Устройство для управления процессом электролиза алюминия

.10=.;,А ИЯ Н ПАТЕНТ ет" й анода. 7 вленияролизера 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБР(.71) Мадьяр Алюминиумипари Трест(54) УГТРОЙГТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЭЛЕЕТРОЛИЗА АПОМИНИЯ Изобретение относится к автоматизации электролиза алюминия,Цель изобретения - повьшение на-дежности и качества управления,На фиг,1 представлена структурнаясхема устройства управления: нафиг.2 - структурная схема иерархической системы управления; на фиг,3 -схема. регулятора электролизера; нафиг.4 - схема последовательной передачи сигнала тока серии; нафиг.5 -схема блока логического управлениязащитой; на фиг.6 - схема блокасигнализации перемещения анода; нафиг.7 - блок-схема микропроцессорного регулятора,Схема устройства упра(57) Изобретение относится к областиавтоматизации электролиза алюминия ипредназначено для управления алюмиевыми электролиэерами, Цель - повышение надежности и качества управлния. Сущность изобретения заключаеся в том, что для управления алюминиевыми электролизерами применяетсядвухуровневая система. На нижнем ";уровне используется микропроцессорный регулятор для управления перемещением анода и механизмами питания.Помимо микропроцессорного регулятораустройство дополнительно снабженоавтономными коническими блоками,обеспечиваицими защиту системы отнеправильных, недопустимых перемещеанода 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 последовательной передачи сигнала тока серии, регулятора 12 электролиэера, устройства 13 защиты отчрезмерного перемещения анода, линии 14 связы 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 электро з14 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 кон-. такторов, блока 38 отключения привода, блока 39 управления, линии 40, 41 управления механизмами продавливания 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 61 запуска, К-Я-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, блока66656 10 15 20 25 которой подается синусоидальный часЗО 35 40 45 50 55 67 управления процессором, блока 68питанияУстройство работает следующим образом,Напряжение электролизера подается на вход блока 39 управления, представляющего собой микропроцессорныйрегулятор через преобразователь 18напряжение " частота, который гальванически. отделен от микропроцессора и содержит автоматическую схемузащиты входа и переключения диапазона измерения при возникновениианодного эффекта на электролизере.Коэффициент преобразования преобразо.вателя соответствует в рабочем диапазоне измерения 1 ВкГц, при из"мерении анодного эффекта 1 ВкГц,Сигнал тока серии подается навход блока 39 управления по линии43 связи от приемника 19, вход которого подключен к линии 23 последовательной передачи тока серии, по тотный,сигнал от преобразователя 22ток серии - частота, вход которогоподсоединен к измерителю тока серии.Коэффициент преобразования преобразователя 22 соответствует 1 кАкГц. Блок 39 управления представляетсобой микропроцессорныи регулятор,который по значениям тока серии инапряжения электролизера вычисляетомическое сопротивление и вырабатывает команды управления.в зависимости от знака отклонения, которыепо линиям 44, 45 поступают на входблока .24 логического управления дляпоследующего анализа, и, если разрешено управлять анодом, блок 24логического управления включает пускатели 35, 36 и блок 38 переключе"ния,Величина задания уставки вводитсяв блок управления по линии.14 отверхнего уровня управления, при работе блока в автономном режиме значение уставки устанавливается вручную. ьПри перемещении анода напряжениепривода 6 по линии 33 связи поступает в блок.32 сигнализации перемещения анода, который подает сигналобратной связи иа вход элемента 34времени, на вход блока 24 урравлениязащитой от чрезмерного перемещенияи на вход блока 39 управления.30 5 1466Блок 39 управления обеспечиваетуправление. механизмами продавливания корки и дозаторами глиноземапо величине омического сопротивле 5ния электролизера, Через блок 42 .индикации в блок 39 управления вводятся вручную режимы работы регулятора и выводится требуемая информация. 1 ОБлок 24 управления защиты от чрез.мерного перемещения анода запрещаетперемещение привода 6 в случае,когда напряжение электролизера находится за пределами допустимых значений 11;, = 3,9 В, 11 = 6 В, Принеисправности блока 39 управленияили заклинивании контакторов 35, 36на блок 24 будет подан от компаратора 20 сигнал превышения напряжения, а по линии 33 обратной связичерез блок 32 сигнализации перемещения анода сигнал о включенном состоянии двигателя, совпадение сигналоввключенного состояния двигателя ипревышения напряжением электролизерадопустимых значений характеризуетнеисправность контакторов или самопроизвольноевключение привода электролизера.Контроль допустимого перемещенияпривода анода выполняется также независимым элементом 34 времени, накоторый поступает сигнал обратнойсвязи о включенном двигателе черезблок 32 по линиям 30, 31, Есливремя перемещения превышает Т .элемент времени срабатывает, подаетсигнал в блок 39 управления и в блок24 через линию 26, что приводит к 40отключению контакторов 35, 36 и блока 38 переключения,Направляемый по линии 23 последовательной передачи сигнала токасерии частотный сигнал поступает на 45трансформатор 49, Выходное сопротивление с вторичной стороны трансформатора 49 обеспечивает выходное сопротивление присоединительного кабеля. Компаратор 50 с регулируемым 50гистерезисом обеспечивает соответствующий интервал по отношению к помехе для свободного от помех приематоковых сигналов,Сформированный пропорционально 55току серии сигнал поступает на блок39 управления,На ответвлении линии 23 последо,вательной передачи тока использован фильтр 48, Это обеспечивает высокийимпеданс подключения в направлениилинии 23 последовательной передачитока.Имеющийся в линии 23 передачипоследовательного тока высокий уровень сигнала 24 В) обеспечивает1исключительно высокую защиту от помех, а также то, что несмотря на существенное подавление сигнала на ответвлении (20-25 дВ) сигнал соответствующего уровня поступает на входтрансформатора 49.Если компаратор 20 устанавливает,что напряжение электролизера находится вне заданного диапазона, то навыходе компаратораимеется уровенья 111 , Если одновременно с этим осуществляется также перемещение анода(один из входов схемы РПИ 51, темсамым на его выходе также имеется"1"), то через схему И 52, схему ИЛИ53, и запоминающее Е-Б-устройство62 направляется через линию 26 вблок управления 39 сигнал обратнойсвязи,(1 днрвременно с этим через схемуИЛИ 54 и усилитель 55 отключаетсяблок переключения 38. далее блокируется функционирование управляемыхусилителями 58, 60 выключателей 35,36 через инвертор 56 и схемы И 57,59, В этом случае поступающая черезлинию 44 и 45 команда на перемещениеанода неэффективна,Аналогичным образом на основе логики можно проследить действие продолжающегося дольппе по сравнению сотрегулированным на временной схеме34 временем Тперемещения анода,В этом случае выход временного переключения 26 временной схемы 34 приходит в состояние "1", триггер 62опрокидывается и направляет сообщение об этом событии через выполненную для обратной сигнализации защитылинию 25 на блок 39 управления, блокирует описанным вьппе образом функционирование контакторов 35, 36 иотключает блок 38, за счет чего функционирование двигателя перемещенияанода 6 прерывается,Триггер 62 остается после опрокидывания в этом состоянии также в том случае, если причина разъединения в промежуточное время была устранена.Если, однако, компаратор 20 направляет сообщение о превышении помаксимуму ограниченного окошком диапазона логики блока 24 управления и5одновременно с этим не происходитперемещение анода (например, в случае дефекта анода), то на выходесхемы И 52 имеется уровень "0",Триггер 62 остается в его основномположении, не передается сообщениечерез линию 25 на блок 39 управления,так как это не означает само по себепогрешности функционирования, Однаков этом случае через схему ИЛИ 54 15функционирование контакторов 35, 36блокируется, а блок 38 переключенияотключается.Тем самым логика управления разрешает перемещение анода лишь в том 20случае, когда триггер 62 находитсяв основном положении. не производится перемещение анода, продолжительность которого превышает Т , одновременно с выходом напряжения ванныза допустимые пределы не производится Перемещение анода) или величинаванны находится в допустимых пределах, В этих случаях блок 38 переключения находится во включенном состоянии и на выходе инвертора 56 имеется"1", тем самым команда на оказаниевоздействия(уровень "1"), поступающая через ликии 44 и 45, может черезсхемы 57 и 58, а также через усилители 58 и 60 включить контакторы 35 и36 и тем самым с помощью двигателяперемещения анода 6 поднять или опустить анод,Блоки развязки 63 и 64 представ пляют собой устройства, которые используются на практике для гальванического разделения входных сигналовс двумя состояниями и имеют входпеременного. тока. Лвигатель 6 перемещения анода является трехфазнымдвигателем перенного тока, причемнаправление вращения двигателя (направление перемещения анода определяется последовательностью фаз трехфазной сети.От входа блока 38 переключения (отприсоединительных зажимов двигателя 6перемещения анода) в зависимости отпоследовательности фазприходящейчерез линию 32, выполненую для обратной сигнализации о перемещениианода, трехфазной сети на вход блока63 развязки либо на вход блока 64 развязки поступает линейное напряжение сети, в соответствии с этим либо линия 30 обратной сигнализации пере" мещения 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 ано- дЫ, то в зависимости от направления перемещения приходят в состояние 1 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 10". 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 управление перемещением анода.Наиболее существенными конструктивными элементами блока 39 управления являются блок центрального процессора 65, устройство 66 сопряже 5ния процессора, местный сетевой блок67 управления, выход которого под-,ключен к линии 14 передачи данных, и блок 68 питания, К устройству 66сопряжения процессора подключены выход приемника 19, частотный выход,сигнализирующий об изменении измерительных пределов выход преобразователя 18 напряжение - частота, линиивхода 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, линия41.для управления обламыванием кор ки, линия 30 обратной сигнализации перемещения вниз, линия 31 обратной сигнализации перемещения вверх и .блок ручного управления для обратной сигнализации о ручном или авто матическом режиме работы. Далее описывается возможная совокупность выходных ивходных сигналов блока 42 индикации.Выходы: запуск. программы для соз дания подключения, запуск программы для выемки, пошаговь 1 й опрос требуемых данных от регулятора ванны.Входь 1: индикация направления перемещения анода, индикация анодного эффекта, предварительная сигнализация об анодном эффекте, индикация рабочих неисправностей состояния ванны, сигнализация о прохождении программы выемки, сигнализация о 40 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 анод- ного эффекта. Формула изобретенияУстройство 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 чрезмерного перемещения анода, компараторомэлементом 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 чрезмерного 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 чрезмерного 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 контах- торов подсоединены к сети питания и к блоку отключения привода анода, входы элемента времени, присоединены к выходам блока сигнализации переме" щения анода, к которым подсоединены входы блока управления, выходы кото 2146665611рого 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 5злектролизера в частоту соединеныс входами блока управления,1466656 Составитель А,Абросимо Редактор М,Циткина Техред М.Ходанич Корректор М,Шар ри ГКНТ СССР роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, ужго Гагарина,10 Заказ 961/59 Ти ВНИИПИ Государственного113035,аж 605 Подписноемитета по изобретениям и открытия сква, Ж, Раушская наб д. 4/5