電解槽用智能打殼氣缸的制作方法
【專利摘要】一種電解槽用智能打殼氣缸，它包括設(shè)置在電解槽加料口上方的活塞桿端連接有打殼錘頭的打殼氣缸，所述打殼氣缸的兩個(gè)進(jìn)出氣口與兩位五通電磁閥連通，兩位五通電磁閥通過減壓閥與壓縮空氣總管相連通，打殼氣缸的兩個(gè)進(jìn)出氣口與兩位五通電磁閥連接的通路上串接有壓力傳感器，打殼錘頭伸縮運(yùn)動(dòng)的上、下行程止點(diǎn)處分別設(shè)有限位開關(guān)，所述壓力傳感器、限位開關(guān)、減壓閥和兩位五通電磁閥均與PLC控制器相連接。加壓打殼一般為沖擊打殼的三分之一的壓力，不但很好地節(jié)約了能源，同時(shí)也降低了打殼噪音。同樣本產(chǎn)品的免傾入電解液的功能，也強(qiáng)于市面上的智能氣缸。原因是：打殼的行程是依照電解槽的生產(chǎn)狀況自動(dòng)調(diào)整的，所以更好地減少了錘頭的腐蝕與磨損。
【專利說明】電解槽用智能打殼氣缸

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于鋁電解生產(chǎn)的工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制設(shè)備，具體說是涉及一種電解槽用智能打殼氣缸。

【背景技術(shù)】
[0002]電解槽用智能打殼氣缸是應(yīng)用于鋁電解生產(chǎn)的工業(yè)自動(dòng)化控制設(shè)備。在鋁電解生產(chǎn)過程中電解槽需要不斷地消耗原料，從而通過電解生產(chǎn)出鋁水。但由于生產(chǎn)設(shè)備的特殊性結(jié)構(gòu)，加入的氧化鋁原料過程是間歇性的，而加入口在一段時(shí)間內(nèi)很容易自我封閉，在表面形成很硬的殼，只有通過專業(yè)的打孔設(shè)備打開殼孔，才能將氧化鋁加入，這種專業(yè)的打殼設(shè)備稱之為打殼氣缸。由于打殼氣缸所處的環(huán)境是高污染、大磁場(chǎng)、高溫的，對(duì)打殼氣缸的設(shè)備和器件適用性提出了較高的要求，同時(shí)還需滿足鋁電解槽的加料工藝需求。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外鋁行業(yè)采用大型預(yù)焙電解槽進(jìn)行電解生產(chǎn)，在預(yù)焙鋁電解槽中均采用中間下料的生產(chǎn)模式，對(duì)于中間下料的鋁電解槽，電解槽上部衍架上的打殼氣缸是鋁電解生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，它由微機(jī)自動(dòng)控制打殼下料之間的協(xié)調(diào)與配合，完成電解鋁正常生產(chǎn)。
[0004]在鋁電解生產(chǎn)中覆蓋在電解質(zhì)上的氧化鋁很容易在表面形成結(jié)殼，對(duì)于自動(dòng)加料的生產(chǎn)設(shè)備通過打殼氣缸打開殼口，按需加入氧化鋁連續(xù)生產(chǎn)，傳統(tǒng)的打殼氣缸在每次下料前打殼。由于鋁電解生產(chǎn)的特殊性，每次下料時(shí)的結(jié)殼狀況不同，而且電解槽的工作狀態(tài)不完全恒定，所以加入氧化鋁的時(shí)間間隔也各不相同，對(duì)于特殊情況下還會(huì)出現(xiàn)停止加料的時(shí)期，同時(shí)在不同的生產(chǎn)工藝條件下，結(jié)殼的厚度與硬度也不盡相同，如果每一次下料都進(jìn)行高壓打殼，會(huì)大量浪費(fèi)了打殼能源。傳統(tǒng)打殼氣缸沒有殼面檢測(cè)功能，每次打殼不管殼面狀況，都按最大行程動(dòng)作，將錘頭伸入電解質(zhì)中，造成錘頭的腐蝕、縮短、錘頭氈包等，弓丨起以后的打殼長(zhǎng)度不夠和殼頭變形導(dǎo)致的料口狹小，造成堵料。同時(shí)被電解質(zhì)腐蝕掉的殼頭還會(huì)對(duì)鋁水造成雜質(zhì)污染，影響鋁水質(zhì)量。因此研究一種按需打殼，殼頭不伸入電解質(zhì)的智能打殼氣缸，不但可以節(jié)約能耗，同時(shí)可以提高生產(chǎn)鋁水的質(zhì)量。
[0005]現(xiàn)在鋁電解槽普遍使用的是普通打殼氣缸，雖然市面上有各種類型的智能氣缸，如鋁用節(jié)能氣缸、高溫節(jié)能型氣缸、多段式氣缸、降噪打殼氣缸等。鋁用節(jié)能氣缸，在接收到控制系統(tǒng)的打殼命令后，先進(jìn)行試探性打殼，如若不能成功，則再進(jìn)行加壓打殼或高壓打殼，不能提前預(yù)判結(jié)殼殼面的狀況；而高溫節(jié)能型氣缸，是先進(jìn)行壓殼，如若不能成功，則再進(jìn)行定壓打殼；多段式氣缸是，在氣缸上設(shè)置不同的限位，采用分段式壓力進(jìn)行打殼，不同的壓力達(dá)到不同的殼面位置，盡量避免打殼錘頭被浸入電解質(zhì)中；而降噪打殼氣缸的主要特點(diǎn)是，根據(jù)檢測(cè)到殼面采用逐步加壓，壓殼或再?zèng)_擊打殼方式打殼，以減小打殼的噪音。
[0006]現(xiàn)有鋁電解槽采用的打殼氣缸，不管是節(jié)能型打殼氣缸，還是降噪型打殼氣缸，他們都有一個(gè)共同的特點(diǎn)是，在接收到槽控系統(tǒng)發(fā)出命令后，不能預(yù)判殼面狀況，直接進(jìn)行打殼，不能根據(jù)工藝和生產(chǎn)的特點(diǎn)來進(jìn)行打殼。它們?cè)诮邮盏娇刂葡到y(tǒng)的打殼命令后，先進(jìn)行試探性打殼，如若不能成功，則再進(jìn)行加壓打殼或高壓打殼，只是打殼的方式分為低壓、高壓、或變壓力型打殼。由于電解生產(chǎn)殼面的固有特性，和電解生產(chǎn)過程中的下料的不確定性，每次殼面狀況不同；這樣不斷試探性打殼，不但造成了打殼能源的浪費(fèi)，同時(shí)也無形地延遲了下料的時(shí)間，可能會(huì)造成電解槽的短時(shí)供料不足，帶來效應(yīng)。由于每次打殼到打殼完成的時(shí)間各不相同，破壞了控制系統(tǒng)的下料預(yù)測(cè)模型，造成了下料的不確定性，給生產(chǎn)帶來了更大的壞處，濃度控制不精確，效應(yīng)頻發(fā)等問題。傳統(tǒng)打殼氣缸沒有殼面檢測(cè)功能，即使有不同的限位，也是固定的，不能根據(jù)每次不同的殼面高度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，每次打殼不管殼面狀況，都按固定或最大行程動(dòng)作，經(jīng)常將殼頭伸入電解質(zhì)中，造成殼頭的腐蝕、縮短、殼頭氈包等造成以后的打殼長(zhǎng)度不夠和殼頭變形導(dǎo)致的料口狹小，造成堵料。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型的目的在于解決上述問題，提供一種一種電解槽用智能打殼氣缸。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為:一種電解槽用智能打殼氣缸，它包括設(shè)置在電解槽加料口上方的活塞桿端連接有打殼錘頭的打殼氣缸，所述打殼氣缸的兩個(gè)進(jìn)出氣口與兩位五通電磁閥連通，兩位五通電磁閥通過減壓閥與壓縮空氣總管相連通，其特征在于:打殼氣缸的兩個(gè)進(jìn)出氣口與兩位五通電磁閥連接的通路上串接有壓力傳感器，打殼錘頭伸縮運(yùn)動(dòng)的上、下行程止點(diǎn)處分別設(shè)有限位開關(guān)，所述壓力傳感器、限位開關(guān)、減壓閥和兩位五通電磁閥均與PLC控制器相連接，所述PLC控制器與槽控機(jī)連接。
[0009]優(yōu)選地，所述打殼氣缸的兩個(gè)進(jìn)出氣口與兩位五通電磁閥連接的通路上串接有壓力傳感器和在壓縮空氣管路上安裝的可控減壓閥。
[0010]進(jìn)一步地，在所述打殼錘頭的錘桿上也設(shè)置有與限位開關(guān)相配合的凸?fàn)钣|點(diǎn)。
[0011]進(jìn)一步地，具有對(duì)打殼壓力運(yùn)行曲線的采集、分析功能、以及對(duì)電磁閥和氣缸的輸出控制和輸出報(bào)警。
[0012]進(jìn)一步地，所述智能打殼氣缸具有通過壓力曲線的變化來決定預(yù)打殼或加、減壓打殼。
[0013]作為優(yōu)選，所述智能打殼氣缸具有通過打殼歷史經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的預(yù)打殼功能。
[0014]作為優(yōu)選，所述智能打殼氣缸具有對(duì)打殼使用壓縮空氣的節(jié)能。
[0015]本實(shí)用新型的電解槽用智能打殼氣缸包括設(shè)置在電解槽加料口上方的活塞桿端連接有打殼錘頭的打殼氣缸，所述打殼氣缸的兩個(gè)進(jìn)出氣口通過管路分別與兩位五通電磁閥的相應(yīng)接口相連，兩位五通電磁閥通過減壓閥與壓縮空氣總管相連接；在打殼氣缸的兩個(gè)進(jìn)出氣口處分別設(shè)置有壓力傳感器，在打殼錘頭伸縮運(yùn)動(dòng)的上、下行程止點(diǎn)處分別設(shè)置有限位開關(guān)；所述壓力傳感器、限位開關(guān)、減壓閥以及兩位五通電磁閥的控制接口均通過電連接的方式與PLC控制器的相應(yīng)接口連接，所述PLC控制器與槽控機(jī)或氣控柜通訊連接。
[0016]本實(shí)用新型在所述打殼錘頭的錘桿上設(shè)置有與限位開關(guān)相配合的凸?fàn)钣|點(diǎn)；所述壓力傳感器為GB-3000A壓力變送器，壓力變送器采用管接式安裝，量程為(Tl.6MPa，輸出4^20mA,采用供電24VDC ;所述減壓閥為帶有過濾調(diào)壓閥氣源處理三聯(lián)件的AC5000-10-減壓閥。
[0017]本實(shí)用新型配置了一個(gè)工業(yè)控制器，工業(yè)控制器直接采集壓力傳感器、打殼限位傳感器(限位開關(guān))的輸出信號(hào)，并控制打殼的執(zhí)行，同時(shí)工業(yè)控制器具有打殼命令輸入口和打殼反饋繼電器口，以及485通訊口，工業(yè)控制器可選擇與槽控機(jī)或氣控柜相連。
[0018]本實(shí)用新型的工作原理如下:
[0019]在槽控系統(tǒng)需要下料時(shí)，槽控機(jī)向打殼控制系統(tǒng)發(fā)出命令，打殼控制系統(tǒng)接收到打殼命令后，進(jìn)行記錄，通過預(yù)測(cè)控制算法，計(jì)算出本次的殼面狀況。并將上一次打殼完成后到現(xiàn)在的時(shí)間間隔(即打殼時(shí)間間隔)與控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定的時(shí)間間隔進(jìn)行比較(即設(shè)定打殼時(shí)間間隔)，確定本次采用的打殼方式和打殼行程；設(shè)定打殼時(shí)間間隔由控制器根據(jù)每次打殼過程不斷自動(dòng)修正，滾動(dòng)優(yōu)化。
[0020]打殼分為加壓打殼和沖擊打殼二種方法，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)決定每次打殼的方法。對(duì)于數(shù)次(次數(shù)可設(shè)定)沖擊打殼不能完成打殼，給出報(bào)警通知計(jì)算機(jī)或人工處理。加壓打殼的壓力大約只有2bar左右，在此壓力下氣缸伸出，碰到殼面后阻力增加，如果殼面很薄或無殼，則錘頭會(huì)達(dá)到控制系統(tǒng)預(yù)測(cè)的行程，之后控制系統(tǒng)控制氣缸縮回錘頭；如果系統(tǒng)預(yù)測(cè)的殼面和實(shí)際殼面有大差距，殼面較厚時(shí)，錘頭伸到殼面時(shí)受阻，從壓力傳感器的曲線變化中可以判斷，則將縮回銀頭，之后在聞壓的情況下沖擊打殼，在設(shè)定的沖擊打殼次數(shù)完成后，仍不能將殼面打開的(通過壓力傳感器可判定殼面是否打開)，停止打殼并報(bào)警。對(duì)于加壓打殼的行程，起初由限位決定，隨著打殼次數(shù)的增多，打殼的行程則由系統(tǒng)根據(jù)殼面的位置決定，，這樣就避免了錘頭伸入電解質(zhì)中。殼面的位置由壓力傳感器判定，并隨時(shí)間不斷變化的，打殼行程則由打殼氣缸在固定壓力下的速度和增加的位移量計(jì)算出，位移量一般取殼面厚度的最大值再加上余量即可。
[0021]當(dāng)氣缸作為普通打殼氣缸使用時(shí)，每次在系統(tǒng)最大壓力下進(jìn)行沖擊打殼，與普通打殼氣缸完全相同。當(dāng)氣缸作為智能打殼氣缸使用時(shí)，氣缸的預(yù)打殼節(jié)省64%以上的壓縮空氣能源。同時(shí)，由于采用了低壓打殼，系統(tǒng)的打殼噪音也得到了有效的緩減。
[0022]打殼能源計(jì)算:由于鋁電解生產(chǎn)的特殊性，正常電解槽的兩次下料時(shí)間小于結(jié)殼時(shí)間，所以在正常情況下的打殼基本上是加壓打殼。只有對(duì)于剛啟動(dòng)的電解槽、或較長(zhǎng)一段停止加料的電解槽，才會(huì)出現(xiàn)使用沖擊打殼的方法。加壓打殼一般為沖擊打殼的三分之一的壓力，即加壓打殼的用氣量是沖擊打殼的三分之一；對(duì)于加壓打殼一次不能成功的一般需增加一次沖擊打殼，即用氣量為加壓打殼的1.33倍，但由于每天電解槽的特殊操作不會(huì)大于20次，對(duì)于正常下料則可能達(dá)700次；綜合以上能源使用量為:(1/3V*700+(1+1/3)V*20)/(20+700)=0.36V，即用氣量為正常用氣的0.36倍，或者說節(jié)氣64%。
[0023]本實(shí)用新型的有益效果如下:
[0024]本實(shí)用新型的最大特點(diǎn)是自動(dòng)檢測(cè)殼面，當(dāng)多次打殼以后，系統(tǒng)會(huì)在預(yù)測(cè)出下次打殼時(shí)的殼面情況，并決定打殼方法和打殼行程。鋁電解生產(chǎn)過程中正常情況下的打殼基本上是加壓打殼，而只有對(duì)于剛啟動(dòng)的電解槽、以及有堵料現(xiàn)象的電解槽或較長(zhǎng)一段停止加料的電解槽，才會(huì)出現(xiàn)使用沖擊打殼的方法。加壓打殼一般為沖擊打殼的三分之一的壓力，不但很好地節(jié)約了能源，同時(shí)也降低了打殼噪音。同樣本產(chǎn)品的免傾入電解液的功能，也強(qiáng)于市面上的智能氣缸。原因是:打殼的行程是依照電解槽的生產(chǎn)狀況自動(dòng)調(diào)整的，所以更好地減少了錘頭的腐蝕與磨損。
[0025]另外，本實(shí)用新型的另一特點(diǎn)是:既可以當(dāng)作智能氣缸，也可以當(dāng)作普通氣缸使用；不但可以當(dāng)作智能氣缸使用于新建電解槽，也可適用于已生產(chǎn)的電解槽，用本產(chǎn)品直接代替原有的氣控柜和打殼氣缸兩者即可。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]附圖1是本實(shí)用新型的電解槽用智能打殼氣缸原理圖。
[0027]其中:1、減壓閥，2、兩位五通電磁閥，3、壓力傳感器，4、壓力傳感器，5、高低限位開關(guān)，6、高低限位開關(guān)，7、打殼錘頭，8、為打殼氣缸，9、PLC控制器，10、槽控機(jī)，11、連接電纜，13、壓縮空氣總管。

【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做出詳細(xì)描述，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好地理解本實(shí)用新型。
[0029]如圖1所示，本實(shí)用新型的電解槽用智能打殼氣缸包括設(shè)置在電解槽加料口上方的活塞桿端連接有打殼錘頭7的打殼氣缸8,所述打殼氣缸的兩個(gè)進(jìn)出氣口通過管路分別與兩位五通電磁閥2的相應(yīng)接口相連，兩位五通電磁閥2通過減壓閥I與壓縮空氣總管13相連接；在打殼氣缸的兩個(gè)進(jìn)出氣口處分別設(shè)置有壓力傳感器3、4，在打殼錘頭伸縮運(yùn)動(dòng)的上、下行程止點(diǎn)處分別設(shè)置有限位開關(guān)5、6;所述壓力傳感器、限位開關(guān)、減壓閥以及兩位五通電磁閥的控制接口均通過連接電纜11與PLC控制器的相應(yīng)接口連接，所述PLC控制器通過連接電纜11與槽控機(jī)通訊連接。
[0030]本實(shí)用新型在所述打殼錘頭的錘桿上設(shè)置有與限位開關(guān)相配合的凸?fàn)钣|點(diǎn)；所述壓力傳感器為GB-3000A壓力變送器，壓力變送器采用管接式安裝，量程為(Tl.6MPa，輸出4^20mA,采用供電24VDC ;所述減壓閥為帶有過濾調(diào)壓閥氣源處理三聯(lián)件的AC5000-10-減壓閥；所述兩位五通電磁閥的型號(hào)為0KSE2515-B7-C-1-G1/2-D24 ；
[0031]本實(shí)用新型配置了一個(gè)工業(yè)控制器，工業(yè)控制器直接采集壓力傳感器、打殼限位傳感器(限位開關(guān))的輸出信號(hào)，并控制打殼的執(zhí)行，同時(shí)工業(yè)控制器具有打殼命令輸入口和打殼反饋繼電器口，以及485通訊口，工業(yè)控制器可選擇與槽控機(jī)或氣控柜相連。
[0032]本實(shí)用新型的工作原理如下:當(dāng)PLC控制器接收到槽控機(jī)發(fā)出的打殼命令信號(hào)，氣缸加以2bar的壓力進(jìn)行打殼，氣缸伸出，碰到殼面后阻力增加，如果殼面很薄在2bar的壓力下可以打開殼面；否則若不能打開殼面，槽控機(jī)控制氣缸縮回，并以高壓沖擊打殼，在設(shè)定的次數(shù)可打開殼面的，PLC控制器向槽控機(jī)反饋打殼完成信號(hào)，否則反饋打殼故障報(bào)警信號(hào)，要求人工處理。在正常情況下，殼面較薄，低壓打殼即可打開殼面，對(duì)于較長(zhǎng)時(shí)間間隔后的打殼，殼面較厚，但可以通過高壓沖擊打殼完成。當(dāng)槽控機(jī)接收到打殼完成命令后，就可開始下料，一次打殼結(jié)束。
[0033]打殼的殼面判別方法，當(dāng)錘頭伸出遇到殼面時(shí)，阻力增加，壓力曲線斜率發(fā)生變化，當(dāng)殼面較薄時(shí)，壓力曲線斜率變化不大；但當(dāng)殼面較厚時(shí)，壓力曲線斜率變化很大，即出現(xiàn)拐點(diǎn)，通過比較曲線的斜率和拐點(diǎn)情況，即可判斷殼面的薄厚。
[0034]PLC控制器的工作原理如下:控制器記錄每次打殼的時(shí)間間隔，以及殼面的薄厚狀態(tài)，并通過預(yù)測(cè)控制算法，計(jì)算出本次的殼面狀況，與實(shí)際打殼的殼面薄厚作比較，不斷總結(jié)不同時(shí)間間隔下的殼面情況，并修正本次打殼的打殼壓力。這樣在接受到打殼命令后，通過預(yù)測(cè)控制算法，就可逐步確定打殼的壓力，為了簡(jiǎn)化預(yù)測(cè)，可采用分段式壓力控制參數(shù)。
[0035]通過以上的方法我們?cè)?00KA電解槽使用取得了節(jié)能壓縮空氣約64%的效果，約50%以上的打殼為低壓打殼，打殼噪音降低了 50%以上。
【權(quán)利要求】
1.一種電解槽用智能打殼氣缸，它包括設(shè)置在電解槽加料口上方的活塞桿端連接有打殼錘頭的打殼氣缸，所述打殼氣缸的兩個(gè)進(jìn)出氣口與兩位五通電磁閥連通，兩位五通電磁閥通過減壓閥與壓縮空氣總管相連通，其特征在于:打殼氣缸的兩個(gè)進(jìn)出氣口與兩位五通電磁閥連接的通路上串接有壓力傳感器，打殼錘頭伸縮運(yùn)動(dòng)的上、下行程止點(diǎn)處分別設(shè)有限位開關(guān)，所述壓力傳感器、限位開關(guān)、減壓閥和兩位五通電磁閥均與PLC控制器相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解槽用智能打殼氣缸，其特征在于:所述打殼氣缸的兩個(gè)進(jìn)出氣口與兩位五通電磁閥連接的通路上串接有壓力傳感器和在壓縮空氣管路上安裝的可控減壓閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解槽用智能打殼氣缸，其特征在于:在所述打殼錘頭的錘桿上也設(shè)置有與限位開關(guān)相配合的凸?fàn)钣|點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解槽用智能打殼氣缸，其特征在于:具有對(duì)打殼壓力運(yùn)行曲線的采集、分析功能、以及對(duì)電磁閥和氣缸的輸出控制和輸出報(bào)警。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解槽用智能打殼氣缸，其特征在于:所述智能打殼氣缸具有通過壓力曲線的變化來判斷殼面的結(jié)殼狀態(tài)和位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解槽用智能打殼氣缸，其特征在于:所述智能打殼氣缸具有通過壓力曲線的變化來決定預(yù)打殼或加、減壓打殼。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解槽用智能打殼氣缸，其特征在于:所述智能打殼氣缸具有通過打殼歷史經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的預(yù)打殼功能。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解槽用智能打殼氣缸，其特征在于:所述智能打殼氣缸具有對(duì)打殼使用壓縮空氣的節(jié)能。
【文檔編號(hào)】C25C3/14GK204138788SQ201420637510
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】王德全, 魏清漢, 王振偉, 王煒峰 申請(qǐng)人:河南科達(dá)東大國(guó)際工程有限公司