鋁電解槽殼溫度監測系統的開發與應用

丁立偉

（兗礦科澳鋁業有限公司,山東 鄒城 273500）

鋁電解槽殼溫度監測系統的開發與應用

丁立偉

（兗礦科澳鋁業有限公司,山東 鄒城 273500）

通過開發智能紅外電解槽殼測溫槍,及數據傳輸、數據分析軟件,實現電解槽槽殼溫度的監測和破損預警,實現了預防槽破損,延長槽壽命的目的.

電解槽是鋁電解生產的主體設備,其在生產過程中的穩定性直接影響到電耗及電流效率.特別是,由于缺乏對電解槽運行狀況的完整認知和對電解槽故障的及早發現和排除,往往導致電解槽早期破損,縮短槽的使用壽命.目前主要根據每日測量的電解液溫度來判斷槽的熱平衡,根據原鋁中鐵含量來間接地初略判斷槽的陰極破損狀況,根據非規則的側壁溫度來判斷槽的可能破損狀況.因此,開發一種能夠快速監測電解槽溫度的測溫裝置,并提供相應的計算機程序來快速自動地發現電解槽的異常狀況,分析電解槽的熱平衡狀態,能夠有效地保證電解槽的長期正常運行,使槽長期地處于最佳運行狀況,具有重大的經濟價值.

1 槽殼溫度監測系統設計原理

通過研制具有微處理器的智能紅外測溫槍,再開發數據傳輸和分析軟件,來實現對槽溫的圖表分析和預警等功能,主要包括兩部分內容.

1.1 便攜式智能紅外測溫槍原理

紅外測溫槍以光學元件組成的光學系統,匯聚視場范圍內的物體發射的紅外輻射,成像在紅外探測器上,紅外探測器將能量轉換成電信號,經電子電路的放大,嵌入式微處理器對各種數據進行采集、處理后,送顯示器顯示;并根據預先設定的電解槽號、位置和當前時間信息一起存儲到指定存儲單元,以便計算機能夠通過標準 RS232接口進行數據采集、分析.便攜式智能紅外測溫槍原理框圖如圖 1所示.

1.2 槽殼溫度監測與分析原理

存儲在數據庫中的數據,通過專門開發的軟件來進行分析,軟件的核心是以圖表方式對測量的溫度數據進行分析,以判斷電解槽的運行狀況特別是預測和發現電解槽槽幫溶化或槽底陰極炭塊破壞的發生,提高電解槽的壽命.具體原理結構如圖 2所示.

2 槽殼溫度監測系統的研制

2.1 智能紅外測溫槍的研制

在當前普遍使用的手持紅外測溫槍的基礎上,結合使用單片機、鍵盤和 LCD,實現對溫度的快速測量并與槽號、測量位置、測量時間等一起保存到測溫槍的內存中.單片機、LCD和鍵盤嵌入在手持紅外測溫槍上.

具體指標如下:測量溫度范圍:0～700℃;測量精度:0.5% ±1℃;響應時間:≤500 m s;距離系數:30∶1;分辨率:1℃;瞄準方式:同軸激光瞄準;輻射率:0.1～1.0范圍可調,調整步長為0.01;時間調整:手動調整或者通過計算機設定;現場任務添加:可以根據需要在現場添加測量槽號、測量位置;存儲信息單元為:溫度、槽號、位置編號、時間 （精確到分）;存儲數據容量:3000組.并具有自診斷功能:提供多種故障提示,包括電池電壓過低、存儲器操作錯誤等故障提示.

2.2 槽殼溫度的展示和分析系統

（1）數據輸入模塊:數據輸入模塊完成從智能測溫槍中讀取數據并保存到數據庫.

（2）數據報警模塊:根據輸入到數據庫中的槽殼數據,當某個記錄的溫度值或其變化趨勢達到系統設定的臨界值時,自動報警.

（3）數據展示模塊:顯示數據庫中保存的槽殼溫度測量數據,以表格和各種圖表方式顯示.

（4）數據分析模塊:以數據透視表和透視圖方式,并結合電解槽溫度數據,分析槽殼溫度的變化規律、電解槽的運行狀況,為槽殼溫度報警臨界值提供依據.

3 槽殼溫度的監測與分析

3.1 數據庫設計

數據庫管理系統為M SSQL Server2000.數據庫主要包括四個數據表:電解槽表,記錄電解槽的槽號、所屬工區和車間的信息;測量位置表,記錄電解槽上需要測量的位置信息,包括編號、位置類型、臨界溫度、測量順序;測量表,記錄某個時間在電解槽的具體位置上測量的溫度數據;測量設定表,記錄每次需要進行測量的槽號和位置設置,通過任務下達軟件下載到測溫槍上.

3.2 任務下達與數據上載程序

開發工具:M SV isual Studio 6編程語言:V isualBasic.應用程序主要使用 TreeV iew控件來顯示和選擇數據,通過基于 OLEDB的 ADO接口訪問和操作數據庫數據,通過M SComm串口通訊控件來實現與測溫槍的連接和數據交換.

模塊任務:向測溫槍下達數據庫中設定的測試任務、查詢測溫槍中測量的溫度數據、讀取測溫槍中的測量數據并保存到數據庫中、刪除測溫槍中的測試任務.

3.3 溫度分析程序

開發工具:M acrom edia D reamweaver 8;W eb技術:ASP（A ctive Server Page）;編程語言:VBScrip t（服務器端、客戶端 ）、JavaScrip t（客戶端 ）和HTML;數據庫的訪問通過 ADO接口訪問和操作數據庫數據.在分析應用程序中,使用 ASP技術從數據庫中獲得分析數據,并以 XML數據流格式保存在當前頁中并下載到客戶端.

4 系統運行

4.1 初始化運用程序

使用測溫槍進行測量的最佳方式是從系統制定測試任務,前提條件是對系統進行初始化,主要是輸入槽信息、測量信息,設定測量任務.操作界面分別如下.

4.2 電解槽槽殼溫度測量

任務下達后,操作人員手持測溫槍,按照預先設定的順序,對電解槽進行測量.槽號和測量點的選擇直接通過液晶顯示屏和鍵盤按鈕實現,圖 5給出測溫槍上的操作界面.

4.3 測試數據上傳和保存

測量結束后,將將與電腦連接,在此啟動任務下達與數據上載程序,讀取測溫槍中的數據并保存到數據庫的 tblM easure表中.讀取并保存數據的界面亦如圖 6所示.

圖 5 測溫槍上的操作界面

4.4 槽殼溫度監測與分析

當測量數據保存到數據庫中后,可以馬上通過網絡對數據進行分析.利用web分析軟件,可實現主要分析界面:

4.5 高級分析

利用分析軟件,還可以實現更高級別的分析:如圖 7、圖 8所示:

圖 8 溫度變化的趨勢分析

5 效益分析

本系統運行后,每個車間測試時可節省 2個測試人員,可以節省工資支出:四個車間可節省20多萬元.有效避免電解槽的早期破損,延長電解槽壽命.每年可節省大修費用上百萬元.該系統研究應用,大幅度減少了測試技術人員的現場測試勞動強度和勞動環境,同時也提高了企業局域網的使用效率,具有一定的推廣價值.

A

1671-6620（2010）S1-0112-03