專利名稱：網(wǎng)絡(luò)式電解槽電解質(zhì)溫度測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于熱工測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于有色金屬鋁電解槽電解質(zhì)溫度檢測(cè)的裝置。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)大型預(yù)焙鋁電解槽的自動(dòng)控制均采用模糊控制技術(shù)，是基于鋁電解槽的模糊控制理論建立起來(lái)的，其核心部分是通過(guò)控制氧化鋁濃度達(dá)到電解槽物料平衡控制，以保持電解槽高電流效率運(yùn)行。但是，電流效率不是氧化鋁濃度的單一函數(shù)，它受電解質(zhì)溫度的影響也是不容忽視的。理論和實(shí)踐都證明電流效率與電解質(zhì)溫度關(guān)系密切，電解質(zhì)溫度是影響電流效率最直接和最重要的因素之一。然而，由于受到測(cè)量、傳感技術(shù)的限制，大多反映電解槽槽況的參數(shù)(電解質(zhì)溫度、分子比、兩水平等)均為人工測(cè)量的離線數(shù)據(jù)，這些測(cè)量的離線數(shù)據(jù)在過(guò)程控制中具有滯后性，這是進(jìn)一步提高自動(dòng)控制精度的制約因素。在電解質(zhì)溫度檢測(cè)方面，目前大多鋁廠家均采用的測(cè)溫方式為人工測(cè)量、人工記錄、人工輸入計(jì)算機(jī)方式，具有操作過(guò)程長(zhǎng)，測(cè)量頻次低，數(shù)據(jù)易錯(cuò)，不能直接連到監(jiān)控機(jī)和槽控機(jī)上，造成了溫度數(shù)據(jù)測(cè)量的滯后性大等問(wèn)題。因此，電解質(zhì)溫度這一重要的運(yùn)行參數(shù)一直沒(méi)有納入電解槽模糊控制的范疇，使電解槽的日常作業(yè)及其能量與物料平衡狀態(tài)的控制很粗略。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種網(wǎng)絡(luò)式電解槽電解質(zhì)溫度測(cè)量裝置，它基于CAN總線網(wǎng)絡(luò)方式實(shí)現(xiàn)電解槽電解質(zhì)溫度的測(cè)量、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)化傳送和報(bào)表的自動(dòng)生成功能，直接將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)及時(shí)通過(guò)CAN總線方式從現(xiàn)場(chǎng)批量發(fā)送到監(jiān)控機(jī)和相對(duì)應(yīng)的槽控機(jī)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，避免了人工抄寫數(shù)據(jù)造成的誤差，也可以增加測(cè)量頻次，提高溫度在線性檢測(cè)，為生產(chǎn)管理者及時(shí)準(zhǔn)確的提供反映槽況的重要參數(shù)溫度情況，也將為提高控制水平和專家決策系統(tǒng)的構(gòu)建奠定了基礎(chǔ)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是該網(wǎng)絡(luò)式電解槽電解質(zhì)溫度測(cè)量裝置是由九個(gè)集成電路組成的完整嵌入式系統(tǒng)，其中以帶A/D轉(zhuǎn)換器、設(shè)計(jì)有配套測(cè)溫程序的單片機(jī)為其核心，其余八個(gè)集成電路分別與其相連，其中A/D轉(zhuǎn)換緩沖模塊采用隔離斬波放大器及其外圍電路構(gòu)成隔離緩沖模塊，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行隔離，確保被隔離信號(hào)不失真，其功能是隔離熱電偶產(chǎn)生的電勢(shì)，避免大電壓的誤引入對(duì)CPU產(chǎn)生破壞，對(duì)輸入電壓進(jìn)行濾波，保證A/D轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確，其輸出與單片機(jī)通過(guò)編程設(shè)定的模擬輸入口連接；鍵盤模塊采用一個(gè)4*4鍵盤構(gòu)成，其功能提供數(shù)據(jù)輸入和菜單選項(xiàng)的輸入工具，通過(guò)單片機(jī)一個(gè)8位口可以組成4*4鍵；液晶顯示器利用液晶控制組件，即行和列自動(dòng)掃描芯片構(gòu)成液晶控制模塊，其功能提供數(shù)據(jù)和信息等輸出的工具，通過(guò)單片機(jī)一個(gè)8位口可以驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的128*64點(diǎn)陣液晶模塊；CAN通訊模塊采用CAN接口控制器及外圍電路構(gòu)成，其功能提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?，通過(guò)單片機(jī)一個(gè)數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)相連，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)區(qū)的讀寫操作CAN總線通訊；系統(tǒng)時(shí)鐘采用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片加外圍電路構(gòu)成，其功能提供網(wǎng)絡(luò)式電解槽電解質(zhì)溫度測(cè)量裝置所需的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，以便確定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，更新的具體時(shí)間，通過(guò)SPI接口與單片機(jī)連接；冷端溫度測(cè)量采用一線測(cè)溫器件組成，其功能是熱電偶測(cè)溫需要冷端溫度才能計(jì)算測(cè)量溫度，冷端溫度測(cè)量模塊提供冷端溫度，通過(guò)ONE-WIRE(1線)接口與單片機(jī)連接；RS232模塊通過(guò)對(duì)單片機(jī)所帶的RS232口進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換得到，其功能提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧硪煌ǖ?，主要是可提供?duì)計(jì)算機(jī)直接傳輸；電源管理模塊采用電源管理芯片組成，其功能是提供對(duì)測(cè)溫裝置所帶Ni電池升壓、過(guò)流、充電、電壓低等報(bào)警，直接與單片機(jī)電源連接。
上述網(wǎng)絡(luò)式電解槽電解質(zhì)溫度測(cè)量裝置，其中所述CAN總線接口和RS232串口設(shè)計(jì)為同一個(gè)接口，靠針號(hào)不同實(shí)現(xiàn)傳輸通道之間的轉(zhuǎn)換。
上述網(wǎng)絡(luò)式電解槽電解質(zhì)溫度測(cè)量裝置，其中所述A/D轉(zhuǎn)換緩沖模塊選用的是24位∑-Δ型A/D轉(zhuǎn)換器。
上述網(wǎng)絡(luò)式電解槽電解質(zhì)溫度測(cè)量裝置，其中所述冷端溫度測(cè)量模塊的熱電偶接入口連接的是鎳鉻—鎳硅K型熱電偶。
本實(shí)用新型提供的網(wǎng)絡(luò)式電解槽電解質(zhì)溫度測(cè)量裝置，是一種為測(cè)量鋁電解槽電解質(zhì)溫度而專門研制開(kāi)發(fā)的專用測(cè)溫裝置，測(cè)量?jī)?nèi)容含測(cè)量時(shí)間、環(huán)境溫度(冷端溫度)、電解槽電解質(zhì)溫度。該裝置有效利用了電解現(xiàn)場(chǎng)CAN總線網(wǎng)絡(luò)方式傳送溫度信號(hào)，將測(cè)溫裝置接入現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，突破了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有測(cè)溫儀的技術(shù)局限?；贑AN總線網(wǎng)絡(luò)將所測(cè)量電解質(zhì)溫度傳送給槽控機(jī)和監(jiān)控機(jī)，配合鋁電解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)控機(jī)程序與網(wǎng)絡(luò)式電解槽電解質(zhì)溫度測(cè)量裝置相配合的測(cè)溫程序，實(shí)現(xiàn)電解槽電解質(zhì)溫度的測(cè)量、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)化傳送和報(bào)表的自動(dòng)生成功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，避免了人工抄寫數(shù)據(jù)造成的誤差，也可以增加測(cè)量頻次，提高溫度在線性檢測(cè)。本實(shí)用新型是為鋁電解廠房專門設(shè)計(jì)的，能輸入電解槽號(hào)和網(wǎng)絡(luò)通訊號(hào)等參數(shù)?？刹捎米钚碌募筛呔?4位∑-Δ型A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)，使測(cè)溫裝置達(dá)到最高的精度，并具有良好的抗干擾性。使用高精度數(shù)字鎳鉻—鎳硅K型熱電偶測(cè)量冷端溫度，使冷端溫度補(bǔ)償同樣也達(dá)到很高的精度。CAN總線接口和RS232串口設(shè)計(jì)為同一個(gè)接口，靠針號(hào)不同實(shí)現(xiàn)傳輸通道之間的轉(zhuǎn)換，使傳輸通道的通用性增強(qiáng)。


圖1為網(wǎng)絡(luò)式電解槽電解質(zhì)溫度測(cè)量裝置實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)圖圖2網(wǎng)絡(luò)式電解槽電解質(zhì)溫度測(cè)量裝置實(shí)施例內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖3為網(wǎng)絡(luò)式電解槽電解質(zhì)溫度測(cè)量裝置實(shí)施例外形圖1-電源接口；2-電源開(kāi)關(guān)；3-充電完畢指示燈；4-充電指示燈；5-液晶顯示器；6-RS232口和CAN口；7-鍵盤；8-備用口；9-熱電偶接入口。
具體實(shí)施方式
結(jié)合圖1、圖2，本實(shí)用新型提供的網(wǎng)絡(luò)式電解槽電解質(zhì)溫度測(cè)量裝置，具體實(shí)施時(shí)，由九個(gè)集成電路組成完整嵌入式系統(tǒng)，其中以帶24位∑-Δ型A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)為其核心，其余八個(gè)集成電路分別與其相連。其中A/D轉(zhuǎn)換緩沖模塊采用在工業(yè)級(jí)溫度范圍內(nèi)溫度漂移只有1微伏的高精度隔離斬波放大器及其外圍電路構(gòu)成隔離緩沖模塊對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行隔離，確保被隔離信號(hào)不失真，其功能是隔離熱電偶產(chǎn)生的電勢(shì)，避免大電壓的誤引入對(duì)CPU產(chǎn)生破壞，對(duì)輸入電壓進(jìn)行濾波，保證A/D轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確，其輸出與單片機(jī)通過(guò)編程設(shè)定的模擬輸入口連接；鍵盤模塊采用一個(gè)4*4的薄膜鍵盤構(gòu)成，其功能提供數(shù)據(jù)輸入和菜單選項(xiàng)的輸入工具，通過(guò)單片機(jī)一個(gè)8位口可以組成4*4鍵；液晶顯示器利用液晶控制組件，即行和列自動(dòng)掃描芯片構(gòu)成液晶控制模塊，其功能提供數(shù)據(jù)和信息等輸出的工具，通過(guò)單片機(jī)一個(gè)8位口可以驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的128*64點(diǎn)陣液晶模塊；CAN通訊模塊采用飛利浦公司的CAN接口控制器及外圍電路構(gòu)成，其功能提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ溃ㄟ^(guò)單片機(jī)一個(gè)數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)相連，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)區(qū)的讀寫操作CAN總線通訊；系統(tǒng)時(shí)鐘采用DALLAS公司的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片加外圍電路構(gòu)成，可顯示時(shí)間到秒，潤(rùn)年自動(dòng)進(jìn)行加減時(shí)間，其功能提供網(wǎng)絡(luò)式電解槽電解質(zhì)溫度測(cè)量裝置所需的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，以便確定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，更新的具體時(shí)間，通過(guò)SPI接口與單片機(jī)連接；冷端溫度測(cè)量采用了DALLAS的一線測(cè)溫器件組成，精度達(dá)0.5攝氏度，其功能是熱電偶測(cè)溫需要冷端溫度才能計(jì)算測(cè)量溫度，冷端溫度測(cè)量模塊提供冷端溫度，通過(guò)ONE-WIRE(1線)接口與單片機(jī)連接；RS232模塊通過(guò)對(duì)單片機(jī)所帶的RS232口進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換得到，電路用MAXIUM公司芯片加外部電路構(gòu)成，其功能提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧硪煌ǖ?，主要是可提供?duì)計(jì)算機(jī)直接傳輸?shù)?；電源管理模塊采用德州儀器公司的電源管理芯片組成，可將電壓從2伏提高到5伏，效率可達(dá)85％以上，其功能是提供對(duì)測(cè)溫裝置所帶Ni電池升壓、過(guò)流、充電，電壓低等的報(bào)警，直接與單片機(jī)電源連接。
如圖3所示，該網(wǎng)絡(luò)式電解槽電解質(zhì)溫度測(cè)量裝置可設(shè)計(jì)成手持式測(cè)溫儀，其外殼由不繡鋼制作，以適應(yīng)鋁電解廠房高磁場(chǎng)、高電場(chǎng)、高溫的特點(diǎn)。
鍵盤7由薄膜觸摸開(kāi)關(guān)組成，可以組成4*4鍵，包括十個(gè)數(shù)字鍵和六個(gè)功能輔助鍵，共16個(gè)鍵供使用。其中RST鍵——復(fù)位鍵； 鍵——向下鍵； 鍵——向左鍵； 鍵——確認(rèn)鍵；ESC鍵——取消鍵。
RS232和CAN口6為同一個(gè)接口，靠針號(hào)不同實(shí)現(xiàn)傳輸通道之間的轉(zhuǎn)換?？捎门涮滋峁┑慕涌诰€即可連接。
●RS232接口●CAN總線接口針號(hào) 功能 針號(hào) 功能2———————OUT 1———————CANH3———————IN9———————CANL4———————DTR5———————GND6———————DTR7———————RTS8———————RTS電源接口1DC5V，200mA熱電偶接入口9連接鎳鉻—鎳硅K型熱電偶●主要性能參數(shù)1.配合K型熱電偶，溫度測(cè)量范圍0～1300℃。
2.測(cè)量精度取決于熱電偶精度。
3.冷端溫度測(cè)量范圍-30℃～+120℃，精度0.5℃。
4.電源DC5V，200mA●主要功能
1、測(cè)量和存儲(chǔ)40臺(tái)電解槽槽溫或更多電解槽，并具有掉電存儲(chǔ)功能；2、通過(guò)CAN總線網(wǎng)絡(luò)向電解槽槽控機(jī)和監(jiān)控機(jī)傳送測(cè)量溫度功能；3、可選通過(guò)RS232口向監(jiān)控機(jī)傳送測(cè)量數(shù)據(jù)；4、網(wǎng)絡(luò)式電解槽電解質(zhì)溫度測(cè)量裝置接口程序功能，利用對(duì)單片機(jī)內(nèi)外部的操作，完成說(shuō)明書所包含的功能；5、監(jiān)控機(jī)監(jiān)控程序用Visual Basic 5.0開(kāi)發(fā)了基于Windows98以上操作系統(tǒng)、集監(jiān)控和槽況診斷于一體的面向?qū)ο蟮?2位鋁電解槽智能模糊控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件，接收網(wǎng)絡(luò)式電解槽電解質(zhì)溫度測(cè)量裝置利用CAN總線或RS232串口傳送的溫度信息，溫度數(shù)據(jù)自動(dòng)插入數(shù)據(jù)庫(kù)，自動(dòng)生成電解工藝參數(shù)報(bào)表，并在監(jiān)控界面上顯示。
權(quán)利要求1.一種網(wǎng)絡(luò)式電解槽電解質(zhì)溫度測(cè)量裝置，其特征在于它是由九個(gè)集成電路組成的完整嵌入式系統(tǒng)，其中以帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)為其核心，其余八個(gè)集成電路分別與其相連，其中A/D轉(zhuǎn)換緩沖模塊采用隔離斬波放大器及其外圍電路構(gòu)成隔離緩沖模塊，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行隔離，確保被隔離信號(hào)不失真，其功能是隔離熱電偶產(chǎn)生的電勢(shì)，避免大電壓的誤引入對(duì)CPU產(chǎn)生破壞，對(duì)輸入電壓進(jìn)行濾波，保證A/D轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確，其輸出與單片機(jī)通過(guò)編程設(shè)定的模擬輸入口連接；鍵盤模塊采用一個(gè)4*4鍵盤構(gòu)成，其功能提供數(shù)據(jù)輸入和菜單選項(xiàng)的輸入工具，通過(guò)單片機(jī)一個(gè)8位口可以組成4*4鍵；液晶顯示器利用液晶控制組件即行和列自動(dòng)掃描芯片構(gòu)成液晶控制模塊，其功能提供數(shù)據(jù)和信息等輸出的工具，通過(guò)單片機(jī)一個(gè)8位口可以驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的128*64點(diǎn)陣液晶模塊；CAN通訊模塊采用CAN接口控制器及外圍電路構(gòu)成，其功能提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ溃ㄟ^(guò)單片機(jī)一個(gè)數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)相連，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)區(qū)的讀寫操作CAN總線通訊；系統(tǒng)時(shí)鐘采用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片加外圍電路構(gòu)成，其功能提供網(wǎng)絡(luò)式電解槽電解質(zhì)溫度測(cè)量裝置所需的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，以便確定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，更新的具體時(shí)間，通過(guò)SPI接口與單片機(jī)的連接；冷端溫度測(cè)量采用一線測(cè)溫器件組成，其功能是熱電偶測(cè)溫需要冷端溫度才能計(jì)算測(cè)量溫度，冷端溫度測(cè)量模塊提供冷端溫度，通過(guò)ONE-WIRE接口與單片機(jī)的連接；RS232模塊通過(guò)對(duì)單片機(jī)所帶的RS232口進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換得到，其功能提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧硪煌ǖ溃饕强商峁?duì)計(jì)算機(jī)直接傳輸?shù)?；電源管理模塊采用電源管理芯片組成，其功能是提供對(duì)測(cè)溫裝置所帶Ni電池升壓、過(guò)流、充電、電壓低等報(bào)警，直接與單片機(jī)電源連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述網(wǎng)絡(luò)式電解槽電解質(zhì)溫度測(cè)量裝置，其特征在于其中所述A/D轉(zhuǎn)換緩沖模塊選用的是24位∑-△型A/D轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述網(wǎng)絡(luò)式電解槽電解質(zhì)溫度測(cè)量裝置，其特征在于其中所述冷端溫度測(cè)量模塊的熱電偶接入口連接的是鎳鉻—鎳硅K型熱電偶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述網(wǎng)絡(luò)式電解槽電解質(zhì)溫度測(cè)量裝置，其特征在于其中所述RS232串口和CAN總線接口(6)為同一個(gè)接口，靠針號(hào)不同實(shí)現(xiàn)傳輸通道之間的轉(zhuǎn)換。
專利摘要一種網(wǎng)絡(luò)式電解槽電解質(zhì)溫度測(cè)量裝置，由九個(gè)集成電路組成完整嵌入式系統(tǒng)，以帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)為其核心，A/D轉(zhuǎn)換緩沖模塊的輸出與單片機(jī)通過(guò)編程設(shè)定的模擬輸入口連接；鍵盤通過(guò)單片機(jī)一個(gè)8位口可以組成4×4鍵；液晶顯示器通過(guò)單片機(jī)的一個(gè)8位口驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的128×64點(diǎn)陣液晶模塊；CAN通訊模塊通過(guò)單片機(jī)一個(gè)數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)相連，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)區(qū)的讀寫操作CAN總線通訊；系統(tǒng)時(shí)鐘模塊通過(guò)SPI接口與單片機(jī)連接；冷端溫度測(cè)量模塊通過(guò)ONE－WIRE(1線)接口與單片機(jī)連接；RS232模塊通過(guò)對(duì)單片機(jī)所帶的RS232口進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換得到，提供對(duì)計(jì)算機(jī)直接傳輸；電源管理模塊直接與單片機(jī)電源連接。該裝置基于CAN總線網(wǎng)絡(luò)或計(jì)算機(jī)RS232接口方式將所測(cè)量電解質(zhì)溫度傳送給槽控機(jī)和監(jiān)控機(jī)，配合鋁電解控制計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)控機(jī)程序，與網(wǎng)絡(luò)式電解槽電解質(zhì)溫度測(cè)量裝置相配合的測(cè)溫程序，實(shí)現(xiàn)電解槽電解質(zhì)溫度的測(cè)量、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)化傳送和報(bào)表的自動(dòng)生成功能。
文檔編號(hào)C25C3/00GK2688727SQ200420008499
公開(kāi)日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2004年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月16日
發(fā)明者丁鳳其, 肖偉峰, 李劼, 魏世湖, 鄭文波, 肇玉卿, 張文根, 范愛(ài)民, 王治寧, 葉紹龍, 鄒忠, 馬蓉 申請(qǐng)人:蘭州鋁業(yè)股份有限公司, 長(zhǎng)沙業(yè)翔科技發(fā)展有限公司