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        鋁電解槽計(jì)算機(jī)控制硬件保護(hù)

        2014-03-13 05:16:56李建軍
        中國有色金屬 2014年22期
        關(guān)鍵詞:缺相低電平高電平

        李建軍|文

        槽控機(jī)作為鋁電解槽計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)設(shè)備,控制的先進(jìn)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(jī)的陽極升降安全保護(hù)。

        電解槽計(jì)算機(jī)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(jī)安全保護(hù)的重中之重。如槽控機(jī)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(jié)合三個(gè)方面對(duì)陽極升降安全保護(hù)進(jìn)行論述。

        圖1 硬件定時(shí)器電路圖

        安全保護(hù)

        1.硬件定時(shí)器

        硬件定時(shí)器作為陽極升、降基本保護(hù)器件,它由早期的機(jī)械觸點(diǎn)定時(shí)器到前期由NE555構(gòu)成的電子無觸點(diǎn)定時(shí)器,都沒有由芯片4060構(gòu)成的定時(shí)器定時(shí)精確,抗干擾性強(qiáng),受溫度影響小(見圖1)。

        4060構(gòu)成的定時(shí)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(jì)數(shù)器4060的CIN端11腳;同時(shí)從1KM,2KM接觸器吸合時(shí)反饋的脈沖信號(hào)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(fù)位端12腳,使復(fù)位不起作用。于是,4060開始計(jì)數(shù)。定時(shí)長(zhǎng)短由跳線選定,當(dāng)跳線接輸出端Q8定時(shí)器定時(shí)為2.5s,Q9為5s,Q10為10s。在實(shí)際應(yīng)用中,發(fā)現(xiàn)該定時(shí)雖然定時(shí)準(zhǔn)確,但軟件對(duì)檢測(cè)到的定時(shí)器故障后兩分鐘自動(dòng)清除,這對(duì)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(dòng)硬件定時(shí)電路當(dāng)純手動(dòng)升(或降)操作開始時(shí),接觸器1KM、2KM線圈得電,其所有常開輔助觸點(diǎn)閉合,光耦導(dǎo)通,三極管隨之導(dǎo)通,高電平信號(hào)JACK ON(提升機(jī)加電)一路輸入到操作板上,一路輸入到純手動(dòng)定時(shí)電路。此時(shí),與NE555的6腳相連的RC積分電路中電容開始充電,當(dāng)6腳電壓升到>2/3Vcc時(shí),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(dǎo)通,加電到脫扣器線圈,脫扣器動(dòng)作,切斷設(shè)備電源,提升機(jī)停止升降。定時(shí)電路的定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短由RC積分電路參數(shù)所決定。

        2.Watchdog程 序執(zhí)行監(jiān)護(hù)電路

        Watchdog程序執(zhí)行監(jiān)護(hù)電路,可用來對(duì)用戶程序執(zhí)行監(jiān)護(hù),該電路由26位計(jì)數(shù)器組成,電路的輸入信號(hào)直接由12MHz晶振取得,經(jīng)第一級(jí)計(jì)數(shù)器(4040)分頻反饋給第二級(jí)計(jì)數(shù)器(4020),經(jīng)(4020)分頻后得到6±0.00034s的時(shí)間,用戶程序小于6s的間隔時(shí)間內(nèi)清除計(jì)數(shù)值,使計(jì)數(shù)器的輸出始終保持低電平,一旦程序死機(jī)或系統(tǒng)故障,程序?qū)⒉荒馨l(fā)生清計(jì)數(shù)器的信號(hào),計(jì)數(shù)器將不停地計(jì)數(shù),以使計(jì)數(shù)器的輸出變?yōu)楦唠娖綇?qiáng)迫系統(tǒng)復(fù)位電路工作,迫使系統(tǒng)復(fù)位。程序執(zhí)行監(jiān)護(hù)電路的驅(qū)動(dòng)程序如下:

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

        圖2 陽極升降提升電機(jī)缺相檢測(cè)電路圖

        使用上述程序時(shí),僅需用戶程序中插入:CALL WATCHDOG指令。

        目前直接用芯片X25045實(shí)現(xiàn),該芯片可實(shí)現(xiàn)以下的功能:Watchdog,電源監(jiān)測(cè)。使用該芯片降低了系統(tǒng)成本并減少了對(duì)電路板空間的要求。實(shí)際運(yùn)行中,單靠Watchdog監(jiān)護(hù)電路系統(tǒng)復(fù)位,而對(duì)復(fù)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(fù)位計(jì)數(shù)電路或軟件復(fù)位次數(shù)計(jì)數(shù)。當(dāng)復(fù)位次數(shù)超過N次(參數(shù)可調(diào))將切斷提升機(jī)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(gòu)成,該電路是在陽極升降,抬母線,自診斷時(shí),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(dǎo)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(dǎo)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(dòng)切斷CPU電源實(shí)現(xiàn)斷電復(fù)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(dāng)IC1Lm311正相輸入端電位大于反相輸入端的參考電壓0.48V時(shí),將輸出低電平,當(dāng)IC2Lm311反相輸入端電位小于正相輸入端的參考電壓0.35V時(shí),將輸出低電平。將兩路檢測(cè)輸出聯(lián)在一起,只要一路工作,控制繼電器將吸合,在實(shí)際控制中,為防止過、欠壓誤動(dòng)作采用了NE555和RC電路延時(shí)0.3s后,控制繼電器才動(dòng)作,繼電器吸合后,一路控制脫扣線圈,以備切斷380V動(dòng)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(yīng)時(shí)也能夠?qū)Σ垭妷哼M(jìn)行調(diào)整而不受過欠壓控制,在觸摸開關(guān)板上增加了一個(gè)或非門,手動(dòng)特殊作業(yè)時(shí),當(dāng)手觸摸MAN/AUTO按鈕時(shí),或非門輸入端12腳為低電平,同時(shí)觸摸升降按鈕,或非門輸入端13腳也為低電平對(duì)應(yīng)的或非門輸出11腳輸出高電平。三極管導(dǎo)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(guān)斷,從而屏蔽了過欠壓信號(hào),將可以在手動(dòng)情況下進(jìn)行極距調(diào)整。

        5.陽極升降提升電機(jī)缺相檢測(cè)

        槽控機(jī)提升電機(jī)工作信號(hào)檢測(cè)回路只能檢測(cè)到接觸器1KM、2KM、3KM、4KM是否吸合,不能檢測(cè)電機(jī)是否缺相運(yùn)行,自動(dòng)控制時(shí),如果缺相,提升電機(jī)將會(huì)長(zhǎng)時(shí)間缺相運(yùn)行,而用戶不知,直至燒毀提升電機(jī)。槽控機(jī)檢測(cè)回路的采樣點(diǎn)直接連到1KM接觸器A、B、C三相上,當(dāng)接觸器1KM、2KM吸合時(shí),A、C相通過1KM、2KM常開輔助觸點(diǎn)閉合,電阻降壓,光電隔離,光耦N1輸出高電平,返回提升機(jī)加電信號(hào)。當(dāng)3KM吸合時(shí),A、B相通過3KM常開輔助觸點(diǎn)閉合,電阻降壓,光電隔離,光耦N2輸出高電平,返回陽升信號(hào)。當(dāng)4KM吸合時(shí),A、B相通過4KM常開輔助觸點(diǎn)閉合,電阻降壓,光電隔離,光耦N3輸出高電平,返回陽降信號(hào)。從以上工作原理可看出,槽控機(jī)缺相保護(hù)檢測(cè)并不完善,它只能檢測(cè)AC380V電源是否缺相,而對(duì)4個(gè)接觸器主觸點(diǎn)是不能檢測(cè)。槽控機(jī)改造過程中,將采樣端接到隔離開關(guān)2、4、6端,但簡(jiǎn)單地將采樣端移位是不可行的,必須對(duì)電路進(jìn)行改動(dòng)(見圖2)。

        將光耦N2(4腳)于光耦N3(3腳)串接,檢測(cè)輸出信號(hào)接光耦N3(4腳)。當(dāng)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(cè)到提升電機(jī)工作返回信號(hào),CPU立即清除提升電機(jī)工作信號(hào)切斷升或降接觸器,從而起到缺相保護(hù)檢測(cè)功能。

        6.V/F數(shù)據(jù)保護(hù)

        通過試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行發(fā)現(xiàn),當(dāng)V/F板死機(jī)或其他原因造成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)不更新時(shí),當(dāng)槽電阻值大于或小于死區(qū)電壓時(shí),槽控機(jī)將每間隔1分27秒自動(dòng)降或升陽極,將造成壓槽或拔槽的重大設(shè)備事故,槽控機(jī)改造時(shí),CPU實(shí)時(shí)對(duì)V/F板數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性進(jìn)行檢測(cè),當(dāng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)在一定時(shí)間內(nèi)不更新時(shí),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(jié)語

        以上所述鋁電解槽計(jì)算機(jī)控制硬件保護(hù),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(jì)算機(jī)控制硬件保護(hù)的精華,望能給同仁參考與學(xué)習(xí)。

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