專利名稱：電解液溫度軟測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電解液溫度軟測量系統(tǒng)，是金屬冶煉行業(yè)電解生產(chǎn)中的溫度軟測量技術(shù)。
背景技術(shù)：
我國金屬冶煉行業(yè)電解生產(chǎn)過程自動(dòng)化裝備水平普遍較低，基本停留在離線分析、手工調(diào)整、經(jīng)驗(yàn)控制的水平，目前，有色金屬在電解銅時(shí)，用硫酸銅做電解質(zhì)，它是高溫、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，給溫度測量帶來很大困難。而溫度在電解銅過程中對銅的質(zhì)量和耗能影響很大，且自動(dòng)控制系統(tǒng)也要求實(shí)時(shí)在線測量，而在線連續(xù)測溫等問題未能在實(shí)踐中得到推廣應(yīng)用。 目前，有色金屬電解是濕法冶煉中的重要一環(huán)，用硫酸銅做電解質(zhì)，純銅做的始極片為陰極，品位在99%以上的銅板為陽極，通過相當(dāng)密度的高精度穩(wěn)定直流電流，在大電流的作用下，銅離子將在陰極析出，即成為電解銅。溫度在電解銅過程中對銅的質(zhì)量有很大影響，所以溫度測量和自動(dòng)控制是很重要的，金屬電解必將耗用大量的電能，但溫度控制對電能的耗用有很大影響。由于銅電解質(zhì)硫酸銅是高溫、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，給溫度測量帶來很大困難。國內(nèi)外研究人員對如何在線獲取電解質(zhì)溫度信號進(jìn)行了大量的研究工作，主要是利用熱電偶來實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)溫度測量。有些方法強(qiáng)調(diào)熱電偶不與介質(zhì)接觸，避免腐蝕；有些方法強(qiáng)調(diào)對熱電偶進(jìn)行保護(hù)，從而研制了各種各樣的保護(hù)套；有些方法采用間歇式測溫方式。但無論哪種方法，都因誤差太大、操作過程長、需要人工介入、數(shù)據(jù)測量滯后性大或不能在線連續(xù)測溫等問題未能在實(shí)踐中得到推廣應(yīng)用。目前在國內(nèi)電解液溫度采用離線分析測量，需人工測量。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種電解液溫度軟測量系統(tǒng)，本實(shí)用新型以槽外測量溫度與輔助變量為依據(jù)，通過計(jì)算機(jī)的軟測量程序運(yùn)算能實(shí)現(xiàn)電解液溫度的在線測量，本技術(shù)測量誤差小，省時(shí)省力迅速。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種電解液溫度軟測量系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)由信號采集模塊、信號處理模塊、液晶顯示器、主機(jī)模塊、鍵盤和電源模塊組成，其中信號處理模塊通過接口信號線分別與信號采集模塊、主機(jī)模塊、液晶顯示器連接，主機(jī)模塊與鍵盤連接；所述的信號采集模塊由裝在電解槽外壁的溫度傳感器、前置處理電路模塊組成，信號處理模塊包括數(shù)字信號處理器DSP、可編程序邏輯器件CPLD、A/D轉(zhuǎn)換器和存儲器。利用本軟測量系統(tǒng)，進(jìn)行電解液溫度軟測量的方法包括以下步驟I、啟動(dòng)系統(tǒng),通過鍵盤輸入命令運(yùn)行電解液溫度軟測量系統(tǒng)；2、當(dāng)主機(jī)檢測到輸入的運(yùn)行命令后，以中斷方式發(fā)送給信號處理模塊DSP，主機(jī)與信號處理模塊之間的通信是通過中斷來完成的；[0010]3、信號處理模塊在接收到主機(jī)的中斷請求時(shí)，立刻調(diào)用數(shù)據(jù)采集程序，通過A/D轉(zhuǎn)換器接口接收裝在電解槽外壁并經(jīng)前置處理的溫度傳感器信號；4、數(shù)據(jù)采集完成后，信號處理模塊調(diào)用溫度軟測量程序，對存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理；溫度軟測量程序中存有槽材料傳熱系數(shù)、電解液體傳熱系數(shù)等輔助變量數(shù)據(jù)，存有銅電解液溫度軟測量模型的程序，通過軟測量程序運(yùn)算，獲得銅電解液溫度的估計(jì)值；5、數(shù)據(jù)處理完畢，信號處理模塊獲得了電解液溫度在線測量值，然后在液晶顯示器顯示處理后的結(jié)果并由后續(xù)控制器PLC傳至上位機(jī)供后續(xù)使用。溫度在電解銅生產(chǎn)中是一個(gè)重要的參數(shù)，它能直接反映電解槽的工作狀況，需要實(shí)時(shí)檢測和控制，但由于電解銅的主體設(shè)備銅電解槽內(nèi)溫度高，腐蝕性強(qiáng)，表面又有一層固化的氧化銅層覆蓋，參數(shù)無法通過傳感器進(jìn)行直接實(shí)時(shí)檢測，本技術(shù)以傳感器采集的數(shù)據(jù)和輔助變量數(shù)據(jù)為依據(jù)，用軟測量技術(shù)，建立軟測量模型，通過計(jì)算機(jī)編寫程序運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)了電解液溫度的在線測量。本技術(shù)測量誤差小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速，經(jīng)濟(jì)可靠。

圖I是本實(shí)用新型電解液溫度軟測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
電解液溫度軟測量系統(tǒng)，由信號采集模塊、信號處理模塊、液晶顯示器、主機(jī)模塊、鍵盤和電源模塊組成，其中信號處理模塊通過接口信號線分別與信號采集模塊、主機(jī)模塊、液晶顯示器連接，主機(jī)模塊與鍵盤連接；所述的信號采集模塊由裝在電解槽外壁的溫度傳感器和前置處理電路模塊組成，即傳感器采得電解槽外溫度信號，進(jìn)行模擬放大、濾波和電平抬高等前置處理，作用是為系統(tǒng)提供測量溫度的數(shù)據(jù)，以備信號處理模塊處理。信號處理模塊包括數(shù)字信號處理器DSP、可編程序邏輯器件CPLD、A/D轉(zhuǎn)換器和存儲器，信號處理模塊的作用是數(shù)據(jù)組織、字模管理，調(diào)用溫度軟測程序，根據(jù)溫度傳感器采集的數(shù)據(jù)和存儲在信號處理模塊中的輔助變量數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、計(jì)算、處理，取得電解液溫度在線測量值并顯示。其中數(shù)字信號處理器DSP采用TI公司的TMS320VC5409處理器，該DSP內(nèi)核采用增強(qiáng)型哈佛結(jié)構(gòu)，內(nèi)核電壓1.8￥，1/0口電壓是3.3￥，支持23位地址線，片外16位數(shù)據(jù)線以及8位HPI數(shù)據(jù)線，32K RAM和16K ROM片上存儲資源可為用戶提供充足的程序空間和數(shù)據(jù)空間。用DSP進(jìn)行數(shù)字信號處理特別是實(shí)時(shí)信號處理已成為當(dāng)今和未來技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。CPLD是可編程邏輯器件，型號為EPM7128LC84-15N，CPLD主要為外圍電路提供地址譯碼、芯片選通以及存儲器空間分配編程功能。采用可編程邏輯器件CPLD方便了接口電路設(shè)計(jì)，同時(shí)可方便的對系統(tǒng)功能進(jìn)行擴(kuò)展。存儲器采用一片型號為SST39VF800A的FLASH和一片型號為S61LV6416的SRAM。通過對CPLD編程將FLASH和SRAM映射到數(shù)據(jù)空間和程序空間，這樣DSP可訪問的物理存儲的數(shù)據(jù)空間和程序空間大大增加，可滿足在進(jìn)行運(yùn)算所需的存儲空間和程序加載所需的空間。主機(jī)模塊包括單片機(jī)及其接口電路，用于控制信號處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。電源模塊為系統(tǒng)各部件提供電源。采用在電解槽外緊貼鉬熱電阻薄膜來測量電解槽外溫度，作為電解液內(nèi)部溫度軟測量的輸入，同時(shí)再根據(jù)槽材料、電解液的傳熱系數(shù)，實(shí)現(xiàn)電解液溫度在線估計(jì)，并作為電解液溫度預(yù)測控制的基礎(chǔ)，[0018]溫度軟測量原理是用軟測量技術(shù)建立的電解液溫度軟測量數(shù)學(xué)模型，編成程序存入數(shù)字信號處理器DSP中，將電解槽材料、電解液的傳熱系數(shù)輔助輸入變量也一并存入DSP程序中，采用在電解槽外緊貼鉬熱電阻薄膜來測量電解槽外溫度，作為電解液內(nèi)部溫度軟測量的輸入數(shù)據(jù)，通過信號處理模塊分析、計(jì)算、處理，由此獲得銅電解液溫度在線測量值并顯示出來。電解液溫度軟測量是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，該軟測量方法包括以下步驟I、啟動(dòng)系統(tǒng),通過鍵盤輸入命令運(yùn)行電解液溫度軟測量系統(tǒng)；2、當(dāng)主機(jī)檢測到輸入的運(yùn)行命令后，以中斷方式發(fā)送給數(shù)字信號處理模塊DSP，主機(jī)與信號處理模塊之間的通信是通過中斷來完成的；3、信號處理模塊在接收到主機(jī)的中斷請求時(shí)，立刻調(diào)用數(shù)據(jù)采集程序，通過A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器接口接收裝在電解槽外壁并經(jīng)前置處理的溫度傳感器信號；4、數(shù)據(jù)采集完成后，信號處理模塊調(diào)用溫度軟測量程序，對存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，溫度軟測量程序中存有槽材料傳熱系數(shù)、電解液傳熱系數(shù)等輔助變量數(shù)據(jù)，存有通過基于SVR支持向量回歸(Support Vector Regression簡稱SVR)銅電解液溫度軟測量模型的程序，通過軟測量程序運(yùn)算，獲得銅電解液溫度的估計(jì)值；5、數(shù)據(jù)處理完畢，信號處理模塊獲得了電解液溫度在線測量值，然后在液晶顯示器上顯示處理后的結(jié)果，并由后續(xù)控制器PLC傳至上位機(jī)供后續(xù)使用。
權(quán)利要求1.一種電解液溫度軟測量系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)由信號采集模塊、信號處理模塊、液晶顯示器、主機(jī)模塊、鍵盤和電源模塊組成，其中信號處理模塊通過接口信號線分別與信號采集模塊、主機(jī)模塊、液晶顯示器連接，主機(jī)模塊與鍵盤連接，所述 的信號采集模塊由裝在電解槽外壁的溫度傳感器、前置處理電路模塊組成，信號處理模塊包括數(shù)字信號處理器DSP、可編程序邏輯器件CPLD、A/D轉(zhuǎn)換器和存儲器。
專利摘要電解液溫度軟測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)由信號采集模塊、信號處理模塊、液晶顯示器、主機(jī)模塊、鍵盤和電源模塊組成，其中信號處理模塊通過接口信號線分別與信號采集模塊、主機(jī)模塊、液晶顯示器連接，主機(jī)模塊與鍵盤連接；所述的信號采集模塊由裝在電解槽外壁的溫度傳感器、前置處理電路組成，信號處理模塊包括數(shù)字信號處理器、可編程序邏輯器件、A/D轉(zhuǎn)換器和存儲器，電源模塊與系統(tǒng)各部件連接提供電源。本系統(tǒng)以槽外測量溫度與輔助變量為依數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)的軟測量程序運(yùn)算能實(shí)現(xiàn)電解液溫度的在線測量，本技術(shù)測量誤差小，省時(shí)省力迅速。本技術(shù)在金屬冶煉行業(yè)中用于測量電解液溫度。
文檔編號G05B19/05GK202648817SQ201220248099
公開日2013年1月2日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者宋艷霞, 白晶 申請人:北華大學(xué), 吉林市自動(dòng)化技術(shù)研究中心, 白晶, 宋艷霞