鋁電解槽控機(jī)陽極升降安全保護(hù)淺析

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)是鋁電解計算機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成設(shè)備，是鋁電解現(xiàn)場控制的直接設(shè)備。 作為控制的直接級，槽控機(jī)主要負(fù)責(zé)物料平衡和熱平衡控制，以及現(xiàn)場各種數(shù)據(jù)的采集。 熱平衡的控制是通過陽極升降控制來控制電解槽的極距來實(shí)現(xiàn)的，通過陽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調(diào)整和程序自動控制兩種方式，無論哪種調(diào)整方式都應(yīng)該能夠通過一定的檢測方式來獲得陽極升降過程中的實(shí)時信息， 以根據(jù)實(shí)時信息來分析和判斷調(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方面來進(jìn)行分析：

2.1 軟件保護(hù)

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

2.2 硬件保護(hù)

硬件保護(hù)包括操作板信號互鎖保護(hù)、 信號檢測板硬件定時器保護(hù)、操作板硬件定時器保護(hù)、交流口檢測保護(hù)、交流接觸器互鎖保護(hù)、交流接觸器粘連未合檢測保護(hù)、過欠壓保護(hù)。

操作板信號互鎖保護(hù)，PB1 輸出高電平時， 經(jīng)過達(dá)林頓驅(qū)動器2004 變?yōu)樽優(yōu)榈碗娖?，陽極升信號通路導(dǎo)通，固態(tài)繼電器導(dǎo)通，陽極升交流接觸器吸合。 同時又將PB1 的信號通過二極管引到PB2 所連接反相器輸出端，此時若PB2 也輸出高電平，由于PB1 信號的引入，使得反相器兩端電壓鉗位在0.7 左右，PB2 信號無法通過反相器變?yōu)榈碗娖?，陽降信號通路被阻斷，避免了升降信號同時作用，造成相間短路。

檢測板定時器保護(hù)主要用于純手動時陽極的操作時間，以保證母線處于合理位置，避免對母線的損傷。 其原理是交流接觸器的檢測信號通過ADJ、R15、R20 充電，NE555 開始計時，計時到15 秒以后（時間可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)），3 腳輸出的高電壓變?yōu)榈碗妷?，檢測板固態(tài)繼電器信號源中斷，從而使得AC220V 電源被切斷，交流接觸器線圈失電，陽極動作停止，完成保護(hù)功能。

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

升降超時：當(dāng)主交流接觸接的閉合時間超過定時器脈沖的的預(yù)訂數(shù)量時，定時器就變?yōu)槌瑫r狀態(tài)。 超時信號分為四路：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，計數(shù)器的狀態(tài)不會因P12 信號而變化，4060 輸出一直保持在高電平。 第二路點(diǎn)亮超時燈L17。 第三路通過U4 反相器后，使得陽極升降公共信號的固態(tài)繼電器被關(guān)斷， 陽極升降的三個固態(tài)繼電器輸入的AC220V 無電。 第四路作為定時器狀態(tài)信號輸入813F 的PB3 口，CPU一旦檢測到超時信號，將停止陽極升降信號輸出，直到定時器復(fù)位操作以后，才允許升降。

升降未超時：當(dāng)升降結(jié)束時，定時器未超時，U4 的16 腳恢復(fù)高電平，4060 的12 腳隨之變高，定時器清零，振蕩器無效。 可以再次升降，再次升降時，計數(shù)器重新開始計時。

定時器復(fù)位：人工操作復(fù)位時，CPU 發(fā)出一個復(fù)位信號，使813F的PB4 輸出一個高電平，經(jīng)過兩個反相器送入4060 的12 腳，使4060計數(shù)器清零。 定時器復(fù)位是經(jīng)過人工操作觸摸開關(guān)，主顯板檢測到定時器復(fù)位開關(guān)被觸摸， 然后通過內(nèi)部CAN 總線將定時器復(fù)位信號發(fā)送給操作板，由操作板CPU 輸出復(fù)位信號。

交流口檢測：交流口的作用是防止程序走錯以后的誤操作。 在程序正常運(yùn)行時，升降過程中CPU 通過813F 輸出10kHz 方波，經(jīng)過整流濾波后，經(jīng)過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)主要是防止錯誤的升降信號使得升降同時，造成相間短路而設(shè)計的，通過交流接觸器的常開常閉觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。將陽極升控制線路通過4km（陽極降接觸器）常閉觸點(diǎn)，陽極降控制線路通過3km（陽極升接觸器）常閉觸點(diǎn)，當(dāng)陽極升發(fā)生時常閉觸點(diǎn)斷開，阻斷了4km 的控制線路；當(dāng)陽極降發(fā)生時常閉觸點(diǎn)斷開，阻斷了3km 的控制線路。

交流接觸器粘連未合檢測主要是判斷接觸器動作是否正常。當(dāng)升降結(jié)束時檢測接觸器是否已經(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)行時檢測接觸器是否吸合正常，以保證陽極控制有效進(jìn)行。

過欠壓保護(hù)：過欠壓保護(hù)組要是針對當(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)計的，其工作原理是槽電壓輸入兩個電壓比較器進(jìn)行電壓比較。一個電壓比較器通過電阻和電位器設(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時比較器輸出低電壓，使光耦導(dǎo)通來控制繼電器，繼電器使最終進(jìn)入交流接觸器AC220V 陽極升電源被切斷。另一個電壓比較器通過電阻和電位器設(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 時比較器輸出低電壓，使光耦導(dǎo)通來控制繼電器，繼電器使最終進(jìn)入交流接觸器AC220V 陽極降電源被切斷。從上面的可惜可以看出，只要電壓高于4.8V 陽極升被禁止，電壓低于3.2V 時陽極降被禁止，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

本文分析了幾種主要的陽極升降安全保護(hù)策略，通過這些措施使得陽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[Z].2009.

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