韓雄南

(昆明冶金研究院,云南 昆明 650031)

1 引 言

電解工藝是濕法冶煉的主流程,電解槽極板在電解過程中容易發(fā)生短路現(xiàn)象,浪費了大量的電能,直接影響著電解產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和成本。需要判斷極板是否短路,目前采用人工檢測及移動式檢測儀器的方法,需要大量的人力物力,由于各個人的經(jīng)驗等因素使判別極板短路的效力不高,關(guān)鍵是不可能全面實時地對所有極板短路進行有效檢測。

根據(jù)操作經(jīng)驗及理論分析,極板短路時,兩極板間電流增大,使極板溫度顯著升高,通過對極板溫度的監(jiān)測來實現(xiàn)對極板短路的有效檢測。因此,系統(tǒng)采用了較為先進的數(shù)字化溫度傳感器,并通過一線總測溫傳感器和 RS 485總線作為通信協(xié)議的工業(yè)局域網(wǎng)信號傳到上位機進行全面的更為方便有效的巡檢監(jiān)測。

2 檢測傳感器

2.1 檢測傳感器的選擇

一個電解車間少則有幾千對電解極板,多則有上萬對。要檢測每對極板的溫度,就需要成千上萬的溫度傳感器,如果采用傳統(tǒng)的溫度傳感器,存在著成本高、重要的是體積大,無法實現(xiàn)在極板之間安裝。另外傳統(tǒng)的傳感器測出的信號是模擬信號,要把它送給上位機,還需經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換。這樣每一個點的成本平均增加上百元。所以電解極板的溫度檢測關(guān)鍵在于選擇測溫傳感器,既要體積小成本低,又要性能優(yōu)越。

圖1 傳感器安裝示意圖Fig.1 Sensor installation schematic diagram

采用美國 DALLAS公司生產(chǎn)的 DSI8B20數(shù)字溫度傳感器,如圖1所示,形狀與一個三極管相似(4.5 mm×4.8 mm),體積小安裝方便、成本低,由于采用 DALLAS公司特有的 “一線總線”技術(shù),即可聯(lián)網(wǎng),也可分散測量,并有較高的分辨率:0.0625℃;測量精度達: ±0.5℃;測量范圍: -55～+125℃。是能夠滿足電解極板短路時檢測的理想數(shù)字傳感器。

2.2 檢測傳感器的特點

采用一線總線技術(shù),所有的讀寫信號及電源的提供均可通過一條數(shù)據(jù)線來完成,而不需另外接線,每一個數(shù)字溫度傳感器在出廠時都有一個唯一的 ID編號,在編寫與上位機的通訊程序時不需要為每一個傳感器重新編號,上位機可自動識別。

DSI8B20數(shù)字化智能集成的傳感器,其特點是:①每個 DSI8B20都有一個 64位的固化存儲器。前 6位是一線總線編碼,接著的 48位是出廠時的系列號,最后 8位是 CRC效驗碼。CRC效驗碼可以由工程人員根據(jù)相應(yīng)的公式和前邊的數(shù)據(jù)計算得出,以此驗證數(shù)據(jù)讀取是否有效。②溫度傳感器 DSI8B20的獨特功能是集成片有一個能直接把測量的溫度信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號,并具有較高的分辨率和測量精度。③異常溫度上下限報警寄存器,測量的溫度先與它們比較,確定是否有效。當(dāng)測量的溫度高于寄存器 TH值或低于 TL值時,CRC效驗碼中的報警標(biāo)志位將被置位,效驗碼中的報警標(biāo)志位每次測量都會被更新。④DSI8B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)允許采用兩種供電方式。如圖1所示,一種是通過數(shù)據(jù)線供電,將傳感器的VCC管腳和 GND管腳接地。當(dāng)數(shù)據(jù)線出現(xiàn)高電位時,傳感器自動儲存所需的電能,直到下次再出現(xiàn)高電位,這種供電方式節(jié)省了布線數(shù)量,但會影響通訊的速度。另一種是通過傳感器的 VCC和GND管腳直接和另接電源相連,這樣數(shù)據(jù)線只用來傳遞數(shù)據(jù),通訊速度不受影響。

2.3 傳感器的安裝

在生產(chǎn)現(xiàn)場要進行傳感器安裝,既不能改變現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu),也不能影響正常生產(chǎn),同時,要安裝方便可靠。如圖1所示,為了使陽極板的溫度快速地傳遞給溫度傳感器,裝置采用導(dǎo)熱性較好的金屬材料做成,并做一定的防腐處理。將溫度傳感器放入導(dǎo)熱片中,再用導(dǎo)熱硅膠注入小孔內(nèi),以增加它的導(dǎo)熱性能。再把導(dǎo)熱片安裝在陽極板的銅棒放置的位置,讓它充分接觸,要保證極板溫度能很快傳遞到溫度傳感器上。

3 檢測及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

3.1 檢測數(shù)據(jù)的通訊

由于溫度傳感器DSI7B20特有的 “一線總線”技術(shù),實現(xiàn)了一條數(shù)據(jù)線進行雙向數(shù)據(jù)傳輸,最大限度的節(jié)省了通訊線的數(shù)量。另外,由于它是數(shù)字化溫度傳感器,其傳輸?shù)男盘栔苯泳褪菙?shù)字信號,不需要模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊,傳感器可以直接和上位機相連。但由于電解車間極板較多,需要大量的傳感器,為提高通訊速率,在傳感器與上位機之間加入一個采集轉(zhuǎn)換模塊,由它對各傳感器進行溫度采集并向上位機提供數(shù)據(jù)。

3.2 檢測數(shù)據(jù)的采集

采集模塊采用單 CPU結(jié)構(gòu),由它對傳感器進行自動巡檢,實時刷新數(shù)據(jù)緩沖區(qū),提高系統(tǒng)的采集速度。由于采用一線總線技術(shù),理論上就可以只用一根數(shù)據(jù)線把所有的傳感器連入采集模塊,但實際上,由于通訊距離,測量電纜導(dǎo)線電阻及電纜線的線間電容都會影響通訊的準(zhǔn)確性,所以采集模塊設(shè)有 8個信號輸入通道,把每根電纜上的傳感器數(shù)量降下來,一般每根通訊電纜上的傳感器數(shù)不超過64個,另外為了提高抗干擾和傳輸距離,采用 RS-485工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò),它具有較強的抗干擾能力和較遠(yuǎn)的傳輸距離,廣泛運用在工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)傳輸中。如圖2所示。

上位機向采集模塊讀數(shù)據(jù)時,為了獲得較高的通訊速度,采用 RS-232通訊端口。RS-232網(wǎng)絡(luò)和 RS-485網(wǎng)絡(luò)之間用轉(zhuǎn)換器進行連接,該轉(zhuǎn)換器除了有總線轉(zhuǎn)換功能外,還具有隔離作用。

圖2 系統(tǒng)電器原理圖Fig.2 Schematic diagram of system electrical equipment

3.3 軟件開發(fā)

上位機監(jiān)控軟件采用組態(tài)王工控軟件。組態(tài)王是工控軟件中開發(fā)較早,較為完整的軟件,其功能強,接口豐富,通過它的開發(fā)系統(tǒng)能方便地編寫運行畫面,方便直觀地對各參數(shù)進行實時監(jiān)控,并對異常數(shù)據(jù)進行報警處理和打印處理,并可編制歷史曲線圖,給管理人員提供歷史參考數(shù)據(jù)。

4 現(xiàn)場工業(yè)試驗

本項目在云南瀾滄鉛鋅礦電解車間對兩個電解槽,64對陰陽極板,在陰極板安裝了檢測系統(tǒng),系統(tǒng)調(diào)試正常進行。在為期 1月的實驗后,獲取系統(tǒng)采溫度數(shù)據(jù) (數(shù)據(jù)太多不便全部列出)。我們只把系統(tǒng)采溫度中當(dāng)極板短路時溫度變化及處理過程的數(shù)據(jù)見表1所示。

表1 極板短路時溫度變化表Tab.1 Temperature variation list of plate short circuit

整個系統(tǒng)能快速準(zhǔn)確地反應(yīng)極板短路時工作狀態(tài),并在上位機上即時報警顯示。

5 結(jié) 語

實驗結(jié)果表明,檢測系統(tǒng)能較好地完成對各個極板溫度變化的巡察、檢測,能快速、靈敏地對極板短路初期及變化過程準(zhǔn)確地反映。檢測極板短路溫度比直接測量極板短路電流等其它方法更方便有效。由于采用了DSI8B20數(shù)字溫度傳感器和 485工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)降低系統(tǒng)成本,實現(xiàn)了系統(tǒng)優(yōu)化?？傊到y(tǒng)從理論上和實際應(yīng)用研究上都有效可行,實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化及推廣應(yīng)用大有前景。

注:該課題審報后,已認(rèn)定為云南省科技攻關(guān)項目。

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