本文以某电解铝厂230KA预焙阳极铝电解槽为研究对象，建立了槽壳温度自动检测数据库。通过在线监测电解槽的散热孔温度，炉底钢板温度，了解炉膛的变化情况，探索电解槽自我热调节规律，为电解槽的稳定生产提供有效的判断方法和依据。
2、230KA预焙阳极铝电解槽槽壳温度自动检测系统的开发
2.1 槽壳温度检测系统硬件
230KA预焙阳极铝电解槽槽壳温度在线检测系统采用三级计算机拓扑结构,实现实时、在线、全自动检测铝电解槽两侧槽壳、两端槽壳以及槽底钢板等部位的温度。系统具有抗强电磁干扰能力和较强的环境适应性。系统上位机软件具有友好的人机界面,方便进行信息处理及数据库管理。
2.1.1 系统硬件结构
槽壳温度在线检测系统是由上位工业控制机、温度转换模块和温度转换器组成。现场141只测温。
2.1.2 ADAM模块
本系统采用的ADAM模块是台湾研华公司生产的从传感器到计算机的智能接口模块系列产品,可以直接与现场传感器连接,而无需变送器。它们中的每一模块均包含有内建的单片机系统,可提供多种功能,如对信号滤波、放大、A/D转换、数字信号输出、数据通讯等。为保证模块安全可靠运行,信号输入和供电电源分别采用高于500VDC的光隔离和变压器隔离技术。电源采用+10～+30V非稳压直流电源供电。本系统采用ADAM-4018、ADAM-4520模块。ADAM-4520用来将ADAM-4018模块使用的RS485接口标准信号转化为计算机串行口使用的RS232接口标准信号。RS485信号可传输最大距离为1200m,大于1200m可用中继器ADAM-45l0模块实现,从而实现工业计算机与现场间的长距离数据通讯。
2.1.3 安装方式
电解槽两侧各安装57只热电偶,出铝端和烟道端各安装9只热电偶,电解槽底部安装9只热电偶,共141只热电偶。每个温度转换模块可以接入6路温度信号,因此总共需要24个温度转换模块。热电偶采用端部有集热片的铠装K分度号的热电偶,通过屏蔽补偿导线与温度转换模块相连。同时,把带有螺旋的套筒焊接在打磨平整的电解槽槽壳上,热电偶可以方便地拧在套筒上,既安装方便,且拆卸、调整灵活。热电偶的屏蔽补偿导线套上金属软管进行保护,所有的补偿导线汇集在电解槽两侧槽底的两根开槽铁管内,以屏蔽电磁干扰。
2.1.4 抗干扰措施
本系统的干扰源主要是电磁感应和辐射。为了减少磁场干扰,把抗干扰能力强的数据采集模块放置在现场,计算机放在相对较好的环境里,数据采集模块所采集的数据以串口通讯的方式发送给计算机。系统硬件所采取的抗干扰措施如下:(1)采用屏蔽接地技术和双绞线传输方式去除外部电磁感应干扰。(2)采用电流环的控制方式,抑止干扰。(3)数字电路的输入端不使用的管脚固定接高电平,防止电磁干扰。(4)采用看门狗电路防止系统死机。(5)采用RS485通讯接口实现现场到监控室间的数据传输,提高可靠性。
2.2 槽壳温度检测系统软件
2.2.1 总体设计
上位机选用研华工控机，操作系统采用Windows XP,开发软件采用组态王和SQL Server 2000编写。系统主要由各检测点实时温度显示、各检测点历史温度曲线、检测点部位图形显示、历史温度查询、统计分析和报表打印等功能模块组成。
2.2.2 ADAM模块的设置
ADAM模块在使用前需要对地址、输入、波特率、通道、传感器类型及量程等有关参数进行设置。设置工作通过随模块的专用应用软件完成。模块设置完成后,根据需要进行相应的程序设计即可投入使用。对于本系统来说,只需完成现场温度的固定间隔读取即可,本系统采用北京亚控公司的组态王对其进行设置以及进行相应的程序设计。
模块每秒钟对信号采样10次,记录下来, 等待上位机的指令,上位机周期性地访问每一个模块,访问模块时,首先向各模块发出被访问的模块地址,各模块收到地址信息后,做出判断,看是否是自己的地址码,如果不是,则继续等待；如果是,则继续接收上位机发出的下一个信息“指令码”,指令码接收完毕后,模块按指令执行工作并将执行的结果告诉上位机,执行完上述工作后,该模块转入“等待”状态。
2.2.3 软件主要功能
系统主要的三个功能如下:各检测点实时温度显示、各检测点历史温度查询以及各检测点历史温度曲线。
(1)实时温度显示模块:实时、在线显示现场141个被测点的温度,5秒钟刷新一次。实时温度显示界面如图2所示。
(2度查询模块:所采集到的数据经格式转换后存入一个多维数组中,并建立数据库存放起来,软件有输入回放功能,只要输入要查看的点和起止时刻,即可以随时看到近段时间已测得的温度。
(3)历史温度曲线:选择要查看的点(可以是一点、多点或全部),即可看到相应的趋势曲线图,用以查阅近段时间(默认为最近8小时)的温度变化状况。
2.2.4 系统技术指标
该温度检测系统中,巡检时间可以在10秒～20分钟之间任意设定,测温范围在
之间。系统在现场运行一段时间后表明,精度高,误差在
以内,达到了预期的效果。
电解槽两侧各安装57只热电偶,出铝端和烟道端各安装9只热电偶,电解槽底部安装9只热电偶,共141只热电偶。每个温度转换模块可以接入6路温度信号,因此总共需要24个温度转换模块。热电偶采用端部有集热片的铠装K分度号的热电偶,通过屏蔽补偿导线与温度转换模块相连。同时,把带有螺旋的套筒焊接在打磨平整的电解槽槽壳上,热电偶可以方便地拧在套筒上,既安装方便,且拆卸、调整灵活。热电偶的屏蔽补偿导线套上金属软管进行保护,所有的补偿导线汇集在电解槽两侧槽底的两根开槽铁管内,以屏蔽电磁干扰。
2.1.4 抗干扰措施
本系统的干扰源主要是电磁感应和辐射。为了减少磁场干扰,把抗干扰能力强的数据采集模块放置在现场,计算机放在相对较好的环境里,数据采集模块所采集的数据以串口通讯的方式发送给计算机。系统硬件所采取的抗干扰措施如下:(1)采用屏蔽接地技术和双绞线传输方式去除外部电磁感应干扰。(2)采用电流环的控制方式,抑止干扰。(3)数字电路的输入端不使用的管脚固定接高电平,防止电磁干扰。(4)采用看门狗电路防止系统死机。(5)采用RS485通讯接口实现现场到监控室间的数据传输,提高可靠性。
2.2 槽壳温度检测系统软件
2.2.1 总体设计
上位机选用研华工控机，操作系统采用Windows XP,开发软件采用组态王和SQL Server 2000编写。系统主要由各检测点实时温度显示、各检测点历史温度曲线、检测点部位图形显示、历史温度查询、统计分析和报表打印等功能模块组成。
2.2.2 ADAM模块的设置
ADAM模块在使用前需要对地址、输入、波特率、通道、传感器类型及量程等有关参数进行设置。设置工作通过随模块的专用应用软件完成。模块设置完成后,根据需要进行相应的程序设计即可投入使用。对于本系统来说,只需完成现场温度的固定间隔读取即可,本系统采用北京亚控公司的组态王对其进行设置以及进行相应的程序设计。
模块每秒钟对信号采样10次,记录下来, 等待上位机的指令,上位机周期性地访问每一个模块,访问模块时,首先向各模块发出被访问的模块地址,各模块收到地址信息后,做出判断,看是否是自己的地址码,如果不是,则继续等待；如果是,则继续接收上位机发出的下一个信息“指令码”,指令码接收完毕后,模块按指令执行工作并将执行的结果告诉上位机,执行完上述工作后,该模块转入“等待”状态。
2.2.3 软件主要功能
系统主要的三个功能如下:各检测点实时温度显示、各检测点历史温度查询以及各检测点历史温度曲线。
(1)实时温度显示模块:实时、在线显示现场141个被测点的温度,5秒钟刷新一次。实时温度显示界面如图2所示。
(2度查询模块:所采集到的数据经格式转换后存入一个多维数组中,并建立数据库存放起来,软件有输入回放功能,只要输入要查看的点和起止时刻,即可以随时看到近段时间已测得的温度。
(3)历史温度曲线:选择要查看的点(可以是一点、多点或全部),即可看到相应的趋势曲线图,用以查阅近段时间(默认为最近8小时)的温度变化状况。
2.2.4 系统技术指标
该温度检测系统中,巡检时间可以在10秒～20分钟之间任意设定,测温范围在
之间。系统在现场运行一段时间后表明,精度高,误差在以内,达到了预期的效果。
3、结论
1．研究了一种新型的铝电解槽槽壳温度自动检测方法。按这种方法自动测量的槽壳温度精度高，误差不超过2%。
2．该系统采用ADAM4018、ADAM4520模块进行数据采集,为计算机实时分析和监控提供了必要、可靠的基础和前提。
3．该系统易于安装、维护,一旦某个测温点发生故障,不影响其它点的测量；具有定时测量、按需测量及特殊部位测量功能。
4．该系统具有数据存盘、打印报表、绘制曲线、数据库管理等功能。
5．该系统在远距离、多检测点的实际应用中工作稳定可靠,外围设备简单,安装维护方便,抗干扰能力强,取得了较好效果。
1．研究了一种新型的铝电解槽槽壳温度自动检测方法。按这种方法自动测量的槽壳温度精度高，误差不超过2%。
2．该系统采用ADAM4018、ADAM4520模块进行数据采集,为计算机实时分析和监控提供了必要、可靠的基础和前提。
3．该系统易于安装、维护,一旦某个测温点发生故障,不影响其它点的测量；具有定时测量、按需测量及特殊部位测量功能。
4．该系统具有数据存盘、打印报表、绘制曲线、数据库管理等功能。
5．该系统在远距离、多检测点的实际应用中工作稳定可靠,外围设备简单,安装维护方便,抗干扰能力强,取得了较好效果。