鋁電解槽計(jì)算機(jī)控制硬件保護(hù)

李建軍|文

槽控機(jī)作為鋁電解槽計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)設(shè)備，控制的先進(jìn)性直接影響電解槽的能量平衡和物料平衡，控制安全性直接影響電解系列生產(chǎn)安全，甚至造成系列停產(chǎn)的重大事故，本文著重論述槽控機(jī)的陽極升降安全保護(hù)。

電解槽計(jì)算機(jī)控制主要功能是正常加工和極距的調(diào)整。極距調(diào)整的安全性又是槽控機(jī)安全保護(hù)的重中之重。如槽控機(jī)陽升失控將造成陽極脫離電解質(zhì)液面開路，短路口爆炸重大事故。本文將從硬件、軟件、軟硬件結(jié)合三個(gè)方面對(duì)陽極升降安全保護(hù)進(jìn)行論述。

圖1 硬件定時(shí)器電路圖

安全保護(hù)

1.硬件定時(shí)器

硬件定時(shí)器作為陽極升、降基本保護(hù)器件，它由早期的機(jī)械觸點(diǎn)定時(shí)器到前期由NE555構(gòu)成的電子無觸點(diǎn)定時(shí)器，都沒有由芯片4060構(gòu)成的定時(shí)器定時(shí)精確，抗干擾性強(qiáng)，受溫度影響小(見圖1)。

4060構(gòu)成的定時(shí)器直接4060內(nèi)部晶振和外圍元件形成振蕩頻率為50Hz的脈沖經(jīng)光電隔離后送到計(jì)數(shù)器4060的CIN端11腳；同時(shí)從1KM，2KM接觸器吸合時(shí)反饋的脈沖信號(hào)經(jīng)檢波后，使反相器UN2004—U4a輸入端變高電平，輸出端接4060的復(fù)位端12腳，使復(fù)位不起作用。于是，4060開始計(jì)數(shù)。定時(shí)長短由跳線選定，當(dāng)跳線接輸出端Q8定時(shí)器定時(shí)為2.5s，Q9為5s，Q10為10s。在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)該定時(shí)雖然定時(shí)準(zhǔn)確，但軟件對(duì)檢測(cè)到的定時(shí)器故障后兩分鐘自動(dòng)清除，這對(duì)陽極升降仍然存在安全隱患，故障發(fā)生后需保持狀態(tài)不作軟清除。

純手動(dòng)硬件定時(shí)電路當(dāng)純手動(dòng)升（或降）操作開始時(shí)，接觸器1KM、2KM線圈得電，其所有常開輔助觸點(diǎn)閉合，光耦導(dǎo)通，三極管隨之導(dǎo)通，高電平信號(hào)JACK ON（提升機(jī)加電）一路輸入到操作板上，一路輸入到純手動(dòng)定時(shí)電路。此時(shí)，與NE555的6腳相連的RC積分電路中電容開始充電，當(dāng)6腳電壓升到＞2/3Vcc時(shí)，3腳電平翻轉(zhuǎn)，由原來的高電平變?yōu)榈碗娖?，從而使固態(tài)繼電器導(dǎo)通，加電到脫扣器線圈，脫扣器動(dòng)作，切斷設(shè)備電源，提升機(jī)停止升降。定時(shí)電路的定時(shí)時(shí)間長短由RC積分電路參數(shù)所決定。

2.Watchdog程 序執(zhí)行監(jiān)護(hù)電路

Watchdog程序執(zhí)行監(jiān)護(hù)電路，可用來對(duì)用戶程序執(zhí)行監(jiān)護(hù)，該電路由26位計(jì)數(shù)器組成，電路的輸入信號(hào)直接由12MHz晶振取得，經(jīng)第一級(jí)計(jì)數(shù)器（4040）分頻反饋給第二級(jí)計(jì)數(shù)器（4020），經(jīng)（4020）分頻后得到6±0.00034s的時(shí)間，用戶程序小于6s的間隔時(shí)間內(nèi)清除計(jì)數(shù)值，使計(jì)數(shù)器的輸出始終保持低電平，一旦程序死機(jī)或系統(tǒng)故障，程序?qū)⒉荒馨l(fā)生清計(jì)數(shù)器的信號(hào)，計(jì)數(shù)器將不停地計(jì)數(shù)，以使計(jì)數(shù)器的輸出變?yōu)楦唠娖綇?qiáng)迫系統(tǒng)復(fù)位電路工作，迫使系統(tǒng)復(fù)位。程序執(zhí)行監(jiān)護(hù)電路的驅(qū)動(dòng)程序如下：

WATCH-DOG SET P1.3 CLR P1.3 RET

圖2 陽極升降提升電機(jī)缺相檢測(cè)電路圖

使用上述程序時(shí)，僅需用戶程序中插入：CALL WATCHDOG指令。

目前直接用芯片X25045實(shí)現(xiàn)，該芯片可實(shí)現(xiàn)以下的功能：Watchdog，電源監(jiān)測(cè)。使用該芯片降低了系統(tǒng)成本并減少了對(duì)電路板空間的要求。實(shí)際運(yùn)行中，單靠Watchdog監(jiān)護(hù)電路系統(tǒng)復(fù)位，而對(duì)復(fù)位次數(shù)不加限制，本身也存在安全隱患，為了保證系統(tǒng)安全，須有復(fù)位計(jì)數(shù)電路或軟件復(fù)位次數(shù)計(jì)數(shù)。當(dāng)復(fù)位次數(shù)超過N次（參數(shù)可調(diào)）將切斷提升機(jī)加電的固態(tài)繼電器，禁止陽極升降。

3.交流口電路

交流口電路，該電路由分立元件構(gòu)成，該電路是在陽極升降，抬母線，自診斷時(shí)，由CPU輸出10Hz的方波，經(jīng)隔離電容→整流二極管電容濾波→三極管基極高電平，三極管導(dǎo)通，發(fā)射極輸出高電平，發(fā)光管將發(fā)光以指示電路工作正常，經(jīng)二極反相器（2003），固態(tài)繼電器導(dǎo)通，接觸器1KM—4KM線包公共端得電。一旦程序執(zhí)行發(fā)生故障，即方波消失。該電路將不工作，而使固態(tài)繼電器截止，接觸器1KM—4KM線包公共端不能得電，從而禁止陽極升降，還可用交流口控制CPU電源，一旦程序執(zhí)行發(fā)生故障，即方波消失，電路將自動(dòng)切斷CPU電源實(shí)現(xiàn)斷電復(fù)位。

4.硬件過、欠壓電路

硬件過、欠壓電路，過電壓上限定為4.8V，欠電壓下限定為3.5V。首先，槽電壓經(jīng)高精度90K串10K電阻分壓得到比較電壓，芯片IC1 Lm311反相輸入端的參考電壓由分壓器調(diào)為0.48V。當(dāng)IC1Lm311正相輸入端電位大于反相輸入端的參考電壓0.48V時(shí)，將輸出低電平，當(dāng)IC2Lm311反相輸入端電位小于正相輸入端的參考電壓0.35V時(shí)，將輸出低電平。將兩路檢測(cè)輸出聯(lián)在一起，只要一路工作，控制繼電器將吸合，在實(shí)際控制中，為防止過、欠壓誤動(dòng)作采用了NE555和RC電路延時(shí)0.3s后，控制繼電器才動(dòng)作，繼電器吸合后，一路控制脫扣線圈，以備切斷380V動(dòng)力電源，一路斷開接觸器1KM，2KM線包控制回路，禁止陽極升、降。為在焙燒槽、病槽、效應(yīng)時(shí)也能夠?qū)Σ垭妷哼M(jìn)行調(diào)整而不受過欠壓控制，在觸摸開關(guān)板上增加了一個(gè)或非門，手動(dòng)特殊作業(yè)時(shí)，當(dāng)手觸摸MAN/AUTO按鈕時(shí)，或非門輸入端12腳為低電平，同時(shí)觸摸升降按鈕，或非門輸入端13腳也為低電平對(duì)應(yīng)的或非門輸出11腳輸出高電平。三極管導(dǎo)通。NE555—2腳被迫拉為低電平，2腳小于1/3VCC，NE555—3腳輸出高電平，PNP型三極管截止，控制繼電器將被迫關(guān)斷，從而屏蔽了過欠壓信號(hào)，將可以在手動(dòng)情況下進(jìn)行極距調(diào)整。

5.陽極升降提升電機(jī)缺相檢測(cè)

槽控機(jī)提升電機(jī)工作信號(hào)檢測(cè)回路只能檢測(cè)到接觸器1KM、2KM、3KM、4KM是否吸合，不能檢測(cè)電機(jī)是否缺相運(yùn)行，自動(dòng)控制時(shí)，如果缺相，提升電機(jī)將會(huì)長時(shí)間缺相運(yùn)行，而用戶不知，直至燒毀提升電機(jī)。槽控機(jī)檢測(cè)回路的采樣點(diǎn)直接連到1KM接觸器A、B、C三相上，當(dāng)接觸器1KM、2KM吸合時(shí)，A、C相通過1KM、2KM常開輔助觸點(diǎn)閉合，電阻降壓，光電隔離，光耦N1輸出高電平，返回提升機(jī)加電信號(hào)。當(dāng)3KM吸合時(shí)，A、B相通過3KM常開輔助觸點(diǎn)閉合，電阻降壓，光電隔離，光耦N2輸出高電平，返回陽升信號(hào)。當(dāng)4KM吸合時(shí)，A、B相通過4KM常開輔助觸點(diǎn)閉合，電阻降壓，光電隔離，光耦N3輸出高電平，返回陽降信號(hào)。從以上工作原理可看出，槽控機(jī)缺相保護(hù)檢測(cè)并不完善，它只能檢測(cè)AC380V電源是否缺相，而對(duì)4個(gè)接觸器主觸點(diǎn)是不能檢測(cè)。槽控機(jī)改造過程中，將采樣端接到隔離開關(guān)2、4、6端，但簡單地將采樣端移位是不可行的，必須對(duì)電路進(jìn)行改動(dòng)(見圖2)。

將光耦N2（4腳）于光耦N3（3腳）串接，檢測(cè)輸出信號(hào)接光耦N3（4腳）。當(dāng)A、B、C三相有一相缺相，光耦N2，N3將無高電平輸出，CPU將無法檢測(cè)到提升電機(jī)工作返回信號(hào)，CPU立即清除提升電機(jī)工作信號(hào)切斷升或降接觸器，從而起到缺相保護(hù)檢測(cè)功能。

6.V/F數(shù)據(jù)保護(hù)

通過試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，當(dāng)V/F板死機(jī)或其他原因造成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)不更新時(shí)，當(dāng)槽電阻值大于或小于死區(qū)電壓時(shí)，槽控機(jī)將每間隔1分27秒自動(dòng)降或升陽極，將造成壓槽或拔槽的重大設(shè)備事故，槽控機(jī)改造時(shí)，CPU實(shí)時(shí)對(duì)V/F板數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)在一定時(shí)間內(nèi)不更新時(shí)，將禁止陽極升降，并作A/D診斷，以此來判斷V/F板是否故障。

結(jié)語

以上所述鋁電解槽計(jì)算機(jī)控制硬件保護(hù)，目前未在國內(nèi)任何一家槽控系統(tǒng)中全部使用，但卻是電解槽計(jì)算機(jī)控制硬件保護(hù)的精華，望能給同仁參考與學(xué)習(xí)。