铝电解槽计算机控制硬件保护

李建军|文

槽控机作为铝电解槽计算机控制系统的现场控制级设备，控制的先进性直接影响电解槽的能量平衡和物料平衡，控制安全性直接影响电解系列生产安全，甚至造成系列停产的重大事故，本文着重论述槽控机的阳极升降安全保护。

电解槽计算机控制主要功能是正常加工和极距的调整。极距调整的安全性又是槽控机安全保护的重中之重。如槽控机阳升失控将造成阳极脱离电解质液面开路，短路口爆炸重大事故。本文将从硬件、软件、软硬件结合三个方面对阳极升降安全保护进行论述。

图1 硬件定时器电路图

安全保护

1.硬件定时器

硬件定时器作为阳极升、降基本保护器件，它由早期的机械触点定时器到前期由NE555构成的电子无触点定时器，都没有由芯片4060构成的定时器定时精确，抗干扰性强，受温度影响小(见图1)。

4060构成的定时器直接4060内部晶振和外围元件形成振荡频率为50Hz的脉冲经光电隔离后送到计数器4060的CIN端11脚；同时从1KM，2KM接触器吸合时反馈的脉冲信号经检波后，使反相器UN2004—U4a输入端变高电平，输出端接4060的复位端12脚，使复位不起作用。于是，4060开始计数。定时长短由跳线选定，当跳线接输出端Q8定时器定时为2.5s，Q9为5s，Q10为10s。在实际应用中，发现该定时虽然定时准确，但软件对检测到的定时器故障后两分钟自动清除，这对阳极升降仍然存在安全隐患，故障发生后需保持状态不作软清除。

纯手动硬件定时电路当纯手动升（或降）操作开始时，接触器1KM、2KM线圈得电，其所有常开辅助触点闭合，光耦导通，三极管随之导通，高电平信号JACK ON（提升机加电）一路输入到操作板上，一路输入到纯手动定时电路。此时，与NE555的6脚相连的RC积分电路中电容开始充电，当6脚电压升到＞2/3Vcc时，3脚电平翻转，由原来的高电平变为低电平，从而使固态继电器导通，加电到脱扣器线圈，脱扣器动作，切断设备电源，提升机停止升降。定时电路的定时时间长短由RC积分电路参数所决定。

2.Watchdog程 序执行监护电路

Watchdog程序执行监护电路，可用来对用户程序执行监护，该电路由26位计数器组成，电路的输入信号直接由12MHz晶振取得，经第一级计数器（4040）分频反馈给第二级计数器（4020），经（4020）分频后得到6±0.00034s的时间，用户程序小于6s的间隔时间内清除计数值，使计数器的输出始终保持低电平，一旦程序死机或系统故障，程序将不能发生清计数器的信号，计数器将不停地计数，以使计数器的输出变为高电平强迫系统复位电路工作，迫使系统复位。程序执行监护电路的驱动程序如下：

WATCH-DOG SET P1.3 CLR P1.3 RET

图2 阳极升降提升电机缺相检测电路图

使用上述程序时，仅需用户程序中插入：CALL WATCHDOG指令。

目前直接用芯片X25045实现，该芯片可实现以下的功能：Watchdog，电源监测。使用该芯片降低了系统成本并减少了对电路板空间的要求。实际运行中，单靠Watchdog监护电路系统复位，而对复位次数不加限制，本身也存在安全隐患，为了保证系统安全，须有复位计数电路或软件复位次数计数。当复位次数超过N次（参数可调）将切断提升机加电的固态继电器，禁止阳极升降。

3.交流口电路

交流口电路，该电路由分立元件构成，该电路是在阳极升降，抬母线，自诊断时，由CPU输出10Hz的方波，经隔离电容→整流二极管电容滤波→三极管基极高电平，三极管导通，发射极输出高电平，发光管将发光以指示电路工作正常，经二极反相器（2003），固态继电器导通，接触器1KM—4KM线包公共端得电。一旦程序执行发生故障，即方波消失。该电路将不工作，而使固态继电器截止，接触器1KM—4KM线包公共端不能得电，从而禁止阳极升降，还可用交流口控制CPU电源，一旦程序执行发生故障，即方波消失，电路将自动切断CPU电源实现断电复位。

4.硬件过、欠压电路

硬件过、欠压电路，过电压上限定为4.8V，欠电压下限定为3.5V。首先，槽电压经高精度90K串10K电阻分压得到比较电压，芯片IC1 Lm311反相输入端的参考电压由分压器调为0.48V。当IC1Lm311正相输入端电位大于反相输入端的参考电压0.48V时，将输出低电平，当IC2Lm311反相输入端电位小于正相输入端的参考电压0.35V时，将输出低电平。将两路检测输出联在一起，只要一路工作，控制继电器将吸合，在实际控制中，为防止过、欠压误动作采用了NE555和RC电路延时0.3s后，控制继电器才动作，继电器吸合后，一路控制脱扣线圈，以备切断380V动力电源，一路断开接触器1KM，2KM线包控制回路，禁止阳极升、降。为在焙烧槽、病槽、效应时也能够对槽电压进行调整而不受过欠压控制，在触摸开关板上增加了一个或非门，手动特殊作业时，当手触摸MAN/AUTO按钮时，或非门输入端12脚为低电平，同时触摸升降按钮，或非门输入端13脚也为低电平对应的或非门输出11脚输出高电平。三极管导通。NE555—2脚被迫拉为低电平，2脚小于1/3VCC，NE555—3脚输出高电平，PNP型三极管截止，控制继电器将被迫关断，从而屏蔽了过欠压信号，将可以在手动情况下进行极距调整。

5.阳极升降提升电机缺相检测

槽控机提升电机工作信号检测回路只能检测到接触器1KM、2KM、3KM、4KM是否吸合，不能检测电机是否缺相运行，自动控制时，如果缺相，提升电机将会长时间缺相运行，而用户不知，直至烧毁提升电机。槽控机检测回路的采样点直接连到1KM接触器A、B、C三相上，当接触器1KM、2KM吸合时，A、C相通过1KM、2KM常开辅助触点闭合，电阻降压，光电隔离，光耦N1输出高电平，返回提升机加电信号。当3KM吸合时，A、B相通过3KM常开辅助触点闭合，电阻降压，光电隔离，光耦N2输出高电平，返回阳升信号。当4KM吸合时，A、B相通过4KM常开辅助触点闭合，电阻降压，光电隔离，光耦N3输出高电平，返回阳降信号。从以上工作原理可看出，槽控机缺相保护检测并不完善，它只能检测AC380V电源是否缺相，而对4个接触器主触点是不能检测。槽控机改造过程中，将采样端接到隔离开关2、4、6端，但简单地将采样端移位是不可行的，必须对电路进行改动(见图2)。

将光耦N2（4脚）于光耦N3（3脚）串接，检测输出信号接光耦N3（4脚）。当A、B、C三相有一相缺相，光耦N2，N3将无高电平输出，CPU将无法检测到提升电机工作返回信号，CPU立即清除提升电机工作信号切断升或降接触器，从而起到缺相保护检测功能。

6.V/F数据保护

通过试验和现场运行发现，当V/F板死机或其他原因造成数据存储单元数据不更新时，当槽电阻值大于或小于死区电压时，槽控机将每间隔1分27秒自动降或升阳极，将造成压槽或拔槽的重大设备事故，槽控机改造时，CPU实时对V/F板数据准确性进行检测，当数据存储单元数据在一定时间内不更新时，将禁止阳极升降，并作A/D诊断，以此来判断V/F板是否故障。

结语

以上所述铝电解槽计算机控制硬件保护，目前未在国内任何一家槽控系统中全部使用，但却是电解槽计算机控制硬件保护的精华，望能给同仁参考与学习。