RU2284378C1 - Self-contained measuring unit for automatic control system of aluminum electrolysis process - Google Patents

Self-contained measuring unit for automatic control system of aluminum electrolysis process Download PDF

Info

Publication number
RU2284378C1
RU2284378C1 RU2005119442/02A RU2005119442A RU2284378C1 RU 2284378 C1 RU2284378 C1 RU 2284378C1 RU 2005119442/02 A RU2005119442/02 A RU 2005119442/02A RU 2005119442 A RU2005119442 A RU 2005119442A RU 2284378 C1 RU2284378 C1 RU 2284378C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
voltage
comparator
electrolyzer
Prior art date
Application number
RU2005119442/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Иванович Громыко (RU)
Александр Иванович Громыко
Константин Федорович Никандров (RU)
Константин Федорович Никандров
Федор Георгиевич Зограф (RU)
Федор Георгиевич Зограф
Владимир Викторович Юрков (RU)
Владимир Викторович Юрков
Владимир Алексеевич Клыков (RU)
Владимир Алексеевич Клыков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-технологический центр"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-технологический центр" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-технологический центр"
Priority to RU2005119442/02A priority Critical patent/RU2284378C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2284378C1 publication Critical patent/RU2284378C1/en

Links

Landscapes

  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

FIELD: measurement, monitoring and automation units for aluminum electrolysis process.
SUBSTANCE: provision is made for galvanic isolation of remote measuring unit from AC 220-V mains since unit is supplied directly from electrolyzer and may be located on busbar supplying current to electrolyzer. Radio channel used for galvanic isolation excludes lines of communication of electrolyzer with automatic control system of technological process, thus enhancing reliability of information facilities and safety of electrolysis block attending personnel.
EFFECT: reduction of error due to action of magnetic fields; extended dynamic range of input signals; reduced number of communication lines; enhanced operational reliability of unit as a whole.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области средств измерений, контроля и автоматизации, а именно к линейным усилителям и преобразователям напряжения постоянного тока с переменной составляющей до 30 Гц с гальванической развязкой и согласованием с входами АСУ ТП электролиза алюминия.The invention relates to the field of measuring, control and automation, in particular to linear amplifiers and DC voltage converters with a variable component up to 30 Hz with galvanic isolation and coordination with the inputs of the automatic process control system of aluminum electrolysis.

Известно устройство для контроля технологического состояния алюминиевого электролизера (Авторское свидетельство СССР №889748, опубл. в БИ №46 от 15.12.81) содержащее: систему измерения колебаний тока серии, состоящую из последовательно включенного преобразователя напряжения с гальваническим разделением и активного фильтра; и цепь измерения переменной составляющей напряжения электролизера - активным фильтром, подключенным к выходу коммутатора; последовательно включенными сумматором, амплитудным детектором и анализатором, при этом входы сумматора подключены к выходам активных фильтров, выход анализатора подключен к последовательно включенным аналого-цифровому омметру и устройству вывода на печать, задатчиком среднего значения омического сопротивления, подключенным к активному фильтру токовой ветви, задатчиком длительности измерения, подключенным к входу коммутатора, ограничителем тока, подключенным к сумматору, устройством сравнения, соединенным по входу - с устройством вывода на печать, группой параллельно соединенных по входу и подключенных к выходу коммутатора ключей управления, выходы которых к активным фильтрам и к анализатору.A device is known for monitoring the technological state of an aluminum electrolysis cell (USSR Author's Certificate No. 889748, published in BI No. 46 of 12/15/81) containing: a series current oscillation measuring system consisting of a series-connected voltage converter with galvanic isolation and an active filter; and the circuit for measuring the variable component of the voltage of the electrolyzer is an active filter connected to the output of the switch; sequentially connected by an adder, an amplitude detector and an analyzer, while the inputs of the adder are connected to the outputs of the active filters, the output of the analyzer is connected to a series-connected analog-to-digital ohmmeter and output device for printing, a setter of the average value of the ohmic resistance connected to the active filter of the current branch, a setter of duration measurement connected to the input of the switch, a current limiter connected to the adder, a comparison device connected at the input to the device Displayed on the printing group of parallel-connected input and output connected to the switch control keys, which yields to the active filter and the analyzer.

Недостатком устройства является низкая точность передачи информации от электролизера к системе принятия решений (к АСУ ТП электролиза). Существенные дополнительные погрешности связаны с задатчиками среднего значения омического сопротивления и длительностью измерения аналоговых сигналов. Кроме того, необходим дополнительный источник питания от сети 220 В.The disadvantage of this device is the low accuracy of information transfer from the electrolyzer to the decision-making system (to the ACS of electrolysis). Significant additional errors are associated with the adjusters of the average value of the ohmic resistance and the duration of the measurement of analog signals. In addition, an additional 220 V power supply is required.

Известен усилитель М-ДМ с гальванической развязкой (Авторское свидетельство СССР, №1358066, опубл. в БИ №45 от 07.12.87, прототип), содержащий входной фильтр нижних частот, преобразователь напряжение - частота, элемент гальванической развязки, преобразователь частота - длительность импульсов, широтно-импульсный демодулятор, преобразователь напряжение - ток, в котором выход входного фильтра нижних частот соединен с входом элемента гальванической развязки, через делитель напряжения и преобразователь напряжение - частота, а между выходом элемента гальванической развязки и входом широтно-импульсного демодулятора введен преобразователь частота - длительность импульсов.The well-known M-DM amplifier with galvanic isolation (USSR Author's Certificate, No. 1358066, published in BI No. 45 dated 07.12.87, prototype), comprising an input low-pass filter, a voltage-frequency converter, a galvanic isolation element, a frequency-pulse converter , a pulse-width demodulator, a voltage-current converter, in which the output of the input low-pass filter is connected to the input of the galvanic isolation element, through a voltage divider and a voltage-frequency converter, and between the output of the element Galvanic separation and the input PWM frequency converter of the demodulator is entered - the pulse duration.

Недостатком прототипа является существенная зависимость точности преобразования сигнала от напряженности электромагнитного поля в связи с несколькими каскадами преобразования сигнала, необходимость в источнике питания от сети 220 В, что снижает надежность работы устройства и повышает сложность его эксплуатации.The disadvantage of the prototype is the significant dependence of the accuracy of the signal conversion on the electromagnetic field due to several stages of signal conversion, the need for a power source from the 220 V network, which reduces the reliability of the device and increases the complexity of its operation.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение надежности, пропускной способности передачи сигнала от объекта на вход АСУТП, снижение погрешности измерения, расширение динамического диапазона входных сигналов и обеспечение питания узлов устройства от источника информационных сигналов - электролизера.The objective of the proposed technical solution is to increase the reliability, transmission capacity of the signal from the object to the input of the control system, reduce the measurement error, expand the dynamic range of the input signals and provide power to the device nodes from the source of information signals - the electrolyzer.

Для решения поставленной задачи в автономный измерительный блок для АСУ ТП электролиза алюминия, содержащий компаратор, делитель напряжения, активный фильтр нижних частот, элемент гальванической развязки, согласно предлагаемому изобретению дополнительно включены: усилитель нижних частот, ограничитель, конвертер, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), стабилизатор напряжения; при этом входы ограничителя, активного фильтра нижних частот, делителя напряжения и сигнальный вход компаратора объединены и являются входом измерительного блока, а выход ограничителя соединен через конвертор с входом стабилизатора напряжения, первый выход, которого соединен с входами по питанию делителя напряжения, активного фильтра нижних частот, усилителя нижних частот, АЦП, элемента гальванической развязки и компаратора, второй выход стабилизатора напряжения подключен к опорному входу компаратора, кроме того, выход компаратора соединен с управляющим входом делителя напряжения и первым входом АЦП, а выход делителя напряжения подключен ко второму входу АЦП, а выход активного фильтра нижних частот соединен через усилитель нижних частот с третьим входом АЦП, выход которого через элемент гальванической развязки соединен с входом АСУ ТП электролиза алюминия.To solve this problem, in an autonomous measuring unit for automatic process control systems of aluminum electrolysis containing a comparator, voltage divider, active low-pass filter, galvanic isolation element, according to the invention, additionally included: low-frequency amplifier, limiter, converter, analog-to-digital converter (ADC) , Voltage regulator; the inputs of the limiter, active low-pass filter, voltage divider and the signal input of the comparator are combined and are the input of the measuring unit, and the output of the limiter is connected through the converter to the input of the voltage regulator, the first output of which is connected to the power inputs of the voltage divider, active low-pass filter , low-frequency amplifier, ADC, galvanic isolation element and comparator, the second output of the voltage stabilizer is connected to the reference input of the comparator, in addition, the output of the comparator with it is single with the control input of the voltage divider and the first input of the ADC, and the output of the voltage divider is connected to the second input of the ADC, and the output of the active low-pass filter is connected through the low-frequency amplifier to the third input of the ADC, the output of which is connected through the galvanic isolation element to the input of the ACS of aluminum electrolysis .

Существенное отличие устройства заключается в том, что входы ограничителя, активного фильтра нижних частот, делителя напряжения и сигнальный вход компаратора объединены и являются входом измерительного блока от источника информационного сигнала - электролизера; а выход ограничителя соединен с входом конвертера, выход конвертера соединен с входом стабилизатора напряжения, первый выход стабилизатора напряжения соединен с входами по питанию делителя напряжения, активного фильтра нижних частот, усилителя нижних частот, АЦП, элемента гальванической развязки и компаратора, второй выход стабилизатора напряжения подключен к опорному входу компаратора. Такое включение блоков обеспечивает питание всех узлов устройства стабильным током, обеспечивающим работоспособность устройства в целом при изменении входного информационного сигнала - напряжения электролизера в пределах от 2 до 80 В.A significant difference of the device lies in the fact that the inputs of the limiter, active low-pass filter, voltage divider and the signal input of the comparator are combined and are the input of the measuring unit from the source of the information signal - electrolyzer; and the output of the limiter is connected to the input of the converter, the output of the converter is connected to the input of the voltage regulator, the first output of the voltage regulator is connected to the inputs of the voltage divider, active low-pass filter, low-frequency amplifier, ADC, galvanic isolation element and comparator, the second voltage stabilizer output is connected to the reference input of the comparator. Such switching on of the units provides power to all nodes of the device with a stable current, ensuring the operability of the device as a whole when the input information signal changes - the cell voltage in the range from 2 to 80 V.

Вторым существенным отличием является то, что, выход компаратора соединен с управляющим входом делителя напряжения и первым входом АЦП, а выход делителя напряжения подключен ко второму входу АЦП, кроме того, выход активного фильтра нижних частот соединен через усилитель нижних частот с третьим входом АЦП, а выход АЦП подключен к входу элемента гальванической развязки. Такое схемное решение обеспечивает высокую точность передачи информационных сигналов: рабочего напряжения электролизера, включая анодные эффекты, и переменную составляющую - технологические шумы электролизера в диапазоне 0-20 Гц, несущие полезную информацию о режиме работы электролизной ванны.The second significant difference is that the output of the comparator is connected to the control input of the voltage divider and the first input of the ADC, and the output of the voltage divider is connected to the second input of the ADC, in addition, the output of the active low-pass filter is connected through the low-frequency amplifier to the third input of the ADC, and the ADC output is connected to the input of the galvanic isolation element. Such a circuit solution provides high accuracy of the transmission of information signals: the operating voltage of the electrolyzer, including anode effects, and a variable component - technological noise of the electrolyzer in the range of 0-20 Hz, carrying useful information about the operating mode of the electrolysis bath.

На чертеже представлена функциональная электрическая схема устройства, где введены следующие обозначения: источник информационного сигнала - электролизер 1, ограничитель 2, активный фильтр нижних частот 3, делитель напряжения 4, компаратор 5, конвертор 6, стабилизатор напряжения 7, усилитель нижних частот 8, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, элемент гальванической развязки 10, АСУ ТП 11.The drawing shows a functional electrical diagram of the device, where the following notation is introduced: the source of the information signal is an electrolyzer 1, a limiter 2, an active low-pass filter 3, a voltage divider 4, a comparator 5, a converter 6, a voltage regulator 7, a low-frequency amplifier 8, analog digital converter (ADC) 9, galvanic isolation element 10, industrial control system 11.

Автономный измерительный блок для АСУ ТП электролиза алюминия работает следующим образом. Информационный сигнал с выхода электролизера 1 поступает одновременно на входы ограничителя 2, активного фильтра нижних частот 3, делителя напряжения 4 и на сигнальный вход компаратора 5. Ограничитель 2 выполнен на транзисторах и стабилитроне, ограничивает напряжение на уровне 5,1 В, чем обеспечивает устойчивый режим работы конвертора и источника питания в целом, при изменениях рабочего напряжения электролизера в пределах от 2 до 80 B. С выхода ограничителя 2 напряжение 5,1 В поступает на вход конвертора 6, который преобразует входное напряжение в напряжение ±15 В. Это напряжение поступает на вход стабилизатора напряжения 7, который выполнен на интегральных схемах и обеспечивает стабильное напряжение ±12 В на первом выходе, которое используется для питания всех активных элементов измерительного блока. Со второго выхода стабилизатора напряжения снимается стабильное напряжение +10 В и подается на опорный вход компаратора 5, чем обеспечивается высокая стабильность работы делителя напряжения 4.Autonomous measuring unit for ACS TP aluminum electrolysis works as follows. The information signal from the output of the electrolyzer 1 is supplied simultaneously to the inputs of the limiter 2, the active low-pass filter 3, the voltage divider 4 and the signal input of the comparator 5. The limiter 2 is made on transistors and a zener diode, it limits the voltage to 5.1 V, which ensures a stable mode the operation of the converter and the power source as a whole, when the operating voltage of the electrolyzer varies from 2 to 80 V. From the output of the limiter 2, a voltage of 5.1 V is supplied to the input of the converter 6, which converts the input voltage voltage ± 15 V. This voltage is supplied to the input of a voltage stabilizer 7, which is made on integrated circuits and provides a stable voltage of ± 12 V at the first output, which is used to power all active elements of the measuring unit. A stable voltage of +10 V is removed from the second output of the voltage stabilizer and fed to the reference input of the comparator 5, which ensures high stability of the voltage divider 4.

С выхода компаратора 5, напряжение "0" или "1", поступает на первый вход АЦП 9. Напряжение "0" соответствует режиму деления 1:1, т.е. режиму без анодного эффекта, а "1" - режиму деления 1:10 при анодном эффекте.From the output of the comparator 5, the voltage "0" or "1" is supplied to the first input of the ADC 9. The voltage "0" corresponds to the division mode 1: 1, i.e. the mode without the anode effect, and “1” - the 1:10 division mode with the anode effect.

С выхода делителя напряжения 4, управляемого компаратором 5, рабочее напряжение электролизера поступает на второй вход АЦП 9.From the output of the voltage divider 4, controlled by the comparator 5, the operating voltage of the electrolyzer is supplied to the second input of the ADC 9.

С выхода активного фильтра нижних частот 3, сигнал с частотой среза 20 Гц и подавлением промышленной частоты 50 Гц на - 40 дБ, поступает на вход усилителя нижних частот 8, где усиливается и подается на третий вход АЦП 9.From the output of the active low-pass filter 3, a signal with a cut-off frequency of 20 Hz and suppression of the industrial frequency of 50 Hz by -40 dB is fed to the input of the low-frequency amplifier 8, where it is amplified and fed to the third input of the ADC 9.

С выхода АЦП 9 сигнал в последовательном цифровом коде поступает на элемент гальванической развязки 10, с выхода которого передается по витой паре или по радиоканалу на вход АСУ ТП 11 или любую другую систему сбора и обработки информации.From the output of the ADC 9, the signal in a serial digital code is fed to the galvanic isolation element 10, the output of which is transmitted via twisted pair or over the air to the input of the control system 11 or any other information collection and processing system.

В предлагаемом устройстве решена проблема гальванической развязки выносного измерительного блока от сети переменного тока 220 В, поскольку устройство питается непосредственно от электролизера и может располагаться на шине, подводящей ток к электролизеру. Применение в качестве элемента гальванической развязки радиоканала исключает линии связи электролизера с АСУ ТП, что повышает не только надежность информационных средств, но и безопасность работы обслуживающего персонала электролизного корпуса. В предлагаемом техническом решении уменьшена погрешность от влияния магнитных полей, расширен динамический диапазон входных сигналов, сокращено количество линий связи, повышена надежность работы всего устройства.In the proposed device, the problem of galvanic isolation of the remote measuring unit from the AC 220 V is solved, since the device is powered directly from the electrolyzer and can be located on the bus that supplies current to the electrolyzer. The use of a radio channel as an element of galvanic isolation eliminates the communication lines of the electrolyzer with the automatic process control system, which increases not only the reliability of information tools, but also the safety of the operating personnel of the electrolysis building. In the proposed technical solution, the error from the influence of magnetic fields is reduced, the dynamic range of the input signals is expanded, the number of communication lines is reduced, the reliability of the entire device is increased.

Claims (1)

Автономный измерительный блок для АСУ ТП электролиза алюминия, содержащий компаратор, делитель напряжения, активный фильтр нижних частот, элемент гальванической развязки, отличающийся тем, что он снабжен усилителем нижних частот, ограничителем, конвертером, аналого-цифровым преобразователем (АЦП), стабилизатором напряжения, при этом входы ограничителя, активного фильтра нижних частот, делителя напряжения и сигнальный вход компаратора объединены и являются входом измерительного блока, а выход ограничителя соединен через конвертер с входом стабилизатора напряжения, первый выход которого соединен с входами по питанию делителя напряжения, активного фильтра нижних частот, усилителя нижних частот, АЦП, элемента гальванической развязки и компаратора, второй выход стабилизатора напряжения подключен к опорному входу компаратора, выход компаратора соединен с управляющим входом делителя напряжения и первых входом АЦП, выход делителя напряжения подключен ко второму входу АЦП, выход активного фильтра нижних частот соединен через усилитель нижних частот с третьим входом АЦП, выход которого через элемент гальванической развязки соединен с входом АСУ ТП электролиза алюминия.Autonomous measuring unit for automatic process control system of aluminum electrolysis containing a comparator, voltage divider, active low-pass filter, galvanic isolation element, characterized in that it is equipped with a low-frequency amplifier, limiter, converter, analog-to-digital converter (ADC), voltage stabilizer, with The inputs of the limiter, active low-pass filter, voltage divider and the signal input of the comparator are combined and are the input of the measuring unit, and the output of the limiter is connected via an converter to voltage regulator, the first output of which is connected to the inputs of the voltage divider, active low-pass filter, low-frequency amplifier, ADC, galvanic isolation element and comparator, the second voltage stabilizer output is connected to the reference input of the comparator, the output of the comparator is connected to the control input of the voltage divider and the first ADC input, the output of the voltage divider is connected to the second ADC input, the output of the active low-pass filter is connected through the low-frequency amplifier to the third ADC input, Exit is via the galvanic isolation element connected to the input APCS aluminum electrolysis.
RU2005119442/02A 2005-06-22 2005-06-22 Self-contained measuring unit for automatic control system of aluminum electrolysis process RU2284378C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005119442/02A RU2284378C1 (en) 2005-06-22 2005-06-22 Self-contained measuring unit for automatic control system of aluminum electrolysis process

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005119442/02A RU2284378C1 (en) 2005-06-22 2005-06-22 Self-contained measuring unit for automatic control system of aluminum electrolysis process

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2284378C1 true RU2284378C1 (en) 2006-09-27

Family

ID=37436515

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005119442/02A RU2284378C1 (en) 2005-06-22 2005-06-22 Self-contained measuring unit for automatic control system of aluminum electrolysis process

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2284378C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9871442B2 (en) Zero-offset voltage feedback for AC power supplies
US20110267019A1 (en) Methods and systems to digitally balance currents of a multi-phase voltage regulator
JPH06253540A (en) Polyphase input dc power supply circuit
JP3624186B2 (en) Control circuit for switching power supply device and switching power supply device using the same
JP6135940B2 (en) I / O module
WO2004081588A3 (en) Wiring error detector
GB2578033A (en) A DC-DC converter
US9466969B2 (en) Master-slave digital circuit breakers
CN109782053B (en) Power supply device
RU2284378C1 (en) Self-contained measuring unit for automatic control system of aluminum electrolysis process
US8174254B2 (en) Measuring device with negative-feedback DC voltage amplifier
RU2343494C1 (en) Multichannel resistive sensors resistance - voltage converter
US8861237B2 (en) Power supply apparatus
US6160325A (en) Power switching circuit for use in a power distribution system
SU892424A2 (en) Reference voltage source
EP3829043A8 (en) Electronic converter, corresponding lighting system and method of operating an electronic converter
US20210157752A1 (en) Circuit comprising a current output driver for outputting an output current to a load
CN114244363A (en) Microcurrent IV conversion device and method
US20220368212A1 (en) Systems and methods for current sensing and control for multiphase power converters
RU192383U1 (en) AC bipolar to positive bias voltage converter
MX2020008014A (en) Hysteresis based dc offset corrector for current reconstruction when using discontinuous pwm.
JP2019109217A (en) State detection device
US8456146B2 (en) Systems and methods for switched mode power amplification
KR20130090104A (en) Reference current generating circuit for peak current mode control and converter having the circuit
FI67967C (en) REFERENSSPAENNINGSKAELLA

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090623