全分布式鋁電解槽自動控制機的製作方法
2023-10-04 20:52:14 1
專利名稱：全分布式鋁電解槽自動控制機的製作方法
技術領域：
本發明涉及鋁電解生產過程的自動控制系統，特別是涉及鋁電解槽自動控制機。
鋁電解槽自動控制機(簡稱槽控機)是鋁電解槽自動控制系統的主體部分。從控制系統的控制方式來分類，槽控機可分為集中式和分布式兩種類型，集中式槽控機本身不具備獨立的控制功能，分布式槽控機具備獨立的控制功能，能完成電解槽實時控制的全部內容。從槽控機內部結構來看，目前已有的各類槽控機所採用的微處理器類型有多種多樣，但內部數據交換均採用基於並行總線的通信方式(如STD總線，s-100總線，Q總線等)。為了滿足分布式控制和現代智能控制的要求，分布式槽控機的設計多採用與標準工控微機相類似的結構形式，並有「插板式」和「大板式」(All-in-one)兩種基本類型。由於內部數據交換採用並行總線，所以「插板式」槽控機的模板間信號通路轉接環節(插接件)及其接觸點多，其缺點是接頭插件在電解現場強腐蝕高灰塵的環境中易氧化腐蝕，導致接觸不良、信號中斷和引發隨機性故障，整機的穩定性和可靠性降低，對維護水平要求高且維護難度大，備件購置費用和系統的維護費用高。對於「大板式」槽控機，因其主體控制電路集成在一塊「大板」上，所以可克服「插板式」槽控機的上述缺點，但其不足之處在於電路複雜，原器件多，因而出現故障的機率大，而且維修不方便，造成用戶運行費用高。
為了解決上述問題，本發明應用現場總線類的串行總線及網絡通信技術，提供一種基於現場總線的全分布式槽控機。
本發明-全分布式鋁電解槽自動控制機(簡稱槽控機)包括邏輯單元和動力單元兩部分，邏輯單元採用現場總線技術及網絡通信技術，構成現場總線互聯的多CPU網絡體系，包括採樣模塊1、解析模塊2、操作(動作)模塊3、顯示模塊4和通信模塊5等智能化的功能模塊(簡稱智能模塊)，各智能模塊均帶有自己的CPU微處理器，均能相對獨立地運行和發揮自己的功能。各智能模塊產生的指令信號輸出到動力單元6，由動力單元6轉換成具體的動力控制動作。採樣模塊1完成槽電壓和系列電流的採樣，解析模塊2對過程進行解析，操作模塊3完成所有的輸入/輸出操作，顯示模塊4接收開關板的輸入信號，並通過顯示面板的數碼管和指示燈輸出運行信息，通信模塊5實現與外部設備(上位機)的數據交換，每一模塊都包含有由看門狗、CPU、單片機外圍晶片以及現場總線(如CAN總線)通信器件構成的電路，單片機外圍晶片是一種集中度較高的晶片，其內部集成有可編程輸入/輸出、存貯及解碼功能如PSD311系列晶片。各智能模塊通過以雙絞線或同軸電纜為通信介質的現場總線互聯，實現模塊間的數據交換和多CPU協同工作，從而使整個控制器的邏輯單元成為一個多CPU網絡體系，該體系與外設(上位機)的接口也採用現場總線協議，以滿足構造全分布式控制系統的要求。
本發明的主要優點和積極效果如下1．由於本發明的邏輯單元採用現場總線互聯的多CPU網絡體系，各智能模塊用於內部數據交換的連接線只需2根，即只有2個接插點，因此有效地解決了槽控機結構簡潔與功能分布之間的矛盾，接插件(點)的大幅度減少顯著提高了整機的穩定性和可靠性；而與「大板」結構的槽控機相比，多CPU網絡結構滿足了智能化、模塊化、及全分布式的設計原則，克服了「大板」故障風險過於集中、維護難度大的缺點。
2．本發明採用的現場總線是使用串行數據通信協議的多主總線，其數據塊編碼方式可使不同的節點同時接收到相同的數據(可採用廣播方式的數據發送與接收)，因而可構造具有網絡體系結構的全分布式控制系統，而從工業現場測控的角度而言，具有通信速率快(可達1Mbps)，通信距離遠(可達10km)的優點，且有通信優先級選擇，能很好地滿足現場監控實時性要求，很強的錯誤處理功能和抗幹擾能力，保證了數據通信的可靠性。
3．本發明各智能模塊均帶有自己的CPU，能相對獨立地運行，數據處理能力強大，由於每個智能模塊的功能明確，結構簡單，且設計有自診斷功能，所以易於維護，多CPU協同工作方式又使槽控機整體功能強大，可實現對鋁電解槽的高度智能化控制。
4智能化、模塊化和全分布式的設計原則使智能模塊具有良好的通用性和適用性，並使槽控機具有很好的靈活性和可擴展性，因此具有很好的市場前景和推廣應用價值。
5本發明用於構造全分布式鋁電解過程控制系統，它既可用於新建電解生產系列，也可應用於老電解系列計算機控制系統的升級改造。
圖1本發明方框圖；圖2通信模塊結構原理示意3本發明使用狀態聯接示意圖實施例1．整個控制系統採用圖3所示的「上位機-槽控機」兩級全分布式結構形式。每一臺電解槽配備一臺基於現場總線的全分布式槽控機(即本發明)作為直接控制級，實現信號採樣與解析控制功能。根據實際需要，整個電解系列配備若干臺多媒體工控微機構成上位機體系，用作過程監控級，對各槽控機的運行過程進行監視並完成生產管理功能。整個系統採用CAN總線通信協議構成網絡體系。在75KA預焙鋁電解槽上的工業試驗結果表明，系統運行穩定可靠，控制效果好，實現的主要技術指標為氧化鋁濃度波動範圍在1.8～3.0％以內，正常槽溫波動範圍在±3℃以內，陽極效應係數在0.5以下，陽極效應預報成功率在90％以上，從而保證了電解槽在新型工藝技術條件下的平穩運行，取得了電流效率提高3.11％，噸鋁直流電耗降低411kWh的顯著的增產節能效果。
權利要求
1．一種全分布式鋁電解槽自動控制機，其特徵在於包括邏輯單元和動力單元，邏輯單元採用現場總線技術及網絡通信技術，構成現場總線互聯的多CPU網絡體系，包括採樣模塊、解析模塊、操作模塊、顯示模塊和通信模塊，各智能模塊均帶有自己的CPU微處理器，均能相對獨立地運行和發揮自己的功能，採樣模塊完成槽電壓和系列電流的採樣，解析模塊對過程進行解析，操作模塊完成所有的輸入/輸出操作，顯示模塊接收開關板的輸入信號，並通過顯示面板的數碼管和指示燈輸出運行信息，通信模塊實現與外部設備的數據交換。
2．根據權利要求1所述的鋁電解槽自動控制機，其特徵在於所述的各功能模塊都包含有由看門狗、CPU、單片機外圍晶片以及現場總線通信器件構成的電路。
3．根據權利要求1所述的鋁電解槽自動控制機，其特徵在於所述的各智能模塊通過以雙絞線或同軸電纜為通信介質的現場總線互聯，實現模塊間的數據交換和多CPU協同工作，從而使整個控制器的邏輯單元成為一個多CPU網絡體系。
全文摘要
全分布式鋁電解槽自動控制機,本發明採用現場總線技術及網絡通信技術,主要包括採樣模塊、解析模塊、操作(動作)模塊、顯示模塊和通信模塊等智能模塊,各智能模塊均帶有自己的CPU微處理器。本發明有效地解決了槽控機結構簡潔與功能分布之間的矛盾,既克服了基於PLC的槽控機難以實現現代智能控制算法的缺點,又克服了基於並行總線的插板式槽控機接插點過多的缺點,還克服了大板式槽控機故障風險過於集中的缺點。
文檔編號C25C3/00GK1314500SQ0011333
公開日2001年9月26日 申請日期2000年3月22日 優先權日2000年3月22日
發明者李劼, 丁鳳其, 劉業翔, 鄒忠, 肖勁, 劉宏專, 葉少龍, 常守恩, 李德峰, 霍本龍 申請人:中南工業大學