劉 成

(中國有色(沈陽)冶金機械有限公司 經營銷售部，遼寧 沈陽 110141)

電解多功能天車更換陽極自動控制系統(tǒng)

劉 成

(中國有色(沈陽)冶金機械有限公司 經營銷售部，遼寧 沈陽 110141)

電解槽換極自動測控系統(tǒng)是專為鋁電解多功能天車新舊陽極替換過程中，為保證新舊陽極同水平度而研制開發(fā)的新一代自動測控與管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用全自動化操作、便攜式基準小車，對提高換極速度、減輕工人勞動強度、提高安全性方面都取得了突破，是目前國內先進換極測高定位系統(tǒng)。

電解多功能天車；更換陽極；自動測控；陽極測高

0 引言

目前國內多數(shù)鋁廠對于鋁電解陽極更換主要是人工操作，所帶來的問題是人工勞動強度大、操作誤差大、生產效率底及安全性差等問題。

隨著電解鋁工藝技術的不斷發(fā)展，對電解鋁裝備提升的要求也越來越高。國內外企業(yè)一直致力于電解多功能天車更換陽極自動測控系統(tǒng)的開發(fā)、研究工作。在軟件方面已逐步趨于完善，而在硬件方面，由于操作困難、可靠性不高等方面原因應用一直受限。本系統(tǒng)是借鑒國外產品技術的基礎上并結合國內電解鋁生產實際研制開發(fā)的新型陽極更換自動控制系統(tǒng)。通過國內幾家鋁廠的應用效果很好并得到了用戶的認可。該系統(tǒng)安裝便捷，自動化程度高，控制精度滿足實際使用要求。是目前國內最先進的更換陽極自動測控系統(tǒng)。

1 GS-YJCK-S-III更換陽極自動測控系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)及主要技術指標

1.1.1 系統(tǒng)概述

GS-YJCK-S-III型電解槽換極自動測控系統(tǒng)是專為鋁電解新舊陽極替換過程中，為保證新舊陽極同水平度而研制開發(fā)的新一代自動測控與管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用全新的技術路線，自動化程度高、操作便捷。整個系統(tǒng)完全按照工業(yè)級標準設計生產，能夠適應電解鋁生產的惡劣環(huán)境，在高溫、高粉塵、強磁場環(huán)境中能長期穩(wěn)定工作。

與市場上同類產品相比，本系統(tǒng)配備了更加方便可靠的便攜式移動比較基準、絕對值高度測量編碼器，較精確的提高了換極的自動化程度。并有效的消除了換極過程中產生的隨機誤差，使電解生產效率得以提高。從而減輕了操作人員的工作強度，有效地改善了工人的操作環(huán)境，避免人工劃線換極操作帶來的危險性。同時系統(tǒng)配備了換極數(shù)據庫管理軟件，可按槽、區(qū)，任選時間段匯總各數(shù)據并生成相應報表，并進行對比和分析，方便監(jiān)測管理。[2]

1.1.2 GS-YJCK-S-III型換極自動測控主要技術指標

測量最大行程 2100 mm(可由用戶指定)

顯示分解率 1 mm(可由用戶指定)

新舊陽極同水平度 ±4 mm(可由用戶指定)

電源 AC220 V±10%

工作環(huán)境溫度 0～55 ℃

信號傳輸方式 RS485/RS232/USB/WIFI

網絡

1.1.3 GS-YJCK-S-III型基準小車主要技術指標

最大陽極測量寬度 6 m(可根據現(xiàn)場位置確定)

陽極底掌測量精度 ±1 mm

供電電源 本系統(tǒng)采用電池供電方案，DC-16.8 V10A/H；

工作環(huán)境溫度 0～55℃

工作方式 可移動式便攜式基準小車

外形尺寸 750 mm(L)×400 mm(W)×900 mm(H)

重量 20 kg(整個基準小車車含電氣部分)

1.2 工作原理及操作操法

1.2.1 GS-YJCK-S-III型換極自動測控系統(tǒng)構成

GS-YJCK-S-III型換極自動測控系統(tǒng)主要由機械齒輪齒條傳動裝置，絕對值編碼器、電路主控箱、基準小車、電解槽及陽極定位系統(tǒng)、中文屏幕、遙控器、上位機數(shù)據分析管理軟件組成。換極自動測控系統(tǒng)構成框圖見圖1。

圖1 換極自動測控系統(tǒng)組成圖

1.2.2 GS-YJCK-S-III型換極自動測控系統(tǒng)工作原理

基準小車由平臺小車、電控箱、電池、機械齒輪齒條傳動結構、絕對值編碼器、復位彈簧、防碰撞、防高溫、防粉塵保護結構、防陽極擺動導向結構等組成，其結構見圖2。

圖2 基準小車示意圖

基準小車采用的工作原理是：由機組上相同的齒輪齒條傳動結構帶動，通過編碼器測量高度，電控柜通過無線傳輸把基準小車編碼器的高度實時傳輸天車測高裝置，保證了系統(tǒng)的精度。系統(tǒng)中的復位彈簧給陽極下落提供了緩沖空間，避免了硬接觸，當測量陽極工作開始后，天車測高系統(tǒng)實時監(jiān)測基準小車編碼器的高度變化，當陽極壓到基準小車上設定的距離時停止陽極下落得到陽極的高度。當陽極提升時復位彈簧給測量結構提供復位能量。

1.2.3 陽極測高裝置工作過程及操作方法

先將基準小車放置到方便換極測量的地方，打開基準小車電源(注：由于基準小車采用電池供電，換極間隔時間較長情況下可先將小車開關關閉以獲得更長的使用時間)。

第1步：取殘極高度初值

①按【換極】鍵進入換極流程。

②陽極卡具小力提升消除機械間隙。

③按【確定】鍵保存殘極初值a。

注：a.小力提升的目的是為了消除陽極卡具和陽極導桿孔之間的機械間隙，配裝稱重測力傳感器后當傳感器數(shù)值達到設定值(此時即消除機械間隙)在中文屏幕上提示取殘極初值，按確定即可錄得殘極初值；b.編碼器按1和2識別，系統(tǒng)自動換算二者差值。

第2步：測量殘極高度

①系統(tǒng)完成取殘高度極初值后自動切換到測殘極流程。

②天車操作人員把殘極吊止基準小車上方，在陽極不明顯擺動的情況下把一號極慢速壓在小車測量圓臺上。

③在陽極停止下落后，按【確定】鍵保存殘極的高度b。

注：只測單塊殘極即可。同一組換極過程中已進行殘極測量步驟后不得移動基準小車。

第3步：測新陽極高度

①系統(tǒng)完成測殘極后自動切換到測新極流程。

②天車操作人員把新極吊止基準小車上方，在陽極不明顯擺動的情況下慢速壓在小車測量圓臺上。

③在陽極停止下落后，按【確定】鍵保存新極的高度c。

如果陽極是兩個單陽極，還要測試第二個新極高度，測試方法和測第一個新極相同。

第4步：測新陽極2高度

①系統(tǒng)完成測新極后自動切換到測新極2流程。

②天車操作人員把新極2吊止基準小車上方，在陽極不明顯擺動的情況下慢速壓在小車測量圓臺上。

③在陽極停止下落后，按【確定】鍵保存新極2的高度。

第5步：放置新陽極

①把新極吊到原殘極上方。

②根據系統(tǒng)提示按【確定】鍵，系統(tǒng)大屏幕顯示當前陽極高度，與相同水平度d的誤差。

③慢速下放新極。如果誤差值為負值，上提陽極，如果為正值，下放陽極。

當誤差置為0時，放到相同水平度。

④按【確定】鍵，結束新極放置。

簡單記憶法：【換極】→殘極→消除間隙→【確定】a→基準小車→↓→【確定】b→新極→基準小車→↓→【確定】c→d放新極→【確定】

1.3 換極操作過程中注意事項維護說明及常見系統(tǒng)故障處理

1.3.1 換極操作過程中注意事項

(1)每班換極前把基準小車移到固定位置鎖住小車輪，打開基準小車電源開關。當班換完極后關閉電源開關，打開基準小車輪移回位鎖住小車輪；

(2)在使用過程中要嚴格注意對基準小車的保護，嚴禁陽極完全落在基準小車上；

(3)原則上不允許在陽極擺動的情況下放陽極壓小車。

1.3.2 換極自動測控系統(tǒng)調試及維護說明

(1)檢查各個電纜接頭注意是否有松動及斷線現(xiàn)象。若出現(xiàn)松動、斷線應及時維護；

(2)接通電源時注意中文屏幕上是否有顯示變化，判斷系統(tǒng)供電是否正常；

(3)及時檢查基準小車電池是否缺電，應盡快對基準小車電池進行充電；

(4)檢查基準小車彈簧復位結構是否有卡死或者不靈活現(xiàn)象；

(5)觀察中文屏幕時鐘是否顯示準確，應及時調校時鐘；

(6)定期對基準小車編碼器進行檢查，保證編碼器工作正常；

(7)定期檢測極號識別及槽號識別設備讀卡器和卡是否正常；

(8)如果沒有以上問題，打開小車電源開關使用。

1.3.3 常見故障解決辦法

換極自動測控系統(tǒng)在具有強磁場、高熱場、多粉塵等惡劣環(huán)境中使用，長期使用時環(huán)境因素對系統(tǒng)的元器件有一定影響作用，因此，需要定期進行維護和檢修。在該環(huán)境中常見故障及解決辦法見表1。

圖3 換極自動自動測控系統(tǒng)原理圖

故障現(xiàn)象故障原因解決辦法顯示屏黑屏電源相關部分或顯示屏故障檢測電源相關部分或顯示屏屏幕顯示內容不變化通信電纜故障檢測通信電纜和電纜接頭屏幕高度數(shù)據不變化電源相關部分或編碼器故障通信電纜故障檢測編碼器、電源、通信電纜按遙控器沒反應遙控器故障或者遙控器電池報廢更換電池或檢測遙控器控制誤差大沒有消除機械間隙,在陽極擺動的情況下測量,補償高度被修改消除機械間隙、下放時穩(wěn)定陽極、修改補償高度基準小車高度為0小車開關沒打開小車電池沒電小車編碼器故障小車通信電纜故障打開開關充電或更換電池檢測編碼器檢測電纜編碼器值顯示不準確傳動誤差大更換齒輪齒條

2 陽極安裝測高指導

2.1 系統(tǒng)組成及部件安裝

2.1.1 換極測高系統(tǒng)的組成

換極測高系統(tǒng)是機械、電氣等學科的結合產物，主要組成見表2。

表2 換極測高系統(tǒng)組成

2.1.2 部件安裝

安裝時需要現(xiàn)場配合的工作：暫停多功能機組，電焊工1名，電焊機1臺，升降車1輛。

圖5 換極測控系統(tǒng)操作界面

需要安裝的部件有：主控箱、顯示屏、齒條的安裝、齒輪的安裝、讀卡器、識別卡的安裝。

2.2 裝配前編碼器的配制

2.2.1 編碼器配置

設置參數(shù)時，編碼器棕色線與綠色線并在一起接正電源，蘭色線接電源地線。此時，編碼器的通訊速率固定為19200 bps。非編程模式，即正常工作時，建議將蘭色線與綠色線并在一起接電源地線。

小車上的編碼器和天車上的編碼器在裝配安裝前，要先設置參數(shù)，使之適合換極系統(tǒng)。

表3 編碼器配置

2.2.2 編碼器設置

如圖4中的編碼器換極系統(tǒng)中使用的編碼器，設置參數(shù)需要的準備的部件有：要安裝的編碼器、編碼器電源(10-30 VDC，可以用基準小車的電池)，485-232轉換器，USB轉串口轉換器，筆記本電腦。

圖4 編碼器

打開電腦，連接好通信電纜后，打開編碼的電源，打開sscom32軟件，見圖5。

設置好sscom軟件的串口號(從設備管理器查看)和波特率后，在下方的字符串輸入框輸入相應的參數(shù)命令即可設置。輸入框輸入的數(shù)據都是十六進制格式，見表4。

表4 編碼器設置參數(shù)

2.2.3 設置的參數(shù)

(1)旋轉正方向

在本系統(tǒng)中，當陽極上升的時候，高度值增大。根據現(xiàn)場編碼器安裝的方向，齒條上升時面對編碼器正面(也就是面對齒輪)，如果齒輪逆時針旋轉，則逆時針旋轉為正方向。否則，順時針為正方向。在單陽極系統(tǒng)中一般情況下都是逆時針旋轉為正方向。在雙陽極系統(tǒng)中有的機組兩個編碼器需要設置的不一樣。設置前要先去現(xiàn)場調研。

上位機發(fā)送：D+地址+C+新方向+0D

編碼器回：X+地址+c+新方向+0D

例：上位機發(fā)送：44 30 31 43 07 0D

編碼器回：58 30 31 63 07 0D

(將順時針改為逆時針)

(2)波特率(9600)

上位機發(fā)送：D+地址+E+新波特率+0D

編碼器回：X+地址+e+新波特率+0D

例：上位機發(fā)送：44 30 31 45 02 0D

編碼器回：58 30 31 65 02 0D

(將波特率改為9600)

(3)每轉一圈的分辨率

上位機發(fā)送：D+地址+F+分辨率+0D

編碼器回：X+地址+f+分辨率+0D

例：上位機發(fā)送：44 30 31 46 30 30 30 35 30 30 0D

編碼器回：58 30 31 66 30 30 30 35 30 30 0D

(設置分辨率為500)

換極系統(tǒng)天車大齒輪分辨率為500，基準小車小齒輪339。

(4)主被動模式

上位機發(fā)送：D+地址+I+模式+0D

編碼器回：X+地址+i+模式+0D

例：上位機發(fā)送：44 30 31 49 08 0D

編碼器回：58 30 31 69 08 0D

(設置為主動模式)

換極系統(tǒng)為主動動模式。

(5)工作模式

上位機發(fā)送：D+地址+N+工作模式+0D

編碼器回：X+地址+n+工作模式+0D

例：上位機發(fā)送：44 30 31 4E 11 0D

編碼器回：58 30 31 6E 11 0D

(工作模式設置10為循環(huán)模式，11為往復模式)

換極系統(tǒng)工作為往復模式。

主控箱內部解析圖見圖6。

圖6 主控箱配置圖

2.2.4 主控箱配置

換極測控系統(tǒng)實現(xiàn)測控功能的大腦是主控箱，能夠根據換極過程的實際情況進行檢測、計算和數(shù)據處理。主控箱的主要配置見表5。

表5 主控箱配置

續(xù)表5

2.2.5 槽號識別控制箱

槽號識別控制箱包括：一塊控制板，一塊220-24 V/5 V開關電源，一根DB9公頭交叉通信線。控制板讀取讀卡器的信息，并把信息發(fā)送給主控箱。開關電源為控制板和讀卡器提供5 V和24 V直流電源，槽號識別箱內部解析見圖7。

3 結論

經過兩年來的探索及實踐，并結合國外企業(yè)的成功經驗。在中國有色(沈陽)冶金機械有限公司現(xiàn)有電解多功能天車上已成功應用了10多家用戶，并在已有的該功能也進行了更新和改造，并得到了用戶的廣泛認可。它在提高電解工藝水平、自動化程度以及節(jié)省人力，提高勞動效率等方面效果顯著，是未來電解鋁行業(yè)提升能力及競爭力不可缺少的設備。

圖7 槽號識別箱

[1] 王捷.電解鋁生產工藝與設備[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

[2] 范輝，陸學謙.電氣監(jiān)控系統(tǒng)納入DCS的幾點體會[J].電力自動化設備，2001，21(3)：52-54.

[3] 蔣煥文，孫續(xù).電子測量(第三版)[M].北京：中國計量出版社，1988.

Automatic Control System of Anode Replacement for Pot Tending Machine

LIU Cheng

(Sales Department, NFC (Shenyang) Metallurgical Machinery Co., Ltd. Shenyang 110141, China)

The automatic control system of pot anode replacement is developed as a new generation of automatic control and management system for aluminum electrolysis in the process of replacing the old to new anode to ensure that new and old anode with same level of degree, the system has gone far beyond in many ways such as full automatic operation, portable standard cart, high speed replacement, less labor intensity of workers and safety and it is currently advanced anode changing height positioning system.

pot tending machine；anode replacement；automatic measurement control；anode height measurement

2013-12-22

劉成(1958-)，男，遼寧沈陽人，高級工程師，大學本科，主要從事技術開發(fā)及市場推廣工作，現(xiàn)任中國有色(沈陽)冶金機械有限公司經營銷售部副部長。

TF351

B

1003-8884(2014)03-0033-07