一种冶金电解炉在线监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种冶金电解炉在线监测装置及方法，属于冶金电解过程的自动控制和检测技术领域。监测装置，包括信号采集电路、通讯电路、上位机，其特征在于，所述信号采集电路包括热电偶、温度采集模块、补偿模块、电源模块，所述上位机包括数据库模块、过热度计算模块，方法为温度采集模块控制热电偶的采集频率，采集电解炉的电解槽内温度，补偿模块进行滤波和隔离，通讯电路将测量信号编码后传输给数据库模块，数据库模块进行解码和校验后储存为数据，过热度计算模块计算过热度值。本发明专利技术的方法和装置，具有很强的抗干扰能力，能够在高温、强磁场下高速采集较弱信号，并能够对采集的信号进行高速传输、存储和复杂处理。

An On-line Monitoring Device and Method for Metallurgical Electrolytic Furnace

【技术实现步骤摘要】
一种冶金电解炉在线监测装置及方法
本专利技术涉及属于冶金电解过程的自动控制和检测
，具体涉及一种高精度的冶金电解炉强磁场弱信号实时在线检测及数据传输、存储及显示处理的装置及方法。
技术介绍
在铝电解生产过程中，电解槽中的槽电压，槽电流均能够实时、在线测量，并将测量的数据存储在计算机上。但是由于铝电解槽的高温、强腐蚀、强磁场环境，铝电解过程中的关键参数难以进行实时测量与计算(电解质温度，出晶温度，过热度)。其中，过热度的准确判断对维持电解槽中的物料平衡和能量平衡起着至关重要的作用。过热度直接影响铝电解过程中的能量损耗，是节能降耗的关键。过热度越低，电流效率越高。对过热度实时、准确的计算是铝电解节能降耗的关键，也是尚未攻克的难点问题。电解质过热度是电解质温度与出晶温度的差值。出晶温度是一个温度点，它的判别是根据电解质在测温元件表面发生相变时产生的温度阶跃来确定的。在测量时需要同时测量两路温度值，对测量结果进行计算。由于相变时温度在数分钟内升高200℃以上，温度阶跃信号出现在0.5秒内，所以，对铝电解槽内温度的采集速度和精度都有很高的要求。高速的数据采集在短时间内生成大量的数据，将这些数据实时显示、存储和处理，对过热度的准确判别，也是亟待解决的难点。铝电解槽是一个高温、强腐蚀、强电、强磁场环境，在信号采集时，硬件和软件都面临一系列的难题。在这样的环境下，对硬件的耐热性、抗干扰性有着很高的要求。由于强电往往伴随着强磁场，对信号传输干扰很大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种冶金电解炉在线监测装置及方法，针对冶金电解炉内高温、强腐蚀、强磁场环境，解决多路、高精度、高速率采集信号中的干扰问题、快速传输存储问题，并对所采集的数据处理，获取关键参数的装置及方法。具体的，冶金电解炉在线监测装置，包括信号采集电路、通讯电路、上位机，所述信号采集电路包括热电偶、温度采集模块、补偿模块、电源模块，所述上位机包括数据库模块、过热度计算模块，所述热电偶用于采集电解炉的电解槽内温度进行测量并获得电解槽内温度测量信号，温度采集模块用于控制热电偶的采集频率，补偿模块用于对电解槽内温度测量信号进行滤波和隔离，所述通讯电路用于将经过补偿模块处理的电解槽内温度测量信号编码后传输给数据库模块，数据库模块用于对接收到的电解槽内温度测量信号进行解码和校验后储存为数据，过热度计算模块用于从数据库模块中读取数据并根据嵌入算法计算过热度值。进一步的，所述补偿模块包括隔离变压器、滤波器，所述隔离变压器用于去除电网杂波，所述滤波器用于消除高频共模和差分噪声。进一步的，所述温度采集模块包括放大器、A/D转换器。进一步的，所述电源模块输出15V和5V供电，其中15V输出用于为放大器供电。进一步的，所述通讯电路包括RS485通讯总线。进一步的，所述数据库模块为SQLServers数据库。另一方面，本专利技术还提供了一种冶金电解炉在线监测方法，所述方法具体为：温度采集模块控制热电偶的采集频率，热电偶采集电解炉的电解槽内温度进行测量并获得电解槽内温度测量信号，补偿模块对电解槽内温度测量信号进行滤波和隔离，通讯电路将经过补偿模块处理的电解槽内温度测量信号编码后传输给数据库模块，数据库模块对接收到的电解槽内温度测量信号进行解码和校验后储存为数据，过热度计算模块从数据库模块中读取数据并根据嵌入算法计算过热度值。进一步的，所述方法中嵌入算法具体为：从数据库读取数据；后一个数据值减去前一个数据值；根据差值绘制差值曲线；在差值曲线上寻找斜率最低点；将斜率最低点对应值作为初晶温度输出。本专利技术的有益效果在于：本专利技术设计一种冶金电解炉在线监测装置及方法，与现有技术相比，具有很强的抗干扰能力，能够在高温、强磁场下高速采集较弱信号，并能够对采集的信号进行高速传输、存储和复杂处理，具有很强的适用性和优越性。附图说明图1为本专利技术冶金电解炉内关键参数智能检测装置的工作原理图图；图2为初晶温度测量装置的硬件结构图；图3为电解质温度测量过程中的时间-温度曲线；图4为嵌入算法的流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行说明：如图1所示，本专利技术提出一种高精度的铝电解强磁场弱信号快速检测及数据处理方法及装置。包括可调整采样时间的高速信号采集电路，通讯模块，数据库以及上位机及功能软件。其特征功能有：(1)信号采集电路控制温度信号采集的频率，对信号进行滤波和隔离，保证信号精度；(2)通讯模块将信号采集电路采集的温度信号编码后传输给PC端，PC端数据库程序解码和校验。保证数据的高速传输；(3)上位机实时从数据库读取数据并生成曲线，同时嵌入算法，显示过热度等关键参数。本专利技术流程如下：(1)通过单片机电路控制传感器信号采集频率,其实现硬件如图2所示。考虑铝电解环境中高温、强磁场对单片机的影响，选用器件均采用抗干扰能力强的器件，信号采集电路采用Microchip公司高性能DSP作为CPU，它的工作温度可达150℃。具有运行速度快，低工作电压、低功耗，驱动能力强等特点，最高30MIPS的工作速度是选择它主要因素。在电路设计方面最大程度减少外界干扰对系统的影响。一是为避免电网杂波对信号采集电路的影响，各部分电源电路采用隔离变压器去除电网杂波。硬件电路由24V开关电源供电，为防止电源对测量信号的干扰，经滤波电路去除杂波干扰。电路中经由两路电源管理/DC-DC转换电路分别将电压转换为15V为放大器供电和5V为其余部分供电。二是高频共模和差分噪声由外部RFI滤波器消除，低频率共模噪声由仪表放大器来抑制，再由外部后置滤波器解决残余噪声，之后生产现场微弱的信号被放大器放大。由5v供电，输出在75mV到4.75V之间呈线性的电压信号。为进一步提高测量精确度，将输出电压经过1/3倍的分压之后送至高精度AD转换器。为减少外界干扰，通过一个电阻将负端接地，该电阻放置在放大器的负(同)相输入端，如果测量结没有电连接(绝缘顶端)，则该电阻值非常小，因而不会产生有意义的共模电压。如果有电连接通过接地的或裸露的顶端，则该电阻值非常大，通过接地电阻使测量顶端到地的任何电流都非常小，防止产生测量误差。放大器输入只用一个接地连接或共模电压源，因为多余的接地会形成接地环路，很容易干扰测量电路的小信号。本专利技术选择的A/D转换器使用2线I2C兼容串行接口，通过2线I2C串行接口对控制配置位进行设定，从而使A/D转换器可按3.75、15、60或240采样/秒(SPS)速率进行转换，也就控制了采样的频率。同时该器件具有片内可编程增益放大器(PGA)，可在转换开始之前选择PGA增益为x1、x2、x4或x8。因此在转换很小的输入信号时仍可保持高分辨率。(2)本专利技术经由信号采集电路采集的信号，除可实时在数码管上显示外，可通过CAN总线实时将信号传输到通讯电路。通讯电路将信号进行处理和编码后，将数据通过RS485传输到PC端的数据库。通讯电路的CPU和存储器，能够对采集到的铝电解槽数据进行编码和临时存储。PC端的SQLServers数据库通过串口与下位机的通讯板相连。本专利技术的数据传输采用针对铝电解采集的各项数据自行设计的通讯协议，下位机的数据发送程序采用事件控制、定时发送，接收程序采用事件中断的方式触发，这样能够最大程度减少系统负荷。通讯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冶金电解炉在线监测装置，包括信号采集电路、通讯电路、上位机，其特征在于，所述信号采集电路包括热电偶、温度采集模块、补偿模块、电源模块，所述上位机包括数据库模块、过热度计算模块，所述热电偶用于采集电解炉的电解槽内温度进行测量并获得电解槽内温度测量信号，温度采集模块用于控制热电偶的采集频率，补偿模块用于对电解槽内温度测量信号进行滤波和隔离，所述通讯电路用于将经过补偿模块处理的电解槽内温度测量信号编码后传输给数据库模块，数据库模块用于对接收到的电解槽内温度测量信号进行解码和校验后储存为数据，过热度计算模块用于从数据库模块中读取数据并根据嵌入算法计算过热度值。

【技术特征摘要】
1.一种冶金电解炉在线监测装置，包括信号采集电路、通讯电路、上位机，其特征在于，所述信号采集电路包括热电偶、温度采集模块、补偿模块、电源模块，所述上位机包括数据库模块、过热度计算模块，所述热电偶用于采集电解炉的电解槽内温度进行测量并获得电解槽内温度测量信号，温度采集模块用于控制热电偶的采集频率，补偿模块用于对电解槽内温度测量信号进行滤波和隔离，所述通讯电路用于将经过补偿模块处理的电解槽内温度测量信号编码后传输给数据库模块，数据库模块用于对接收到的电解槽内温度测量信号进行解码和校验后储存为数据，过热度计算模块用于从数据库模块中读取数据并根据嵌入算法计算过热度值。2.如权利要求1所述的冶金电解炉在线监测装置，其特征在于，所述补偿模块包括隔离变压器、滤波器，所述隔离变压器用于去除电网杂波，所述滤波器用于消除高频共模和差分噪声。3.如权利要求1所述的冶金电解炉在线监测装置，其特征在于，所述温度采集模块包括放大器、A/D转换器。4.如权利要求3所述的冶金电解炉在线监测装置，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔桂梅，王新春，吕东澔，李扬，杨培红，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15