一种槽控机阳极升降安全保护方法

摘要

本发明涉及电气控制技术领域，具体地说是涉及一种铝电解槽控机阳极升降安全保护方法。本发明一种槽控机阳极升降保护方法，包括手动阳极操作安全保护和槽控机抬母线作业时定时器功能屏蔽，所述的方法包括如下步骤：1、手动阳极操作安全保护步骤；2、槽控机抬母线作业时定时功能屏蔽步骤。本发明一种槽控机阳极升降安全保护方法操作简单，不受工作环境的制约，弥补了槽控系统在人工阳极升降操作方面的缺陷，降低了阳极升降作业的拔槽事故的概率，经过近半年的实际运行证明，系统的可靠性设计经受了强大电磁干扰、工频信号干扰等复杂工业环境的考验，手动阳极升降操作的安全性，得到了大幅的提高，为电解生产的安全平稳运行提供了有力的保障。

说明书

技术领域

本发明涉及电气控制技术领域，具体地说是涉及一种铝电解槽控机阳极升降安全保护方法。 

背景技术

槽控机是铝电解生产中过程控制的核心设备，它能够采集电解槽的槽电压和槽电流，接收面板开关板的各种手动操作信号及槽控系统的各种检测信号。通过分析计算后，进行相应的打壳、下料、氟化盐添加、阳极升降、效应报警等诸多功能，来完成对铝电解生产的各种控制，阳极升降操作是其中功能之一，也是铝冶炼生产过程中的重大危险源之一，一旦阳极升降系统失控，电解槽将会出现压槽和拔槽的严重事故，故而槽控机在升降阳极作业中需要设置强大的安全保护功能，确保其万无一失。 

目前，青海分公司所使用的槽控机设有自动和手动两种工作方式，在自动状态下，升降阳极设有软件和硬件多重保护措施，尤其是软件安全保护相对比较完善，比如限定自动升降阳极时槽工作电压（或槽电阻）的范围在3.8v～4.5v，系列电流的范围在正常设定值上下20％，电解槽回转计读数在20—380之间，监视定时器技术（Watchdog），软件计时等措施。硬件保护也同时启动，作为下一级的保护功能，当硬件计时设施出现超时时，槽控机动力电源立刻被切断，确保槽控机在自动状态下升降阳极工作的安全可靠，万无一失；然而槽控机若运行在手动状态下时，阳极升降作业完全依靠人工自行调整和判断，仅凭操作者个人经验，未设置任何相应的安全保护措施或技术，如果人工出现任何一点失误或差错，后果不堪设想，因此需要采用一种新技术，对手动状态下的阳极升降问题进行相应的进行改善，以解决槽控机手动操作阳极时的安全保护问题。 

槽控机在进行过程控制时，可以通过其面板开关按钮，设置槽控机工作在自动方式或是手动工作方式。根据电解工艺过程的需求，为了使槽电压快速达到所需的目标值，经常需要通过手动调整阳极来达到目的。但是，该操作过程没有任何监控设备和技术监控措施来协助完成，仅仅依靠人工自行掌握阳极升降的时间，这种方式存在极大地安全隐患，若人工手动阳极出现误操作或者恰遇此刻接触器出现粘连故障，此刻阳极根本无法控制，将造成严重的拔槽或压槽恶性事故，带来巨大的经济损失。 

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种为了提高槽控机的安全可靠性，消除控制系统潜在的安全隐患，在不影响控制板的其它功能，兼顾正常阳极调整和抬母线作业的顺利进行的前提下，在槽控机大板和状态显示板上重新增设独立线路，增加手动阳极操作安全保护及槽控机抬母线作业时定时器功能屏蔽的槽控机阳极升降安全保护方法。 

本发明一种槽控机阳极升降安全保护方法通过下述技术方案予以实现：本发明一种槽控机阳极升降保护方法，包括手动阳极操作安全保护和槽控机抬母线作业时定时器功能屏蔽，其特征在于所述的方法包括如下步骤： 

1、手动阳极操作安全保护步骤

手动升降阳极操作安全保护步骤：当人工按下槽控机面板上的阳极升或降按钮时，手动开关输入信号通过槽控机面板和逻辑大板之间的连接扁带传输给逻辑大板，通过大板上PC104总线输入给槽控机CPU板，CPU接收到阳极升降信号后，一方面进行相应的阳极输出控制，一方面启动硬件计时功能，硬件计时由直流定时器和交流定时器完成，其定时的长短，通过自身旋钮选定，一般不超过9S，交流定时器位于动力机箱，由时间继电器完成计时，一般设置为6S。直流定时器由定时电路完成，一般设置为5S；

直流定时电路的NE555为时基电路，为其它电路提供时序脉冲，CD4520为二进制加计数器，输出端14脚与CD4510的15脚连接，CD4510为可预设BCD上/下计数器，具有BCD 计数功能，CD4510的1脚为进位输入端，当其为1，则CK 输入都无效，只有为0 时，CK的正缘AjX838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸触发才能使计数器计数；CD4510的AjX838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸7脚进位输出端，平常输出都保持在1，只有在上数计数到9，或下数计数到0 时才AjX838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸会变为0 输出，以作为进位或借位之准备，直到下一个时序信号的正缘输入后AjX838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸才转为1；

当升降阳极动作开始后，槽控机反馈电路检测到提升机动作信号，将信号输入到CD4510的输入端，使1脚为低电平，CD4510开始计数，直到CD4510的下计数器减到0时，CD4510的7脚输出低电平，此信号为直流超时信号， 当CPU接收直流超时信号时，立即停止阳极升降动作，使阳极安全保护；直流定时器处在超时状态时，计数器状态不会自动复位，必须由外部信号使它复位；这种外部信号可由CPU的某一输出脚来产生，一般情况操作人员在槽控机操作面板上打入清除信号后，计数器即可复位，或者按下CPU板上的复位按钮后，槽控机整体复位，重新运行控制程序；

交流定时功能如下：当升降阳极动作开始后，槽控机反馈电路检测到信号，启动交流定时器，如果此时直流定时功能出现故障，程序走死，不能停止升降功能， 6S后，交流定时器计数器超时，时间后继电器自行失电，导致槽控机380V电源跳闸，升降阳极过程被强行中断，只有依靠人工重新合闸后才能恢复工作；当交流定时器超时后，直接切断动力电源，引起槽控机380V电源跳闸，这样逐级保护技术，确保手动阳极升降安全可靠；

2、槽控机抬母线作业时定时功能屏蔽步骤

阳极导杆固定在电解槽阳极大母线上，随着阳极不断消耗，母线位置便不断下移，当母线接近上部结构中的底部罩板时，必须进行抬母线作业，此时需要利用槽控机阳极升功能辅助完成；

当按下槽控机面板抬母线按钮后，槽控机进入抬母线作业，启用抬母线监控程序，按下阳极升按钮，使阳极母线不断上升，此过程时间较长，如果此时槽控机定时器起开始计时，则抬母线过程提升机超市后，提升过程会被中断，母线无法正常抬起，因此该过程中阳极需要自定时间抬起，定时器功能需要屏蔽，从逻辑大板上引出外接线路，连接至CZD2插座的3脚，逻辑大板CZD2通过扁带将3、4脚连线至状态显示板抬母线输出信号，当槽控机发出抬母线命令时，状态显示板上抬母线二极管被点亮，抬母线信号为低电平，利用这个输出信号，反馈至逻辑大板，逻辑大板通过NUIT A此信号传输给逻辑大板提升机安全保护单元；由于此信号为低电平，发光二极管VA3熄灭，3ZJ线圈不得电，交流定时器工作允许信号不起作用，交流定时器也不得电，无法进行计时，同时也使直流定时器不能启动计时，此刻升降阳极时定时器处于旁路功能，抬母线作业时间人工自行控制即可。

本发明一种槽控机阳极升降安全保护方法与现有技术相比较有如下有益效果：本发明槽控机阳极升降安全保护方法使槽控机除了执行抬母线程序外，在其他任何状态下，槽控机的直流定时器和交流定时器都会起到相应的保护作用，无论按钮粘连还是误操作都不会发生严重的事故。槽控系统的可靠性应无论是硬件设计和系统运行环境，在满足系统各项控制功能的同时，对系统自身运行过程中出现的各种干扰信号及来自系统外部的干扰信号进行有效抑制，对阳极升降系统起到有效保护，从而达到系统稳定可靠工作的目的。在提高槽控机可靠性方面，在逐步提升和优化，大大提高了槽控系统的可靠性。 

本发明一种槽控机阳极升降安全保护方法操作简单，不受工作环境的制约，弥补了槽控系统在人工阳极升降操作方面的缺陷，降低了阳极升降作业的拔槽事故的概率，经过近半年的实际运行证明，系统的可靠性设计经受了强大电磁干扰、工频信号干扰等复杂工业环境的考验，手动阳极升降操作的安全性，得到了大幅的提高，为电解生产的安全平稳运行提供了有力的保障。 

附图说明

本发明一种槽控机阳极升降安全保护方法有如下附图： 

图1是本发明一种槽控机阳极升降安全保护方法手动升降阳极保护功能示意图；

图2是本发明一种槽控机阳极升降安全保护方法手动开关原理结构示意图；

图3是本发明一种槽控机阳极升降安全保护方法直流定时器电路原理结构示意图；

图4是本发明一种槽控机阳极升降安全保护方法抬母线计时功能屏蔽示意图；

图5是本发明一种槽控机阳极升降安全保护方法抬母线定时器屏蔽原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明一种槽控机阳极升降安全保护方法技术方案作进一步描述。 

如图1－图5所示，本发明一种槽控机阳极升降保护方法，包括手动阳极操作安全保护和槽控机抬母线作业时定时器功能屏蔽，其特征在于所述的方法包括如下步骤： 

1、手动阳极操作安全保护步骤

手动升降阳极操作安全保护步骤：当人工按下槽控机面板上的阳极升或降按钮时，手动开关输入信号通过槽控机面板和逻辑大板之间的连接扁带传输给逻辑大板，通过大板上PC104总线输入给槽控机CPU板，CPU接收到阳极升降信号后，一方面进行相应的阳极输出控制，一方面启动硬件计时功能，硬件计时由直流定时器和交流定时器完成，其定时的长短，通过自身旋钮选定，一般不超过9S，交流定时器位于动力机箱，由时间继电器完成计时，一般设置为6S。直流定时器由定时电路完成，一般设置为5S；

直流定时电路的NE555为时基电路，为其它电路提供时序脉冲，CD4520为二进制加计数器，输出端14脚与CD4510的15脚连接，CD4510为可预设BCD上/下计数器，具有BCD 计数功能，CD4510的1脚为进位输入端，当其为1，则CK 输入都无效，只有为0 时，CK的正缘AjX838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸触发才能使计数器计数；CD4510的AjX838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸7脚进位输出端，平常输出都保持在1，只有在上数计数到9，或下数计数到0 时才AjX838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸会变为0 输出，以作为进位或借位之准备，直到下一个时序信号的正缘输入后AjX838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸才转为1；

当升降阳极动作开始后，槽控机反馈电路检测到提升机动作信号，将信号输入到CD4510的输入端，使1脚为低电平，CD4510开始计数，直到CD4510的下计数器减到0时，CD4510的7脚输出低电平，此信号为直流超时信号， 当CPU接收直流超时信号时，立即停止阳极升降动作，使阳极安全保护；直流定时器处在超时状态时，计数器状态不会自动复位，必须由外部信号使它复位；这种外部信号可由CPU的某一输出脚来产生，一般情况操作人员在槽控机操作面板上打入清除信号后，计数器即可复位，或者按下CPU板上的复位按钮后，槽控机整体复位，重新运行控制程序；

交流定时功能如下：当升降阳极动作开始后，槽控机反馈电路检测到信号，启动交流定时器，如果此时直流定时功能出现故障，程序走死，不能停止升降功能， 6S后，交流定时器计数器超时，时间后继电器自行失电，导致槽控机380V电源跳闸，升降阳极过程被强行中断，只有依靠人工重新合闸后才能恢复工作；当交流定时器超时后，直接切断动力电源，引起槽控机380V电源跳闸，这样逐级保护技术，确保手动阳极升降安全可靠；

2、槽控机抬母线作业时定时功能屏蔽步骤

阳极导杆固定在电解槽阳极大母线上，随着阳极不断消耗，母线位置便不断下移，当母线接近上部结构中的底部罩板时，必须进行抬母线作业，此时需要利用槽控机阳极升功能辅助完成；

当按下槽控机面板抬母线按钮后，槽控机进入抬母线作业，启用抬母线监控程序，按下阳极升按钮，使阳极母线不断上升，此过程时间较长，如果此时槽控机定时器起开始计时，则抬母线过程提升机超市后，提升过程会被中断，母线无法正常抬起，因此该过程中阳极需要自定时间抬起，定时器功能需要屏蔽，从逻辑大板上引出外接线路，连接至CZD2插座的3脚，逻辑大板CZD2通过扁带将3、4脚连线至状态显示板抬母线输出信号，当槽控机发出抬母线命令时，状态显示板上抬母线二极管被点亮，抬母线信号为低电平，利用这个输出信号，反馈至逻辑大板，逻辑大板通过NUIT A此信号传输给逻辑大板提升机安全保护单元；由于此信号为低电平，发光二极管VA3熄灭，3ZJ线圈不得电，交流定时器工作允许信号不起作用，交流定时器也不得电，无法进行计时，同时也使直流定时器不能启动计时，此刻升降阳极时定时器处于旁路功能，抬母线作业时间人工自行控制即可。

实施例1。 

发明的目的

槽控机在进行过程控制时，可以通过其面板开关按钮，设置槽控机工作在自动方式或是手动工作方式。根据电解工艺过程的需求，为了使槽电压快速达到所需的目标值，经常需要通过手动调整阳极来达到目的。但是，该操作过程没有任何监控设备和技术监控措施来协助完成，仅仅依靠人工自行掌握阳极升降的时间，这种方式存在极大地安全隐患，若人工手动阳极出现误操作或者恰遇此刻接触器出现粘连故障，此刻阳极根本无法控制，将造成严重的拔槽或压槽恶性事故，带来巨大的经济损失。为了提高槽控机的安全可靠性，消除控制系统潜在的安全隐患，必须对现有槽控机在手动方式下阳极升降作业进行相应的安全保护，根据目前现场实际状况，从简单实用角度考虑，在现有板件的基础上，设计了新线路，采取新技术，使阳极升降作业得到相应保护。确保控制系统安全运行，为电解生产提供可靠的技术保障。

发明的内容

通过对槽控机硬件、软件、操作等三方面综合分析，根据电解生产工艺需求，不仅在调整槽电压时需要手动升降阳极，在执行特殊作业抬母线时也需要手动升阳极，但是这种阳极操作存在一定的差别。手动正常升降阳极时，阳极升降时间需要加以限制，而抬母线作业时，由于升阳极时间较长，如果对阳极动作时间也进行限定的话，不仅会引起槽控机重复跳闸故障，还会拖延抬母线作业的顺利进行，严重影响电解槽内能量平衡的保持，因此，抬母线作业时需要有足够的时间进行升阳极操作，此时阳极定时功能别完全屏蔽，综合两方面考虑，在不影响控制板的其它功能，兼顾正常阳极调整和抬母线作业的顺利进行的前提下，在槽控机大板和状态显示板上重新增设独立线路，并用石蜡进行固定和封装。该技术主要包括以下两个方面： 1、增加手动阳极操作安全保护。2、槽控机抬母线作业时定时器功能屏蔽。

手动阳极操作安全保护

手动升降阳极操作安全保护原理：如图1所示，当人工按下槽控机面板上的阳极升（或降）按钮时，手动开关原理如图2所示，该输入信号通过CZ1扁带即槽控机面板和逻辑大板之间的连接扁带的8脚和9脚传输给逻辑大板，通过大板上PC104总线输入给槽控机CPU板，CPU接收到阳极升降信号后，一方面进行相应的阳极输出控制，一方面启动硬件计时功能，硬件计时由直流定时器和交流定时器完成，其定时的长短，通过自身旋钮选定，一般不超过9S，交流定时器位于动力机箱，由时间继电器完成计时，一般设置为6S。直流定时器由定时电路完成，一般设置为5S。

直流定时功能如下：如图3直流定时电路所示，NE555为时基电路，为其它电路提供时序脉冲，CD4520为二进制加计数器，14脚为输出端，CD4510为可预设BCD上/下计数器，具有BCD 计数功能，CD4510的1脚为进位输入端，当其为1，则CK 输入都无效，只有为0 时，CK的正缘AjX838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸触发才能使计数器计数。CD4510D的AjX838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸7脚进位输出端，平常输出都保持在1，只有在上数计数到9，或下数计数到0 时才AjX838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸会变为0 输出，以作为进位或借位之准备，直到下一个时序信号的正缘输入后AjX838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸才转为1。 

当升降阳极动作开始后，槽控机反馈电路检测到提升机动作信号，将信号输入到CD4510的输入端，使1脚为低电平，CD4510开始计数，直到CD4510的下计数器减到0时，CD4510的7脚输出低电平，此信号为直流超时信号， 当CPU接收直流超时信号时，立即停止阳极升降动作，使阳极安全保护。直流定时器处在超时状态时，计数器状态不会自动复位，必须由外部信号使它复位。这种外部信号可由CPU的某一输出脚来产生，一般情况操作人员在槽控机操作面板上打入清除信号后，计数器即可复位，或者按下CPU板上的复位按钮后，槽控机整体复位，重新运行控制程序。 

交流定时功能如下：当升降阳极动作开始后，槽控机反馈电路检测到信号，启动交流定时器，如果此时直流定时功能出现故障，程序走死，不能停止升降功能， 6S后，交流定时器计数器超时，时间后继电器自行失电，导致槽控机380V电源跳闸，升降阳极过程被强行中断，只有依靠人工重新合闸后才能恢复工作；当交流定时器超时后，直接切断动力电源，引起槽控机380V电源跳闸，这样逐级保护技术，确保手动阳极升降安全可靠。 

槽控机抬母线作业时定时功能屏蔽

阳极导杆固定在 电解槽阳极大母线上，随着阳极不断消耗，母线位置便不断下移，当母线接近上部结构中的底部罩板时，必须进行抬母线作业，此时需要利用槽控机阳极升功能辅助完成。

当按下槽控机面板抬母线按钮后，如图4所示，槽控机进入抬母线作业，启用抬母线监控程序，按下阳极升按钮，使阳极母线不断上升，此过程时间较长，如果此时槽控机定时器起开始计时，则抬母线过程提升机超市后，提升过程会被中断，母线无法正常抬起，因此该过程中阳极需要自定时间抬起，定时器功能需要屏蔽，从逻辑大板上引出外接线路，连接至CZD2插座的3脚，逻辑大板CZD2通过扁带将3、4脚连线至状态显示板抬母线输出信号，当槽控机发出抬母线命令时，状态显示板上抬母线二极管被点亮，抬母线信号为低电平，利用这个输出信号，反馈至逻辑大板，逻辑大板通过NUIT A此信号传输给逻辑大板提升机安全保护单元，图5所示，由于此信号为低电平，发光二极管VA3熄灭，3ZJ线圈不得电，交流定时器工作允许信号不起作用，交流定时器也不得电，无法进行计时，同时也使直流定时器不能启动计时，此刻升降阳极时定时器处于旁路功能，抬母线作业时间人工自行控制即可。 

发明的效果

槽控机阳极升降安全新技术的实施，使槽控机除了执行抬母线程序外，在其他任何状态下，槽控机的直流定时器和交流定时器都会起到相应的保护作用，无论按钮粘连还是误操作都不会发生严重的事故。槽控系统的可靠性应无论是硬件设计和系统运行环境，在满足系统各项控制功能的同时，对系统自身运行过程中出现的各种干扰信号及来自系统外部的干扰信号进行有效抑制，对阳极升降系统起到有效保护，从而达到系统稳定可靠工作的目的。在提高槽控机可靠性方面，在逐步提升和优化，大大提高了槽控系统的可靠性。

实施例

此项技术方法简单，不受工作环境的制约，弥补了槽控系统在人工阳极升降操作方面的缺陷，降低了阳极升降作业的拔槽事故的概率，经过近半年的实际运行证明，系统的可靠性设计经受了强大电磁干扰、工频信号干扰等复杂工业环境的考验，手动阳极升降操作的安全性，得到了大幅的提高，为电解生产的安全平稳运行提供了有力的保障。