Arbeitsstation von einer Vielzahl solcher Station, z. B. Elektrolysezelbn oder Tiegel zur elektrolytischen Reduktion bei der Herstellung von Aluminium, hinsichtlich des Zufügens von Rohmaterialien und Entfernen^ von geschmolzenem Metall bedient, und automatisch ansteuert.

r> Bislang bediente die Aluminium herstellende Industrie ihre Anlagen fast vollständig von Hand, wobei der Betrieb der Anlage mehr eine Fertigkeit als eine Wissenschaft darstellte. Die Leistungsfähigkeit einer Anlage hing hauptsächlich vom Geschick und von der

tu Erfahrung des Bedienungspersonals ab.

Wehrend der letzten beiden J ahrzehnte etwa wurde versucht, bei der Steuerung des Betriebes der Aufschmelztiegel den Übergang auf eine wissenschaftliche Vorgehensweise zu schaffen. Das Hauptproblem

4". war das vollständige Fehlen von geeigneten Steuersystemen sowie die fehlende Kenntnis, komplexe Steuerungen zu entwickeln.

Während der letzten zehn Jahre wurde überwiegend die elektrische Widerstandssteuerung für den

κι Tiegelbetrieb in annähernd der gesamten Aluminiumindustrie eingeführt. Dieses System erfordert die gleichzeitige Messung der einzelnen Tiegelpotentiale und des Reihenstromes. Mittels dieser Parameter wurden die einzelnen Tiegelwiderstände errechnet

ν-, und mit einem vorgegebenen Wert verglichen, um die Anoden automatisch anzuheben oder abzusenken, so daß die Tiegelwiderstände auf einem individuell vorbestimmten Wert gehalten werden können.

Fast alle diese Systeme verwenden einen Computer,

Mi der die ermittelten Daten verarbeitet und die entsprechenden Steuerfunktionen durchführt. Der Computer jedoch wird als blind ausführendes Element oder als einfache Rechenmaschine ohne Entscheidungsvermögen eingesetzt, die dem vom Bedienungsmann ein-

b^ri gestellten Tiegelzielwiderstand nachkommt, unabhängig davon, ob es sich bei dem Widerstand, bei dem der Tiegel arbeitet, um den wirksamsten handelt.
Hs fehlt die wichtige Information, die dem Compu-

ter die Entscheidungsfähigkeit verleiht, um die einzelnen Tiegel zu steuern und in den Tiegelreihen die höchste Wirksamkeit zu erzielen. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß z. B. zwei Tiegelreihen vorliegen, wobei jede Reihe bis zu etwa 240 ϊ in Reihe miteinander verbundene Tiegel in einzelnen Tiegelräumen aufweist und die Reihen eine Länge bis zu 1220 m haben können.

Es wurde festgestellt, daß diese Tiegel häufig über längere Zeitperioden unter dem normalen Leistungs- i» vermögen arbeiten.

Wenn der Betrieb der einzelnen Tiegel von dem Computer überwacht werden kann, versteht es sich, daß sich der Betrieb der nichtwirksamen Tiegel zur geeigneten Zeit entsprechend einstellen läßt, und daß, falls eine entsprechende Information vorliegt, die notwendigen Programme vorgesehen werden können, um die Tiegel auf einen hohen Arbeitsleistungsgrad zurückzubringen.

Es wurde ferner festgestellt, daß die bisherige Technologie zum Steuern von Schmelzofen kein ausreichend breites Informationsspektrum schafft, um eine solche individuelle Leistungssteuerung zu erhalten.

Eine solche Steuerung bedingt die genaue Messung 2■> von verschiedenen Tiegelparametern, z. B. den Zu- und Abfluß von Materialien, die Temperaturverhältnisse, die Änderungen in den Konfigurationen des elektrolytischen Erstarrungsverlaufes, Abv> Eichungen im Kathodenwiderstand und Umfang an spezifischem Kohleverbrauch. Desweiteren müssen Befehle erzeugt, übertragen und durchgeführt werden, uns jeden einzelnen Tiegel so nahe wie möglich bei dem optimalen Betriebszustand zu halten, indem beispielsweise rechtzeitig dem Elektrolyten Aluminiumoxid zugege- r> ben, rechtzeitig die optimale Menge an Metall entfernt und an jedem Tiegel die Anode in bezug auf die Kathode genau eingestellt wird.

Es wäre unpraktisch, den Computer mit Informationen bezüglich dieser Parameter über ein konven- -tu tionelles System mit Drahtverbindungen zu füttern, da hiermit untragbare Kosten verbunden wären und die Instandhaltung eines solchen Systems große Schwierigkeiten bereiten würde.

Bei jedem Tiegelraum befindet sich gewöhnlich ein r. Brückenkran, der sich auf Schienen über den Tiegeln bewegt. Dieser Kran bedient die Tiegel.

Eine Programmschaltung zur Steuerung der Reihenfolge der bewegungen von Kranbrücke, Katze und Hub bei einer Krananlage in einem Aluminiumwerk, ■><> ist aus der Druckschrift »Elektrotechnik«, 1968, Nr. 3, Seiten 28 bis 30 bekannt, wobei Sollwerte für anzufahrende Festpunkte vorgegeben werden. Aus der Druckschrift »Deutsche Hebe- und Fördertechnik«, 1972, Heft 18. Seiten 33 bis 38 ist ebenfalls eine v, Kransteuerung mit Automatik bekannt, die für die sequentielle Ansteuerung und Bedienung einzelner Badtiegel vorgesehen ist, wobei über Drucktaster an einem Steuerpult die Automatik aktiviert bzw. ein Befehl gelöscht werden kann. In der Druckschrift ωι »Brown Boveri Mitteilungen«, 1973, Nr. 1, Seiten 4 bis 9 ist eine digitale elektronische Positionsmessung und Zielsteuerung von Containerkränen beschrieben, die mit digital-inkrementalen Meßsystemen arbeitet. Eine Zielsteuerung zur Containcrverladung ist auch h^r> aus der DE-OS 2352 176 bekannt, bei welcher die in Art einer Matrix ausgebildete und mittels eines Computers auszuwertende Lagerplatzadressierung vorgenommen wird. Aus der DE-AS 1 254513 ist es bekannt, zur Datenübertragung optische Mittel einzusetzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Daten einer Vielzahl von Arbeitsstationen bzw. Tiegeln auf einfache Weise und unter Verwendung ohnhin vorhandener Einrichtungen zu erfassen und zu einer Zentrale zu übertragen.

Diese Aufgabe wird mit einem System der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Kran Einrichtungen zum Erfassen der metallurgischen Prozeßkenngrößen an jeder Arbeitsstation zugeordnet sind, und daß am Kran Sendeeinrichtungen vorgesehen sind, die auf optischem Wege die die Messungen betreffende Information an einen Computerweiterleiten, der an einer von den Arbeitsstatio- ?!en entfernt gelegenen Stelle angeordnet ist.

Zweckmäßige Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüche 2 bis 13.

Bei der Erfindung ist der die Tiegel bedienende Kran mit einem beweglichen Datenerfassungs- und Steuerungssystem versehen, das während der Bedienung der Tiegel die notwendige Information bezüglich der Tiegelparameter, z. B. obengenannter Art, sammelt. Diese Daten werden dann zum Computer weitergeleitet. Da in Nähe der Tiegel eine große Menge elektrischer Störfaktoren vorliegt, ist es sehr schwierig, diese Daten vom Kran aus mittels Induktions-/ Radio- oder Hochfrequenzverfahren weiterzuleiten. Bei der Erfindung erfolgt daher die Datenwciterleitung mittels einer optischen Zweiwegeverbindung unter Verwendung von vorzugsweise infraroter Strahlung, die von einer Leuchtdiode {LED) oder einem Laser abgegeben werden kann.

Bei der Erfindung ist somit ein am Kran angeordnetes Datenerfassungs- und Steuerungssystem vorgesehen, das es mit Hilfe der hochwirksamen optischen Verbindung zum Computer ermöglicht, diesen so zu programmieren und zu befehligen, daß durch Überwachung und Steuerung des Betriebes von jedem einzelnen Tiegel der Schmelzprozeß optimiert wird und vom Bedienungsmann vorzunehmende Steuermaßnahmen auf ein Minimum gehalten sind.

Die Erfindung geht über den Bereich einer konventionellen Tiegelwiderstandssteuerung in Verbindung mit einem Computer oder einem anderen Hardware-System hinaus. Der Hauptnachteil bei konventionellen Systemen ist die fehlende Möglichkeit einer Prozeßoptimierung. Mangels einer genauen Gewichtsbestimmung des Materials, Steuerung der Eladtemperatur, des Erstarrungsverlaufes und der Anodenhöhe und Messung des Kathodenwiderstandes kann ein wirksamer Arbeitsablauf nicht erfolgen. Das Vorsehen von einem wirkungsvollen Eingangsschaltpult für den Computer an der Verarbeitungsstelle, mit dem die Betriebszustände an den Computer weitergeleitet werden können, ermöglicht eine genaue Reaktion der Logik.

Die Erfindung beseitigt din zuvor beschriebenen Schwierigkeiten durch eine Kombination von einfachen Maßnahmen. Zunächst wird bei der Erfindung die Tatsache ausgenutzt, daß die Tiegel von einem Brückenkran bedient werden. Dieser bewegt sich nornilerweise auf Schienen längs und zwischen den beiden Tiegelreihen, wobei er durch Verschwenken von einer Seite zur anderen beide Tiegelreihen bedienen kann. Die Erfindung verwendet weiter eine am Kran

angeordnete Datenerfassungseinheit (DEE), um die verschiedenen Prozeßkenngrößen, z. B. das einem Tiegel zugefügte oder weggenommene Materialgewicht, die Metalltemperatur, die Anoden- und Kathodenspannung u. dgl., zu messen, zu steuern und/oder hervorzurufen.

Bei Verwendung einer am Kran angeordneten DEE ist es notwendig, die Daten vom Kran zu einer entfernten Stelle übertragen zu können, so daß sie z. B. von einem Computer verarbeitet werden, und umgekehrt, müssen die Befehle vom Computer zur Kraneinheit geleitet werden. Erfindungsgemäß erfolgt dies durch Übertragung der Information auf optischem Wege, vorzugsweise über einen Infrarotlichtstrahl. Der Kran kann daher mit einem optischen Sende/Empfangsgerät, z. B. einem Serienfrequenz-Schiebemodulationsgerät, das in Verbindung mit einem stationären an einer Wand des Tiegelraumes befestigten Sende/Empfangsgerät steht, versehen sein. Dieses stationäre Sende/Empfangsgerät kann über einem Kabel an einen Computer angeschlossen werden. Die mit einer Vielzahl von langen Kabeln, die sich von den Tiegeln zu einer entfernten Stelle erstrecken, verbundenen Probleme bestehen daher nicht, und das optische Übertragungssystem kann in der verschmutzten und elektrische Störfaktoren enthaltenen Umgebung eines Tiegelraumes arbeiten.

Offensichtlich wird die Leistungsfähigkeit von jedem System verbessert, wenn die Genauigkeit der Eingangsdaten verbessert wird. Gegenwärtig in Betriebbefindliche Wiegesysteme sind veraltet und Fehler bis zu etwa 90 kg sind durchaus üblich. Ein Weg zum Erhalt einer genaueren Gewichtsbestimmung besteht in der Verwendung einer hochgenauen im Kranhaken angeordneten Lastzelle auf Dehnmeßstreifenbasis, was aus der DE-AS 2301 186 für die Erfassung des Last-Istwertes bei einem Kran bekannt ist. Ferner kann von einer stabilisierten Erregerspannung, einem gewöhnlichen integrierenden Digitalvoltmeter und einem geeigneten Konditionieren des Signals Gehrauch gemacht werden. Diese Maßnahmen verbessern die Genauigkeit und tragen insbesondere mit dazu bei. die offensichtlichen durch Lastschwingungen hervorgerufenen dynamischen Fehler zu beseitigen. Die Dehnungsmeßstreifenzelle gibt ein Spannungssignal ab, das proportional zu dem vom Haken angehobenen Gewicht ist. Dieses Signal läßt sich ohne weiteres in ein digitales Signal überführen, das über die optische Verbindung zum Computer geleitet wird.

Erfindungsgemäß ist somit ein Datenerfassungsund Steuerungssystem für eine heißes Metall handhabende Anlage mit einer Vielzahl von Arbeitsstationen geschaffen, von denen jede mittels eines Krans hinsichtlich des Zugebens von Rohmaterialien und Entfernens von geschmolzenem Metall bedient wird, das sich dadurch auszeichnet, daß der Kran die Stationen automatisch ansteuert, wie an sich bekannt, und daß dem Kran Einrichtungen zum Messen der metallurgischen Prozeßkenngrößen an jeder Arbeitsstation zugeordnet sind, und daß am Kran Sendeeinrichtungen vorgesehen sind, die auf optischem Wege die die Messungen betreffende Information an einen Computer weiterleiten, der an einer von den Arbeitsstationen entfernt gelegenen Stelle angeordnet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine vereinfachte Ansicht von einem Tiegelraum mit zwei Reihen Tiegeln zur Aluminiumreduktion und einem erfindungsgemäßen Datenerfassungssystem,

Fig. 2 eine schematische Ansicht von dem optischen Aufbau für das Datensende- und -empfangsge-"' rät in Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht von dem optischen System zum Weiterleiten der Daten oder Bestimmen der Kranstellung,

Fig. 4 eine vereinfachte Ansicht von dem Überkopfkran und einem Aluminiumreduktionsstiegel nach Fig. 1, und

Fig. 5 ein Blockdiagramm bezüglich des am Kran angeordneten Untersystems für das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht von einem Tiegelraum mit zwei die allgemeinen Bezugszeichen 10 und 11 tragenden Reihen von Zellen (Tiegeln) 1 bis 7 und 64 bis 70 für die elektrolytische Reduktion von Aluminium. Ein allgemein mit 12 bezeichneter

-'» Überkopfkran ist längs der beiden Tiegelreihen hin- und herbeweglich und bedient die Reihen, um z. B. Aluminiumoxid hinzuzufügen, geschmolzenes Aluminium zu entfernen und Paste beizugeben, falls eine Sederberg-Anode verwendet wird.

2"> Am Kran 12 ist ein optisches Sende- und Empfangsgerät 13 befestigt, das in optischer Verbindung mit einem stationären Sende- und Empfangsgerät 14 steht. Letzteres ist an einer Erdwand 15 des Tiegelraumes befestigt. Das stationäre Sende- und Empfangsgerät 14 steht über ein Kabel 14A in Verbindung mit einem nicht gezeigten Computer.

In den optischen Sende- und Empfangsgeräter werden vorzugsweise direkt modulierte Leuchtdioden (LED), die im Brennpunkt von einem Parabolspiegel mit einem Durchmesser von 150 bis 200 mm (6 bis 8 inch) angeordnet sind, verwendet. Der Strahlstreuwinkel der optischen Telemetrieeinheit wird vorzugsweise auf einen Gesamtwinkel von 1 °, d. h. ± V₂ ⁰ ar jeder Seite der optischen Achse eingestellt. Ein Fres-

4(i nelscher Spiegel kann anstelle eines Parabolspiegels verwendet werden. Fig. 2 zeigt die Parabolspiegelanordnung und die im Brennpunkt des Parabolspiegel« PR angeordnete Leuchtdiode LED. Der Sendeteil de; Sende- und Empfangsgerätes 14 ist identisch.

Damit der Computer erfährt, welcher Tiegel in ei ner Tiegelreihe bedient wird, ist je ein emittierende! und empfangender fotoelektrischer Sensor 17 arr Kran befestigt und längs der Seitenwand sind hintei jedem Tiegel optische Reflektoren 16 mit geeignete!

Kodierung (z. B. Binärzahlen in der vertikalen Ebene' angeordnet. Das vom Sensor ausgesandte Licht wire von den Reflektoren in der Kodierung reflektiert, du dem Tiegel entspricht.

Fig. 3 zeigt in näherem Detail eine bevorzugte fotoelektrische Einrichtung zur Lagefeststellung dei Krans. Jeder sendende und empfangende fotoelektrische Sensor 17 weist ein rohrförmiges Gehäuse 2] auf, in dem eine Lichtquelle 22, eine Lichtblende 23 ein Parabolspiegel 24, eine Linse 26 und ein Fotode

bo tektor 25 angeordnet sind. Das von der Lichtquelle 22 abgegebene Licht wird von der Blende 23 darai gehindert, direkt auf den Fotodetektor 25 zu fallen Vielmehr wird es von dem Fresnelschen Spiegel 2* auf den Reflektor 16 geworfen. Falls erwünscht, kam es sich beim Spiegel um einen Parabolspiegel anstellt von einem Fresnel-Spiegel handeln. Das vom Reflektor 16 reflektierte Licht wird durch die Linse 26 übei die zentrale Öffnung im Parabolspiegel 24 auf dei

Fotodetektor 25 geworfen. Über die Leitungen 28 wird vom Fotodetektor 25 ein Signal abgenommen.

Der Laufkran 12 bedient die beiden Tiegelreihen 10 und 11. Um dies zu bewerkstelligen, muß die Hakenlaufkatze 18 die Mittellinie zwischen den beiden ■> Tiegelreihen 10 und 11 überqueren. Ein Begrenzungsschalter 19 ist an der Kranbrücke befestigt und wird durch einen an der Laufkatze 18 angeordneten Nocken 20 bi-direktional betätigt. Das System erfaßt die Stellung der Laufkatze und wertet die binären ι» Zahlen an der bedienten Reihe aus.

Fig. 4 zeigt einen Aufriß in vereinfachter Form von dem Überkopfkran und einer Zelle (Tiegel) für die Aluminiumreduktion. Die Krankabine 30 ist mit einem Anzeigegerät 31, das die Daten vom Computer erhält, und einem Steuerschaltersystem versehen, daß die Mitteilungen an den Computer weiterleitet.

Ein Steuerpult 33 enthält alle notwendigen Anzeigelampen und Schalter, um das Krandatensystem zu betreiben. Mit dem Bezugszeichen 34 ist die DEE (Datenerfassungseinheit) bezeichnet, die sämtliche elektronischen Bauteile zum Messen, Steuern, Multiplizieren, Übertragen und Aufnehmen von Daten zum und vom Computer enthält. Zwei unabhängige Meßeinheiten stellen eine kontinuierliche Gewichtsüber- r> wachung sicher und erlauben die gleichzeitige Erfassung anderer Parameter vom Computer. Des weiteren schafft die zweite Einheit eine notwendige elektrische Isolierung gegenüber den Tiegelpotentialen.

Ein Netzgerät 32 gibt die erforderliche isolierte und j< > stabilisierte Gleichspannung für das ganze System ab. Zwei Fernanzeigegeräte 35 sind vorgesehen und werden von dem Bodenbedienungspersonal beobachtet. Das optische Sende- und Empfangsgerät 13 steht mit dem Computer in Verbindung. Der Empfangsteil des Gerätes 13 enthält eine Fotodiode PDl, und der Empfangsteil des Sende- und Empfangsgerätes 14 enthält eine Fotodiode PDl.

Der Haken 36 des Krans 12 ist mit einer Lastzelle 37 versehen, bei der es sich um eine Drucklastzelle auf Dehnmeßstreifenbasis handelt. Wenn der Bedienungsmann für den Kran den Schmelztiegel anhebt, wird von der Zelle 37 eine Gewichtmessung vorgenommen und das Ergebnis über die Leitung 38 der DEE 34 und über die optische Verbindung dem Computer zugeführt.

Das geschmolzene Metall wird aus den Tiegeln mitttels einer Saugheber-Gießpfanne mit einer Heberhaube 43 ausgeführt. Die Gießpfanne wird vom Kran zu einer Stellung befördert, bei der das Saugheberrohr über eine Wand des Tiegels in das geschmolzene Metall hineinragt. Das Saugheberrohr nimmt daher das Potential des geschmolzenen Metalls nach Eintauchen in dieses an. Ein Steueranschluß 42 für den Saugheber ist an der Haube 43 angeordnet. Ein mehradriges aufziehbares Kabel 41 wird von Hand in den Anschluß 42 eingesteckt. Der Steueranschluß 42 wird weiter von Hand mit einem Verlängerungskabel 44 verbunden, sobald die Gießpfanne am Tiegel angekommen ist. Die Kabel 44 besitzt vier Drähte, die mit den entsprechenden Polen am Tiegelbehälter verbunden sind. Ein weiterer Draht, der in den Anschluß 42 eingesteckt wird, wenn sich die Gießpfanne an Ort und Stelle befindet, ist mit einem Thermoelement TC verbunden, dessen Ausgang ein Maß für die Tiegeltemperatur ist. Das Kabel 41 verbindet somit das Thermoelement und die Kompensationsdiähte sowie die Steuerdrähte für ein Saughebersolenoid, das Saugheberrohr und die vier Pole am Tiegelbehälter. Der Potentialunterschied zwischen dem in das Metall eingesetzten Saugheberrohr und der Kathodenstromschiene definiert den Kathodenspannungsabfall, der dividiert durch den Strom an der Tiegelreihe den Kathodenwiderstand ergibt, bei dem es sich um einen wichtigen Parameter handelt, der während des Betriebes der Tiegelreihe überwacht werden muß.

Das erfindungsgemäße System kann zunächst verschiedene Daten vom Tiegel über die Datenerfassungseinheit am Kran erfassen, diese Daten zur Tiegelraumwand über eine optische telemetrische Zweiwegverbindung weitergeben und eine Datenschnittstelle zum Computersystem für die Prozeßsteuerung schaffen. Des weiteren kann das erfindungsgemäße System eine Rückführung und Verbindung zur Krankabine hinsichtlich des Zustandes und der Steuerung des Reduktionsprozesses schaffen und sofern erwünscht, Signale abgeben, um die Tiegelparameter zu verändern, z. B. die Motore in Betrieb zu setzen, die die Lage der Anode im Tiegel steuern. Da sich der Kran längs eines geraden Weges bewegt, stellt die optische Telemetrie eine einfache Methode dar, um die großen Schwierigkeiten zu lösen, die mit der Verbindung zwischen Kran und Computer auftreten. Eine dieser Schwierigkeiten besteht natürlich darin, daß sich der Kran über beträchtliche Wegstrecken bewegt, da die Länge einer Tiegelreihe wenigstens 244 m (800 Fuß) ausmacht und auch Werte in der Größenordnung von 1220 m (4000 Fuß) annehmen kann, ein automatischer Verstärkungsregler ist weiter vorgesehen, um eine Sättigung und ein Fading des Signals aufgrund der großen Wegstrecke und eventuellen Taumelbewegungen des Krans auszuschalten. Des weiteren müssen große elektrische und durch die Umgebung bedingte Schwierigkeiten behoben werden. Die optische Telemetrie kann diesen Gesichtspunkte η in sehr wirksamer Weise Rechnung tragen.

Es gibt drei Hauptelemente in dem Telemetriesystem. Das erste Element ist das Kranuntersystem, das das optische Sende/Empfangsgerät 13, die Datenerfassungseinheit 34, das Steuerpult 33, die Fernanzeige 35 und ein Anzeigegerät 31 gemäß Fig. 5 enthält. Das am Kran angeordnete optische Sende-Empfangsgerät 13 überträgt den optischen Datenfluß an den stationären optischen Empfänger und nimmt auch den optischen Datenfluß von dem stationären optischen Sender auf. Die Datenerfassungseinheit (DEE) 34 steuert und digitiert die verschiedenen analogen angezeigten Messungen, die vom Kran aufgrund von Befehlen vom Computer, Bedienungsmann oder eines automatischen Folgeablaufes stammen. Das Steuerpult 13 weist Anzeigeinstrumente auf, mit deren Hilfe der Bedienungsmann für den Kran den Betriebszustand des Systems überwachen kann. Das Steuerpult 33 enthält ferner Steuerorgane für den Bedienungsmann des Krans, so daß er in den Arbeitsablauf eingreifen kann, wenn er einen Betrieb des Systems wünscht. Das Anzeigegerät 31 weist eine alphanumerische Anzeige auf, die unter der Steuerung des Computers steht, um den Kranbedienungsmann mit Informationen zu versehen. Das Anzeigegerät 31 enthält ferner eine Reihe Schalter, die der Bedienungsmann verwenden kann, um dem Computer Informationen zuzuführen. Ferner ist ein Fernanzeigegerät 35 am Kran vorgesehen, das das Nettogewicht und die Metalldurchflußmenge den auf dem Tiegelraumboden befindlichen Arbeitern anzeigt.

Das zweite Element im System stellt das Untersystem aus dem stationären optischen Sendeempfangsgerät dar. Zweck diese stationären Sendeempfangsgerätes ist die Umwandlung des optischen Datenflusses vom Kran in einen elektrischen Datenfluß, der zur Dekodierung zum Regler übertragen wird. Das stationäre Sendeempfangsgerät überträgt auch die kodierten Daten vom Regler zum Kran.

Das letzte Element stellt den Verbindungsregler dar. Seine Funktion besteht darin, den seriellen kodierten Datenfluß vom stationären Sendeempfangsgerät in die notwendigen Prozeßeingriffe und die Datenworte für den Computer umzuwandeln sowie die Befehle vom Computer aufzunehmen und sie zur Übertragung auf den Kran in Reihenformat zu kodieren.

Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde der Überkopfkran bei einer Tiegelreihe zur Aluminiumreduktion in Verbindung mit einem Infrarotstrahl als optische Kopplung verwendet. Die Datenerfassungseinheit war eine vom Computer unabhängige Vorrichtung, die durch den Computer als peripheres Organ abgefragt oder befehligt werden konnte. Die Zeittaktgebung und die Koordinierung des Mehrzweckdatensystems stand gänzlich unter der Steuerung der DEE. Der Computer mußte jedoch die DEE jedesmal dann für eine Datenübertragung abfragen, wenn der Bedienungsmann einen Arbeitsgang in Betrieb setzte oder das Softwareprogramm des Computers danach verlangte. Das am Kran angeordnete System hatte selektierbare Funktionsmodi wie: Abzapfen von Metall, Entschäumen des geschmolzenen Metalls (Schaumabheben), Auswiegen von Aluminiumoxid, Auswiegen von Paste, Höhenpositionierung der Anode, Feststellen des Kathodenpotentials und der Badtemperatur, Nachrichtenübertragung an den Computer. Durch Auswahl von einem der drei Steuermodi (d. h. Computersteuerung, automatische Steuerung, manuelle Steuerung) wurde die Gewichtszielgrenze für das Metall entweder per Computer eingestellt, vom Bedienungsmann vorgegeben oder von diesem gesteuert. In allen drei Fällen wurde das Saughebervakuum zum Absaugen des Metalls aus dem Tiegel in die Gießpfanne angelegt, sobald der Bedienungsmann das nicht gezeigte Solenoidsteuerventil für den Saugheber in Betrieb setzte. Während des Metallabführens durch den Saugheber nahmen geeignete Computer-Unterprogramme verschiedene nachfolgend aufgelistete Funktionen vor:

a) Überwachung der Metalldurchflußmenge und Betätigung von dreifarbigen Signallampen, die außerhalb der Krankabine an der Fernanzeige 35 angeordnet sind, so daß der bodenseitige Bedienungsmann die prforderliche Metalldurchflußmenge einstellen konnte. Es ist von ganz besonderer Bedeutung, daß extrem hohe und niedrige Durchflußmengen vermieden werden, da im ersten Fall Schlamm aufgenommen wird und im zweiten Fall ein Erstarren im Saugheber eintreten kann.

b) Wenn der Bedienungsmann den Metallabzapf-

zyklus in Gang setzt, mißt der Computer zunächst den Tiegelwiderstand von einem bestimmten Tiegel über ein nicht zum optischen Telemetriesystem gehörendes verdrahtetes Widerstandsmeßsystem. Der Metallfluß wird erst dann in Gang gesetzt, wenn der Computer diese Messung vorgenommen hatte. Nach Abführung einer mittleren Metallmenge aus dem Tiegel, ohne daß diese ein Absenken der Anode notwendig machte, wird eine zweite Messung des Tiegelwiderstandes durchgeführt. Das Verhältnis von Gewicht/Widerstandsdifferenz steht in direktem Bezug zur Fläche des Flüssigkeitsraumes und damit zum Einfrierumriß des in Rede stehenden Tiegels. Der Umfang des Einfrierumrisses kann daher nach einem, eingebauten Modell in Computer berechnet werden.

c) Nach der vorausgehenden Phase b wird die Anodenstellung über die DEE bestimmt und ein Abfahrsignai an das Widerstandssteuersystem gegeben, um die Anode auf ihre Zielstellung abzusenken.

d) Nach der Phase c wird die Badtemperatur über die Telemetrie und die DEE gemessen.

Vor und nach der Schaumbeseitigung wurden Gewichtsmessungen I und II vorgenommen. Die beiden gezielten Entschäumungsmessungen dienten dazu, zwischen einem hochreinen Schmelztiegel und einem Schmelztiegel mit relativ niedrigem Reinheitsgrad zu unterscheiden.

Die Modimessungen beim Auswiegen des Aluminiumoxids erforderten, daß der Bedienungsmann das Startsignal benutzt, wenn er mit der Verteilung des Erzes auf die verschiedenen Tiegel beginnt, und das Stopsignal benutzt, wenn die letzte Abgabe beendet war. Die dazwischenliegenden Handhabungen an den Tiegeln wurden vom System automatisch ohne irgendeinen Eingriff vom Bedienungsmann erfaßt. Die Meß- und Ubertragungssignale werden erzeugt, wenn sich der Kran zum nächsten Tiegel bewegt, und dabei das Signal für die nächste binäre kodierte Tiegelstellung aktiviert.

Der Computer kann leicht die optimale Menge an jeder Anode hinzuzufügender Paste bei Vorliegen von Soderberg-Anoden bestimmen, daß die Anodenstellung von jedem Tiegel in einfacher Weise gemessen und die Messung dem Computer zugeführt wird.

Obschondas vorausgehende System in Verbindung mit einem Aluminiumschmelzvorgang beschrieben wurde, versteht es sich, daß es auch auf einen anderen heißes Metall handhabenden Betrieb angewendet werden kann, bei dem eine Vielzahl von Arbeitsstationen, vorgesehen ist und ein Kran jede Station bedient, um Rohmaterialien hinzuzugeben und geschmolzenes Metall abzuführen. Das System könnte z. B. ohne weiteres in der Kupfer- und Stahlindustrie und bei Legierungsöfen Anwendung finden. Ähnlichkeiten in den Betriebsweisen und den Schwierigkeiten machen das erfindungsgemäße System geeignet für andere Anwendungsfälle als die genannten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Datenerfassungs- und Übertragungssystem für einen Betriebsvorgang, bei dem heißes Metall zu handhaben ist, in einer Anlage mit einem Kran, der jede Arbeitsstation von einer Vielzahl solcher Stationen, z. B. Elektrolysezellen oder Tiegel zur elektrolytischen Reduktion bei der Herstellung von Aluminium, hinsichtlich des Zufügens von Rohmaterialien und Entfernens von geschmolzenem Metall bedient, und automatisch ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kran (12) Einrichtungen (37, 81, 82, TC) zum Erfassen der metallurgischen Prozeßkenngrößen an jeder Arbeitsstation zugeordnet sind, und daß am Kran (12) Sendeeinrichtungen (13) vorgesehen sind, die auf optischem Wege die die Messungen betreffende Information an einen Computer weiterleiten, der an einer von den Arbeitsstationen entfernt gelegenen Stelle angeordnet ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kran Sensoreinrichtungen (17) vorgesehen sind, um einen bestimmten zu bedienenden Tiegel und eine Tiegelreihe (10, 11) zu identifizieren.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Kran (12) ein optisches Sende/ Empfangsgerät (13) angeordnet ist, das als Sendeelement eine Leuchtdiode (LED) oder einen Laser und als Empfangselement einen lichtempfindlichen Detektor (25) hat.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtempfindliche Detektor (25) eine Fotodiode ist.

5. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdiode (LED) im Brennpunkt eines Parabolspiegels (PR) angeordnet ist.

6. System nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Sende/Empfangsgerät (13) in optischer Verbindung mit einem weiteren gleichartigen stationären Sende/Empfangsgerät (14) steht.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kran (12) auf einem geraden Weg längs wenigstens einer Tiegelreihe (10, 11) bewegbar ist, und daß die optischen Sende/Empfangsgeräte (13, 14) in Längsrichtung des Weges ausgerichtet sind.

8. System nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kran (12) eine Datenerfassungseinheit (34) aufweist, die die analogen Meßwerte der Prozeßkenngrößen in digitale Signale umwandelt, die durch das optische Sende/Empfangsgerät (13) am Kran zu dem stationären optischen Sende/Empfangsgerät (14) übertragen werden.

9. System nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Kran (12) mit einem Hebehaken (36) versehen ist, Cer eine Gewichtsmeßzelle (37) auf Dehnmeßstreifenbasis aufweist, so daß der Datenerfassungseinheit (34) eine an den Computer weiterzuleitende Lastinformation zuführbar ist.

K). System nach Anspruch I, gekennzeichnet durch ein Thermoelement (TC) am Tiegel, das an den Kran anschließbar ist.

11. System nach Anspruch 2, dadurch gckcnn-

zeichnet, daß die Sensoreinrichtungen zur Identifizierung eines bestimmten zu bedienenden Tiegels am Kran angeordnete Lichtquellen und koaxial hierzu angeordnete Fotozellen (17) umfassen, die mit in kodierten Mustern an der Tiegelraumwand angeordneten Reflektoren (16) zusammenwirken.

12. System nach Anspruch 11 mit einem als Brückenkran längs und zwischen zwei Reihen von Tiegeln bewegbaren Kran mit einer Laufkatze, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Laufkatze (18) des Krans (12) ein Endschalter (19) betätigbar ist.

13. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung (13) zum optischen Übertragen der Information im infraroten Bereich des Spektrums arbeitet.