Устройство для управления процессом электролиза алюминия

 

) .Изобретение относится к области автоматизации электролиза алюминия и предназначено для управления алюмие ными электролизерами. Цель - повышение надежности и качества упр.авления. Сущность изобретения заключается в том, что для управления алюминиевыми электролизерами применяется двухуровневая система. На нижнем :; : уровне используется микропроцессорный регулятор, для, управления перемещением анода и механизмами питания. Помимо микропроцессорного регулятора устройство дополнительно снабжено aвтoнo ffiыми коническими блоками, обеспечивающими защиту систе от неправильных, недопустиьых перемещений анода. 7 ил. . С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН ивБ11 ип

/ (Я1 4 С 25 С 3 20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (56) Патент @РГ Р 2337797, кл, С 25 С 3/06, 1975.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4028497/23-02 (22) 13.11.86 (31) 1959/86 (32) 12,05,86 (33) НП (46) 1 5. 03. 89. Бюл, Р 10 (.71) Мадьяр Алюминиумипари Трест (Hu) (72) Иштван Хорват, Золтан Вилл, Геза Салай, Дьердь Бакша, Бела Хорват, Ференц 1 !иткей и Бела Тот (Н11) (53) 669.7!4.19 (088.8) (54) УГТРОЙГТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЭЛЕЕТРОЛИЗА АЛЮМИНИЯ

Изобретение относится к автоматизации электролиза алюминия.

Цель изобретения — повьш ение на- дежности и качества управления, На фиг.1 представлена структурная схема устройства управления: на фиг.2 — структурная схема иерархической системы управления; на фиг,3— схема. регулятора электролизера; на фиг. 4 — схема последовательной передачи сигнала тока серии; на фиг.5— схема блока логического управления защитой; на фиг.6 — схема блока сигнализации перемещения анода; на фиг.? — блок-схема микропроцессорного регулятора, Схема устройства управления (фиг.1} состоит из электролизера 1, (5?) Изобретение относится к области автоматизации электролиза алюминия и предназначено для управления алюмиевыми электролизерами, Цель — повышение надежности и качества управления. Сущность изобретения заключает" ся в том, что для управления алюминиевыми электролизерами применяется двухуровневая система. На нижнем "; уровне используется микропроцессорный регулятор для управления перемещениеM анода и механизмами питания.

Помимо микропроцессорного регулятора устройство дополнительно снабжено автономными коническими блоками, обеспечивалцими защиту системы от неправильных, недопустимых перемещений анода. 7 ил.. анода 2, глиноземной корки 3,. электролита 4, жидкого алюминия 5, привода 6 анода, катодной ошиновки 7, анодной ошиновки 8, трансформатора

9 постоянного. тока, преобразователя

10 тока серии, сети 11 для последо:— вательной передачи сигнала тока се рии, регулятора 12 электролизера, устройства 13 защиты от черезмерного перемещения анода, линии 14 связи регулятора с ЭВМ верхнего уровня, механизма 15 продавливания корки, дозатора 16 глинозема.

На фиг.2 представлена структурная схема иерархической системы управления, состоящей иэ сети 11 для по.— следовательной передачи сигнала тока серии, регуляторов 12 электро3

14 лизеров, линии 14 связи регуляторов

12 с ЭВМ 17 верхнего уровня.

На фиг.3 представлена схема регулятора электролизера. Регулятор состоит из преобразователя 18 напряжения электролизера в частоту, приемника 19 частного сигнала тока серии, компаратора 20, канала 21 передачи напряжения электролизера, преобразователя 22 тока серии в частотный сигнал, линии 23 передачи сигнала тока серии, блока 24 управления защитой,.линии 25 обработки сигнала защиты, линии 26 связи элемента с блоком управления защитой, линии 27, 28, 29 включения и отклю.чения контакторов привода анода, линий 30, 31 связи, блока 32 сигна-. лизации перемещения анода с элементом времени, блока управления защи= той с блоком управления, линии 33 связи привода анода с блоком сигнализации перемещения анода, элемента

34 времени, контакторов 35, 36 включения привода, сети 37 питания контакторов, блока 38 отключения привода, блока 39 управления, линии 40, 41 управления механизмами прадавливания корки и дозатором, блока 42 индикации, линии 43 передачи сигнала тока серии, линий 44, 45 передачи команд управления перемещением анода вверх и вниз, линии 46 передачи запрета сигнала управления от компаратора, блока 47 ручного управления.

На фиг. 4 представлена схема последовательной передачи сигнала тока серии, Которая состоит из сети

23 передачи сигнала, фильтров 48, трансформаторов 49 гальванического разделения, компаратора 50.

На фиг.5 представлена схема блока логического управления защитой, Блок состоит из элемента ИЛИ 51, элемента

И 52, элемента ИЛИ 53, элемента ИЛИ

54> усилителя 55> инвертора 56, элемента И. 5?, усилителя 58, элемента И 59, усилителя 60, кнопки

6l запуска, R-S-триггера 62.

На фиг.6 представлена схема блока сигнализации перемещения анода, состоящая из оптотранзисториых гальванических разделителей 63 и 64.

На фиг.7 представлена блок-..схема микропроцессорного регулятора, состоящая из центрального процессора

65, устройства 66 сопряжения, блока

66656

25 которой подается синусоидальный час30

55!

67 управления процессором, блока 68 питания °

Устройство работает следующим образом, Напряжение электролизера подается на вход блока 39 управления, представляющего собой микропроцессорный регулятор через преобразователь 18 напряжение " частота, который гальванически. отделен от микропроцессора и содержит автоматическую схему защиты входа и переключения диапазона измерения при возникновении аноднога эффекта на электролизере.

Коэффициент преобразования преобразователя соответствует в рабочем диапазоне измерения 1В-10 кГц, при из" мерении анодного эффекта 1В-1 кГц.

Сигнал така серии подается на вход блока 39 управления по линии

43 связи от приемника 19 вход которого подключен к линии 23 последовательной передачи тока серии, па тотный,сигнал от преобразователя 22 ток серии — частота, вход которого подсоединен к измерителю тока серии.

Коэффициент преобразования преобразователя 22 соответствует 1 кА-1 кГц, Блок 39 управления представляет собой микропроцессорныи регулятор, который по значениям тока серии и напряжения электролизера вычисляет омическое сопротивление и вырабатывает команды управления в зависимости от знака отклонения, которые по линиям 44, 45 поступают на вход блока .24 логического управления для последующего анализа, и, если разрешено управлять анодом, блок 24 логического управления включает пускатели 35, 36 и блок 38 переключения, Величина задания уставки вводится в блок управления по линии.14 от верхнего уровня управления, при работе блока в автономном режиме значение уставки устанавливается вручную. ь

При перемещении анода напряжение привода 6 по линии 33 связи поступает в блок.32 сигнализации перемещения анода, который подает сигнал обратной связи иа вход элемента 34 времени, на вход блока ?4 урравления защитой от черезмерного перемещения и на вход блока 39 управления.

656

5 1466

Блок 39 управления обеспечивает управление. механизмами продавливания корки и дозаторами глинозема по величине омического сопротивле5 ния электролизера, Через блок 42 . индикации в блок 39 управления вводятся вручную режимы работы регулятора и выводится требуемая информация. 10

Блок 24 управления защиты от черезмерного перемещения анода запрещает перемещение привода 6 в случае, когда напряжение электролизера находится за пределами допустимых зна- 15 чений Н„„,„ = 3,9 В, 1JÄ = 6 В. При неисправности блока 39 управления или заклинивании контакторов 35, 36 на блок 24 будет подан от компаратора 20 сигнал превышения напряже- 20 ния, а по линии 33 обратной связи через блок 32 сигнализации перемещения анода сигнал о включенном состоянии двигателя, совпадение сигналов включенного состояния двигателя и превышения напряжением электролизера допустимых значений характеризует неисправность контакторов или самопроизвольное включение привода электролизера.

Контроль допустимого перемещения привода анода выполняется также независимым элементом 34 времени, на который поступает сигнал обратной связи о включенном двигателе через блок 32 по линиям 30, 31. Если время перемещения превышает Т „ . элемент времени срабатывает, подает сигнал в блок 39 управления и в блок

24 через линию 26, что приводит к 40 отключению контакторов 35, 36 и блока 38 переключения.

Направляемый по линии 23 последовательной передачи сигнала тока серии частотный сигнал поступает на 45 трансформатор 49, Выходное сопротивление с вторичной стороны трансформатора 49 обеспечивает выходное сопротивление присоединительного ка.беля. Компаратор 50 с регулируемым 50 гистерезисом обеспечивает соответствующий интервал по отношению к помехе для свободного от помех приема токовых сигналов, Сформированный пропорционально 55 току серии сигнал поступает на блок

39 управления.

На ответвлении линии 23 последо,вательной передачи тока использован фильтр 48, Это обеспечивает высокий импеданс подключения в направлении линии 23 последовательной передачи тока.

Имеющийся в линии 23 передачи последовательного тока высокий уровень сигнала (24 В) обеспечивает

1 исключительно высокую защиту от помех, а также то, что несмотря на существенное подавление сигнала на ответвлении (20-25 дВ) сигнал соответствующего уровня поступает на вход трансформатора 49.

Если компаратор 20 устанавливает, что напряжение электролизера находится вне заданного диапазона, то на выходе компаратора имеется уровень я tI

1, Если одновременно с этим осуществляется также перемещение анода (один из входов схемы РПИ 51, тем самым на его выходе также имеется

"1"), то через схему И 52, схему ИПИ

53, и запоминающее R-Б-устройство

62 направляется через линию 26 в блок управления 39 сигнал обратной связи.

Однрвременно с этим через схему

ИЛИ 54 и усилитель 55 отключается блок переключения 38. далее блокируется функционирование управляемых усилителями 58, 60 выключателей 35, 36 через инвертор 56 и схемы И 57, 59, В этом случае поступающая через линию 44 и 45 команда на перемещение анода неэффективна, Аналогичным образом на основе логики можно проследить действие продолжающегося дольше по сравнению с отрегулированным на временной схеме

34 временем Т „ перемещения анода.

В этом случае выход временного переключения 26 временной схемы 34 приходит в состояние "1", триггер 62 опрокидывается и направляет сообщение об этом событии через выполненную для обратной сигнализации защиты линию 25 на блок 39 управления, блокирует описанным вьппе образом функционирование контакторов 35, 36 и отключает блок 38, за счет чего функционирование двигателя перемещения анода 6 прерывается, Триггер 62 остается после опрокидывания в этом состоянии также в том случае, если причина разъединения в промежуточное время была устранена.

1466656

Если, однако, компаратор 20 направляет сообщение о превышении по максимуму ограниченного окошком диапазона логики блока 24 управления и

5 одновременно с этим не происходит перемещение анода (например, в случае дефекта анода), то на выходе схемы И 52 имеется уровень "0", Триггер 62 остается в его основном положении, не передается сообщение через линию 25 на блок 39 управления, так как это не означает само по себе погрешности функционирования, Однако

L в этом случае через схему ИЛИ 54 15 функционирование контакторов 35, 36 блокируется, а блок 38 переключения отключается.

Тем самым логика управления разрешает перемещение анода лишь в том 20 случае, когда триггер 62 находится в основном положении. (не производится перемещение анода, продолжительность которого превышает Т „, одновременно с выходом напряжения ванны за допустимые пределы не производится Перемещение анода) или величина ванны находится в допустимых пределах. В этих случаях блок 38 переключения находится во включенном состоя- 30 нии и на выходе инвертора 56 имеется

"1", тем самым команда на оказание воздействия(уровень "1"), поступающая через ликии 44 и 45, может через схемы 57 и 58, а также через усилите- 3с ли 58 и 60 включить контакторы 35 и

36 и тем самым с помощью двигателя перемещения анода 6 поднять или опус тить анод, Блоки развязки 63 и 64 представ- 40 ляют собой устройства, которые ис-. пользуются на практике для гальванического разделения входных сигналов с двумя состояниями и имеют вход переменного тока. Лвигатель 6 пере- 45 мещения анода является трехфазным двигателем перенного тока, причем направление вращения двигателя (направление перемещения анода) определяется последовательностью фаз трехфазной сети.

От входа блока 38 переключения (от присоединительных зажимов двигателя 6 перемещения анода) в зависимости от последовательности фаз> приходящей через линию 32, выполненую для обратной сигнализации о перемещении анода, трехфазной сети на вход блока

63 развязки либо на вход блока 64 развязки поступает линейное напряжение сети, в соответствии с этим либо линия 30 обратной сигнализации перемещения вниз, либо линия 31 обратной сигнализации перемещения вверх приходит в состояние "1". Если не производится перемещение анода, контакторы 35, Зб находятся в выключенном состоянии, то также на выходе блока

38 переключения отсутствует управляющее напряжение и линии 30 и 31 находятся в состоянии "0", Факт обратной сигнализации перемещения анода обрабатываемой логикой управления блока 24 уже известен и используется блоком 39 управления для целей обработки данных и управления, (ограничение продолжительности отдельных перемещений анода, осуществляемое с помощью математического обеспечения ограничение получающегося при увеличенном интервале времени с учетом знака результирующего перемещения анода, запоминание направления и величины перемещения анода и т.д.) .

Функция элемента 34 времени состоит в том, чтобы контролировать продолжительность отдельных перемещений анода и сравнивать эти продолжительности с максимально допустимым временем перемещения анода Т

Если осуществляется перемещение аноph, то в зависимости от направления перемещения приходят в состояние либо линия 30, либо линия 31. Оба события приводят к срабатыванию элемента 34. . Если продолжительность воздействия меньше, чем отрегулированная величина Т „, то элемент времени находится в основном состоянии. Линия 26 выхода элемента времени находится в состоянии "0".

Если продолжительность воздействия превышает величину Т „, то линия

26 выхода элемента времени на длительное время приходит в состояние

"1" и это состояние может быть устра нено лишь за счет нажатия кнопки 61.

Логическое состояние "1" линии 26 выхода временной схемы блокирует дальнейшее перемещение анода, Задача блока 47 ручного управления состоит в том, чтобы обеспечивать переключение режима работы ручной — автоматический, а при ручном режиме работы упрввление перемещением анода.

1466656

1п

Наиболее существенными конструктивными элементами блока 39 управления являются блок центрального процессора 65, устройство 66 сопряже5 ния процессора, местный сетевой блок

67 управления, выход которого под-, ключен к линии 14 передачи данных, и блок 68 питания. К устройству 66 сопряжения процессора подключены вы- 10 ход приемника 19, частотный выход, сигнализирующий об изменении измерительных пределов выход преобразователя 18 напряжение — частота, линии входа и выхода блока 42,. выполненная 15 для перемещения анода вниз линия

44, выполненная для перемещения анода вверх линия 45, линия 40 для управления подачей глинозема, линия

41..для управления облажванием кор- 20 ки, линия 30 обратной сигнализации перемещения вниз, линия 31 обратной сигнализации перемещения вверх и .блок ручного управления для обратной сигнализации о ручном или автоматическом режиме работы. Далее описывается возможная совокупность выходных и входных сигналов блока 42 индикации.

Выходы: запуск. программы для соз- 30 дания подключения, запуск программы для выемки, пошаговый опрос требуемых данных от регулятора ванны.

Входы: индикация направления перемещения анода, индикация анодного эффекта, предварительная сигнализация об анодном эффекте, индикация рабочих неисправностей состояния ванны, сигнализация о прохождении программы выемки, сигнализация î 4р прохождении программы для создания подключения, привод цифрового блока индикации.

Предлагаемое устройство может преимущественно использоваться для 45 регулирования сопротивления вани для электролиза алюминия, в том числе для регулирования с помощью запрограммированного заданного сигнала (в соответствии с созданием подключения и выемкой), для предупреждения об анодном эффекте, для определения рабочих неисправностей состояний ванн, для их автоматического устра." кения, для управления подачей глинозема в соответствии с определенной целевой функцией (например, регули- рование сопротивления ванны на минимум .

Устройство регулирования согласуется с составленными в ряд друг с другом снабженными системой шин сетями передачи данных (линия передачи данных, сеть передачи последовательного тока), тем самым с помощью устройства регулирования ванны согласно изобретению могут реализоваться большие иерархические системы управления с относительно малыми расходами на прокладку кабелей.

При использовании предлагаемого устройства можно ожидать существенного повьпления КПД тока и радикального уменьшения удельного показателя анодного эффекта.

Формула и з обретения

Устройство для управления процес" сом электролиза алюминия, содержащее преобразователь. напряжения электролизера в частоту, соединенный с датчиком напряжения электролизера, блок управления, приемник импульсов тока серии, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения.надежности и качества управления, оно снабжено блоком управления защиты от черезмерного перемещения анода, компаратором, .элементом времени, блоком отключения привода анода, блоком сигнализации перемещения анода, контакторами включения привода анода, клавиатурой,и блоком индикации, блоком ручного управления, причем выход преобразователя тока серии в частоту подсоединен к входу приемника тока серии, входы блока управления защиты от черезмерного перемещения анода подсоединены к выходу компаратора, к выходам блока сигнализации перемещения анода, к выходам блока управления, к выходу элемента времени, а выходы блока управления защиты от черезмерного перемещения анода присоединены к блоку управления, контакторам включения привода анода и к входу блока отключения привода анода, выход которого через блок ручного управления присоединен к при" воду анода и к блоку сигнализации перемещения анода, а выходы контахторов подсоединены к сети питания и к блоку отключения привода анода, входы элемента времени, присоединены к выходам блока сигнализации перемещения анода, к которым подсоединены входы блока управления, выходы кото1466656

l2 в в в

° 9 4 рого подсоединены к элементу питания электролизера глиноземом, блоку индикадин, выход блока ручного управления подсоединен к входу блока управления, датчик напряжения электролизера соединен с входом компаратора, выход приемника тока серии и выходы преобразователя напряжения

5 злектролизера в частоту соединены с входами блока управления.

1466656

1466656

Составитель А,Абросимов

Редактор M.Öèòêèíà Техред И.Ходанич Корректор M.Øàðaøè

Заказ 961/59 Тираж 605, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

313035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина,303