阅读说明：本技术 一种铝电解自适应打壳控制方法及控制系统 (Aluminum electrolysis self-adaptive crust breaking control method and control system ) 是由 王振伟 郭金伟 王德全 李超凯 姜涛 王亚超 李金超 刘荟鑫 吴宏图 于 2020-01-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及电解铝智能打壳技术领域,具体涉及一种铝电解自适应打壳控制方法及控制系统。该控制方法包括以下步骤：采集打壳感应电压和打壳排气压力；所述打壳感应电压是打壳锤头与槽底阴极母线之间形成的电压降；所述打壳排气压力是打壳气缸排气口的压力；根据所述打壳感应电压和打壳排气压力生成实时特征值数组,将所述实时特征值数组与历史特征值数组库进行对比分析,判断所述打壳锤头和下料火眼的形态特征、以及所述打壳气缸的绝缘状态；根据判断结果自适应调节所述打壳气缸的打壳深度和打壳频次,以实现自适应打壳,进而有效解决锤头粘包问题。(The invention relates to the technical field of electrolytic aluminum intelligent crust breaking, in particular to an aluminum electrolysis self-adaptive crust breaking control method and a control system. The control method comprises the following steps: collecting crust breaking induction voltage and crust breaking exhaust pressure; the crust breaking induction voltage is the voltage drop formed between the crust breaking hammer head and the cathode bus at the bottom of the tank; the crust breaking exhaust pressure is the pressure of the exhaust port of the crust breaking cylinder; generating a real-time characteristic value array according to the crust breaking induction voltage and the crust breaking exhaust pressure, comparing and analyzing the real-time characteristic value array and a historical characteristic value array library, and judging morphological characteristics of the crust breaking hammer head and the blanking fire hole and the insulation state of the crust breaking cylinder; and adjusting the crust breaking depth and the crust breaking frequency of the crust breaking cylinder in a self-adaptive manner according to the judgment result so as to realize self-adaptive crust breaking and further effectively solve the problem that the hammer head is stuck to the crust.)

一种铝电解自适应打壳控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及电解铝智能打壳技术领域，具体涉及一种铝电解自适应打壳控制方法及控制系统。

背景技术

电解车间打壳下料是电解生产的一个极为关键的环节，只有下料点通畅才能充分执行槽控机的物料平衡策略。原槽控打壳系统无打壳下料反馈，无论下料火眼通堵，都是按照下料周期进行打壳；在下料火眼不畅甚至堵实时，不能自动连续打壳以打通下料点，这样导致积料越来越多，最终导致堵死后卡住锤头；并且在下料点堵住后也不能准确报警；另外每次打壳气缸达最大行程，打壳锤头每次到电解质所及最深处，造成打壳锤头粘连电解质逐次增多，连续多个下料周期后打壳锤头粘一个大包，导致氧化铝物料不能完整下入电解质内，甚至堵死下料点或卡住锤头；另外气缸不绝缘会导致电火花，对相关设备和检修人员造成危害。

专利号为CN201510609979.7的专利提供了一种电解铝打壳控制方法，智能控制柜根据接受的电解质电压反馈信号和排气气压反馈信号，将电压反馈信号与预设的电压阈值、气压反馈信号与预设的气压阈值，进行相应的比较，在超出相应阈值时，增加打壳次数。

发明人在实践中，发现上述现有技术存在以下缺陷：

上述方案虽能在电压和气压反馈信号超出阈值时，控制打壳气缸增加打壳次数，但是并不能解决锤头粘包问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种铝电解自适应打壳控制方法及控制系统，其所采用的的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种铝电解自适应打壳控制方法，该控制方法包括以下步骤：

采集打壳感应电压和打壳排气压力；所述打壳感应电压是打壳锤头与槽底阴极母线之间形成的电压降；所述打壳排气压力是打壳气缸排气口的压力；

根据所述打壳感应电压和打壳排气压力生成实时特征值数组，将所述实时特征值数组与历史特征值数组库进行对比分析，判断所述打壳锤头和下料火眼的形态特征、以及所述打壳气缸的绝缘状态；

根据判断结果自适应调节所述打壳气缸的打壳深度和打壳频次，以实现自适应打壳。

进一步，该控制方法还包括在所述判断结果为所述打壳锤头卡入所述下料火眼、所述下料火眼堵塞或者所述打壳气缸不绝缘时，进行报警。

进一步，所述打壳锤头的形态特征包括所述打壳锤头的长度特征以及所述打壳锤头的直径特征。

进一步，所述下料火眼的形态特征包括所述下料火眼的宽窄特征。

第二方面，本发明另一个实施例提供了一种铝电解自适应打壳控制系统，该系统包括：

数据采集单元，用于分别采集打壳感应电压和打壳排气压力；所述打壳感应电压是打壳锤头与槽底阴极母线之间形成的电压降；所述打壳排气压力是打壳气缸排气口的压力；

控制器，与所述数据采集单元连接，用于根据所述数据采集单元发送的所述打壳感应电压和打壳排气压力生成实时特征值数组，将所述实时特征值数组与历史特征值数组库进行对比，判断所述打壳锤头和下料火眼的形态特征、以及所述打壳气缸的绝缘状态；根据判断结果自适应调节所述打壳气缸的打壳深度和打壳频次；

打壳执行单元，与所述控制器连接，用于根据所述控制器的控制命令，控制所述打壳气缸执行相应的动作。

进一步，该控制系统还包括在判断结果为所述打壳锤头卡入所述下料火眼、所述下料火眼堵塞或者所述打壳气缸不绝缘时，进行报警的报警单元。

进一步，该控制系统还包括与所述控制器连接的人机交互界面。

进一步，所述数据采集单元包括与所述控制器连接的用于采集打壳排气压力的压力传感器。

进一步，所述数据采集单元包括与所述控制器连接的用于采集打壳感应电压的电压采集单元，所述电压采集单元包括与所述槽底阴极母线连接的负极、与所述打壳锤头连接的正极、接收所述正极和所述负极的电信号的电压变送器，所述电压变送器与所述控制器连接。

进一步，所述电压变送器与所述控制器之间跨接有第一输入采集模块。

本发明具有如下有益效果：

本发明所提供的一种铝电解自适应打壳控制方法，通过采集的实时特征值数组与历史特征值数组库进行对比，判断出当前打壳锤头形态特征及下料火眼形态特征，以自适应调节单点打壳深度和打壳频次，实现自适应智能打壳控制功能，进而有效解决锤头粘包问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明一个实施例提供的一种铝电解自适应打壳控制方法流程图；

图2为本发明一个实施例提供的一种铝电解自适应打壳控制系统的结构框图；

图3为本发明另一个实施例提供的一种铝电解自适应打壳控制系统的结构框图。

图中：100-控制器、200-数据采集单元、300-打壳执行单元、400-报警单元、500-人机交互界面、201-电压传感器、202-压力传感器、301-电磁阀、302-打壳气缸、2011-电压变送器、2012-正极、2013-负极、203-第一输入采集模块、204-第二输入采集模块。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种铝电解自适应打壳控制方法及控制系统，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

本实施例中所述的“连接”是指电连接关系，可以采用有线连接或者无线连接的方法，其中无线连接包括但不限于WIFI、蓝牙或者红外连接。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的属于只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种铝电解自适应打壳控制方法及控制系统的具体方案。

请参阅图1和图2，其中，图1示出了本发明一个实施例提供的一种铝电解自适应打壳控制方法流程图，图2示出了本发明一个实施例提供的一种铝电解自适应打壳控制系统的结构框图。请参阅图1，本实施例所提供的控制方法包括以下步骤：

步骤S001，采集打壳感应电压和打壳排气压力。

打壳感应电压是指打壳锤头与槽底阴极母线之间形成的电压降。

打壳排气压力是指打壳气缸排气口的压力。

请参阅图2，控制系统包括与控制器100连接的数据采集单元200，该数据采集单元200包括采集打壳感应电压的电压采集单元201、和采集打壳排气压力的压力传感器202。

请结合图3，具体到本实施例中，该电压采集单元201包括与控制器连接的电压变送器2011、分别与电压变送器2011连接的正极2012和负极2013。其中，负极2013与槽底的阴极母线连接，正极2012安装于打壳锤头上。电压变送器2011接收正极和负极的电信号，电信号之间的电压可能达到100V，加一个0-100V转0-10V的电压变送器进行隔离转换比较安全。优选的，控制器100在没有选型到多点同步高速采集信号的情况下，该电压变送器2011与控制器100之间通过第一输入采集模块203连接。具体到本实施例中，该第一输入采集模块可以选用型号为DAM6160，采集数据后通过RS485通讯发给控制器100。

该压力传感器202安装于打壳气缸排气口，该压力传感器采用输出值为4-20mA的压力传感器。控制器100在没有选型到多点同步高速采集信号的情况下，该压力传感器202与控制器100之间通过第二输入采集模块204连接。具体到本实施例中，该第二输入采集模块可以选用型号为C2000 MDI8。

步骤S002，根据打壳感应电压和打壳排气压力生成实时特征值数组，将实时特征值数组与历史特征值数组库进行对比分析，判断打壳锤头和下料火眼的形态特征、以及打壳气缸的绝缘状态。

历史特征值数组库是指根据数据库中所保存的在打壳锤头形态特征、下料火眼特征以及气缸绝缘状态的不同组合数据，及不同组合数据所对应的打壳感应电压和打壳排气压力数据。通过回归分析拟合出相应的感应电压阈值、压力曲线分析斜率以及压力峰值，从而形成历史特征值数组库。该历史特征值数组库中的感应电压阈值、压力曲线分析斜率和压力峰值的不同组合代表不同的锤头形态特征和下料火眼形态特征。

其中，打壳锤头的形态特征包括打壳锤头的长度特征以及直径特征，例如打壳锤头的长短、粗细等形态特征。下料火眼的形态特征包括下料火眼的宽窄等形态特征。打壳气缸的绝缘状态是指打壳气缸是否绝缘。

对比分析和判断由控制器完成，具体到本实施例中，该控制器采用可编程逻辑控制器PLC。在其他实施例中，也可以采用其他能够完成数据的分析判断和控制气缸的控制器。

步骤S003，根据判断结果自适应调节打壳气缸的打壳深度和打壳频次，以实现自适应打壳。

请再次参阅图2，打壳执行单元300包括通过相应的电磁阀301与控制器100连接的打壳气缸302，控制器100根据判断结果发出控制命令，控制电磁阀301驱动打壳气缸302带动打壳锤头执行相应的打壳动作。该电磁阀301包括与打壳气缸302连接的二位三通电磁阀。

综上所述，本发明实施例提供了一种铝电解自适应打壳控制方法和控制系统，该控制系统包括控制器，与控制器连接的采集单元，以及通过电磁阀与控制器连接的打壳气缸。该控制方法通过将打壳感应电压和打壳排气压力生成实时特征值数组，并将实时特征值数组与历史特征值数组库进行对比分析，判断打壳锤头和下料火眼的形态特征、以及所述打壳气缸的绝缘状态，根据判断结果自适应调节打壳气缸的打壳深度和打壳频次，以实现自适应打壳；由生产经验和现场考察发现正常生产过程中，下料火眼畅通状态下，在连续不打壳时，下料火眼结壳一般需要10分钟左右，而原槽控系统一般按2分钟左右的周期进行全深度打壳；本系统根据所判定的打壳锤头和下料火眼的形态，在打壳锤头足够长、火眼通畅的情况下，可控制打壳锤头行程，同时可延长打壳周期，这样就可以减少打壳锤头深入电解质深度和减少打壳锤头工作的次数，可减少打壳锤头粘附电解质的机会；从而实现有效解决锤头粘包问题，同时降低工人劳动强度、延长锤头使用寿命，同时节约压缩空气用量、降低生产成本，提高企业的经济效益的设备。

优选的，请再次参阅图2，该控制系统还包括与控制器100连接的报警单元400，该报警单元400用于在锤头卡住、下料火眼堵塞、打壳气缸不绝缘等状态时进行报警。在控制器100判断出锤头卡住、下料火眼堵塞、打壳气缸不绝缘等状态时，控制器100向报警单元400发送报警信号。报警单元400可以是声光报警器，或者利用人机交互界面500显示锤头卡住、下料火眼堵塞、打壳气缸不绝缘等状态信息进行报警。人机交互界面500包括但不限于液晶屏、TFT彩屏、触摸屏等。通过报警单元的显示报警或者声光报警的方式，提醒相应的工作人员。

该人机交互界面500与控制器100连接，在显示锤头卡住、下料火眼堵塞、打壳气缸不绝缘、设备故障等警报信息之外，还显示当前打壳深度、打壳锤头的长短、粗细等形态信息，下料火眼的宽窄状态；通过该人机交互界面500对相关特征值参数进行修正设置，能够实现人工进行单点打壳、单点禁止打壳等操作。

需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置和服务器实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。