一種智能槽控機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種自動(dòng)控制領(lǐng)域，具體為一種智能槽控機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]槽控機(jī)是鋁電解槽自控系統(tǒng)的主體部分。由于鋁電解是連續(xù)進(jìn)行的，鋁電解的車間環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)的條件相對(duì)惡劣得多，因此，鋁電解控制系統(tǒng)必定是具備實(shí)時(shí)控制功能的高可靠性系統(tǒng)，并且作為控制系統(tǒng)的核心部件——槽控機(jī)，理所當(dāng)然地應(yīng)能適應(yīng)特殊應(yīng)用場(chǎng)合的環(huán)境要求。
[0003]另外，槽控機(jī)控制軟件必須滿足電解槽控制的要求，其主要功能是實(shí)時(shí)采集槽電壓和系列電流等現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)及各種手動(dòng)操作命令，包括槽溫、打殼反饋、下料反饋；根據(jù)電解槽的實(shí)際生產(chǎn)狀況，控制電解槽的陽(yáng)極移動(dòng)和氧化鋁和氟化鹽的下料；實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制電解槽的能量平衡與物料平衡；并配合上位機(jī)實(shí)現(xiàn)智能控制系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)修改，使電解生產(chǎn)保持在高效平穩(wěn)的狀態(tài)。所以槽控機(jī)硬件與軟件要統(tǒng)一考慮，硬件在滿足使用方便、可靠地基礎(chǔ)上，盡可能地實(shí)現(xiàn)軟件模塊的多種需求。
[0004]然而，現(xiàn)有的鋁電解槽自焙槽生產(chǎn)系列上使用的自控系統(tǒng)普遍為“大板結(jié)構(gòu)”槽控機(jī)，是將控制系統(tǒng)的主體控制電路集成在一塊“大板”上，并與其它的面板電路、輸出電路等電路板連接在一起，構(gòu)成控制系統(tǒng)的硬件電路，并將軟件功能固化在硬件系統(tǒng)的ROM上的鋁電解槽自控系統(tǒng)。因其非標(biāo)的硬件結(jié)構(gòu)和較弱的軟件二次開(kāi)發(fā)功能，已不能滿足現(xiàn)代鋁電解工藝對(duì)自控技術(shù)要求精細(xì)化控制的需求。另外，“大板結(jié)構(gòu)”槽控機(jī)系統(tǒng)，軟件普遍采用C、VC、或匯編語(yǔ)言軟件編程，在PC上運(yùn)行實(shí)時(shí)控制算法，編程工作量大、可靠性低、風(fēng)險(xiǎn)大。使用企業(yè)如需二次開(kāi)發(fā)，一是需生產(chǎn)廠家開(kāi)放原有的編程源代碼，二是軟件編程需具有相對(duì)應(yīng)軟件的編程人員才可能修改，同時(shí)還需同步開(kāi)發(fā)上位機(jī)對(duì)應(yīng)的通訊應(yīng)用程序，軟件二次開(kāi)發(fā)的難度較大。
[0005]同時(shí)硬件上由于未按工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)PLC系統(tǒng)生產(chǎn)，致使硬件接口、通訊等差異較大，與其它系統(tǒng)對(duì)接的技術(shù)要求較高，且硬件故障率相對(duì)較高。如中國(guó)專利202369664U公開(kāi)的“一種分布式鋁電解槽控制機(jī)”；中國(guó)專利2787682公開(kāi)了 “鋁電解槽控機(jī)的邏輯控制電路板結(jié)構(gòu)”都存在以上問(wèn)題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題:提出一種可靠性、可擴(kuò)展性和兼容性都很好的一種智能槽控機(jī)。
[0007]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為:一種智能槽控機(jī)，包括CPU芯片、顯示觸摸屏、電源電路、復(fù)位電路、兩個(gè)PLD接口芯片、AD采集電路、DA輸出電路、開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口電路、輸入輸出保護(hù)電路、輸入輸出隔離電路，所述顯示觸摸屏、電源電路、復(fù)位電路、兩個(gè)PLD接口芯片均與CPU芯片連接，所述AD采集電路、DA輸出電路、開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口電路均與PLD接口芯片連接，且AD采集電路、DA輸出電路均串接有輸入輸出保護(hù)電路，所述開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口電路，輸入輸出保護(hù)電路均與輸入輸出隔離電路連接。
[0008]根據(jù)上述方案可以看出本實(shí)用具有如下優(yōu)點(diǎn):本實(shí)用新型通過(guò)在原有“大板結(jié)構(gòu)”槽控機(jī)基礎(chǔ)上將硬件和軟件按PLC架構(gòu)進(jìn)行制造和配置，硬件上安全按照工業(yè)用PLC (可編程控制器)的標(biāo)準(zhǔn)制造，軟件上將PLC的編程環(huán)境嵌入到槽控機(jī)的系統(tǒng)之中，并將電解槽控制的專用模塊作為子程序固化寫入，而開(kāi)發(fā)的全新鋁電解槽用控制系統(tǒng)。由于采用PLC標(biāo)準(zhǔn)制作，硬件的電氣性能、通訊接口、以及軟件編程等全部標(biāo)準(zhǔn)化，完全為PLC體系，硬件上可按標(biāo)準(zhǔn)PLC與系統(tǒng)相連接，軟件上可連接標(biāo)準(zhǔn)的“組態(tài)軟件”，如AB、西門子、組態(tài)王、以及觸摸屏等。本系統(tǒng)編程可使用標(biāo)準(zhǔn)的梯形圖、功能塊、及語(yǔ)句的編程方式。硬件上大大提高了集成度，軟件上編程簡(jiǎn)單方便、運(yùn)算功能更強(qiáng)大，軟件編程無(wú)需了解已有的編程模塊細(xì)節(jié)，只是在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上增加新的軟件功能即可。與“大板結(jié)構(gòu)”槽控機(jī)相比，在提高硬件和軟件質(zhì)量方面作了更精心的設(shè)計(jì)。硬件為標(biāo)準(zhǔn)化的工業(yè)可編程控制器，與第三方系統(tǒng)接口容易，二次開(kāi)發(fā)相對(duì)方便，硬件在針對(duì)電解槽控制需求作了專門設(shè)計(jì)，不但滿足電解車間特有的強(qiáng)磁場(chǎng)，粉塵大的使用需求，輸入輸出也作了特別的處理，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高；軟件則嵌入了 PLC的編程方式，更嵌入了專用的控制模塊和先進(jìn)控制算法，自動(dòng)化程度更高，控制系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā)更方便、實(shí)用，既滿足了電解槽控制系統(tǒng)作為獨(dú)立系統(tǒng)控制的功能要求，有解決了作為分散集控系統(tǒng)使用“管控一體化”需求，硬件質(zhì)量為電解槽控制體系提供了保證。
[0009]具有以下主要技術(shù)特點(diǎn)和有益效果:
[0010](I)標(biāo)準(zhǔn)PLC體系:采用標(biāo)準(zhǔn)PLC軟件和硬件體系，支持標(biāo)準(zhǔn)的RS232、RS485和CANBUS通訊，支持O — 10VDC和4 一 20mADC標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)接入，支持標(biāo)準(zhǔn)的梯形圖和組態(tài)化編程方式；編程效率提高30%以上。
[0011](2)可靠性高:嵌入式PLC軟件平臺(tái)成熟、穩(wěn)定、可靠。硬件為標(biāo)準(zhǔn)PLC結(jié)構(gòu)，滿足CE標(biāo)準(zhǔn)，防干擾能力強(qiáng)、可靠性高、故障率低，為免維護(hù)設(shè)計(jì)；平均故障停機(jī)檢修率低于0.02次/臺(tái).年，僅為“大板式”槽控機(jī)平均故障率的1%左右。
[0012](3)在線編程:嵌入式PLC采用梯形圖、功能塊和語(yǔ)言編程，能在線編程和下載程序，可方便響應(yīng)用戶提出工藝改進(jìn)、生產(chǎn)試驗(yàn)的特殊要求，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化控制。
[0013](3)真正分布式控制:能通過(guò)觸摸屏現(xiàn)場(chǎng)修改控制參數(shù)(需有相應(yīng)權(quán)限);能顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息、故障信息等并能現(xiàn)場(chǎng)查詢電壓、電流等相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)和歷史曲線；脫離上位機(jī)時(shí)仍能選擇和切換控制策略與參數(shù)，并可安全獨(dú)立運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)真正的分布式控制。
[0014](4)人性化設(shè)計(jì):采用圖形化的顯示方式，直觀明了。人機(jī)界面顯示更加智能化，操作人員不需死記硬背復(fù)雜的組合按鍵含義和故障碼信息即可操作；顯示內(nèi)容可自動(dòng)跟隨槽況，不需人工干預(yù)可直接顯示當(dāng)前槽況的相關(guān)參數(shù)。可自動(dòng)顯示效應(yīng)時(shí)、和特殊工藝操作時(shí)的系統(tǒng)主要參數(shù)和狀態(tài)。
[0015](5)完善的保護(hù)功能:軟件保護(hù)、硬件邏輯保護(hù)和硬件動(dòng)力回路保護(hù)組成三級(jí)保護(hù)體系，有限時(shí)、限幅、限位和防硬件故障等多種保護(hù)方式。操作界面進(jìn)行防誤操作設(shè)計(jì)，安全性提聞;
[0016](6)開(kāi)放式系統(tǒng):方便接入第三方槽控輔助系統(tǒng)，如陽(yáng)極導(dǎo)桿電流分布傳感器、槽殼溫度測(cè)量傳感器、爐底壓降測(cè)量傳感器、母線接地報(bào)警系統(tǒng)、天車出鋁系統(tǒng)等用于輔助槽況測(cè)量、分析系統(tǒng)。方便與管控一體化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。
[0017]PLC以其高可靠性，在解決好了邏輯控制的同時(shí)，加強(qiáng)過(guò)程控制的功能，并增加了大量的先進(jìn)控制模塊，其應(yīng)用范圍向上擠占DCS的市場(chǎng)，向下覆蓋了部分嵌入式單片機(jī)應(yīng)用市場(chǎng)。PLC的現(xiàn)場(chǎng)總線功能、支持人機(jī)界面及易學(xué)易用的梯形圖語(yǔ)言，讓工廠電工都易于接受。但由于通用PLC中沒(méi)有任何可使用的“槽控模塊”，槽控軟件系統(tǒng)必須全新開(kāi)發(fā)，由于槽控機(jī)是一個(gè)與工藝結(jié)合非常強(qiáng)的控制系統(tǒng)，通用PLC同樣難以勝任。
[0018]作為優(yōu)選，CPU為嵌入式CPU。
[0019]作為優(yōu)選，所述智能槽控機(jī)還包括以太網(wǎng)接口、CAN BUS接口、RS485和RS232接口，所述以太網(wǎng)接口、CAN BUS接口、RS485和RS232接口與系統(tǒng)接口芯片連接，均可PLC編程控制。
[0020]作為優(yōu)選，使用了觸摸屏代替了傳統(tǒng)的參數(shù)顯示和顯示切換、以及增加的控制操作。
[0021]作為優(yōu)選，使用了