鋁電解槽控機陽極升降安全保護淺析

成溫和

（中鋁蘭州分公司 電解二廠，甘肅 蘭州730060）

1 背景

槽控機是鋁電解計算機控制系統的重要組成設備，是鋁電解現場控制的直接設備。 作為控制的直接級，槽控機主要負責物料平衡和熱平衡控制，以及現場各種數據的采集。 熱平衡的控制是通過陽極升降控制來控制電解槽的極距來實現的，通過陽極升降改變極距從而使得槽電壓升高或降低，以相應的使電解槽的熱收入增加或者減少。

2 槽控機陽極升降安全保護分析

槽控機調整極距通常采用人工手動調整和程序自動控制兩種方式，無論哪種調整方式都應該能夠通過一定的檢測方式來獲得陽極升降過程中的實時信息， 以根據實時信息來分析和判斷調整的合理性，并具有足夠的安全保護措施，防止陽極升降發生失控，造成生產事故，產生巨大損失。 以下從軟件和硬件兩個方面來進行分析：

2.1 軟件保護

軟件保護主要是通過軟件控制參數設置來實現，自控狀態下每次陽極升降最大動作時間為4 秒，以防止一次升降過量，此參數可以根據需要進行調節。 其次是槽電壓過欠壓保護，即槽電壓超過設定最高電壓值時不自動進行陽極升操作，槽電壓超過設定電壓最低值時不自動進行陽極降操作。

2.2 硬件保護

硬件保護包括操作板信號互鎖保護、 信號檢測板硬件定時器保護、操作板硬件定時器保護、交流口檢測保護、交流接觸器互鎖保護、交流接觸器粘連未合檢測保護、過欠壓保護。

操作板信號互鎖保護，PB1 輸出高電平時， 經過達林頓驅動器2004 變為變為低電平，陽極升信號通路導通，固態繼電器導通，陽極升交流接觸器吸合。 同時又將PB1 的信號通過二極管引到PB2 所連接反相器輸出端，此時若PB2 也輸出高電平，由于PB1 信號的引入，使得反相器兩端電壓鉗位在0.7 左右，PB2 信號無法通過反相器變為低電平，陽降信號通路被阻斷，避免了升降信號同時作用，造成相間短路。

檢測板定時器保護主要用于純手動時陽極的操作時間，以保證母線處于合理位置，避免對母線的損傷。 其原理是交流接觸器的檢測信號通過ADJ、R15、R20 充電，NE555 開始計時，計時到15 秒以后（時間可以根據實際情況調節），3 腳輸出的高電壓變為低電壓，檢測板固態繼電器信號源中斷，從而使得AC220V 電源被切斷，交流接觸器線圈失電，陽極動作停止，完成保護功能。

操作板硬件定時器保護：C3、R15、R14、ADJ1 組成一個RC 振蕩器，當陽極升降發生時，主交流接觸器的檢測信號JACK ON 通過光耦合電路輸出一個高電平， 經過2004 反相器變為低電平，4060 的RST端得到低電平信號計數器開始工作。 定時長短由跳線選定，當跳線接Q8 的情況下定時為2.5 秒，接Q9 為5 秒，接Q10 為10 秒。

升降超時：當主交流接觸接的閉合時間超過定時器脈沖的的預訂數量時，定時器就變為超時狀態。 超時信號分為四路：第一路使U4 的3 腳變為高電平，14 腳變為低電平， 使得4060 的12 腳一直處于低電平，計數器的狀態不會因P12 信號而變化，4060 輸出一直保持在高電平。 第二路點亮超時燈L17。 第三路通過U4 反相器后，使得陽極升降公共信號的固態繼電器被關斷， 陽極升降的三個固態繼電器輸入的AC220V 無電。 第四路作為定時器狀態信號輸入813F 的PB3 口，CPU一旦檢測到超時信號，將停止陽極升降信號輸出，直到定時器復位操作以后，才允許升降。

升降未超時：當升降結束時，定時器未超時，U4 的16 腳恢復高電平，4060 的12 腳隨之變高，定時器清零，振蕩器無效。 可以再次升降，再次升降時，計數器重新開始計時。

定時器復位：人工操作復位時，CPU 發出一個復位信號，使813F的PB4 輸出一個高電平，經過兩個反相器送入4060 的12 腳，使4060計數器清零。 定時器復位是經過人工操作觸摸開關，主顯板檢測到定時器復位開關被觸摸， 然后通過內部CAN 總線將定時器復位信號發送給操作板，由操作板CPU 輸出復位信號。

交流口檢測：交流口的作用是防止程序走錯以后的誤操作。 在程序正常運行時，升降過程中CPU 通過813F 輸出10kHz 方波，經過整流濾波后，經過74HC04 反相器使得P 溝道MOS 管的G 變低，漏源間導通，觸發升降的固態繼電器電源被接通，升降得以進行。加入程序走亂，10kHz 方波消失，MOS 管被關斷，控制升降的電源被切斷，升降被禁止。

交流接接觸器互鎖保護主要是防止錯誤的升降信號使得升降同時，造成相間短路而設計的，通過交流接觸器的常開常閉觸點來實現。將陽極升控制線路通過4km（陽極降接觸器）常閉觸點，陽極降控制線路通過3km（陽極升接觸器）常閉觸點，當陽極升發生時常閉觸點斷開，阻斷了4km 的控制線路；當陽極降發生時常閉觸點斷開，阻斷了3km 的控制線路。

交流接觸器粘連未合檢測主要是判斷接觸器動作是否正常。當升降結束時檢測接觸器是否已經釋放， 以防止升降不止的現象發生，防止重大事故發生。 當升降進行時檢測接觸器是否吸合正常，以保證陽極控制有效進行。

過欠壓保護：過欠壓保護組要是針對當前電解槽普遍運行在低電壓情況下，電壓控制很敏感而設計的，其工作原理是槽電壓輸入兩個電壓比較器進行電壓比較。一個電壓比較器通過電阻和電位器設置比較電壓為4.8V（可以根據需要調節電位器改變），當槽電壓高于4.8V時比較器輸出低電壓，使光耦導通來控制繼電器，繼電器使最終進入交流接觸器AC220V 陽極升電源被切斷。另一個電壓比較器通過電阻和電位器設置比較電壓為3.2V （可以根據需要調節電位器改變），當槽電壓低于3.2V 時比較器輸出低電壓，使光耦導通來控制繼電器，繼電器使最終進入交流接觸器AC220V 陽極降電源被切斷。從上面的可惜可以看出，只要電壓高于4.8V 陽極升被禁止，電壓低于3.2V 時陽極降被禁止，避免了誤操作導致拔槽或者坐槽的事故發生。

3 結束語

本文分析了幾種主要的陽極升降安全保護策略，通過這些措施使得陽極升降的安全性極大提高。 但是鋁電解廠房環境惡劣，干擾信號較多，如何保證這些安全措施執行的可靠性，需要在選擇器件的可靠性方面和電路設計抗干擾能力方面多做努力， 大幅提高控制的可靠性，為電解生產的安全平穩運行提供有力保障。

［1］湖南中大業翔科技下位機維護手冊[Z].2009.

［2］閻石.數字電子技術基礎[M].5 版,2005.