成溫和

（中鋁蘭州分公司 電解二廠，甘肅 蘭州730060）

1 背景

槽控機(jī)是鋁電解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成設(shè)備，是鋁電解現(xiàn)場(chǎng)控制的直接設(shè)備。 作為控制的直接級(jí)，槽控機(jī)主要負(fù)責(zé)物料平衡和熱平衡控制，以及現(xiàn)場(chǎng)各種數(shù)據(jù)的采集。 熱平衡的控制是通過(guò)陽(yáng)極升降控制來(lái)控制電解槽的極距來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)陽(yáng)極升降改變極距從而使得槽電壓升高或降低，以相應(yīng)的使電解槽的熱收入增加或者減少。

2 槽控機(jī)陽(yáng)極升降安全保護(hù)分析

槽控機(jī)調(diào)整極距通常采用人工手動(dòng)調(diào)整和程序自動(dòng)控制兩種方式，無(wú)論哪種調(diào)整方式都應(yīng)該能夠通過(guò)一定的檢測(cè)方式來(lái)獲得陽(yáng)極升降過(guò)程中的實(shí)時(shí)信息， 以根據(jù)實(shí)時(shí)信息來(lái)分析和判斷調(diào)整的合理性，并具有足夠的安全保護(hù)措施，防止陽(yáng)極升降發(fā)生失控，造成生產(chǎn)事故，產(chǎn)生巨大損失。 以下從軟件和硬件兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行分析：

2.1 軟件保護(hù)

軟件保護(hù)主要是通過(guò)軟件控制參數(shù)設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)，自控狀態(tài)下每次陽(yáng)極升降最大動(dòng)作時(shí)間為4 秒，以防止一次升降過(guò)量，此參數(shù)可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。 其次是槽電壓過(guò)欠壓保護(hù)，即槽電壓超過(guò)設(shè)定最高電壓值時(shí)不自動(dòng)進(jìn)行陽(yáng)極升操作，槽電壓超過(guò)設(shè)定電壓最低值時(shí)不自動(dòng)進(jìn)行陽(yáng)極降操作。

2.2 硬件保護(hù)

硬件保護(hù)包括操作板信號(hào)互鎖保護(hù)、 信號(hào)檢測(cè)板硬件定時(shí)器保護(hù)、操作板硬件定時(shí)器保護(hù)、交流口檢測(cè)保護(hù)、交流接觸器互鎖保護(hù)、交流接觸器粘連未合檢測(cè)保護(hù)、過(guò)欠壓保護(hù)。

操作板信號(hào)互鎖保護(hù)，PB1 輸出高電平時(shí)， 經(jīng)過(guò)達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器2004 變?yōu)樽優(yōu)榈碗娖剑?yáng)極升信號(hào)通路導(dǎo)通，固態(tài)繼電器導(dǎo)通，陽(yáng)極升交流接觸器吸合。 同時(shí)又將PB1 的信號(hào)通過(guò)二極管引到PB2 所連接反相器輸出端，此時(shí)若PB2 也輸出高電平，由于PB1 信號(hào)的引入，使得反相器兩端電壓鉗位在0.7 左右，PB2 信號(hào)無(wú)法通過(guò)反相器變?yōu)榈碗娖?，?yáng)降信號(hào)通路被阻斷，避免了升降信號(hào)同時(shí)作用，造成相間短路。

檢測(cè)板定時(shí)器保護(hù)主要用于純手動(dòng)時(shí)陽(yáng)極的操作時(shí)間，以保證母線處于合理位置，避免對(duì)母線的損傷。 其原理是交流接觸器的檢測(cè)信號(hào)通過(guò)ADJ、R15、R20 充電，NE555 開(kāi)始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)到15 秒以后（時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)），3 腳輸出的高電壓變?yōu)榈碗妷?，檢測(cè)板固態(tài)繼電器信號(hào)源中斷，從而使得AC220V 電源被切斷，交流接觸器線圈失電，陽(yáng)極動(dòng)作停止，完成保護(hù)功能。

操作板硬件定時(shí)器保護(hù)：C3、R15、R14、ADJ1 組成一個(gè)RC 振蕩器，當(dāng)陽(yáng)極升降發(fā)生時(shí)，主交流接觸器的檢測(cè)信號(hào)JACK ON 通過(guò)光耦合電路輸出一個(gè)高電平， 經(jīng)過(guò)2004 反相器變?yōu)榈碗娖剑?060 的RST端得到低電平信號(hào)計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作。 定時(shí)長(zhǎng)短由跳線選定，當(dāng)跳線接Q8 的情況下定時(shí)為2.5 秒，接Q9 為5 秒，接Q10 為10 秒。

升降超時(shí)：當(dāng)主交流接觸接的閉合時(shí)間超過(guò)定時(shí)器脈沖的的預(yù)訂數(shù)量時(shí)，定時(shí)器就變?yōu)槌瑫r(shí)狀態(tài)。 超時(shí)信號(hào)分為四路：第一路使U4 的3 腳變?yōu)楦唠娖剑?4 腳變?yōu)榈碗娖剑?使得4060 的12 腳一直處于低電平，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)不會(huì)因P12 信號(hào)而變化，4060 輸出一直保持在高電平。 第二路點(diǎn)亮超時(shí)燈L17。 第三路通過(guò)U4 反相器后，使得陽(yáng)極升降公共信號(hào)的固態(tài)繼電器被關(guān)斷， 陽(yáng)極升降的三個(gè)固態(tài)繼電器輸入的AC220V 無(wú)電。 第四路作為定時(shí)器狀態(tài)信號(hào)輸入813F 的PB3 口，CPU一旦檢測(cè)到超時(shí)信號(hào)，將停止陽(yáng)極升降信號(hào)輸出，直到定時(shí)器復(fù)位操作以后，才允許升降。

升降未超時(shí)：當(dāng)升降結(jié)束時(shí)，定時(shí)器未超時(shí)，U4 的16 腳恢復(fù)高電平，4060 的12 腳隨之變高，定時(shí)器清零，振蕩器無(wú)效。 可以再次升降，再次升降時(shí)，計(jì)數(shù)器重新開(kāi)始計(jì)時(shí)。

定時(shí)器復(fù)位：人工操作復(fù)位時(shí)，CPU 發(fā)出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使813F的PB4 輸出一個(gè)高電平，經(jīng)過(guò)兩個(gè)反相器送入4060 的12 腳，使4060計(jì)數(shù)器清零。 定時(shí)器復(fù)位是經(jīng)過(guò)人工操作觸摸開(kāi)關(guān)，主顯板檢測(cè)到定時(shí)器復(fù)位開(kāi)關(guān)被觸摸， 然后通過(guò)內(nèi)部CAN 總線將定時(shí)器復(fù)位信號(hào)發(fā)送給操作板，由操作板CPU 輸出復(fù)位信號(hào)。

交流口檢測(cè)：交流口的作用是防止程序走錯(cuò)以后的誤操作。 在程序正常運(yùn)行時(shí)，升降過(guò)程中CPU 通過(guò)813F 輸出10kHz 方波，經(jīng)過(guò)整流濾波后，經(jīng)過(guò)74HC04 反相器使得P 溝道MOS 管的G 變低，漏源間導(dǎo)通，觸發(fā)升降的固態(tài)繼電器電源被接通，升降得以進(jìn)行。加入程序走亂，10kHz 方波消失，MOS 管被關(guān)斷，控制升降的電源被切斷，升降被禁止。

交流接接觸器互鎖保護(hù)主要是防止錯(cuò)誤的升降信號(hào)使得升降同時(shí)，造成相間短路而設(shè)計(jì)的，通過(guò)交流接觸器的常開(kāi)常閉觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。將陽(yáng)極升控制線路通過(guò)4km（陽(yáng)極降接觸器）常閉觸點(diǎn)，陽(yáng)極降控制線路通過(guò)3km（陽(yáng)極升接觸器）常閉觸點(diǎn)，當(dāng)陽(yáng)極升發(fā)生時(shí)常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，阻斷了4km 的控制線路；當(dāng)陽(yáng)極降發(fā)生時(shí)常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，阻斷了3km 的控制線路。

交流接觸器粘連未合檢測(cè)主要是判斷接觸器動(dòng)作是否正常。當(dāng)升降結(jié)束時(shí)檢測(cè)接觸器是否已經(jīng)釋放， 以防止升降不止的現(xiàn)象發(fā)生，防止重大事故發(fā)生。 當(dāng)升降進(jìn)行時(shí)檢測(cè)接觸器是否吸合正常，以保證陽(yáng)極控制有效進(jìn)行。

過(guò)欠壓保護(hù)：過(guò)欠壓保護(hù)組要是針對(duì)當(dāng)前電解槽普遍運(yùn)行在低電壓情況下，電壓控制很敏感而設(shè)計(jì)的，其工作原理是槽電壓輸入兩個(gè)電壓比較器進(jìn)行電壓比較。一個(gè)電壓比較器通過(guò)電阻和電位器設(shè)置比較電壓為4.8V（可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)電位器改變），當(dāng)槽電壓高于4.8V時(shí)比較器輸出低電壓，使光耦導(dǎo)通來(lái)控制繼電器，繼電器使最終進(jìn)入交流接觸器AC220V 陽(yáng)極升電源被切斷。另一個(gè)電壓比較器通過(guò)電阻和電位器設(shè)置比較電壓為3.2V （可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)電位器改變），當(dāng)槽電壓低于3.2V 時(shí)比較器輸出低電壓，使光耦導(dǎo)通來(lái)控制繼電器，繼電器使最終進(jìn)入交流接觸器AC220V 陽(yáng)極降電源被切斷。從上面的可惜可以看出，只要電壓高于4.8V 陽(yáng)極升被禁止，電壓低于3.2V 時(shí)陽(yáng)極降被禁止，避免了誤操作導(dǎo)致拔槽或者坐槽的事故發(fā)生。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了幾種主要的陽(yáng)極升降安全保護(hù)策略，通過(guò)這些措施使得陽(yáng)極升降的安全性極大提高。 但是鋁電解廠房環(huán)境惡劣，干擾信號(hào)較多，如何保證這些安全措施執(zhí)行的可靠性，需要在選擇器件的可靠性方面和電路設(shè)計(jì)抗干擾能力方面多做努力， 大幅提高控制的可靠性，為電解生產(chǎn)的安全平穩(wěn)運(yùn)行提供有力保障。

［1］湖南中大業(yè)翔科技下位機(jī)維護(hù)手冊(cè)[Z].2009.

［2］閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].5 版,2005.