铝电解槽控机阳极升降安全保护浅析

【摘 要】本文主要对铝电解槽控机阳极升降安全保护性能方面的问题展开了讨论，对一些主要保护措施的工作原理进行了分析，希望能够对铝电解槽控机的阳极安全保护方面给予一定的启示和帮助。

【关键词】槽控机；阳极升降；过压保护

1 背景

槽控机是铝电解计算机控制系统的重要组成设备，是铝电解现场控制的直接设备。作为控制的直接级，槽控机主要负责物料平衡和热平衡控制，以及现场各种数据的采集。热平衡的控制是通过阳极升降控制来控制电解槽的极距来实现的，通过阳极升降改变极距从而使得槽电压升高或降低，以相应的使电解槽的热收入增加或者减少。

2 槽控机阳极升降安全保护分析

槽控机调整极距通常采用人工手动调整和程序自动控制两种方式，无论哪种调整方式都应该能够通过一定的检测方式来获得阳极升降过程中的实时信息，以根据实时信息来分析和判断调整的合理性，并具有足够的安全保护措施，防止阳极升降发生失控，造成生产事故，产生巨大损失。以下从软件和硬件两个方面来进行分析：

2.1 软件保护

软件保护主要是通过软件控制参数设置来实现，自控状态下每次阳极升降最大动作时间为4秒，以防止一次升降过量，此参数可以根据需要进行调节。其次是槽电压过欠压保护，即槽电压超过设定最高电压值时不自动进行阳极升操作，槽电压超过设定电压最低值时不自动进行阳极降操作。

2.2 硬件保护

硬件保护包括操作板信号互锁保护、信号检测板硬件定时器保护、操作板硬件定时器保护、交流口检测保护、交流接触器互锁保护、交流接触器粘连未合检测保护、过欠压保护。

操作板信号互锁保护，PB1输出高电平时，经过达林顿驱动器2004变为变为低电平，阳极升信号通路导通，固态继电器导通，阳极升交流接触器吸合。同时又将PB1的信号通过二极管引到PB2所连接反相器输出端，此时若PB2也输出高电平，由于PB1信号的引入，使得反相器两端电压钳位在0.7左右，PB2信号无法通过反相器变为低电平，阳降信号通路被阻断，避免了升降信号同时作用，造成相间短路。

检测板定时器保护主要用于纯手动时阳极的操作时间，以保证母线处于合理位置，避免对母线的损伤。其原理是交流接触器的检测信号通过ADJ、R15、R20充电，NE555开始计时，计时到15秒以后（时间可以根据实际情况调节），3脚输出的高电压变为低电压，检测板固态继电器信号源中断，从而使得AC220V电源被切断，交流接触器线圈失电，阳极动作停止，完成保护功能。

操作板硬件定时器保护：C3、R15、R14、ADJ1组成一个RC振荡器，当阳极升降发生时，主交流接触器的检测信号JACK ON通过光耦合电路输出一个高电平，经过2004反相器变为低电平，4060的RST端得到低电平信号计数器开始工作。定时长短由跳线选定，当跳线接Q8的情况下定时为2.5秒，接Q9为5秒，接Q10为10秒。

升降超时：当主交流接触接的闭合时间超过定时器脉冲的的预订数量时，定时器就变为超时状态。超时信号分为四路：第一路使U4的3脚变为高电平，14脚变为低电平，使得4060的12脚一直处于低电平，计数器的状态不会因P12信号而变化，4060输出一直保持在高电平。第二路点亮超时灯L17。第三路通过U4反相器后，使得阳极升降公共信号的固态继电器被关断，阳极升降的三个固态继电器输入的AC220V无电。第四路作为定时器状态信号输入813F的PB3口，CPU一旦检测到超时信号，将停止阳极升降信号输出，直到定时器复位操作以后，才允许升降。

升降未超时：当升降结束时，定时器未超时，U4的16脚恢复高电平，4060的12脚随之变高，定时器清零，振荡器无效。可以再次升降，再次升降时，计数器重新开始计时。

定时器复位：人工操作复位时，CPU发出一个复位信号，使813F的PB4输出一个高电平，经过两个反相器送入4060的12脚，使4060计数器清零。定时器复位是经过人工操作触摸开关，主显板检测到定时器复位开关被触摸，然后通过内部CAN总线将定时器复位信号发送给操作板，由操作板CPU输出复位信号。

交流口检测：交流口的作用是防止程序走错以后的误操作。在程序正常运行时，升降过程中CPU通过813F输出10kHz方波，经过整流滤波后，经过74HC04反相器使得P沟道MOS管的G变低，漏源间导通，触发升降的固态继电器电源被接通，升降得以进行。加入程序走乱，10kHz方波消失，MOS管被关断，控制升降的电源被切断，升降被禁止。

交流接接触器互锁保护主要是防止错误的升降信号使得升降同时，造成相间短路而设计的，通过交流接触器的常开常闭触点来实现。将阳极升控制线路通过4km（阳极降接触器）常闭触点，阳极降控制线路通过3km（阳极升接触器）常闭触点，当阳极升发生时常闭触点断开，阻断了4km的控制线路；当阳极降发生时常闭触点断开，阻断了3km的控制线路。

交流接触器粘连未合检测主要是判断接触器动作是否正常。当升降结束时检测接触器是否已经释放，以防止升降不止的现象发生，防止重大事故发生。当升降进行时检测接触器是否吸合正常，以保证阳极控制有效进行。

过欠压保护：过欠压保护组要是针对当前电解槽普遍运行在低电压情况下，电压控制很敏感而设计的，其工作原理是槽电压输入两个电压比较器进行电压比较。一个电压比较器通过电阻和电位器设置比较电压为4.8V（可以根据需要调节电位器改变），当槽电压高于4.8V时比较器输出低电压，使光耦导通来控制继电器，继电器使最终进入交流接触器AC220V阳极升电源被切断。另一个电压比较器通过电阻和电位器设置比较电压为3.2V（可以根据需要调节电位器改变），当槽电压低于3.2V时比较器输出低电压，使光耦导通来控制继电器，继电器使最终进入交流接触器AC220V阳极降电源被切断。从上面的可惜可以看出，只要电压高于4.8V阳极升被禁止，电压低于3.2V时阳极降被禁止，避免了误操作导致拔槽或者坐槽的事故发生。

3 结束语

本文分析了几种主要的阳极升降安全保护策略，通过这些措施使得阳极升降的安全性极大提高。但是铝电解厂房环境恶劣，干扰信号较多，如何保证这些安全措施执行的可靠性，需要在选择器件的可靠性方面和电路设计抗干扰能力方面多做努力，大幅提高控制的可靠性，为电解生产的安全平稳运行提供有力保障。

【参考文献】

[1]湖南中大业翔科技下位机维护手册[Z].2009.

[2]阎石.数字电子技术基础[M].5版，2005.