鋁電解槽陽極電流分布檢測系統的製作方法
2023-12-06 11:47:46
鋁電解槽陽極電流分布檢測系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種鋁電解槽陽極電流分布檢測系統，包括陽極導杆上安裝的電流採樣裝置，電流採樣裝置連接有採集模塊，採集模塊實時採樣導杆電信號並傳送至集中器進行處理，集中器與顯示終端連接，將處理後的數據和分析結果通在顯示終端進行顯示。本實用新型採用移動式結構，且數據的傳送採用無線收發，能夠在惡劣的環境下遠距離的實時在線的檢測電流分布，自動採集數據並分析顯示，實現了智能化、可視化的實時監測。
【專利說明】鋁電解槽陽極電流分布檢測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及鋁電解槽檢測，特別涉及鋁電解槽的焙燒啟動監測和病槽診斷，具體包括鋁電解槽陽極導杆電流分布的檢測、陽極炭塊起包監視、陽極局部效應監視、電解槽效應預警、陽極高低監視及換極質量跟蹤等測量裝置。
技術背景
[0002]在鋁電解槽的膠粒焙燒啟動過程中，或者在燃料二段焙燒灌入鋁液和一段焙燒灌入電解質之後，間隔一段時間需要測量一次陽極導杆電流分布情況，以便隨時調整焙燒方案，而目前的測量手段目前都是通過萬用表和陽極電流分布測量叉進行，手工測量，測量精度差，數據記錄靠手工抄寫，在轉抄的過程中容易出錯，也不能及時發現問題。在電解槽的電解運行過程中，需要對陽極導杆電流分布進行測量，監測電流的均布情況，發現陽極炭塊起包、陽極局部效應、電解槽效應、陽極高低及換極質量，傳統的用萬用表和陽極電流分布測量叉進行測量是很難達到監測效果的，有的甚至是不可能的。
實用新型內容
[0003]本實用新型所要解決的技術問題就是針對以上不足而提供一種鋁電解槽陽極電流分布檢測系統，該檢測系統通過在陽極導杆上安裝了固定的電流採樣裝置，實時採樣導杆電信號，經過處理後對數據實時監測與分析，顯示電解槽的運行狀況。能夠在惡劣的環境下遠距離的實時在線的檢測電流分布，靈活度高，實現了可視化、智能化的實時監測。
[0004]本實用新型所採取的技術方案是:
[0005]一種鋁電解槽陽極電流分布檢測系統，包括有陽極導杆上安裝的電流採樣裝置，電流採樣裝置連接有採集模塊，採集模塊實時採樣導杆電信號並傳送至集中器進行處理，集中器與顯示終端連接，將處理後的數據和分析結果通在顯示終端進行顯示。
[0006]為適於工況，便於檢測，該檢測系統採取移動式結構。
[0007]採集模塊主要由與採集微處理器連接的第一路輸入、第二路輸入、第三路輸入、第四路輸入、第五路輸入、用戶指示燈、數據傳送裝置和維護接口構成，並由採集開關電源供電。
[0008]採集微處理器採用msp430f4250。
[0009]數據傳送裝置採用無線發射數據模塊，無線發射數據模塊採用RF905SE。
[0010]集中器主要由與集中微處理器連接在USB連接電路、聲音報警電路、數據通信模塊、指示燈電路和JATG調試口構成，並由集中電源電路供電。
[0011]數據通信模塊採用無線通信模塊，接收採集模塊中無發射的數據。
[0012]顯示終端主要由與微控制器電路連接的看門狗復位電路、JTAG程序下載電路、實時時鐘電路、按鍵掃描電路、液晶顯示電路、無線收發電路、SD卡存儲電路和蜂鳴器電路構成,並由顯示電源電路供電。
[0013]微控制器電路採用ARM控制器，主要由U201A、U201B及其附屬元件構成，U201A、U201B 採用 STM32F103ZET。
[0014]本實用新型能夠達到的技術效果是:、
[0015]1、本實用新型一改原有的人工記錄操作，自動採集數據並分析顯示，實現了智能化、可視化的實時監測。
[0016]2、本實用新型採用移動式結構，且數據的傳送採用無線收發，能夠在惡劣的環境下遠距離的實時在線的檢測電流分布，靈活度高，操作人性化。
[0017]【專利附圖】
【附圖說明】:
[0018]圖1為本實用新型的邏輯方框圖。
[0019]圖2為本實用新型的採集模塊的電路原理圖。
[0020]圖3為本實用新型的集中器的電路原理圖。
[0021]圖4為本實用新型的顯示終端的電路原理圖。
[0022]【具體實施方式】:
[0023]下面結合附圖對本實用新型作進一步的描述:
[0024]如圖1、圖2、圖3、圖4所示，該鋁電解槽陽極電流分布檢測系統是通過在陽極導杆I上安裝了固定的電流採樣裝置2，採集模塊3實時採樣導杆電流(電壓)，並通過無線發射模塊28，把採樣數據無線傳輸到集中器4 (前置機)和顯示終端5 (槽前工作站)，集中器4與上位機實現數據交換，上位機通過對數據的實時監測與分析，顯示電解槽的運行狀況。
[0025]其中採集模塊3由 與採集微處理器26連接的第一路輸入21、第二路輸入22、第三路輸入23、第四路輸入24、第五路輸入25、用戶指示燈27、數據傳送裝置28和維護接口 29構成，並由採集開關電源20供電。第一路輸入21 (mV)包括:信號引入埠 J1，瞬變管D2，%fiR2、R6、R7、R12、R13，電容C2、C11、C12 ;第二路輸入22 (mV)包括:信號引入埠 J2，瞬變管D3，電阻R3、R8、R9、R14、R15，電容C3、C13、C14 ;第三路輸入23 (mV)包括:信號引入埠了3，瞬變管01，電阻1?1、1?4、1?5、1?10、1?11，電容(:1、09、(:10 ;第四路輸入 24 (mV)包括:信號引入埠 J4，瞬變管D4，%fiR18、R19、R20、R21、R22，電容C16、C17、C18 ;第五路輸入25 (mV)包括:信號引入埠 J5，瞬變管 D7，電阻 R23、R24、R25、R26、R27，電容 C20、C22、C23。這五部分原理是一樣的。以第一路輸入21為例:J1將外部的mV信號引到電路板上，當外部的輸入信號過大時瞬變管D2起保護電路板的作用，電阻R2的一端被上拉到基準電壓這樣，當未接入mV信號時，A/D可以監測的出來，電阻R6、R7將基準電壓均分，提高了測量精確度。採集微處理器26包括:處理器晶片U1，晶振Xl及由C24、R36組成的復位電路，Ul採用msp430f4250。這部分主要是進行五路的A/D轉換，並將原始的數據轉換成有效的電壓數據並按照指定的協議以無線的方式發送出去，在此過程中通過控制三個LED燈來給用戶做些簡單的指示。用戶指示燈27包括:LED1、LED2、LED3和電阻R33、R34、R35，三個電阻一端接在電源VCC上，另一端接在單片機的三個管腳上，這樣便可以通過控制單片機相應的管腳來控制LED燈是否點亮，LEDl是故障檢測指示，LED2是無線信號指示，LED3是運行指示。無線發射數據包括:數據傳送裝置採用無線發射數據模塊，無線發射數據模塊PTRl和電阻R28、R29、R30，無線發射數據模塊採用RF905SE，它採用3.3V供電，最大瞬時工作電流(30mV，有較強的抗幹擾能力，特別適合工業控制場合，它有125個頻道，滿足多點通信和跳頻通信的需要；維護接口 29包括:通信接口 J7，電阻R31、R32，穩壓管ZDl和二極體D6，這部分主要是用戶來設置些現場的基本工作參數及用於校準A/D，電阻R31、R32和穩壓管ZDl可以給單片機提供一個是否進行維護通信的信號供單片機檢測；開關電源供電20(5V)包括:電源接口 J6，二極體D5，穩壓管LT1121，電容E2、E3、C5、C6、C7、C8、C19、C21組成的數字電源部分和由El、E4、C4、C15、R16、R17組成的模擬電源部分，J6將外接的5V電源引入電路板，然後經穩壓管LTl 121產生3.3V，作為整個系統的電源VCC，D5起到了保護作用。
[0026]其中的集中器4集主要由與集中微處理器31連接在USB連接電路32、聲音報警電路33、數據通信模塊34、指示燈電路35和JATG調試口 26構成，並由集中電源電路37供電，數據通信模塊34採用無線通信模塊，接收採集模塊中無發射的數據。集中微處理器31包括:處理晶片IClOl，晶振XlOl，看門狗晶片UlOl，電阻R104 ；USB連接電路32包括:USB轉串口晶片U103，電阻R111，晶振X102，電容C108，C109 ;聲音報警電路33包括:蜂鳴器LS101，三極體Q101，電阻RlOl ;數據通信模塊34無線通信模塊U104，上拉電阻R108，R109，RllO ;指示燈電路 35 包括:發管二極體 LED101, LED102, LED103，電阻 R105，R106, R107 ；JATG調試口 36包括:連接器J101，電阻R103，電容C102。採集微處理器31通過無線數據通信模塊34接收採集模塊3採集的數據，再通過USB連接電路32將數據上傳給上位機，在通信過程中出現數據錯誤校驗錯誤，處理晶片IClOl第2腳輸出高電平，驅動Q101，使蜂鳴器LSlOl通電發出報警聲音，處理晶片IClOl同USB連接電路32接收到上位機數據，經過命令分析，再通過無線數據通信模塊34將數據下發到採集模塊3，採集模塊3接收到數據，經過處理，再將數據上傳，採微處理器31通過無線數據通信模塊34接收採集模塊3採集的數據，再通過USB連接電路32將數據上傳給上位機，處理晶片IClOl檢測到無線通信模塊34有數據或需要數據下發時，將第48腳置為低電平，點亮LEDlOl，無數據時，將第48腳置為高電平，熄滅LED101，處理晶片IClOl檢測到USB連接電路有數據或需要數據上傳時，將第47腳置為低電平，點亮LED102，無數據時，將第47腳置為高電平，熄滅LED102，LED103為電路指不燈，電路板上電後自動點売。
[0027]而顯示終端主要由與微控制器電路42連接的看門狗復位電路43、JTAG程序下載電路44、實時時鐘電路45、按鍵掃描電路46、液晶顯示電路47、無線收發電路48、SD卡存儲電路49和蜂鳴器電路40構成，並由顯示電源電路41供電，其中微控制器電路42採用ARM控制器，主要由U201A、U201B及其附屬元件構成，U201A、U201B採用STM32F103ZET。顯示電源電路41的輸入由AC220V轉DC12V提供，經C202、U202、C204轉為5V，為系統提供5V電源，再經C207、U203、C209轉為3.3V，為系統提供3.3V電源，再經L201、L202和C223為系統3.3V模擬電源，其中晶片U202為7805，晶片U203為SPX1117M3-3.3 ;微控制器電路 42 採用 ARM 控制器，由 U201A、U201B、R244、R245、R246、R210、C201、C203、C205、C206、X201、X202 組成，並由 C208、C210、C211、C212、C213、C214、C215、C216、C217、C218、C219、C220、C221、C222對其進行濾波，是顯示終端控制運算的核心處理單元，其中U201A、U201B採用 STM32F103ZET ;看門狗復位電路 43 由 R240、SW201、U201、J201、U201A 的 25 引腳、U201A的132引腳組成，實現系統上電復位，防止死機、程序跑飛現象發生，其中晶片U201採用 IMP706S JTAG 程序下載電路 44 由 C0N201、R201、R202、R203、R204、R205、R206、R207、R208、R209、U201A 的 105 引腳、U201A 的 109 引腳、U201A 的 110 引腳、U201A 的 133 引腳、U201A的134引腳、U201A的25引腳組成，通過仿真器完成程序下載；實時時鐘電路45由BT201、X203、U204、R217、R237、R238、C226、U201A 的 136 引腳、U201A 的 137 引腳組成，為系統提供準確的日期和時間，其中晶片U204採用ISL1208 ;按鍵掃描電路46由J203、D201、D202、D203、D204、D205、D206、C227、C228、C229、C230、U201A 的 129 引腳、U201A 的 128 引腳、U201A的127引腳、U201A的126引腳、U201A的125引腳、U201A的92引腳、U201A的91引腳、U201A的80引腳、U201A的81引腳、U201A的82引腳組成，為系統人機互動功能提供鍵盤輸入；液晶顯示電路 47 由 U205、R224、R225、R226、R227、R228、R229、R230、R231、R232、R233、R234、R235、U201A 的 26 引腳、U201A 的 27 引腳、U201A 的 28 引腳、U201A 的 29引腳、U201A的44引腳、U201A的45引腳、U201A的96引腳、U201A的97引腳、U201A的98引腳、U201A的99引腳、U201A的2引腳、U201A的3引腳、U201A的4引腳組成，為系統人機互動功能提供界面顯示，其中U205為YD711A-ARM;無線收發電路48由R218、R219、R220、C0N203、U201A 的 40 引腳、U201A 的 41 引腳、U201A 的 42 引腳、U201A 的 43 引腳、U201A 的18引腳、U201A的19引腳、U201A的20引腳、U201A的21引腳、U201A的22引腳、U201A的49引腳組成，實現系統的無線收發功能其中C0N203為RF905SE ；SD卡存儲電路49由R211、R212、R213、R214、R215、R216、R242、R243、Q201、LED201、J202、C224、C225、U201A 的 I 引腳、U201A的93引腳、U201A的73引腳、U201A的74引腳、U201A的75引腳、U201A的76引腳組成，實現系統的SD卡存儲功能；蜂鳴器電路40由R241、Q202、LS201、U201A的100引腳組成，為人機互動功能按鍵輸入提供按鍵聲音。
【權利要求】
1.一種鋁電解槽陽極電流分布檢測系統，包括有陽極導杆上安裝的電流採樣裝置，其特徵在於:電流採樣裝置連接有採集模塊，採集模塊實時採樣導杆電信號並傳送至集中器進行處理，集中器與顯示終端連接，將處理後的數據和分析結果通在顯示終端進行顯示。
2.如權利要求1所述的鋁電解槽陽極電流分布檢測系統，其特徵在於:該檢測系統採取移動式結構。
3.如權利要求1或2所述的鋁電解槽陽極電流分布檢測系統，其特徵在於:採集模塊主要由與採集微處理器連接的第一路輸入、第二路輸入、第三路輸入、第四路輸入、第五路輸入、用戶指示燈、數據傳送裝置和維護接口構成，並由採集開關電源供電。
4.如權利要求3所述的鋁電解槽陽極電流分布檢測系統，其特徵在於:採集微處理器採用 msp430f4250。
5.如權利要求4所述的鋁電解槽陽極電流分布檢測系統，其特徵在於:數據傳送裝置採用無線發射數據模塊，無線發射數據模塊採用RF905SE。
6.如權利要求1或2所述的鋁電解槽陽極電流分布檢測系統，其特徵在於:集中器主要由與集中微處理器連接在USB連接電路、聲音報警電路、數據通信模塊、指示燈電路和JATG調試口構成，並由集中電源電路供電。
7.如權利要求6所述的鋁電解槽陽極電流分布檢測系統，其特徵在於:數據通信模塊採用無線通信模塊，接收採集模塊中無發射的數據。
8.如權利要求1或2所述的鋁電解槽陽極電流分布檢測系統，其特徵在於:顯示終端主要由與微控制器電路連接的看門狗復位電路、JTAG程序下載電路、實時時鐘電路、按鍵掃描電路、液晶顯示電路、無線收發電路、SD卡存儲電路和蜂鳴器電路構成，並由顯示電源電路供電。
9.如權利要求8所述的鋁電解槽陽極電流分布檢測系統，其特徵在於:微控制器電路採用ARM控制器，主要由U201A、U201B及其附屬元件構成，U201A、U201B採用STM32F103ZET。
【文檔編號】C25C3/12GK203653718SQ201320153578
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年4月1日 優先權日:2013年4月1日
【發明者】王旭東, 曹國法, 袁志強, 朱振國, 馮曉強 申請人:鄭州經緯科技實業有限公司