李建軍|文

槽控機作為鋁電解槽計算機控制系統(tǒng)的現(xiàn)場控制級設備，控制的先進性直接影響電解槽的能量平衡和物料平衡，控制安全性直接影響電解系列生產(chǎn)安全，甚至造成系列停產(chǎn)的重大事故，本文著重論述槽控機的陽極升降安全保護。

電解槽計算機控制主要功能是正常加工和極距的調(diào)整。極距調(diào)整的安全性又是槽控機安全保護的重中之重。如槽控機陽升失控將造成陽極脫離電解質(zhì)液面開路，短路口爆炸重大事故。本文將從硬件、軟件、軟硬件結合三個方面對陽極升降安全保護進行論述。

圖1 硬件定時器電路圖

安全保護

1.硬件定時器

硬件定時器作為陽極升、降基本保護器件，它由早期的機械觸點定時器到前期由NE555構成的電子無觸點定時器，都沒有由芯片4060構成的定時器定時精確，抗干擾性強，受溫度影響小(見圖1)。

4060構成的定時器直接4060內(nèi)部晶振和外圍元件形成振蕩頻率為50Hz的脈沖經(jīng)光電隔離后送到計數(shù)器4060的CIN端11腳；同時從1KM，2KM接觸器吸合時反饋的脈沖信號經(jīng)檢波后，使反相器UN2004—U4a輸入端變高電平，輸出端接4060的復位端12腳，使復位不起作用。于是，4060開始計數(shù)。定時長短由跳線選定，當跳線接輸出端Q8定時器定時為2.5s，Q9為5s，Q10為10s。在實際應用中，發(fā)現(xiàn)該定時雖然定時準確，但軟件對檢測到的定時器故障后兩分鐘自動清除，這對陽極升降仍然存在安全隱患，故障發(fā)生后需保持狀態(tài)不作軟清除。

純手動硬件定時電路當純手動升（或降）操作開始時，接觸器1KM、2KM線圈得電，其所有常開輔助觸點閉合，光耦導通，三極管隨之導通，高電平信號JACK ON（提升機加電）一路輸入到操作板上，一路輸入到純手動定時電路。此時，與NE555的6腳相連的RC積分電路中電容開始充電，當6腳電壓升到＞2/3Vcc時，3腳電平翻轉(zhuǎn)，由原來的高電平變?yōu)榈碗娖?，從而使固態(tài)繼電器導通，加電到脫扣器線圈，脫扣器動作，切斷設備電源，提升機停止升降。定時電路的定時時間長短由RC積分電路參數(shù)所決定。

2.Watchdog程 序執(zhí)行監(jiān)護電路

Watchdog程序執(zhí)行監(jiān)護電路，可用來對用戶程序執(zhí)行監(jiān)護，該電路由26位計數(shù)器組成，電路的輸入信號直接由12MHz晶振取得，經(jīng)第一級計數(shù)器（4040）分頻反饋給第二級計數(shù)器（4020），經(jīng)（4020）分頻后得到6±0.00034s的時間，用戶程序小于6s的間隔時間內(nèi)清除計數(shù)值，使計數(shù)器的輸出始終保持低電平，一旦程序死機或系統(tǒng)故障，程序?qū)⒉荒馨l(fā)生清計數(shù)器的信號，計數(shù)器將不停地計數(shù)，以使計數(shù)器的輸出變?yōu)楦唠娖綇娖认到y(tǒng)復位電路工作，迫使系統(tǒng)復位。程序執(zhí)行監(jiān)護電路的驅(qū)動程序如下：

WATCH-DOG SET P1.3 CLR P1.3 RET

圖2 陽極升降提升電機缺相檢測電路圖

使用上述程序時，僅需用戶程序中插入：CALL WATCHDOG指令。

目前直接用芯片X25045實現(xiàn)，該芯片可實現(xiàn)以下的功能：Watchdog，電源監(jiān)測。使用該芯片降低了系統(tǒng)成本并減少了對電路板空間的要求。實際運行中，單靠Watchdog監(jiān)護電路系統(tǒng)復位，而對復位次數(shù)不加限制，本身也存在安全隱患，為了保證系統(tǒng)安全，須有復位計數(shù)電路或軟件復位次數(shù)計數(shù)。當復位次數(shù)超過N次（參數(shù)可調(diào)）將切斷提升機加電的固態(tài)繼電器，禁止陽極升降。

3.交流口電路

交流口電路，該電路由分立元件構成，該電路是在陽極升降，抬母線，自診斷時，由CPU輸出10Hz的方波，經(jīng)隔離電容→整流二極管電容濾波→三極管基極高電平，三極管導通，發(fā)射極輸出高電平，發(fā)光管將發(fā)光以指示電路工作正常，經(jīng)二極反相器（2003），固態(tài)繼電器導通，接觸器1KM—4KM線包公共端得電。一旦程序執(zhí)行發(fā)生故障，即方波消失。該電路將不工作，而使固態(tài)繼電器截止，接觸器1KM—4KM線包公共端不能得電，從而禁止陽極升降，還可用交流口控制CPU電源，一旦程序執(zhí)行發(fā)生故障，即方波消失，電路將自動切斷CPU電源實現(xiàn)斷電復位。

4.硬件過、欠壓電路

硬件過、欠壓電路，過電壓上限定為4.8V，欠電壓下限定為3.5V。首先，槽電壓經(jīng)高精度90K串10K電阻分壓得到比較電壓，芯片IC1 Lm311反相輸入端的參考電壓由分壓器調(diào)為0.48V。當IC1Lm311正相輸入端電位大于反相輸入端的參考電壓0.48V時，將輸出低電平，當IC2Lm311反相輸入端電位小于正相輸入端的參考電壓0.35V時，將輸出低電平。將兩路檢測輸出聯(lián)在一起，只要一路工作，控制繼電器將吸合，在實際控制中，為防止過、欠壓誤動作采用了NE555和RC電路延時0.3s后，控制繼電器才動作，繼電器吸合后，一路控制脫扣線圈，以備切斷380V動力電源，一路斷開接觸器1KM，2KM線包控制回路，禁止陽極升、降。為在焙燒槽、病槽、效應時也能夠?qū)Σ垭妷哼M行調(diào)整而不受過欠壓控制，在觸摸開關板上增加了一個或非門，手動特殊作業(yè)時，當手觸摸MAN/AUTO按鈕時，或非門輸入端12腳為低電平，同時觸摸升降按鈕，或非門輸入端13腳也為低電平對應的或非門輸出11腳輸出高電平。三極管導通。NE555—2腳被迫拉為低電平，2腳小于1/3VCC，NE555—3腳輸出高電平，PNP型三極管截止，控制繼電器將被迫關斷，從而屏蔽了過欠壓信號，將可以在手動情況下進行極距調(diào)整。

5.陽極升降提升電機缺相檢測

槽控機提升電機工作信號檢測回路只能檢測到接觸器1KM、2KM、3KM、4KM是否吸合，不能檢測電機是否缺相運行，自動控制時，如果缺相，提升電機將會長時間缺相運行，而用戶不知，直至燒毀提升電機。槽控機檢測回路的采樣點直接連到1KM接觸器A、B、C三相上，當接觸器1KM、2KM吸合時，A、C相通過1KM、2KM常開輔助觸點閉合，電阻降壓，光電隔離，光耦N1輸出高電平，返回提升機加電信號。當3KM吸合時，A、B相通過3KM常開輔助觸點閉合，電阻降壓，光電隔離，光耦N2輸出高電平，返回陽升信號。當4KM吸合時，A、B相通過4KM常開輔助觸點閉合，電阻降壓，光電隔離，光耦N3輸出高電平，返回陽降信號。從以上工作原理可看出，槽控機缺相保護檢測并不完善，它只能檢測AC380V電源是否缺相，而對4個接觸器主觸點是不能檢測。槽控機改造過程中，將采樣端接到隔離開關2、4、6端，但簡單地將采樣端移位是不可行的，必須對電路進行改動(見圖2)。

將光耦N2（4腳）于光耦N3（3腳）串接，檢測輸出信號接光耦N3（4腳）。當A、B、C三相有一相缺相，光耦N2，N3將無高電平輸出，CPU將無法檢測到提升電機工作返回信號，CPU立即清除提升電機工作信號切斷升或降接觸器，從而起到缺相保護檢測功能。

6.V/F數(shù)據(jù)保護

通過試驗和現(xiàn)場運行發(fā)現(xiàn)，當V/F板死機或其他原因造成數(shù)據(jù)存儲單元數(shù)據(jù)不更新時，當槽電阻值大于或小于死區(qū)電壓時，槽控機將每間隔1分27秒自動降或升陽極，將造成壓槽或拔槽的重大設備事故，槽控機改造時，CPU實時對V/F板數(shù)據(jù)準確性進行檢測，當數(shù)據(jù)存儲單元數(shù)據(jù)在一定時間內(nèi)不更新時，將禁止陽極升降，并作A/D診斷，以此來判斷V/F板是否故障。

結語

以上所述鋁電解槽計算機控制硬件保護，目前未在國內(nèi)任何一家槽控系統(tǒng)中全部使用，但卻是電解槽計算機控制硬件保護的精華，望能給同仁參考與學習。