電銅筒體電壓及母排溫度在線監測分析研究

鐘國榮

（丹霞冶煉廠，廣東 深圳 518000）

在本篇文章中，主要對濕法冶金中采用的旋流電銅金屬回收技術中的筒體間電壓、母排溫度參數監測方式進行分析研究，將自動化在線監測系統的優勢進行了全面的分析，重點探討自動化在線參數采集系統的結構配置、實現方式。

1 人工測量及系統在線測量的比較探究

旋流電積技術是科菲的一個專利技術，在本企業中其日常的運行參數收集采用人工測量的方式進行，每個點每個點進行采集，工作勞動強度高,系統隨機誤差大；定時測量的方式電銅電壓及母排溫度導致數據在時間軸上成點狀分布，導致生產異常不能及時被發現，嚴重制約著車間的日常生產活動和經濟效益；板體電壓測量繁瑣單調，作業現場存在空間狹窄,人工操作存在液體腐蝕、物體打擊、觸電等安全隱患，對員工的人身安全是一種潛在的威脅。

在線測量系統主要用于旋流電銅設備板體電壓及母排溫度在線監測，通過自動化采集方式代替人工采集參數的方式來精準控制生產參數，提前預判生產參數的變化，進而及時調整生產。電壓參數的變化可以判斷出板體內部銅的生產情況，電壓過高則筒體陽極失效,電壓過低則有銅粒子生成,忽高忽低的電壓則是銅粒子正在生長中，需通過及時的開蓋處理來減少銅粒子的生長長度，避免銅粒太長而形成短路損壞陽極，最終目的是達到降本提效。

2 系統建設的作用和意義

通過電壓、溫度在線監測系統的應用，將實現以下應用功能。

2.1 實現筒體母排溫度實時監測

定制型PT100溫度檢測元件，適應性強，造價便宜，為解決筒體母排過熱帶來的設備安全隱患提供了有效的技術手段，有效預防系統安全隱患和系統停機的可能。

2.2 輔助實現設備的狀態檢修

傳統的數據采集模式，對于設備故障的維護往往是通過定期的巡檢來發現和解決，完全取決于崗位人員的經驗和責任心；一種情況是對于責任心強的崗位成員和班組來說，故障檢測出的概率更大，維護時間和周期較短，其他情況則為相反，往往使故障不能及時發現并解決，導致設備潛在故障長時間得不到解決。

2.3 為科學合理安排生產提供參考依據

建立溫度與電壓的分析模型，根據電壓情況預測溫度變化趨勢，為電積系統負荷控制提供決策依據。電積設備的狀況可能會對整個企業的生產情況造成較大影響，并且能直接影響到每個班組員工的實際工作量。

3 設備現場狀況及各項系統參數要求

（1）現場設備狀況及條件：

車間工段共有80個電解銅設備。每排10個筒體，兩排為一組，一共4組，成幾何方式排列布置。

每個電解銅槽需要測量槽排溫度值和電壓值各1個信號，共計160個信號；電壓測量點測量銅排正負極之間直流電壓，模塊測量范圍為2V～5V，低于2V或高于5v判斷為不正常。銅排溫度高于60℃需要進行打磨后緊固處理，高于70℃則需要對母排進行更換，更換下來的備件返廠維修處理。

生產工段現有一套西門子400系列自動化系統和一套西門子300的電解銅控制系統，要求電解銅在線檢測系統能接入車間西門子400自動化系統而不干擾300系統，并可在操作室進行監視，施工方應完成系統之間的對接工作，能在現有西門子400系統顯示。

（2）旋流整流裝置采用總功率為135kVA，輸入電壓380V，頻率50赫茲～60赫茲。輸出電壓58V的變壓器。如果筒體直流電壓2.9伏，正負偏差0.2伏，可判斷筒體電壓正常。母排溫度范圍最低在室內溫度，最高不宜超過60℃為正常溫度。

（3）設備投入使用后系統達到的功能及要求。實現電壓、溫度參數數據通過西門子系統自動采集，形成相應的歷史趨勢，趨勢間隔時間1分鐘、10分鐘、30分鐘可選，分析預測報表進行趨勢預警、對歷史趨勢進行存檔、具備趨勢提取功能，做到生產參數數據的完整性和可追溯性。

（4）異常值報警彈窗提示功能，能夠對所有事件發出圖文提示；異常值消除后，報警提示自動消除；再次出現異常值，再次觸發報警提示；報警帶手動復位功能。用于異常數據的判斷對比值，通過用戶權限設置，可以使特定的用戶通過窗口界面輸入，對異常值判斷進行更改。

（5）整體設計需安全、且不影響電銅生產及其指標,監測穩定、可靠、準確、不受現場環境影響；上位機采用操作站,配備顯示器，PLC需具備和現場使用的生產監控系統相互兼容的能力，配件采用國際主流大品牌，并提供該系統的技術服務及一年的設備質量保修期。

4 設備基本配置

為了不影響車間綜合自動化系統的運行，本項目擬采用單獨的一套在線檢測系統。在現有車間操作室內增加一臺電腦作為上位機實時顯示和監測所有銅電積筒體的電壓和溫度，并具有報警記錄、報表生成和打印等功能。

在線檢測系統下位機硬件主要由一套西門子S7-1200系列PLC ET200SP的IO子站組成，網絡架構圖見下圖。該系統配置PROFIBUS-DP通訊接口可以直接接入到現有車間自動化系統。

4.1 監控站

具有較長平均故障間隔時間（MTBF）的高等組件以及內部溫度、風扇、電路板和程序執行的監控功能，可保證設備在5至40℃的環境溫度下24小時連續可靠運行。

表1 主要配置參數

4.2 系統配置

根據工藝要求，本在線監測系統采用1套西門子S7-1200控制站和2個ET200SP子站控制。

表2 主要規格配置

5 優化改進

經過各方的不懈努力，從設計、安裝，到完成設備調試工作，已具備投料試機條件，通過試車考核設計、施工、安裝質量，發現并處理問題，為旋流電銅電壓在線監測提供條件，為今后的設備改進提供依據，通過試車梳理旋流電銅電壓及母排溫度在線監測的操作注意事項。

模塊溫度高，測量不準確。

產生的原因：前期由于節約空間的考慮，采用雙通道模塊進行測量，對于模塊測量原理認識有誤，認為兩個通道零位相互獨立，不影響測量。在設備選型時采用了雙通道設計，導致出現了模塊第二通道零位以第一通道高電位為零位，導致測量數據不準確；模塊溫度高。

解決方式：經過與模塊廠家溝通交流，提出了采用單通道模塊整改方案；模塊采用單通道后數量增加一倍，設計單位對現場IO柜布局進行重新設計,施工隊負責修改；通過增加模塊之間的距離來加強模塊的散熱效果，加上單通道模塊發熱量減少，模塊溫度能處于正常水平。

圖1 雙通道電壓隔離器儀表接線圖

溫度傳感器接頭進液問題。

產生的原因：設計時采取了航空接頭的方式進行連接，目的在于方便熱電阻的更換，使維護更便捷高效（實質上熱電阻更換的頻率很低）。由于航空接頭沒有密閉效果，出銅時循環液滴落到接頭處，導致接頭進液短路，長期還會造成接頭腐蝕，使溫度信號傳輸失真。

解決方式：航空接頭安裝時已采用電工絕緣膠布纏繞，能在一定程度上保護接頭使其不進入循環液；后期再將接頭部分放置在筒體下面，利用筒體擋住液體，能在很大程度上改善接觸不良的情況；如果接頭腐蝕，采用導線直連后電工絕緣膠布包裹的方式進行處理，這個方法能在根本上處理液體腐蝕航空接頭的問題。

6 結語

從以上論述來看，通過近一年的運行，該設備的性能基本能滿足車間需要(電壓實現在線監測)，到達預計設計目標，設備運良好，沒有出現因設備故障原因而導致電銅系統設備停機情況發生，更沒有出現嚴重影響生產設備安全運行的設備缺陷。此設備的正常運行為車間整體生產運行的平穩性，連續性打下了牢固的基礎，提升了電銅系統的經濟效益和生產穩定性。