槽控系统

槽控系统（共3篇）

槽控系统 篇1

目前我国各铝厂的电解铝槽控机系统均不同程度遭受雷击损坏, 严重影响电解铝生产。河南神火铝业公司永城铝厂在电解铝槽控机系统采取一系列防雷措施, 确保系统在雷雨天气正常运行。

1. 雷击原因分析

(1) 直流母线部分裸露在厂房外, 电压高、电流大 (工作电压为DC 910V、电流350kA) , 磁场较强, 一旦受到雷电磁场干扰, 很容易产生强变磁场, 通过电流电压采集线干扰槽控机。

(2) 隔离变压器交流电源线路长距离裸露在厂房外, 采用金属桥架走线, 而且金属桥架部分接地不良, 长期受厂房内强磁场影响。在雷电情况下金属桥架或电源线路很容易受直击雷侵害, 加上本身强大磁场将直接损坏槽控机等后端用电设备。

(3) 系统内数据线特别是电流、通信信号线正常工作电压只有1V左右, 最大不超过3V, 耐冲电压很低且长期处在强大磁场的厂房内, 一旦遭受雷电或强变磁场侵害, 由电流、通信信号线控制的槽控机VIF板和主板很容易损坏。

(4) 系统内数据线部分屏蔽层接地不良, 屏蔽层感应的过电压、电流均可造成VIF板和主板损坏。

2. 槽控机系统防雷措施

电解铝槽控机系统主要包括: (1) 1个主控室 (计算机站) , 放置监控PC、服务器、交换机和槽控机等设备。 (2) 生产厂房, 设置2个或多个CAN总线重复器箱, 箱内信号采集系统采用CAN总线通信方式, 光电转换机将生产数据转换为数字信号并经通信电缆传输至主控室。针对系统特点, 以及雷击属于由电源线路、通信线路、数据线路入侵型, 据此应采取控制系统接地、屏蔽、等电位和安装防雷器等防雷措施。

(1) 在直流母线并联安装限压型直流防雷器, 电流信号、驱动器信号、频率转换器信号加装专用信号防雷器 (图1) , 信号防雷器接线见图2, 1、2、5、6引脚为槽控机通信数据线, 3、4引脚为电流数据线输入端, 7、8引脚为电流数据线输出端。

(2) 在隔离电源柜并联安装第一级限压型交流防雷器, 在隔离电源箱并联安装第二级限流型交流防雷器, 在槽控机及数据控制箱控制电源并联安装第三级限流型精细级防雷器 (图3) 。

(3) 贯通地线、接地、屏蔽和等电位连接。空架线缆防雷措施主要采取线缆良好屏蔽, 两端用≥16mm2的BV电缆良好接地。主控制室、两个电解厂房、动力车间作为4个防雷接地单元, 其中主控制室和电解厂房原接地体阻值<4Ω, 基本满足防雷器接地要求, 动力车间需做独立接地体。在每个防雷单元设置1个接地汇流排, 从独立接地体连接端引25mm2铜线到接地汇流排, 防雷器接地线采用4mm2铜线和汇流排连接, 这样每个防雷单元的防雷器可形成良好等电位系统。

槽控机系统采取上述防雷措施后未遭受雷击, 2009年该项技术获国家实用新型专利。

参考文献

[1]虞昊.现代防雷技术基础.清华大学出版社, 2005

[2]周志敏.电气电子系统防雷接地使用技术.北京电子工业出版社, 2005

电解槽槽控机的安全保护措施 篇2

1 电解槽槽控机的防雷保护

1.1 雷电波破坏途径分析

雷电侵入设备通常有两个途径 :(1) 线缆直接侵入 ;(2) 电磁耦合的方式侵入。其中线缆直接侵入,每一台接入电缆的用电设备都会被雷击携带的高电压、大电流所直接波及而导致用电设备损坏。但是第二种侵入方式发生的概率更大,由于雷击放电时的大电流、高电位、高频率,会产生一个影响范围巨大的磁场,这个磁场是以放电点为圆心,1.5~2.5km为半径的球形范围。一旦有金属线缆在这个球形范围内就会感应生成过电压,破坏电解槽控机设备。低空云层之间或云层内部的往往也会产生放电造成感应过电压,损坏设备。雷电波通过变电站、线路变压器高、低压绕组间的静电和电磁耦合,侵入低压出线,避雷器等设备虽然能有效降低雷电波的电压和能量,但是也存在局限性,同时由于雷电波的波特性,会以瞬时的低能量、相对很高的幅值尖峰脉冲作用在槽控机电源系统。连有接地引线的避雷针和避雷线会将雷电流导入地下,在导入接地点周围会产生相对很大的强磁场,这个强磁场会使在此磁场内的金属管 ( 线 ) 上产生感应过电压,过电压流入槽控机网络的信号线或电力线,进而侵入槽控机,会破坏敏感的槽控机通讯模块和电源模块等。因而在槽控机设备群之间安装防雷设施,通过层级间对过电压的削弱作用,能够有效防御和减轻雷电灾害。

1.2 槽控机的防雷措施

经过上述分析,做好槽控机防雷保护,有以下几个途径 :

(1)将低压氧化物避雷器安装在通讯模块等的低压线路上,不仅保护了低压电气设备而且大大削弱了雷电波的幅值。

(2)在电解铝直流母线上安装防雷器,防雷器至少需要确保最大持续工作电压在500V以上,单模块40KA。

(3)主线上安装一级电源防雷器,分级安装电源防雷器,逐级泄流。

(4)通信信号电路防雷需要安装信号数据专线防雷器。

2 槽控机的自动控制安全保护分析

槽控机作为铝电解槽的直属控制模块,在铝电解过程中主要承担了实时监控、收集和解析电解槽电压、系列电流的任务,然后根据能量 ( 热 ) 平衡和质量 ( 物料 ) 平衡来发出电解槽物料平衡信号。对槽电压、电流变化过程进行智能模糊控制。目前,铝电解槽控机软件主要分为三类 :(1) 初晶温度、电解质温度和过热度的寻优控制 ;(2) 热平衡控制 ;(3) 物料平衡和能量平衡的双平衡控制。其中热平衡控制被大多数企业应用,其主要机理是实时监控阳极升降机构的数据变化,然后依据预先设定的判据来确定是否调节和控制阴极和阳极之间的极距,而极距变化则会影响电解槽的实际电压,最终改变电解槽内热能量大小。铝电解槽控机自动控制的安全保护措施可以从以下几个方面实施 :

2.1 软件控制的保护方法分析

控制软件具备定时保护功能,具体来说,在实际运行过程当中一旦升降时间超过由软件程序当中预设好自动升降阳极的最大时间时,操作信号就会被程序自动中断发送,就会立即控制阳极停止升降,软件控制保护功能得以实现。除此之外,在控制软件程序当中己经设置了最高电压值或最低电压值,如果槽电压过压或者是欠压的时候,那么软件程序自动停止升降阳极。依据运转过程当中升降机构的实际运转速度,可以将升降阳极动作时间限制划分为0.55、0.85和15三个档次。具备自动诊断功能的调整软件能够实时的监控、发现和调整槽控机的故障信息,并及时在屏幕上显示故障代码提示在线工作人员及时对其进行修理和调整,这样能够最大程度地避免不良意外事故的发生。

2.2 打壳下料的安全保护方法分析

电解槽的槽电压变化能直观反映打壳下料是否出现异常状况。计算机监控系统通过条件判断电解槽的槽电压扁变化值是否超过一定的范围,一旦超过范围就会排查打壳下料设备,一旦发现存在故障,监控系统就会产生报警信号,提醒维修人员及时处理故障。

2.3 硬件定时器的安全保护方法分析

硬件定时器由二进制数字计数器以及一些外围元件构成。阳极升降的时间一旦超过了计数器内的人工设定时间,阳极升降就要被立即停止运行,并同时获取定时器会同时给槽控机终端发出故障代码,工作人员依据代码分析和调查故障原因,硬件定时器最终实现安全保护功能。

2.4 上下限安全保护方法分析

阳极母线一旦不在既定的安全保护范围的上下限内,就非常有可能损坏电解槽内部构件,严重的甚至可能造成安全生产事故。人工设定上下限正是为了保证母线机构处于绝对安全运行位置。

2.5 主接触器的互锁设计和防设计

分别有四个接触器被设置在主接触器的粘连电路上 :IKM和KZM,3MK和K4M,彼此具有较灵敏地互锁功能,能够在出现故障时起到非常好的安全保护作用。

2.6 手动控制安全保护

当槽控机自身无法通过软件、系统的调节来解决问题的时,需要启动手动控制安全保护,也就是由人工来进行处理和保护。

槽控系统 篇3

随着我国电解铝工艺技术不断改进, 电流强度近年连续提升, 目前400k A电解槽基本普及, 500k A电解槽也已试运行, 使得电解厂房内的磁场环境更趋复杂化。然而企业还是按原有设计思路和采样方式使用槽控机, 加之新建铝厂急于投产, 导致槽控机故障增加。目前国内槽控机基本由动力箱和控制箱 (逻辑箱) 组成, 其中动力箱主要完成槽控机的输入/输出、供电、检测和硬件保护功能, 动力箱虽然结构简单, 使用常见电气元件, 但处于电解厂房高粉尘、强电流和高磁场环境下, 槽控机80%以上故障都出现在动力箱, 而且故障原因往往比较隐蔽, 如某些电气元件在现场不能使用, 但实验室测试一切正常。下面就某铝厂400k A电解系列槽控机控制技术在铝电解生产中的应用做一介绍。

1 控制系统整体结构

本厂铝电解槽控制系统采用的是多级分布结构, 上位机监控系统以数据为中心, 车间一级的控制系统采用总线互联, 在原350k A电解系列控制系统基础上增加了基于无线通信的移动式信息监控系统, 方便现场人员调用生产管理信息。

采用CAN总线协议, 槽控机内部结构多CPU智能分布式网络结构形式使得槽控机的电路板的数量较之前“大板结构”槽控机的电路板数量下降, 缩减了各电路板之间用于数据交换的连接线。

2 槽控机技术介绍

槽控机有主模块、采样模块、操作模块、液晶板、触摸开关板、采集板 (动力部分内) 6块电路板构成。其中主模块、采样模块、操作模块、液晶板都包含有由看门狗、微处理器、可编程外围芯片以及CAN总线通信器件构成的电路;采样模块和操作模块采用内部CAN总线与主模块相连, 液晶板采用高速串行总线与主模块相连, 构成内部控制网络, 这四个智能模块的作用是:采样模块:槽控机的“感官”, 完成槽电压和系列电流的采样, 并进行槽电阻计算, 信号滤波等预处理。主模块:是槽控机的“大脑”, 智能多环协同控制的核心软件安装在主模块中;除此之外, 主模块还具有接收开关板的输入信号、实现与外部设备 (上位机) 的数据交换等功能。操作模块:是槽控机的“手足”, 完成所有对动力单元的输入/输出操作, 如阳极升降、打壳、下料等动作信号的输出以及执行情况的检测输入。液晶显示模块:是槽控机信息输出的人机交互接口, 能以图形及虚拟面板的方式显示槽控机的各种控制信息。多个微控制器并行运行、协同工作的方式一方面可使基于嵌入式技术的控制器性能大大提高;另一方面可有效地解决控制器结构简洁与功能分布之间的矛盾, 既克服基于并行总线的插板式控制器接插点过多的缺点, 还克服大板式控制器故障风险过于集中的缺点, 使控制器特别适合于在高温、高粉尘和强腐蚀性的环境中工作;此外, 智能化模块之间的互检能力使控制器的自诊断功能大大提高;模块化、网络式的结构为未来软件升级与硬件扩展创造了条件。

3 在400k A电解系列应用中的改进

在某铝厂350k A操控系统基础上, 该槽控机增加了如下功能, 更加安全且便于现场巡槽人员对槽历史状态的监测。

(1) 在显示面板上有二组大字符数码显示管, 分别用于显示系列电流、槽电压。

(2) 除显示面板上有12个常用功能显示的发光二极管外, 7寸彩色高分辨图形液晶提供了更加人性化的槽控机信息输出接口, 能以图形及虚拟面板的方式显示槽控机的各种控制信息。

(3) 一套无触点触摸开关, 接收现场操作人员的人工输入命令。槽控机具有联机、自动、手动和纯手动四种操作方式。

(4) 大字符LED槽电压表, 提供独立于槽控机采样通道的槽电压显示, 便于现场操作工通过比较两路电压显示值之间的差异, 发现电压采样偏差过大的情形。

(5) 机箱设计方便维修和安装, 箱体与柜门制作规则、平整、不得有机械变形, 柜门、密封门锁、门把手安装牢固, 柜门开、关灵活, 箱体防护等级IP54。槽控机底板与箱体绝缘电阻在环境温度20±5℃和相对湿度为90%的情况下, 绝缘电阻>30MΩ以满足VDE绝缘标准。

4 槽控机维护介绍

目前, 某铝厂400k A电解系列有288台电解槽, 控制系统的车间控制级采用“一对一”分散控制, 每台电解槽配置1台智能槽控机。管理电算站点配备正副主任两名, 分别对口负责软、硬件维护管理工作。技术人员3人, 负责固定对槽控机通讯线路、通讯箱、语音广播、指令电话、地沟电缆、防雷等巡检, 定期存储数据、维护上位机病毒查杀等工作。日常维护人员分四个小组, 按照一人作业一人监护要求, 现场作业最少需要俩人配合, 上位机实时监控另需一人, 故每个检修维护小组配备三人, 小组成员要求大专以上学历。根据电解生产现场实际环境和槽控机运行情况, 槽控机维护人员在处理当班期间突发性故障的同时, 需日点检效应灯、槽控机按钮、绝缘套管、槽控机箱体、联机通讯灯、槽压表、液晶屏、数码显示、操作板、工艺状态显示灯、VF显示灯、照明检查、箱体内逻辑部分插头等, 周检槽控机箱体对地绝缘、槽电压、回转计 (机械计数器) 读数并完成校对工作, 紧固松动和箱体吹灰。上位机监控人员完成工控机和服务器的日常点检, 保证服务器操作系统和数据库文件无缺失数据传输正常, 信号分配器数据正常显示。

因400k A电解系列控制系统集成度较350k A电解系列大大提高, 在人员维护方面, 克服了之前使用较多电路板, 连线复杂易产生故障且故障排查困难的特点, 大大降低了日常检修维护工作量。

5 小结

通过某厂的生产实践, 该控制系统基本上达到了预期的设计目标, 控制技术及响应反馈及时, 但现场作业复杂, 很多问题还需要经验丰富的区长进行人为调控, 确保电解槽稳定。随着工业化生产进程, 智能模糊控制技术在不断的发展, 新的工艺技术条件下, 不同目标如:低电耗、高电效、低排放、高稳定等矛盾与冲突更加突出, 结合我国现行低电压电解思路, 对电解操作提出更高要求。建议槽控机控制技术应根据现场实际情况, 结合各种外界因素, 增加专家库中各大铝厂生产过程中的真实数据和相应处理措施, 使其决策方向更为广泛和实用。总之, 今后的槽控技术发展, 个人想法会逐渐趋于“傻瓜式”相机模式, 为更多企业接受, 同时拥有超强的抗干扰能力。

参考文献

[1]刘业翔, 李劼等编著.现代铝电解[M].北京:冶金工业出版社.

[2]齐占庆编著.电气控制技术[M].北京:机械工业出版社.