EP1991719A2 - Module de service pilotable a distance destine aux usines de production d'aluminium - Google Patents

Module de service pilotable a distance destine aux usines de production d'aluminium

Info

Publication number
EP1991719A2
EP1991719A2 EP07731052A EP07731052A EP1991719A2 EP 1991719 A2 EP1991719 A2 EP 1991719A2 EP 07731052 A EP07731052 A EP 07731052A EP 07731052 A EP07731052 A EP 07731052A EP 1991719 A2 EP1991719 A2 EP 1991719A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
service module
anode
typically
service
handling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07731052A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Benoît WARTELLE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fives ECL SAS
Original Assignee
ECL SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ECL SAS filed Critical ECL SAS
Publication of EP1991719A2 publication Critical patent/EP1991719A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/46—Position indicators for suspended loads or for crane elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
    • C25C3/12—Anodes
    • C25C3/125—Anodes based on carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/14—Devices for feeding or crust breaking

Definitions

  • the invention relates to the production of aluminum by igneous electrolysis according to the Hall-Héroult method. It relates more particularly to remote control of "electrolysis service machines” (MSE) used in aluminum production plants.
  • MSE electrolysis service machines
  • Aluminum is produced industrially by igneous electrolysis, that is to say by electrolysis of alumina in solution in a bath of molten cryolite, called electrolyte bath, according to the Hall-Héroult process.
  • the electrolyte bath is contained in electrolysis cells which comprise a steel box coated internally with refractory and / or insulating materials and a cathode assembly located at the bottom of the tank.
  • Anodes typically made of carbonaceous material, are fixed to a superstructure provided with means for moving them vertically, said anodes being consumed progressively during the electrolysis process.
  • the assembly formed by an electrolytic cell, its anodes and the electrolyte bath is called an electrolysis cell.
  • the plants contain a large number of electrolysis cells arranged in line, in buildings called halls or electrolysis rooms, and connected electrically in series using connecting conductors, so as to optimize the ground occupation of the cells. factories.
  • the cells are generally arranged in line so that vehicles can move along a traffic lane along the electrolysis room. They include a series of ⁇ nodes provided with a metal rod for fixing and electrical connection of the anodes to a metal anode frame secured to the superstructure.
  • an electrolysis plant requires interventions on the electrolysis cells including, in particular, the replacement of spent anodes with new anodes, the removal of liquid metal from the cells and the removal or addition of electrolyte.
  • the most modern plants are equipped with one or more service units including a movable bridge that can be moved over the electrolysis cells, and a trolley that moves along the bridge and on which is fixed a service module comprising handling and intervention devices (also called “tools”), such as shovels and hoists.
  • the service module is placed above the area of the cell on which the intervention is to be performed and the tools are brought, typically using telescopic arms, to the actual working area along a path that includes a substantially vertical component downward.
  • said onboard cabin is generally integral with the MSE: it moves with the MSE and can be put in place so that it is in front and overhanging the anode to replace, the operator being in direct visual access from the work area;
  • the operator in the onboard cabin uses: a) a stitcher attached to the MSE, which serves to break the crust of alumina and solidified bath which generally covers the anodes of the cell, b) a bucket scoop attached to the MSE, which serves to clear the location of the anode, after removal of the spent anode, by removing solids (such as pieces of crust and carbon and alumina ) that are there; c) one or more anode clamps attached to the MSE, which will be used to grasp and manipulate the anodes by their rods, in particular for the removal of spent anodes and the placement of new anodes in the electrolysis cell;
  • the operator on the ground who sees the work area from another angle, helps the operator to perform these manipulations.
  • the operator on the ground grasps a retractable duct, also attached to the MSE and which serves to introduce alumina and / or ground bath into the electrolysis cell, so as to reform a coating layer, after
  • a modular assembly for automatically replacing anodes.
  • the latter comprises a movable bridge, two modules on trolleys that move along the bridge, each module being specialized for certain tasks, a service vehicle and a transport vehicle traveling each.
  • the service vehicle comprises a control cabin from which the handling and intervention operations can be steered. It is mentioned, without more precision, that this control booth may be equipped with a remote control system and a visual display system.
  • the modular assembly described in EP 0 618 313 involves an excessively specific configuration of the electrolysis room, with for example two circulation paths on either side of the row of electrolysis cells.
  • ACOA the objective is different: it is a question of measuring the heights of the anodes, For this, it is suggested, in a particular modality, to measure vertical distances with the aid of three digital cameras mounted on a mobile rigid arm,
  • a first object according to the invention is a service module of a series of electrolysis cells for the production of aluminum by igneous electrolysis comprising a frame adapted to be fixed on a moving assembly, typically a carriage moving along. a movable bridge, and equipped with a set of tools including including at least one anode handling member, characterized in that it is also equipped with at least two viewing means capable of taking pictures and to transmit them in the form of electromagnetic signals, typically two video cameras, said display means being placed on said service module so that they can aim at the working area of said one or more anode handling members under two directions D1 and D2 non-parallel, making between them an angle typically greater than 45 °, preferably close to 90 °.
  • a first display means is placed in such a way that it can aim at the working zone under the direction (DI) of a line 0 contained in a vertical plane (Vl) and a second means visualization is placed so that it can aim at the working area under the direction (D2) of a right contained in a vertical plane (V2), the planes (Vl) and (V2) not being parallel, their intersection being a vertical line crossing the working area, the vertical planes (Vl) and (V2) are between them an angle as large as possible, typically greater than 45 °, preferably between 60 ° and 90 °,
  • the service module according to the invention is provided with display means which make it possible to remotely control the tools with which it is equipped, without the need for an operator placed inside an on-board cabin secured to said service module. Indeed, if the operator remains in said cabin w of the service module, it can not materially perform urgent operations that must be performed by the operator on the ground. It is therefore necessary, as in EP 0618313, to control the operations from the ground, to be able to intervene on the cell in case of necessity, without being condemned to use a vehicle on the ground with on-board cockpit. But
  • the operator on the ground must be able to have visual access to the work area at least as good as that offered to the operator who was in the cabin on board the MSE,
  • MSE breakage of alumina crust and molten bath around the anode; removal in the location left by the removed anode of solid pieces which may contain debris of crust, carbon and alumina; grasping and handling the anodes by their rod
  • at least two display means are used which visualize the work area by aiming it from two different locations, each in a direction included in a vertical plane passing through the work zone.
  • the handling member which is intended for the handling and movement of the anodes is used in particular for the removal of spent anodes and the introduction of new anodes in the electrolysis cell. It generally comprises a clamp capable of grasping the anode. This is placed near the end of the stem of the anode to be grasped, then is closed on said end, the anode thus grasped can be lifted and transported outside the electrolysis cell, typically to be routed to the anode recycling facility.
  • the anode handling gripper is typically provided with two gripping members which pivot about a common axis or about substantially parallel axes. The direction (P) of the common axis or parallel axes is substantially horizontal.
  • These two members form a jaw which has an open configuration, in which the ends of said members delimit a typically downward opening and in which the upper end of the rod can be inserted, and a closed configuration, in which the ends of said bodies come in lateral support on the rod so that said rod is trapped and retained,
  • the ends of the gripping members of the jaw outline an outline which generally follows the shape of the section of the end of the anode rod. Generally, it is rectangular, one of the sides of the rectangle corresponding to the contact surface of the anode rod on the anode frame.
  • the direction (P) of the pivot axis of the gripping elements of the clamp is, or is oriented, in the direction of one (L) or the other (I) of the sides of the rectangular section of the rod,
  • the anode clamp is designed with a fixed axis (P) relative to the frame.
  • one of the directions DI or D2 is preferably substantially parallel to said axis, but if the anode clamp is designed to maintain a certain freedom of rotation about a vertical axis, the axis (P) is not fixed relative to the frame and it is in these conditions preferable to define the directions Dl and D2 not directly with respect to the frame but with respect to the electrolysis cell, which can easily be done since the service module must being in a precise position which is fixed relative to the moving assembly to which it is attached (typically the carriage) and which is oriented such that said service module is in proximity and overhanging the anode to be replaced before the tools are activated,
  • the directions D1 and D2 can for example correspond substantially when the service module is set up to work on a given anode, the X and Y directions of large and small sides of the electrolysis cell.
  • the viewing directions D1 and D2 of the two display means correspond substantially, when the MSE is set up to work on a given anode, to the directions (L) and (I) of the sides of the rectangular section of the rod. anode.
  • each of the two viewing means is preferably placed in a vertical plane which, when the MSE is set up to work on a given anode, passes through a mediator of the rectangular section of the anode rod.
  • Said visualization means which we will call cameras later, are placed at a height as low as possible above the cell, preferably on or slightly above the level called “level of safety ", which defines an altitude above which any lower tool end must be when the MSE is to move above the electrolysis cells.
  • the service module When the service module is provided with several anode gripping members, these when they are put in place to work on the anodes to be replaced, are aligned in the alignment direction of the anode rods which it - even coincides with the direction of the anode frame, that is to say the X direction of the long side of the electrolysis cell, to which is w substantially parallel one of the sides (L or I) of the rectangular section of the anode rod.
  • one of the cameras is placed in the vertical plane which contains the direction of alignment of the gripping members and which coincides, when the MSE is set up to work on the anodes to be replaced, with the common mediating plane. aligned anode rods, which
  • the other camera is placed in a vertical plane substantially perpendicular to the previous one and passing through the center of gravity of the gripping members.
  • the cameras are placed at a height as low as possible above the cell, preferably on or slightly above, typically one hundred millimeters, of the security level. Although located at a low height, they overhang several meters the working area, which allows for example the first camera (located in the common median plane of the anode rods) to view as much the nearest clip as the or the following anode clamps.
  • the first camera is shifted very slightly with respect to the alignment plane of the clamps; b) each anode coupling or stall is carried out in successive steps, starting with the anode farthest from the camera and progressively approaching the first camera.
  • the gripping members are moved vertically either by gravity or by using vertical telescopic arms. The first camera is then in the alignment of the vertical axes on which said gripping members are actuated and the second camera is placed perpendicularly to this alignment direction, in a vertical plane which typically passes in the middle of said gripping members,
  • the first camera can make a fixed shooting in site, in azimuth and zoom, defined once and for all as a function of all of said possible lower positions of said one or more
  • the second camera located "in front" of the anode clamp (s), is preferably motorized in situ (rotation possible around a horizontal axis), in azimuth (rotation possible around a vertical axis), and zoomed so that different shooting conditions can be defined according to the operation to be performed, because the service module 0 is preferably also equipped with other tools and said second camera must also be able to visualize their work area,
  • the first camera as the second camera should be placed far enough from the active part of the tools to provide a high visibility in the scope of the tools. 5
  • the service module may be equipped with other tools, in particular: a) a breaker, which serves to break the crust of alumina and solidified bath which generally covers the anodes of the cell; b) a bucket shovel which serves to clear the location of the anode, after removal of the spent anode, by removing solids (such as pieces of crust and carbon and alumina) which 'find there; c) a hopper associated with a retractable conduit which serves to introduce alumina and / or ground bath into the electrolysis cell, so as to reform a coating layer, after the establishment of a new anode; d) a heavy lifting tool such as a hoist.
  • a breaker which serves to break the crust of alumina and solidified bath which generally covers the anodes of the cell
  • a bucket shovel which serves to clear the location of the anode, after removal of the spent anode, by removing solids (such as pieces of crust and carbon and alumina) which 'find there
  • the precise shooting conditions can be defined specifically during the manipulation by the operator or, preferably, be predefined according to the tool chosen by the operator. operator,
  • the angle of deflection in site is between -60 ° and + 60 ° with respect to the vertical plane passing through D2.
  • the deflection angle in site of the second camera is between 0 ° and - 80 ° relative to the horizontal plane.
  • the zoom magnification factor of the second camera is advantageously between 1 and 25.
  • the first camera is placed on the MSE in the vertical plane Pl which coincides, when the MSE is set up to operate on a given anode, with the plane of symmetry of the alignment of the anode rods, parallel to the anode frame. It is placed at an altitude substantially equal to that of the security level, typically equal to 3 meters, and located towards the outside of the most peripheral of the gripping members, typically at a distance horizontal of it_comprise between 1 and 3 meters, preferably close to 1 meter.
  • the second camera is placed on the MSE in the vertical plane P2 which, when the MSE is set up to operate on a given anode, is perpendicular to the plane P1 and passes through the barycenter of the gripping members, at an altitude substantially equal to that of the security level, typically equal to 3 meters, and in a position which, relative to the center of gravity of said gripping members, is opposite to the face of the or tongs which corresponds, when the MSE is put in place for working on the given anode (s), on the face of the anode rod (s) which is intended to come into contact with the anode frame, typically at a horizontal distance from said barycenter of the gripping members .. between 2 and 4 meters, preferably close to 3 meters.
  • the service module comprises a frame, typically a platform, adapted to be fixed to a moving assembly and at least one turret mounted on the frame so as to be pivotable in use around a vertical axis A.
  • Said turret is equipped with a set of tools such as those described above. It can also be equipped with two cameras which are therefore in this case in a fixed position relative to the tools. But said cameras can also be placed on a second turret independent of the first, coaxial and external thereto, that is to say surrounding the first turret and rotatable about the same vertical axis A.
  • a single turret makes it possible to have a compact module, in which the tools are placed close to the axis of rotation of the turret, without greatly affecting the visibility. It also makes it possible to make the operations symmetrical, so that such a compact module can be used indifferently whatever the position of the cells with respect to the lateral sides of the electrolysis room and whatever the position of the anode to be replaced in the cell,
  • a module with two turrets is more difficult to design, more expensive, less compact but it allows to have better visibility and to move at least one camera relative to the tools so as to obtain a more favorable angle of view.
  • the service module according to the invention comprises a third camera, placed not far from the second camera, intended to present an overview of the tools of the module and the working areas relating to each of these tools.
  • the service module according to the invention comprises another camera, placed near the actuator of one of the anode gripping members, typically fixed on the base of the telescopic arm which actuates said gripping member, and an area that includes the low position of the or gripping members.
  • the images perceived by the cameras are transmitted as analog or, preferably, digital data to a system or set of signal processing systems which results in the creation of images displayed on screens placed outside the service module.
  • the service module is provided with a central image processing device connected, typically by shielded cables, to the cameras and which processes the images received so that it can associate them by grouping them in the form of a unique digital image ("layout"), which is then advantageously compressed under the standard formats of video image compression (MPEG, JPEG, ).
  • said central image processing device is associated with a transmitter which transmits the digital files associated with the video images (advantageously compressed) under form of electromagnetic waves, preferably by air, to receivers located outside the service module and equipped with screens.
  • said central device for processing the images perceived by the cameras processes the signal so that a number identifying the service module with which it is associated is embedded in at least one zone, preferably peripheral, of the transmitted image and / or the transmitter - which transmits the digital files associated with the video images - transmits in a specific frequency or a plurality of frequencies, representative of the service module to which the transmitter is associated .
  • the invention also relates to a service machine comprising a movable element, typically a carriage, and a service module as described above.
  • the invention also relates to a service unit of an igneous electrolysis aluminum production plant which comprises a movable bridge and at least one service machine comprising a carriage capable of moving along said movable bridge and a module service according to the invention.
  • the invention also relates to the use of a service unit according to the invention for the interventions on electrolytic cells for the production of aluminum by igneous electrolysis, in particular to effect the change of the anodes,
  • the invention also relates to a system for assisting the control of handling and intervention operations on an electrolysis cell, typically intended for the replacement of anodes, said system comprising: a service unit itself comprising a service module and moving with the aid of motorized actuators, said service module being provided with tools actuated by motors, said service unit being provided with display means,
  • control module provided with at least one monitor reproducing the image of the working area taken by at least one camera
  • control module able to transmit commands to the actuators of the service unit, characterized in that:
  • said service module is a service module according to the invention provided with a device for processing the images perceived by the cameras associated with a transmitter emitting signals associated with the digital images in the form of electromagnetic waves, preferably Hertzian waves;
  • said control module is provided with a receiver adapted to receive said electromagnetic waves and at least one monitor which has at least the image of one of the two cameras with a minimum definition of 350 000 pixels, preferably, taking the standard 2: 3 format, with a minimum definition of 768 * 512 pixels, preferably 0 with a minimum resolution of 1024 * 768 pixels,
  • the size of the screen is essentially a matter of clutter of the control module and recoil offered to the operator.
  • the monitor is a digital screen of diameter greater than 12 "and preferably at least 5 to 14".
  • said monitor can also present at any time, on request, the image of the other camera with the same minimum definition.
  • said monitor has a sufficient surface area to
  • the whole ⁇ ccole typically occupying a minimum diagonal of 17 ", preferably 20".
  • said device for processing the images perceived by the cameras may be a central device connected, typically by shielded cables, to the cameras and which processes the images received so that it can associate them by grouping them together in the form of an image.
  • unique digital (“layout"), which is then advantageously compressed in a video image compression format (MPEG, JPEG, ).
  • the transmission system between the transmitting device of the service module which transmits the video images and the receiving device associated with the monitor (s) of the control module is a spread spectrum digital transmission system, typically the modulation system. called COFDM (Coded Orthogonal Frequency Multiplex).
  • COFDM Coded Orthogonal Frequency Multiplex
  • the information is decomposed in coded digital form so as to distribute it over several orthogonal carrier waves. This creates sub-channels very close in frequency and the signals thus transmitted, which have a low probability of being disturbed all at the same time, are, after reception, digitally reprocessed so as to reconstruct the complete information.
  • Such a system makes it possible to have response times of less than 200 ms, which enables the operator to react in time according to what he observes on the screen.
  • control module is also provided with a monitor allowing the view of the field filmed by the third camera, and / or a monitor allowing the vision of the field filmed by the fourth camera, associated with gripping members of the anodes and fixed near the base of the actuator of one of the gripping member.
  • the image of this third camera and that of the fourth camera are also transmitted with a sufficient definition, corresponding to a minimum of 350,000 pixels.
  • the control module is provided with a screen of sufficient size to simultaneously provide three or four images, the first two each occupying a surface defined by a diagonal greater than or equal to 12 ".
  • Said control module is in the form of a housing provided with buttons, easily transportable. It controls the movement of the mobile bridge, the truck, the turret (s) of the service module, the cameras and the tools, preferably mounted on telescopic arms. It is equipped with an emitter device transmitting the commands to the various actuators. Some orders are directly related to an action pnrululiere of a tool, others can be induced by this action. For example, if the operator chooses a particular action to be performed by a given tool, the system can automatically trigger one or more operations-related commands, with a predefined setting of the viewing parameters, one or more cameras. cameras.
  • control module and said control module are installed in a vehicle that moves in the circulation aisle of the electrolysis room.
  • the electrolysis room is equipped with a plurality of control modules located in fixed cabins each associated with a group of n cells (n typically between 2 and 10); the control module is carried by the operator who moves to the cabin associated with the cell concerned by the change of anode. The operator installs said control module in said cabin by connecting it so that the steering assistance system is made complete in said cabin and can thus operate.
  • the remote control devices of the control module are paired with the machines: a channel and an address are assigned to each command - actuator pair.
  • the system for transmitting signals between the cameras and the monitors of the control module is not necessarily the same as the system for transmitting commands between the control module and the various actuators of the mobile bridge, the truck, the turrets, cameras, telescopic arms and tools. Indeed, the first system has to manage the transmission of a data stream considerably larger than the second, even if the orders of remote controls require some security which for example may result in some redundancy of information transmitted. We can therefore call for the transmission of remote controls to a "classic" system, preferably to avoid disturbances related to the particular environment of electrolysis.
  • the subject of the invention is also a process for the anode change of an electrolysis cell intended for the production of aluminum by igneous electrolysis, in which at least one anode determined by a new anode is replaced using the system. piloting assistance according to the invention as described above.
  • Figure 1 illustrates a typical electrolysis room, seen in section, for the production of aluminum and comprising a service unit shown schematically.
  • FIG. 2 schematically shows a particular arrangement of the basic tools and three cameras of a service module according to the invention, seen from below,
  • FIG. 3 schematically shows the service module of Fig. 2 in side view.
  • Electrolysis plants for aluminum production include a liquid aluminum production zone that includes one or more electrolysis rooms (1).
  • the electrolysis room (1) comprises electrolysis cells (2) and at least one "service unit” or “service machine” (3).
  • the electrolysis cells (2) are normally arranged in rows or rows, each row or line typically having more than one hundred cells.
  • the cells (2) are arranged so as to clear a circulation aisle (31) along the electrolysis room (1).
  • the cells (2) comprise a series of anodes (21) provided with a metal rod (22) for fixing and electrically connecting the anodes to a metal anode frame (not shown).
  • the service unit (3) is used to carry out operations on the cells (2) such as the anode changes or the filling of the ground bath supply hoppers and the AIF3 of the electrolysis cells. It can also be used to handle various loads, such as tank elements, pockets of liquid metal or anodes.
  • the invention particularly relates to service units capable of performing the anode changes.
  • the service unit (3) comprises a movable bridge (4) which can be translated over the electrolysis cells (2) and a service machine (5) comprising a movable carriage (6) able to be moved on the moving bridge (4) and a service module (7) equipped with several handling and intervention devices
  • the movable bridge (4) rests and circulates on raceways (30, 30 ') arranged parallel to each other and to the main axis of the hall (and the queue of cells).
  • raceways (30, 30 ') arranged parallel to each other and to the main axis of the hall (and the queue of cells).
  • the direction of the main axis of the hall coincides with the direction (Y) of the short side of a cell.
  • the tools are arranged on said service module so that their lower end is always above a certain height, corresponding to a security level (S).
  • the service module (7) comprises a frame (8) fixed on a carriage ( ⁇ ) which moves along the movable bridge (4) (in the X direction of the long side of the electrolysis cell).
  • This frame is equipped with a set of tools (10) including two anode handling devices (11 and IT) and four cameras (41, 42, 43 and 44) which make it possible to remotely view the working areas of said anode handling members in at least two directions (D1) and (D2) substantially perpendicular to each other,
  • the anode clamp (11) is in the form of a jaw whose ends of the pivoting elements form a contour which generally follows the square shape of the section of the end of the anode rod.
  • the direction (D2) is chosen so that it is parallel to the direction (P) of the pivot axis of the grip elements of the clamp. In this way, the second camera (42) can see the forceps substantially from the front.
  • the service module is here provided with two anode clamps (11 and 11 ') which, when they are put in place to work on the anodes to be replaced, are aligned in the alignment direction of the anode rods which itself coincides with the direction of the anode frame, that is to say the X direction of the long side of the electrolysis cell, which is substantially parallel to the L side of the rectangular section of the anode rod, the viewing directions (D1) and (D2) of the two cameras (41) and (42) coincide, when the MSE is set up to work on a given anode, to the directions (L) and (I) of the sides of the section square of the anode rod.
  • the first camera (41) is placed in the vertical plane which contains the direction of alignment of the anode clamps, or rather near (typically one hundred millimeters) of this plane to facilitate the vision of the farthest anode clamp (11 ') •
  • This plan which coincides, when the MSE is put in place to work on the anodes to be replaced, with the common median plane of the anode rods, parallel to the anode frame (not shown), substantially corresponds to the plane (Vl) which includes the first viewing direction (D1).
  • the second camera (42) is placed in a vertical plane (P2) perpendicular to the preceding one and passing in the middle (110) of the anode clamps
  • the second camera (42) aims at the working area in a direction (D2) in a vertical plane (V2) coinciding with (P2) or at a slight angle with it (case illustrated in FIG. 2), the cameras (41), (42) and (43) are placed at a height corresponding to the security level (S), typically three meters above the ground.
  • the anode clamps (1 1 and 11 ') are moved vertically by vertical telescopic arms (1 1 1).
  • the first camera (41) is then in the vertical telescopic arm alignment and the second camera (42) is placed perpendicular to this alignment direction, in a vertical plane 0 which typically passes through the middle (110) of the clips.
  • the two cameras are set so that they can aim at least all the points corresponding to the possible low positions anode clamps.
  • the first camera (41) realizes a fixed shooting site, in azimuth and zoom, defined once and for all
  • the second camera (42), located "opposite" of the anode clamps, is motorized in azimuth ( possible rotation around a vertical axis), in situ (rotation possible around a horizontal axis) and in zoom so that different shooting conditions can be defined according to the operation to be performed,
  • the first camera (41) and the second camera (42) are placed far enough from the active part of the tools to provide a high visibility in the scope of the tools.
  • the service module is equipped with tools other than anode clamps; a) a breaker (13), b) a bucket shovel (12); c) a hopper (14) associated with a retractable conduit (15)
  • the second camera (42) can easily view all the tools of the service module.
  • the angle of deflection in site of said second camera (42) is between -60 ° and + 30 ° (trigonometrical direction) with respect to the vertical plane P2 .
  • the angle of azimuth displacement of the second camera (42) is between 0 ° and - 80 ° by relation to the horizontal plane.
  • the zoom magnification factor of the second camera (42) is between 1 and 25.
  • the first camera (41) is placed on the MSE in the vertical plane (P1) at an altitude substantially equal to that of the security level, typically equal to 3 meters, and located towards the outside of the most peripheral of the anode clamps. (11), typically at a horizontal distance (dl) thereof close to 1 meter,
  • the second camera (42) is placed on the MSE in the vertical plane (P2), at an altitude substantially equal to that of the security level, typically equal to 3 meters, and in a position opposite to that of the face (F) clamps which corresponds, when the MSE is set up to work on two given anodes, to the face of the anode rods which is intended to come into contact with the anode frame, at a horizontal distance (d2) from the barycenter (110) of the clamps close to 3 meters,
  • the images perceived by the digital cameras (41) and (42) are transmitted to a central image processing device connected by shielded cables to said cameras and which processes the images received so that it can associate them by grouping them in form. a single digital image.
  • a number identifying the service module to which the central image processing device is associated is embedded in at least one peripheral zone of the image thus composed. This digital image is then compressed in the format
  • the module is associated with a COFDM transmission system
  • the service module (7) comprises a frame (8) and a turret (9) mounted on the frame so as to be pivotable in use about a vertical axis (A) and equipped with both cameras (41) and (42). ), in a fixed position relative to the tools. It also includes a third camera (43), placed not far from the second camera 42) and intended to continuously present an overview of the tools of the module and the work area.
  • a fourth camera (44) is placed near the base of the actuator (111) of one of the anode clamps (11). It relates to an area (23) which includes the low positions of the anode clamps (11) and (I T).
  • the service module (7) is associated with a system for assisting the control of handling and intervention operations on an electrolysis cell, intended for the replacement of the anodes.
  • Said system comprises the service unit described below.
  • a control module provided with at least one monitor reproducing the image of the working area filmed by at least one camera and a control module transmitting orders to the actuators of the service unit.
  • the control module is equipped with a 21 "monitor that simultaneously displays the images of the first two cameras (41 and 42) on a diagonal of 15". Each image is provided on a format of 1024 * 768 pixels.
  • the control module is also provided with a 17 "screen allowing simultaneous continuous vision of the fields filmed by the third and fourth cameras,
  • the control module is in the form of a housing with m buttons, easily transportable. It is used to control the movement of the mobile bridge, the trolley of the turret (s) of the service module, cameras and tools, preferably mounted on telescopic arms.
  • the electrolysis room is equipped with a plurality of control modules located in fixed cabins each associated with a group of 4 cells.
  • the control module is carried by the operator who moves to the cabin associated with the cell concerned by the change of anode.
  • the operator installs said control module in the cabin by connecting it so that the steering assistance system is made complete in said cabin and can thus function.

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Abstract

Module de service (7) d'une série de cellules d'électrolyse destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée comprenant un châssis (8) apte à être fixé sur un chariot (6) se déplaçant le long d'un pont mobile (4) et équipé d'un ensemble d'outils incluant notamment au moins un organe de manutention des anodes (11), caractérisé en ce qu'il est également équipé d'au moins deux moyens de visualisation (41 et 42) aptes à transmettre les vues prises sous forme de signaux électromagnétiques, typiquement deux caméras vidéo, lesdits moyens de visualisation étant éloignés l'un de l'autre et de la zone de travail, pour pouvoir viser la zone de travail (23) dudit ou desdits organes de manutention des anodes sous deux directions (Dl ) et (D2) non parallèles, de préférence faisant un angle voisin de 90° entre elles, Ce module de service peut également comprendre une troisième caméra (43) qui permet une vue d'ensemble des outils et de leur zone de travail ainsi qu'une quatrième caméra (44) fixée à la base des actionneurs des pinces à anodes.

Description

MODULE DE SERVICE PILOTABLE A DISTANCE DESTINE AUX USINES DE PRODUCTION D'ALUMINIUM
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne la production d'aluminium par électrolyse ignée selon le procédé de Hall-Héroult. Elle concerne plus particulièrement le pilotage à distance des "machines de service électrolyse" (MSE) utilisées dans les usines de production d'aluminium.
ETAT DE LA TECHNIQUE
L'aluminium est produit industriellement par électrolyse ignée, c'est-à-dire par électrolyse de l'alumine en solution dans un bain de cryolithe fondue, appelé bain d'électrolyte, selon le procédé Hall-Héroult. Le bain d'électrolyte est contenu dans des cuves d'électrolyse qui comprennent un caisson en acier revêtu intérieurement de matériaux réfractaires et/ou isolants et un ensemble cathodique situé au fond de la cuve, Des anodes, typiquement en matériau carboné, sont fixées à une superstructure pourvue de moyens qui permettent de les déplacer verticalement, lesdites anodes étant consommées progressivement au cours du processus d'électrolyse. L'ensemble formé par une cuve d'électrolyse, ses anodes et le bain d'électrolyte est appelé cellule d'électrolyse.
Les usines contiennent un grand nombre de cellules d'électrolyse disposées en ligne, dans des bâtiments appelés halls ou salles d'électrolyse, et raccordées électriquement en série à l'aide de conducteurs de liaison, de façon à optimiser l'occupation au sol des usines. Les cellules sont généralement disposées en ligne de sorte que des véhicules peuvent se déplacer sur une allée de circulation le long de la salle d'électrolyse. Elles comprennent une série d'αnodes munies d'une tige métallique destinée à la fixation et au raccordement électrique des anodes à un cadre anodique métallique solidaire de la superstructure.
En fonctionnement, une usine d'électrolyse nécessite des interventions sur les cellules d'électrolyse parmi lesquelles figurent, notamment, le remplacement des anodes usées par des anodes neuves, le prélèvement de métal liquide des cellules et les prélèvements ou ajouts d'électrolyte. Afin d'effectuer ces interventions, les usines les plus modernes sont équipées d'une ou plusieurs unités de service comprenant un pont mobile qui peut être translaté au-dessus des cellules d'électrolyse, et un chariot qui se déplace le long du pont et sur lequel est fixé un module de service comprenant des organes de manutention et d'intervention (également appelés « outils »), tels que des pelles et des palans. Le module de service est placé au-dessus de la zone de la cellule sur laquelle l'intervention doit être effectuée et les outils sont amenés, typiquement à l'aide de bras télescopiques, sur la zone de travail proprement dite en suivant une trajectoire qui comprend une composante substantiellement verticale vers le bas. Par la suite, nous noterons par X la direction du grand côté d'une cellule, Y la direction du petit côté de la cellule et Z la direction verticale. Lesdites unités de service sont souvent appelées "machines de service électrolyse" ou "M.S.E" ("PTA" ou "Pot Tending Assembly" ou "PTM" ou "Pot Tending Machine" en langue anglaise).
Les opérations de changement d'anode requièrent à l'heure actuelle la présence de deux opérateurs:
> un opérateur qui pilote le pont mobile et les outils de la MSE à partir d'une cabine embarquée; ladite cabine embarquée est en général solidaire de la MSE: elle se déplace avec la MSE et peut être mise en place de sorte qu'elle se trouve en face et en surplomb de l'anode à remplαcer, l'opérateur se trouvant alors en accès visuel direct de la zone de travail;
> et un opérateur au sol qui effectue toutes les tâches délicates ou impossibles à réaliser depuis la cabine, en raison par exemple d'une visibilité insuffisante ou de difficultés techniques empêchant de commander à distance un outil particulier pour une opération spécifique donnée, Cet opérateur est exposé à des risques multiples liés à la proximité de la cellule d'électrolyse et à la présence d'outils de manutention, notamment les outils de la MSE qui sont situés au voisinage de la zone de travail,
Typiquement, au cours du changement des anodes, l'opérateur en cabine embarquée utilise: a) un piqueur attaché à la MSE, qui sert à briser la croûte d'alumine et de bain solidifié qui couvre généralement les anodes de la cellule, b) une pelle à godets attachée à la MSE, qui sert à dégager l'emplacement de l'anode, après le retrait de l'anode usée, par enlèvement des matières solides (telles que des morceaux de croûte et de carbone et de l'alumine) qui s'y trouvent; c) une ou des pinces à anodes attachée(s) à la MSE, qui ser(ven)t à saisir et à manipuler les anodes par leur tige, notamment pour l'enlèvement des anodes usées et la mise en place d'anodes neuves dans la cellule d'électrolyse; En général, l'opérateur au sol, qui voit la zone de travail sous un autre angle, aide l'opérateur à effectuer ces manipulations. De plus, l'opérateur au sol saisit un conduit escamotable, également attaché à la MSE et qui sert à introduire de l'alumine et/ou du bain broyé dans la cellule d'électrolyse, de manière à reformer une couche de revêtement, après la mise en place d'une anode neuve.
Dans un objectif de réduction des coûts d'exploitation et d'amélioration de la sécurité, des recherches ont été entreprises pour faire réaliser ces opérations - A -
pαr un seul opérateur pouvant agir en toute sécurité à une distance suffisante de la zone de travail.
5 Dans la demande européenne EP 0 618 313 (TECHMO), il est proposé un ensemble modulaire permettant de remplacer automatiquement des anodes. Ce dernier comprend un pont mobile, deux modules sur chariots qui se déplacent le long du pont, chaque module étant spécialisé pour certaines tâches, un véhicule de service et un véhicule de transport circulant chacun
70 dans une voie placée de part et d'autre d'une rangée de cellules. Dans cet équipement modulaire, le véhicule de service comprend une cabine de contrôle d'où l'on peut piloter les opérations de manutention et d'intervention. Il est mentionné, sans plus de précision, que cette cabine de contrôle peut être équipée d'un système de télécommande et d'un système de visualisation par
/5 caméra.
Les premiers essais tentés par la demanderesse ont montré que le pilotage à distance d'opérations telles que le changement d'anode ne pouvait pas être assuré avec des moyens quelconques de visualisation de la zone de travail et o de transmission des ordres aux outils, car lesdits moyens doivent obligatoirement permettre à l'opérateur d'agir avec la réactivité nécessaire. Par exemple, les moyens classiquement utilisés dans d'autres domaines techniques, tels que la télémanipulation de charges radioactives, répondent à des contraintes différentes qui ne correspondent aux besoins particuliers relatifs 5 aux opérations intervenant au cours du changement des anodes, en particulier en raison de la nécessité d'intervenir très rapidement au cours desdites opérations.
De plus, l'ensemble modulaire décrit dans EP 0 618 313 implique une 30 configuration trop spécifique de la salle d'électrolyse, avec par exemple deux voies de circulation de part et d'autre de la rangée de cellules d'électrolyse. Dαns la demande US2004/211663 (ALCOA), l'objectif visé est différent: il s'agit des mesurer les hauteurs des anodes, Pour cela, il est suggéré, dans une modalité particulière, de mesurer des distances verticales à l'aide de trois 5 caméras numériques montées sur un bras rigide mobile,
Dans le cadre de la présente invention, il ne s'agit pas de mesurer des distances verticales précises mais de concevoir un dispositif qui permet de remplacer à distance les anodes, qui soit facilement adaptable à la majorité W des ateliers d'électrolyse existants et qui puisse fonctionner de façon fiable, avec des temps de réponse courts, dans le contexte industriel spécifique d'une usine de fabrication d'aluminium par électrolyse ignée,
DESCRIPTION DE L'INVENTION
/5
Un premier objet selon l'invention est un module de service d'une série de cellules d'électrolyse destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée comprenant un châssis apte à être fixé sur un ensemble mobile, typiquement un chariot se déplaçant le long d'un pont mobile, et équipé d'un 0 ensemble d'outils incluant notamment au moins un organe de manutention des anodes, caractérisé en ce qu'il est également équipé d'au moins deux moyens de visualisation aptes à prendre des vues et à les transmettre sous forme de signaux électromagnétiques, typiquement deux caméras vidéo, lesdits moyens de visualisation étant placés sur ledit module de service de telle sorte qu'ils 5 peuvent viser la zone de travail dudit ou desdits organes de manutention des anodes sous deux directions Dl et D2 non parallèles, faisant entre elles un angle typiquement supérieur à 45°, de préférence voisin de 90°. Plus précisément, selon l'invention, un premier moyen de visualisation est placé de telle sorte qu'il peut viser la zone de travail sous la direction (DI) d'une droite 0 contenue dans un plan vertical (Vl) et un deuxième moyen de visualisation est placé de telle sorte qu'il peut viser la zone de travail sous la direction (D2) d'une droite contenue dans un plan vertical (V2), les plans (Vl) et (V2) n'étant pas parallèles, leur intersection étant une droite verticale traversant la zone de travail, Les plans verticaux (Vl) et (V2) font entre eux un angle aussi grand que possible, typiquement supérieur à 45°, de préférence compris entre 60° et 90°,
5
Le module de service selon l'invention est muni de moyens de visualisation qui permettent de piloter à distance les outils dont il est muni, sans avoir besoin d'un opérateur placé à l'intérieur d'une cabine embarquée solidaire dudit module de service. En effet, si l'opérateur reste dans ladite cabine embarquée w du module de service, il ne peut matériellement pas effectuer les opérations urgentes qui doivent être effectuées par l'opérateur au sol. Il faut donc, comme dans EP 0618313, piloter les opérations à partir du sol, pour pouvoir intervenir sur la cellule en cas de nécessité, sans pour autant être condamné à employer un véhicule au sol avec cabine de pilotage embarquée. Mais
/5 l'opérateur au sol doit pouvoir avoir un accès visuel à la zone de travail au moins aussi bon que celui offert à l'opérateur qui se trouvait dans la cabine embarquée sur la MSE,
Pour l'ensemble des opérations intervenant au cours du remplacement des 0 anodes et qui sont à l'heure actuelle pilotées de la cabine embarquée sur la
MSE (cassage de la croûte d'alumine et de bain fondu autour de l'anode; enlèvement, dans l'emplacement laissé par l'anode enlevée, des morceaux solides pouvant contenir des débris de croûte, de carbone et de l'alumine; saisie et manipulation des anodes par leur tige), il est important d'avoir une 5 bonne estimation des distances dans l'espace, c'est-à-dire autant des distances horizontales que des distances verticales. Selon l'invention, on utilise au moins deux moyens de visualisation qui visualisent la zone de travail en la visant à partir de deux endroits différents, chacun selon une direction comprise dans un plan vertical passant par la zone de travail, On permet ainsi à
30 l'opérateur d'apprécier les distances, d'éviter les collisions entre les outils et d'atteindre l'objectif avec une bonne précision, De toutes ces opérations, c'est assurément la saisie de la tige d'anode qui s'avère être l'opération la plus délicate à réaliser et lesdits moyens de visualisation sont déterminés selon l'invention en nombre, en positionnement et en direction de visée, en premier lieu pour faciliter cette opération.
L'organe de manutention qui est destiné à la manutention et au déplacement des anodes est utilisé notamment pour l'enlèvement des anodes usées et la mise en place d'anodes neuves dans la cellule d'électrolyse. Il comporte en général une pince apte à saisir l'anode. Celle-ci est placée à proximité de l'extrémité de la tige de l'anode destinée à être saisie, puis est fermée sur ladite extrémité, l'anode ainsi saisie pouvant être soulevée et transportée en dehors de la cellule d'électrolyse, typiquement pour être acheminée vers l'atelier de recyclage des anodes. La pince de manutention des anodes est typiquement munie de deux organes de préhension qui pivotent autour d'un axe commun ou autour d'axes sensiblement parallèles. La direction (P) de l'axe commun ou des axes parallèles est sensiblement horizontale. Ces deux organes forment une mâchoire qui présente une configuration ouverte, dans laquelle les extrémités desdits organes délimitent une ouverture typiquement tournée vers le bas et dans laquelle l'extrémité supérieure de la tige peut être insérée, et une configuration fermée, dans laquelle les extrémités desdits organes viennent en appui latéral sur la tige de sorte que ladite tige est piégée et retenue,
Les extrémités des organes de préhension de la mâchoire dessinent un contour qui suit globalement la forme de la section de l'extrémité de la tige d'anode. Généralement, celle-ci est rectangulaire, l'un des côtés du rectangle correspondant à la surface de contact de la tige d'anode sur le cadre anodique. Lorsque la pince se referme sur l'extrémité de la tige, la direction (P) de l'axe de pivotement des éléments de préhension de la pince est, ou s'oriente, dans la direction de l'un (L) ou l'autre (I) des côtés de la section rectangulaire de la tige,
En général, la pince à anode est conçue avec un axe (P) fixe par rapport au châssis. Dans ce cas, l'une des directions DI ou D2 est de préférence substantiellement parallèle audit axe, Mais si la pince à anode est conçue pour conserver une certaine liberté en rotation autour d'un axe vertical, l'axe (P) n'est pas fixe par rapport au châssis et il est dans ces conditions préférable de définir les directions Dl et D2 non pas directement par rapport au châssis mais par rapport à la cellule d'électrolyse, ce qui peut facilement se faire puisque le module de service doit se trouver dans une position précise qui est fixe par rapport à l'ensemble mobile auquel il est rattaché (typiquement le chariot) et qui est orientée de telle sorte que ledit module de service se trouve à proximité et en surplomb de l'anode à remplacer avant que les outils soient activés, Ainsi, les directions Dl et D2 peuvent par exemple correspondre substantiellement lorsque le module de service est mis en place pour travailler sur une anode donnée, aux directions X et Y des grand et petit côtés de la cellule d'électrolyse.
De préférence, les directions Dl et D2 de visée des deux moyens de visualisation correspondent substantiellement, lorsque la MSE est mise en place pour travailler sur une anode donnée, aux directions (L) et (I) des côtés de la section rectangulaire de la tige d'anode.
Lorsque le module de service est muni d'un seul organe de préhension des anodes, chacun des deux moyens de visualisation est de préférence placé dans un plan vertical qui, lorsque la MSE est mise en place pour travailler sur une anode donnée, passe par une médiatrice de la section rectangulaire de la tige d'anode. Lesdits moyens de visualisation, que nous appellerons par la suite caméras, sont placés à une hauteur aussi basse que possible au-dessus de la cellule, de préférence sur ou légèrement au-dessus du niveau dit "niveau de sécurité", qui définit une altitude au-dessus de laquelle toute extrémité inférieure d'outil doit se trouver lorsque la MSE doit se déplacer au-dessus des cellules d'électrolyse.
5 Lorsque le module de service est muni de plusieurs organes de préhension d'anode, ceux-ci lorsqu'ils sont mis en place pour travailler sur les anodes à remplacer, sont alignés suivant la direction d'alignement des tiges d'anode qui elle-même coïncide avec la direction du cadre anodique, c'est-à-dire la direction X du grand côté de la cellule d'électrolyse, à laquelle est w substantiellement parallèle l'un des côtés (L ou I) de la section rectangulaire de la tige d'anode. Dans ce cas, l'une des caméras est placée dans le plan vertical qui contient la direction d'alignement des organes de préhension et qui coïncide, lorsque la MSE est mise en place pour travailler sur les anodes à remplacer, avec le plan médiateur commun des tiges d'anode alignées, qui
/5 est lui-même parallèle au cadre d'anode. L'autre caméra est placée dans un plan vertical substantiellement perpendiculaire au précédent et passant par le barycentre des organes de préhension. Les caméras sont placées à une hauteur aussi basse que possible au-dessus de la cellule, de préférence sur ou légèrement au-dessus, typiquement une centaine de millimètres, du niveau de o sécurité. Bien que situées à une hauteur basse, elle surplombent de plusieurs mètres la zone de travail, ce qui permet par exemple à la première caméra (située dans le plan médiateur commun des tiges d'anode) de visualiser autant la pince la plus proche que la ou les pinces à anode suivantes . Pour améliorer la visibilité de la ou des pinces suivantes, deux possibilités s'offrent: 5 a) on décale très légèrement la première caméra par rapport au plan d'alignement des pinces; b) on effectue chaque accrochage ou décrochage d'anode par étapes successives en commençant par l'anode la plus éloignée de la caméra et en se rapprochant progressivement de la première caméra. 0 Générαlement les organes de préhension sont mus verticalement soit par gravité soit en utilisant des bras télescopiques verticaux. La première caméra se trouve alors dans l'alignement des axes verticaux sur lesquels sont actionnés lesdits organes de préhension et la seconde caméra est placée 5 perpendiculairement à cette direction d'alignement, dans un plan vertical qui passe typiquement au milieu desdits organes de préhension,
Les deux caméras, fixées au module de service mais situées en deux endroits éloignés l'un de l'autre et de la zone de travail, doivent pouvoir viser, sous deux
W directions de préférence sensiblement orthogonales, la zone de travail c'est-à- dire l'ensemble des points correspondants aux positions basses possibles dudit ou desdits organes de préhension des anodes, La première caméra peut faire une prise de vue fixe en site, en azimut et en zoom, définie une fois pour toutes en fonction de l'ensemble desdites positions basses possibles dudit ou desdits
/5 organes de préhension des anodes, La deuxième caméra, située "en face" de la ou des pinces à anodes, est de préférence motorisée en site (rotation possible autour d'un axe horizontal), en azimut (rotation possible autour d'un axe vertical), et en zoom de façon à ce que différentes conditions de prise de vue puissent être définies en fonction de l'opération à réaliser, car le module de 0 service est de préférence également muni d'autres outils et ladite deuxième caméra doit pouvoir également visualiser leur zone de travail, De manière générale, la première caméra comme la deuxième caméra doivent être placées assez loin de la partie active des outils de façon à procurer une grande visibilité dans le champ d'action des outils. 5
Le module de service peut être équipé d'autres outils, en particulier: a) un piqueur, qui sert à briser la croûte d'alumine et de bain solidifié qui couvre généralement les anodes de la cellule ; b) une pelle à godets qui sert à dégager l'emplacement de l'anode, après le retrait de l'anode usée, par enlèvement des matières solides (telles que des morceaux de croûte et de carbone et de l'alumine) qui s'y trouvent ; c) une trémie associée à un conduit escamotable qui sert à introduire de l'alumine et/ou du bain broyé dans la cellule d'électrolyse, de manière à reformer une couche de revêtement, après la mise en place d'une anode neuve; d) un outil de levage de lourdes charges tel qu'un palan.
Au moins pour la seconde caméra, les conditions précises de prise de vue (zone visée, échelle) peuvent être définies spécifiquement au cours de la manipulation par l'opérateur ou, de préférence, être prédéfinies en fonction de l'outil choisi par l'opérateur,
Typiquement, de façon à ce que la seconde caméra puisse facilement observer l'ensemble des outils du module de service, l'angle de débattement en site est compris entre -60° et +60° par rapport au plan vertical passant par D2. De même, de façon à pouvoir suivre l'outil dans sa descente vers la zone de travail ou au contraire le suivre au cours de sa remontée, en particulier lorsque la pince munie de l'anode usée est relevée, l'angle de débattement en site de la deuxième caméra est compris entre 0° et - 80° par rapport au plan horizontal. Le facteur de grossissement en zoom de la deuxième caméra est avantageusement compris entre 1 et 25.
De préférence, la première caméra est placée sur la MSE dans le plan vertical Pl qui coïncide, lorsque la MSE est mise en place pour opérer sur une anode donnée, avec le plan de symétrie de l'alignement des tiges d'anode, parallèle au cadre d'anode. Elle est placée à une altitude sensiblement égale à celle du niveau de sécurité, typiquement égale à 3 mètres, et située vers l'extérieur du plus périphérique des organes de préhension, typiquement à une distance horizontαle de celui-ci_comprise entre 1 et 3 mètres, de préférence voisine de 1 mètre.
De préférence, la deuxième caméra est placée sur la MSE dans le plan vertical P2 qui, lorsque la MSE est mise en place pour opérer sur une anode donnée, est perpendiculaire au plan Pl et passe par le barycentre des organes de préhension, à une altitude sensiblement égale à celle du niveau de sécurité, typiquement égale à 3 mètres, et dans une position qui, par rapport au barycentre desdits organes de préhensions, est opposée à la face de la ou des pinces qui correspond, lorsque la MSE est mise en place pour travailler sur la ou les anodes données, à la face de la ou des tiges d'anode qui est destinée à entrer en contact avec le cadre anodique, typiquement à une distance horizontale dudit barycentre des organes de préhension ..comprise entre 2 et 4 mètres, de préférence voisine de 3 mètres.
Dans des modalités préférées de l'invention, le module de service comporte un châssis, typiquement une plate-forme, apte à être fixé à un ensemble mobile et au moins une tourelle montée sur le châssis de manière à pouvoir pivoter en utilisation autour d'un axe vertical A. Ladite tourelle est équipée d'un ensemble déterminé d'outils tels que ceux décrits plus haut. Elle peut être équipée également des deux caméras qui se trouvent donc dans ce cas en position fixe par rapport aux outils. Mais lesdites caméras peuvent également être placées sur une deuxième tourelle indépendante de la première, coaxiale et extérieure à celle-ci, c'est-à-dire entourant la première tourelle et susceptible de tourner autour du même axe vertical A.
Une tourelle unique permet d'avoir un module compact, dans lequel les outils sont placés à proximité de l'axe de rotation de la tourelle, sans trop nuire à la visibilité. Elle permet en outre de rendre les opérations symétriques, de sorte qu'un tel module compact peut être utilisé indifféremment quelle que soit la position des cellules par rapport aux côtés latéraux de la salle d'électrolyse et quelle que soit la position de l'anode à remplacer dans la cellule,
Un module à deux tourelles est plus difficile à concevoir, plus onéreux, moins compact mais il permet d'avoir une meilleure visibilité et de déplacer au moins une caméra par rapport aux outils de façon à obtenir un angle de vue plus favorable.
Optionnellement, le module de service selon l'invention comprend une troisième caméra, placée non loin de la deuxième caméra, destinée à présenter une vue d'ensemble des outils du module et des zones de travail relatives à chacun de ces outils.
Optionnellement, le module de service selon l'invention comprend une autre caméra, placée à proximité de l'actionneur de l'un des organes de préhension des anodes, typiquement fixée sur la base du bras télescopique qui actionne ledit organe de préhension, et visant une zone qui comprend la position basse du ou des organes de préhension.
Les images perçues par les caméras sont transmises sous forme de données analogiques ou, de préférence, numériques vers un système ou un ensemble de systèmes de traitement des signaux qui aboutit à la création d'images affichées sur des écrans placés en dehors du module de service. Avantageusement, le module de service est muni d'un dispositif central de traitement d'images relié, typiquement par câbles blindés, aux caméras et qui traite les images reçues de telle sorte qu'il peut les associer en les regroupant sous forme d'une image numérique unique ("mise en page"), qui est ensuite avantageusement comprimée sous les formats standards de compression d'image vidéo (MPEG, JPEG, ...). Avantageusement, ledit dispositif central de traitement d'images est associé à un émetteur qui transmet les fichiers numériques associées aux images vidéo (avantageusement comprimées) sous forme d'ondes électromagnétiques, de préférence par voie aérienne, vers des récepteurs situés en-dehors du module de service et équipés d'écrans.
Pour améliorer la sécurité du pilotage à distance du module de service, ledit dispositif central de traitement des images perçues par les caméras traite le signal de telle sorte qu'un numéro identifiant le module de service auquel il est associé s'incruste dans au moins une zone, de préférence périphérique, de l'image transmise et/ou l'émetteur - qui transmet les fichiers numériques associées aux images vidéo - émet dans une fréquence ou une pluralité de fréquences spécifique, représentative du module de service auquel l'émetteur est associé.
L'invention a également pour objet une machine de service comprenant un élément mobile, typiquement un chariot, et un module de service tel que décrit précédemment.
L'invention a encore pour objet une unité de service d'une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée qui comprend un pont mobile et au moins une machine de service comprenant un chariot susceptible de se déplacer le long dudit pont mobile et un module de service selon l'invention.
L'invention a encore pour objet l'utilisation d'une unité de service selon l'invention pour les interventions sur des cellules d'électrolyse destinées à la production d'aluminium par électrolyse ignée, en particulier pour effectuer le changement des anodes,
L'invention a également pour objet un système d'assistance au pilotage d'opérations de manutention et d'intervention sur une cellule d'électrolyse, typiquement destinées au remplacement des anodes, ledit système comprenant: > une unité de service comprenant elle-même un module de service et se déplaçant à l'aide d'actionneurs motorisés, ledit module de service étant muni d'outils actionnés par des moteurs, ladite unité de service étant munie de moyens de visualisation,
5 > un module de contrôle muni d'au moins un moniteur reproduisant l'image de la zone de travail prise par au moins une caméra et
> un module de commande apte à transmettre des ordres aux actionneurs de l'unité de service, caractérisé en ce que:
W a) ledit module de service est un module de service selon l'invention muni d'un dispositif de traitement des images perçues par les caméras associé à un émetteur émettant des signaux associés aux images numériques sous forme d'ondes électromagnétiques de préférence hertziennes;
/5 b) ledit module de contrôle est muni d'un récepteur apte à recevoir lesdites ondes électromagnétiques et d'au moins un moniteur qui présente au moins l'image d'une des deux caméras avec une définition minimale de 350 000 pixels, de préférence, en prenant le format standard 2:3, avec une définition minimale de 768*512 pixels, de 0 préférence encore avec une définition minimale de 1024*768 pixels,
La taille de l'écran est essentiellement une affaire d'encombrement du module de contrôle et de recul offert à l'opérateur. Typiquement, le moniteur est un écran numérique de diamètre supérieur à 12" et de préférence au moins égal 5 à 14".
Optionnellement, ledit moniteur peut également présenter à tout moment, sur demande, l'image de l'autre caméra avec une définition minimale identique.
De préférence encore, ledit moniteur possède une surface suffisante pour
30 présenter simultanément les deux images avec la même définition, l'ensemble αccolé occupant typiquement une diagonale minimale de 17", de préférence 20".
Bien évidemment ledit dispositif de traitement des images perçues par les caméras peut être un dispositif central relié, typiquement par câbles blindés, aux caméras et qui traite les images reçues de telle sorte qu'il peut les associer en les regroupant sous forme d'une image numérique unique ("mise en page"), qui est ensuite avantageusement comprimée sous un format de compression d'image vidéo (MPEG, JPEG, ...).
Avantageusement, le système de transmission entre le dispositif émetteur du module de service qui émet les images vidéo et le dispositif récepteur associé au(x) moniteur© du module de contrôle est un système de transmission numérique à étalement de spectre, typiquement le système de modulation numérique appelé COFDM (Coded Orthogonal Frequency Multiplex). On décompose l'information sous forme numérique codée de façon à la répartir sur plusieurs ondes porteuses orthogonales. On crée ainsi des sous-canaux très étroits en fréquence et les signaux ainsi transmis, qui présentent une faible probabilité d'être perturbés tous en même temps, sont, après réception, retraités numériquement de façon à reconstruire l'information complète. Un tel système permet d'avoir des temps de réponse inférieurs à 200 ms, ce qui permet à l'opérateur de réagir à temps en fonction de ce qu'il observe sur l'écran.
En effet pour que le pilotage à distance des outils intervenant au cours du changement des anodes puisse être effectué efficacement, il importe non seulement que l'opérateur ait une vision parfaite de la zone de travail mais également qu'il n'y ait pas de décalages temporels importants entre un événement l'image qui représente cet événement sur l'écran et le signal qui entraîne un mouvement correcteur de l'actionneur de l'outil: il faut que l'opérateur puisse voir tout incident, qu'il puisse disposer d'un temps minimum pour réagir et que son ordre pour corriger la manipulation en cours soit transmis à temps à l'actionneur. Or la demanderesse a constaté qu'une transmission purement numérique entraînait un temps de réponse de l'ordre de 500 ms, voire supérieur, ce qui est insuffisant vis-à-vis des contraintes opérationnelles liées au remplacement des anodes. Une transmission purement analogique permet par contre des temps de réponse nettement inférieurs mais la demanderesse a constaté que, dans l'environnement particulier d'une cellule d'électrolyse, elle est soumise à trop de perturbations importantes, ce qui ne permet pas d'obtenir un système de pilotage à distance fiable. C'est pourquoi la demanderesse a développé la solution décrite plus haut qui combine la rapidité d'une transmission analogique avec la fiabilité d'une transmission numérique,
Dans une modalité de l'invention, le module de contrôle est également muni d'un moniteur permettant la vision du champ filmé par la troisième caméra, et/ou d'un moniteur permettant la vision du champ filmé par la quatrième caméra, associée aux organes de préhension des anodes et fixée à proximité de la base de l'actionneur de l'un des organe de préhension. De préférence, l'image de cette troisième caméra et celle de la quatrième caméra sont également transmises avec une définition suffisante, correspondant à un minimum de 350 000 pixels. Dans une modalité préférée de l'invention, le module de contrôle est muni d'un écran de dimension suffisante pour fournir simultanément trois ou quatre images, les deux premières occupant chacune une surface définie par une diagonale supérieure ou égale à 12".
Ledit module de commande se présente sous la forme d'un boîtier muni de boutons, facilement transportable. Il permet de commander le mouvement du pont mobile, du chariot, de la ou des tourelles du module de service, des caméras ainsi que des outils, montés de préférence sur des bras télescopiques. II est équipé d'un dispositif émetteur transmettant les commandes aux divers actionneurs. Certaines commandes sont directement liées à une action pαrticulière d'un outil, d'autres peuvent être induites par cette action. Par exemple, si l'opérateur choisit une action particulière à effectuer par un outil donné, le système peut déclencher automatiquement une ou plusieurs commandes liées à la mise en fonctionnement, avec un réglage prédéfini des paramètres de visualisation, d'une caméra ou de plusieurs caméras.
Dans une modalité de l'invention, ledit module de contrôle et ledit module de commande sont installés dans un véhicule qui se déplace dans l'allée de circulation de la salle d'électrolyse.
Dans une autre modalité de l'invention, la salle d'électrolyse est équipée d'une pluralité de modules de contrôle situés dans des cabines fixes associées chacune à un groupe de n cellules (n typiquement compris entre 2 et 10); le module de commande est porté par l'opérateur qui se déplace jusqu'à la cabine associée à la cellule concernée par le changement d'anode. L'opérateur installe ledit module de commande dans ladite cabine en le connectant de sorte que le système d'assistance au pilotage est rendu complet dans ladite cabine et peut ainsi fonctionner.
Les dispositifs de télécommande du module de commande sont appairés avec les machines: un canal et une adresse sont attribués à chaque couple commande - actionneur. Le système de transmission des signaux entre les caméras et les moniteurs du module de contrôle n'est pas forcément le même que le système de transmission des commandes entre le module de commande et les divers actionneurs du pont mobile, du chariot, de la ou des tourelles, des caméras, des bras télescopiques et des outils. En effet, le premier système a à gérer la transmission d'un flux de données considérablement plus grand que le second, même si les ordres de télécommandes nécessitent une certaine sécurisation qui par exemple peut se traduire par une certaine redondance des informations transmises. On peut donc faire appel pour la transmission des télécommandes à un système "classique", de préférence numérique pour éviter les perturbations liées à l'environnement particulier de l'électrolyse.
Cependant dans le cas où un système de type COFDM serait employé pour la 5 transmission des images, il apparaît avantageux de l'utiliser également pour transmettre les commandes aux différents actionneurs de l'unité de service (pont mobile, chariot, module de service: tourelle, caméras, bras télescopiques et outils).
w L'invention a encore pour objet un procédé de changement d'anode d'une cellule d'électrolyse destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée, dans lequel on remplace au moins une anode déterminée par une anode neuve en utilisant le système d'assistance au pilotage selon l'invention tel que décrit précédemment.
/5
L'invention est décrite en détail ci-après à l'aide des figures annexées.
FIGURES 0
La figure 1 illustre une salle d'électrolyse typique, vue en section, destinée à la production d'aluminium et comprenant une unité de service représentée de manière schématique.
5 La figures 2 représente, de manière schématique, une disposition particulière des outils de base et de trois caméras d'un module de service selon l'invention, en vue du dessous, .
La figures 3 représente, de manière schématique, le module de service de la 30 figure 2, en vue de côté. Exemple (Figures 1 à 3)
Les usines d'électrolyse destinées à la production d'aluminium comprennent une zone de production d'aluminium liquide qui comprend une ou plusieurs salles d'électrolyse (1). Telle qu'illustrée à la figure 1, la salle d'électrolyse (1) comporte des cellules d'électrolyse (2) et au moins une "unité de service" ou "machine de service" (3). Les cellules d'électrolyse (2) sont normalement disposées en rangées ou files, chaque rangée ou file comportant typiquement plus d'une centaine de cellules. Les cellules (2) sont disposées de manière à dégager une allée de circulation (31) sur le long de la salle d'électrolyse (1). Les cellules (2) comprennent une série d'anodes (21) munies d'une tige métallique (22) destinée à la fixation et au raccordement électrique des anodes à un cadre anodique métallique (non illustré).
L'unité de service (3) sert à effectuer des opérations sur les cellules (2) telles que les changements d'anode ou le remplissage des trémies d'alimentation en bain broyé et en AIF3 des cellules d'électrolyse. Elle peut également servir à manutentionner des charges diverses, telles que des éléments de cuve, des poches de métal liquide ou des anodes. L'invention concerne tout particulièrement les unités de service aptes à effectuer les changements d'anode.
L'unité de service (3) comprend un pont mobile (4) qui peut être translaté au- dessus des cellules d'électrolyse (2) et une machine de service (5) comprenant un chariot mobile (6) apte à être déplacé sur le pont mobile (4) et un module de service (7) équipé de plusieurs organes de manutention et d'intervention
(10), tels que des outils (pelles, organes de préhension des anodes, également appelés pinces à anode, piqueurs,...). Le pont mobile (4) repose et circule sur des chemins de roulement (30, 30') disposés parallèlement l'un à l'autre et à l'axe principal du hall (et de la file de cellules). Dans la configuration géométrique de cet exemple, la direction de l'axe principal du hall coïncide avec la direction (Y) du petit côté d'une cellule, Au cours du déplacement du module de service au-dessus des cellules d'électrolyse, les outils sont disposés sur ledit module de service de telle sorte que leur extrémité basse soit toujours au-dessus d'une certaine hauteur, correspondant à un niveau de sécurité (S).
Le module de service (7) comporte un châssis (8) fixé sur un chariot (ό) qui se déplace le long du pont mobile (4) (dans la direction X du grand côté de la cellule d'électrolyse). Ce châssis est équipé d'un ensemble d'outils (10) incluant deux organes de manutention des anodes (11 et I T) et de quatre caméras (41, 42, 43 et 44) qui permettent de visualiser à distance les zones de travail desdits organes de manutention des anodes sous au moins deux directions (Dl) et (D2) sensiblement perpendiculaires entre elles,
La pince à anode (11) se présente sous la forme d'une mâchoire dont les extrémités des éléments pivotants dessinent un contour qui suit globalement la forme carrée de la section de l'extrémité de la tige d'anode. La direction (D2) est choisie de telle sorte qu'elle soit parallèle à la direction (P) de l'axe de pivotement des éléments de préhension de la pince. De la sorte, la deuxième caméra (42) peut voir la pince sensiblement de face.
Le module de service est ici muni de deux pinces à anode (11 et 1 1 ') qui, lorsqu'elles sont mises en place pour travailler sur les anodes à remplacer, sont alignées suivant la direction d'alignement des tiges d'anodes qui elle-même coïncide avec la direction du cadre anodique, c'est-à-dire la direction X du grand côté de la cellule d'électrolyse, laquelle est substantiellement parallèle au côté L de la Section rectangulaire de la tige d'anode, Les directions (Dl) et (D2) de visée des deux caméras (41) et (42) coïncident, lorsque la MSE est mise en place pour travailler sur une anode donnée, aux directions (L) et (I) des côtés de la section carrée de la tige d'anode. La première caméra (41) est placée dans le plan vertical qui contient la direction d'alignement des pinces à anode, ou plutôt à proximité (typiquement une centaine de millimètres) de ce plan pour faciliter la vision de la pince à anodes la plus éloignée (11 ')• Ce plan, qui coïncide, lorsque la MSE est mise en s place pour travailler sur les anodes à remplacer, avec le plan médiateur commun des tiges d'anode, parallèle au cadre anodique (non représenté), correspond substantiellement au plan (Vl) qui comprend la première direction de visée (Dl). La deuxième caméra (42) est placée dans un plan vertical (P2) perpendiculaire au précédent et passant au milieu (110) des pinces à anodes
W (11) et (I T), La deuxième caméra (42) vise la zone de travail suivant une direction (D2) comprise dans un plan vertical (V2) qui coïncide avec (P2) ou fait un angle faible avec ce dernier (cas illustré en figure 2), Les caméras (41), (42) et (43) sont placées à une hauteur correspondant au niveau de sécurité (S), typiquement à trois mètres au-dessus du sol.
/5
Les pinces à anode (1 1 et 11 ') sont mues verticalement par des bras télescopiques verticaux (1 1 1). La première caméra (41) se trouve alors dans l'alignement bras télescopiques verticaux et la seconde caméra (42) est placée perpendiculairement à cette direction d'alignement, dans un plan 0 vertical qui passe typiquement au milieu (110) des pinces. Les deux caméras sont réglées de façon à pouvoir viser au moins l'ensemble des points correspondant aux positions basses possibles pinces à anodes.
La première caméra (41) réalise une prise de vue fixe en site, en azimut et en 5 zoom, définie une fois pour toutes, La deuxième caméra (42), située "en face" des pinces à anodes, est motorisée en azimut (rotation possible autour d'un axe vertical), en site (rotation possible autour d'un axe horizontal) et en zoom de façon à ce que différentes conditions de prise de vue puissent être définies en fonction de l'opération à réaliser,
30 La première caméra (41) et la deuxième caméra (42) sont placées assez loin de la partie active des outils de façon à procurer une grande visibilité dans le champ d'action des outils.
Le module de service est équipé d'outils autres que les pinces à anode; a) un piqueur (13), b) une pelle à godets (12) ; c) une trémie (14) associée à un conduit escamotable (15)
La seconde caméra (42) peut visualiser facilement l'ensemble des outils du module de service. Pour cela, dans la configuration géométrique particulière du module de service de cet exemple, l'angle de débattement en site de ladite seconde caméra (42) est compris entre -60° et +30° (sens trigonométrique) par rapport au plan vertical P2. De même, de façon à pouvoir suivre l'outil dans sa descente vers la zone de travail ou au cours de sa remontée, l'angle de débattement en azimut de la deuxième caméra (42) est compris entre 0° et - 80° par rapport au plan horizontal. Le facteur de grossissement en zoom de la deuxième caméra (42) est compris entre 1 et 25.
La première caméra (41) est placée sur la MSE dans le plan vertical (Pl) à une altitude sensiblement égale à celle du niveau de sécurité, typiquement égale à 3 mètres, et située vers l'extérieur de la plus périphérique des pinces à anode (11), typiquement à une distance horizontale (dl) de celui-ci voisine de 1 mètre,
La deuxième caméra (42) est placée sur la MSE dans le plan vertical (P2), à une altitude sensiblement égale à celle du niveau de sécurité, typiquement égale à 3 mètres, et dans une position opposée à celle de la face (F) des pinces qui correspond, lorsque la MSE est mise en place pour travailler sur deux anodes données, à la face des tiges d'anode qui est destinée à entrer en contact αvec le cadre anodique, à une distance horizontale (d2) du barycentre (110) des pinces voisine de 3 mètres,
Les images perçues par les caméras numériques (41) et (42) sont transmises à un dispositif central de traitement des images relié par câbles blindés auxdites caméras et qui traite les images reçues de telle sorte qu'il peut les associer en les regroupant sous forme d'une image numérique unique. Un numéro identifiant le module service auquel le dispositif central de traitement d'images est associé s'incruste dans au moins une zone périphérique de l'image ainsi composée. Cette image numérique est ensuite comprimée sous le format
JPEG2000. Le module est associé à un système de transmission de type COFDM,
Le module de service (7) comporte un châssis (8) et une tourelle (9) montée sur le châssis de manière à pouvoir pivoter en utilisation autour d'un axe vertical (A) et équipée des deux caméras (41) et (42), en position fixe par rapport aux outils. Il comprend également une troisième caméra (43), placée non loin de la deuxième caméra 42) et destinée à présenter continuellement une vue d'ensemble des outils du module et de la zone de travail. Une quatrième caméra (44) est placée à proximité de la base de l'actionneur (111) de l'une des pinces à anode (11). Elle vise une zone (23) qui englobe les positions basses des pinces à anodes (11) et (I T).
Le module de service (7) est associé à un système d'assistance au pilotage d'opérations de manutention et d'intervention sur une cellule d'électrolyse, destinées au remplacement des anodes, Ledit système comprend l'unité de service décrite ci-dessus, un module de contrôle muni d'au moins un moniteur reproduisant l'image de la zone de travail filmée par au moins une caméra et un module de commande transmettant des ordres aux actionneurs de l'unité de service. Le module de contrôle est muni d'un moniteur de 21" qui présente simultanément les images des deux premières caméras (41 et 42) sur une diagonale de 15". Chaque image est fournie sur un format de 1024*768 pixels.
5 Le module de contrôle est également muni d'un écran de 17" permettant la vision continue simultanée des champs filmés par la troisième et la quatrième caméras,
Le module de commande se présente sous la forme d'un boîtier muni de m boutons, facilement transportable. Il permet de commander le mouvement du pont mobile, du chariot de la ou des tourelles du module de service, des caméras ainsi que des outils, montés de préférence sur des bras télescopiques.
La transmission des commandes aux différents actionneurs des éléments de l'unité de service est assurée par un système de radiocommandes appairées
/5 conventionnel.
La salle d'électrolyse est équipée d'une pluralité de modules de contrôle situés dans des cabines fixes associées chacune à un groupe de 4 cellules. Le module de commande est porté par l'opérateur qui se déplace jusqu'à la 0 cabine associée à la cellule concernée par le changement d'anode. L'opérateur installe ledit module de commande dans la cabine en le connectant de sorte que le système d'assistance au pilotage est rendu complet dans ladite cabine et peut ainsi fonctionner.

Claims

REVENDICATIONS
1. Module de service (7) d'une série de cellules d'électrolyse destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée comprenant un châssis (8)
5 apte à être fixé sur un ensemble mobile, typiquement un chariot (ό) se déplaçant le long d'un pont mobile (4), et équipé d'un ensemble d'outils incluant notamment au moins un organe de manutention des anodes (11), caractérisé en ce qu'il est également équipé d'au moins deux moyens de visualisation (41 et 42) aptes à prendre des vues et à les transmettre sous
W forme de signaux électromagnétiques, typiquement deux caméras vidéo, un premier moyen de visualisation étant placé de telle sorte qu'il peut viser ladite zone de travail sous la direction (Dl) d'une droite contenue dans un plan vertical (Vl) et un deuxième moyen de visualisation étant placé de telle sorte qu'il peut viser ladite zone de travail sous la direction (D2) d'une
/5 droite contenue dans un plan vertical (V2) non parallèle à (Vl ), l'intersection des plans (Vl) et (V2) étant une droite verticale traversant ladite zone de travail, lesdits plans verticaux (Vl) et (V2) faisant entre eux un angle typiquement supérieur à 45°, de préférence compris entre 60° et 90°.
0 2) Module de service selon la revendication 1 dans lequel le ou les organes de manutention des anodes sont des pinces munies de deux organes de préhension pivotant autour d'une direction (P) et en ce que l'une ou l'autre desdites directions Dl ou D2 est substantiellement parallèle à ladite direction (P). 5
3) Module de service selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdites directions (Dl) et (D2) correspondent substantiellement, lorsque ledit module de service est mis en place pour travailler sur une anode donnée, aux directions X et Y des grand et petit côtés de la cellule d'électrolyse. 0 4) Module de service selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit au moins un organe de manutention des anodes (11) est adapté pour saisir une tige d'anode de section rectangulaire et en ce que lesdites directions (Dl) et (D2) de visée des deux moyens de visualisation correspondent
5 substantiellement, lorsque ledit module de service est mis en place pour travailler sur une anode donnée, aux directions (L) et (I) des côtés de la section rectangulaire de la tige d'anode.
5) Module de service selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est muni W de plusieurs organes de préhension d'anode (11 et 1 1 ') alignés, le premier moyen de visualisation (41) étant placé dans le plan vertical (Pl) qui contient la direction d'alignement des organes de préhension, le deuxième moyen de visualisation (42) étant placé dans un plan vertical (P2) substantiellement perpendiculaire au précédent et passant par le W barycentre (110) desdits organes de préhensions.
ό) Module de service selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel lesdits moyens de visualisation sont placés sur ou légèrement au- dessus du niveau de sécurité (S), qui définit l'altitude au-dessus de laquelle 0 toute extrémité inférieure d'outil doit se trouver lorsque ledit module de service doit se déplacer au-dessus des cellules d'électrolyse.
7) Module de service selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel le deuxième moyen de visualisation (42) est motorisé en site, en 5 azimut et en zoom.
8) Module de service selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il comprend également l'un au moins des outils suivants : 0 a) un piqueur (13); b) une pelle à godets (12) ; c) une trémie (14) associée à un conduit escamotable (15) ; d) un outil de levage de lourdes charges,
9) Module de service selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans s lequel ledit premier moyen de visualisation (41) est situé vers l'extérieur du plus périphérique (11) des organes de préhension (11 et 11 '), typiquement à une distance horizontale de celui-ci comprise entre 1 et 3 mètres, de préférence voisine de 1 mètre.
o 10) Module de service selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans lequel ledit deuxième moyen de visualisation (42) est placé sur le plan P2 dans une position qui, par rapport au barycentre (110) desdits organes de préhension, est opposée à la face (F) de la ou des pinces qui correspond, lorsque la MSE est mise en place pour travailler sur la ou les anodes 5 données, à la face de la ou des tiges d'anode qui est destinée à entrer en contact avec le cadre anodique, typiquement à une distance horizontale dudit barycentre des organes de préhension comprise entre 2 et 4 mètres, de préférence voisine de 3 mètres.
0 11) Module de service selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce qu'il comporte un châssis, -typiquement une plate-forme, apte à être fixé à un chariot (6) et une tourelle montée sur le châssis de manière à pouvoir pivoter en utilisation autour d'un axe vertical (A), ladite tourelle étant équipée d'un ensemble déterminé d'outils (11, 12, 13, 14) et 5 desdits deux moyens de visualisation (41 et 42).
12) Module de service selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce qu'il comporte un châssis, typiquement une plate-forme, apte à être fixé à un chariot, une première tourelle montée sur le châssis de 0 manière à pouvoir pivoter en utilisation autour d'un axe vertical, ladite première tourelle étant équipée d'un ensemble déterminé d'outils, et une deuxième tourelle qui entoure ladite première tourelle et qui est susceptible de tourner autour du même axe vertical, sur laquelle sont fixés lesdits deux moyens de visualisation.
5 13) Module de service selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 caractérisé en ce qu'il comprend un troisième moyen de visualisation (43), placé non loin du deuxième moyen de visualisation (42), ledit troisième moyen de visualisation étant destiné à présenter une vue d'ensemble des outils dudit module de service et de la zone de travail de l'ensemble des îo outils,
14) Module de service selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 caractérisé en ce qu'il comprend un autre moyen de visualisation (44), placée à proximité de l'actionneur (111) de l'un des organes de préhension
/5 (11) des anodes, -typiquement fixé sur la base du bras télescopique qui actionne ledit organe de préhension, et visant une zone (23) qui comprend la position basse du ou des organes de préhension.
15) Module de service selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 0 caractérisé en ce que les images perçues au moins par les première et deuxième caméras (41 et 42) sont transmises sous forme de données analogiques ou, de préférence, numériques vers un système ou un ensemble de systèmes de traitement des signaux qui aboutit à la création d'images affichées sur des écrans placés en dehors dudit module de 5 service.
16) Module de service selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il est muni d'un dispositif central de traitement des images relié aux caméras et qui traite les images reçues de telle sorte qu'il peut les associer en les
30 regroupant sous forme d'une image vidéo numérique unique, qui est ensuite de préférence comprimée sous un format standard de compression d'imαge vidéo, et en ce qu'il est également muni d'un émetteur émettant le signal associé à l'image vidéo numérique unique sous forme d'ondes électromagnétiques vers au moins un récepteur situé en dehors dudit module de service.
17) Module de service selon la revendication 16, caractérisé en ce ledit dispositif central de traitement des images perçues par les caméras traite le signal de telle sorte qu'un numéro identifiant le module de service auquel il est associé s'incruste dans au moins une zone, de préférence périphérique, de l'image transmise et/ou en ce que ledit émetteur émet dans une fréquence ou une pluralité de fréquences spécifique identifiant ledit module de service.
18) Machine de service (5) comprenant un élément mobile, typiquement un chariot (6), et un module de service (7) selon l'une quelconque des revendications 1 à 17,
19) Unité de service (3) comprenant un pont mobile (4) qui peut être translaté au-dessus des cellules d'électrolyse (2) et au moins une machine de service (5) comprenant un chariot (6), susceptible de se déplacer le long dudit pont mobile et un module de service (7) selon l'une quelconque des revendications 1 à 17.
20) Utilisation d'une unité de service selon la revendication 19 pour intervenir sur des cellules d'électrolyse destinées à la production d'aluminium par électrolyse ignée, en particulier pour effectuer le changement des anodes.
21) Système d'assistance au pilotage d'opérations de manutention et d'intervention sur une cellule d'électrolyse, typiquement destinées au remplacement des anodes, ledit système comprenant: > une unité de service comprenant elle-même un module de service et se déplaçant à l'aide d'actionneurs motorisés, ledit module de service étant muni d'outils actionnés par des moteurs, ladite unité de service étant munie de moyens de visualisation,
5 > un module de contrôle muni d'au moins un moniteur reproduisant l'image de la zone de travail prise par au moins un moyen de visualisation et
> un module de commande apte à transmettre des ordres aux actionneurs de l'unité de service, caractérisé en ce que:
W a) ledit module de service est un module de service selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, muni d'un dispositif de traitement des images perçues par les caméras associé à un émetteur émettant des signaux associés aux images numériques sous forme d'ondes électromagnétiques;
/5 b) ledit module de contrôle est muni d'un dispositif récepteur apte à recevoir lesdites ondes électromagnétiques et d'au moins un moniteur qui présente au moins l'image d'un des deux moyens de visualisation avec une définition minimale de 350 000 pixels, de préférence avec une définition minimale de 768*512 pixels, de préférence encore avec 0 une définition minimale de 1024*768 pixels.
22) Système d'assistance au pilotage d'opérations de manutention et d'intervention selon la revendication 21 dans lequel le système de transmission entre le dispositif émetteur du module de service qui émet les 5 images vidéo et le dispositif récepteur associé au(x) moniteur© du module de contrôle est un système de transmission numérique à étalement de spectre, typiquement le système de modulation numérique appelé COFDM (Coded Orthogonal Frequency Multiplex).
30 23) Système d'assistance au pilotage d'opérations de manutention et d'intervention selon la revendication 21 ou 22 dans lequel ledit moniteur peut également présenter à tout moment sur demande, l'image de l'autre moyen de visualisation avec une définition minimale identique.
24) Système d'assistance au pilotage d'opérations de manutention et
5 d'intervention selon la revendication 21 ou 22 dans lequel ledit moniteur possède une surface suffisante pour présenter simultanément les deux images, l'ensemble accolé occupant typiquement une diagonale minimale de 17", de préférence 20".
/o 25) Système d'assistance au pilotage d'opérations de manutention et d'intervention selon l'une quelconque des revendications 21 à 24 dans lequel ledit module de contrôle est également muni d'un moniteur permettant la vision de l'image d'ensemble prise par la troisième caméra (43), et/ou d'un moniteur permettant la vision de l'image prise par la
/5 caméra (44) associée aux organes de préhension des anodes, fixée à proximité de la base de l'actionneur de l'un des organes de préhension.
26) Système d'assistance au pilotage d'opérations de manutention et d'intervention selon l'une quelconque des revendications 21 à 25 dans 0 lequel le module de contrôle est muni d'un moniteur de dimension suffisante pour fournir simultanément trois ou quatre images, les images correspondant aux deux premières caméras (41 et 42) étant présentées chacune avec une définition minimale de 350 000 pixels.
5 27) Système d'assistance au pilotage d'opérations de manutention et d'intervention selon l'une quelconque des revendications 21 à 26 dans lequel ledit module de commande se présente sous la forme d'un boîtier muni de boutons, facilement transportable et permettant de commander le mouvement du pont mobile, du chariot, de la ou des tourelles du module 0 de service, des caméras ainsi que des outils. 28) Système d'assistance au pilotage d'opérations de manutention et d'intervention selon l'une quelconque des revendications 21 à 27 dans lequel, lorsque l'opérateur choisit une action particulière à effectuer par un outil donné, la mise en fonctionnement, avec un réglage prédéfini des s paramètres de visualisation, d'un ou de plusieurs moyens de visualisation est automatiquement déclenchée.
29) Système d'assistance au pilotage d'opérations de manutention et d'intervention selon l'une quelconque des revendications 21 à 28 dans
/o lequel ledit module de contrôle et ledit module de commande sont installés dans un véhicule qui se déplace dans l'allée de circulation (31) de la salle d'électrolyse (1).
30) Système d'assistance au pilotage d'opérations de manutention et /5 d'intervention selon l'une quelconque des revendications 21 à 29 dans lequel la salle d'électrolyse (1) est équipée d'une pluralité de modules de contrôle situés dans des cabines fixes associées chacune à un groupe de n cellules d'électrolyse (2), n étant typiquement compris entre 2 et 10, ledit module de commande étant porté par l'opérateur qui se déplace jusqu'à 0 la cabine associée à la cellule concernée par le changement d'anode, pour installer ledit module de commande en le connectant de sorte que le système d'assistance au pilotage est rendu complet dans ladite cabine et peut ainsi fonctionner.
5 31) Système d'assistance au pilotage d'opérations de manutention et d'intervention selon l'une quelconque des revendications 21 à 30 dans lequel le système de transmission des signaux entre les moyens de visualisation et les moniteurs du module de contrôle est le même que le système de transmission des commandes entre le module de commande et
30 les divers actionneurs du pont mobile, du chariot, de la ou des tourelles, des caméras, des bras télescopiques et des outils. 32) Procédé de changement d'anode d'une cellule d'électrolyse destinée à la production d'aluminium par électrolyse ignée, dans lequel on remplace au moins une anode déterminée par une anode neuve en utilisant le système d'assistance au pilotage selon l'une quelconque des revendications 21 à 31 ,
EP07731052A 2006-03-03 2007-02-27 Module de service pilotable a distance destine aux usines de production d'aluminium Withdrawn EP1991719A2 (fr)

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