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進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，打殼氣缸的兩個進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，打殼錘頭伸縮運動的上、下行程止點處分別設有限位開關，所述壓力傳感器、限位開關、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，不但很好地節約了能源，同時也降低了打殼噪音。同樣本產品的免傾入電解液的功能，也強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狀況自動調整的，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
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種應用于鋁電解生產的工業生產自動化控制設備，具體說是涉及一種電解槽用智能打殼氣缸。
【背景技術】
[0002]電解槽用智能打殼氣缸是應用于鋁電解生產的工業自動化控制設備。在鋁電解生產過程中電解槽需要不斷地消耗原料，從而通過電解生產出鋁水。但由于生產設備的特殊性結構，加入的氧化鋁原料過程是間歇性的，而加入口在一段時間內很容易自我封閉，在表面形成很硬的殼，只有通過專業的打孔設備打開殼孔，才能將氧化鋁加入，這種專業的打殼設備稱之為打殼氣缸。由于打殼氣缸所處的環境是高污染、大磁場、高溫的，對打殼氣缸的設備和器件適用性提出了較高的要求，同時還需滿足鋁電解槽的加料工藝需求。
[0003]目前國內外鋁行業采用大型預焙電解槽進行電解生產，在預焙鋁電解槽中均采用中間下料的生產模式，對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的關鍵設備，它由微機自動控制打殼下料之間的協調與配合，完成電解鋁正常生產。
[0004]在鋁電解生產中覆蓋在電解質上的氧化鋁很容易在表面形成結殼，對于自動加料的生產設備通過打殼氣缸打開殼口，按需加入氧化鋁連續生產，傳統的打殼氣缸在每次下料前打殼。由于鋁電解生產的特殊性，每次下料時的結殼狀況不同，而且電解槽的工作狀態不完全恒定，所以加入氧化鋁的時間間隔也各不相同，對于特殊情況下還會出現停止加料的時期，同時在不同的生產工藝條件下，結殼的厚度與硬度也不盡相同，如果每一次下料都進行高壓打殼，會大量浪費了打殼能源。傳統打殼氣缸沒有殼面檢測功能，每次打殼不管殼面狀況，都按最大行程動作，將錘頭伸入電解質中，造成錘頭的腐蝕、縮短、錘頭氈包等，弓丨起以后的打殼長度不夠和殼頭變形導致的料口狹小，造成堵料。同時被電解質腐蝕掉的殼頭還會對鋁水造成雜質污染，影響鋁水質量。因此研究一種按需打殼，殼頭不伸入電解質的智能打殼氣缸，不但可以節約能耗，同時可以提高生產鋁水的質量。
[0005]現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，如鋁用節能氣缸、高溫節能型氣缸、多段式氣缸、降噪打殼氣缸等。鋁用節能氣缸，在接收到控制系統的打殼命令后，先進行試探性打殼，如若不能成功，則再進行加壓打殼或高壓打殼，不能提前預判結殼殼面的狀況；而高溫節能型氣缸，是先進行壓殼，如若不能成功，則再進行定壓打殼；多段式氣缸是，在氣缸上設置不同的限位，采用分段式壓力進行打殼，不同的壓力達到不同的殼面位置，盡量避免打殼錘頭被浸入電解質中；而降噪打殼氣缸的主要特點是，根據檢測到殼面采用逐步加壓，壓殼或再沖擊打殼方式打殼，以減小打殼的噪音。
[0006]現有鋁電解槽采用的打殼氣缸，不管是節能型打殼氣缸，還是降噪型打殼氣缸，他們都有一個共同的特點是，在接收到槽控系統發出命令后，不能預判殼面狀況，直接進行打殼，不能根據工藝和生產的特點來進行打殼。它們在接收到控制系統的打殼命令后，先進行試探性打殼，如若不能成功，則再進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。由于電解生產殼面的固有特性，和電解生產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，同時也無形地延遲了下料的時間，可能會造成電解槽的短時供料不足，帶來效應。由于每次打殼到打殼完成的時間各不相同，破壞了控制系統的下料預測模型，造成了下料的不確定性，給生產帶來了更大的壞處，濃度控制不精確，效應頻發等問題。傳統打殼氣缸沒有殼面檢測功能，即使有不同的限位，也是固定的，不能根據每次不同的殼面高度進行自動調整，每次打殼不管殼面狀況，都按固定或最大行程動作，經常將殼頭伸入電解質中，造成殼頭的腐蝕、縮短、殼頭氈包等造成以后的打殼長度不夠和殼頭變形導致的料口狹小，造成堵料。
實用新型內容
[0007]本實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]為了達到上述目的，本實用新型所采用的技術方案為:一種電解槽用智能打殼氣缸，它包括設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進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:打殼氣缸的兩個進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，打殼錘頭伸縮運動的上、下行程止點處分別設有限位開關，所述壓力傳感器、限位開關、減壓閥和兩位五通電磁閥均與PLC控制器相連接，所述PLC控制器與槽控機連接。
[0009]優選地，所述打殼氣缸的兩個進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]進一步地，在所述打殼錘頭的錘桿上也設置有與限位開關相配合的凸狀觸點。
[0011]進一步地，具有對打殼壓力運行曲線的采集、分析功能、以及對電磁閥和氣缸的輸出控制和輸出報警。
[0012]進一步地，所述智能打殼氣缸具有通過壓力曲線的變化來決定預打殼或加、減壓打殼。
[0013]作為優選，所述智能打殼氣缸具有通過打殼歷史經驗總結的預打殼功能。
[0014]作為優選，所述智能打殼氣缸具有對打殼使用壓縮空氣的節能。
[0015]本實用新型的電解槽用智能打殼氣缸包括設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進出氣口通過管路分別與兩位五通電磁閥的相應接口相連，兩位五通電磁閥通過減壓閥與壓縮空氣總管相連接；在打殼氣缸的兩個進出氣口處分別設置有壓力傳感器，在打殼錘頭伸縮運動的上、下行程止點處分別設置有限位開關；所述壓力傳感器、限位開關、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控制器的相應接口連接，所述PLC控制器與槽控機或氣控柜通訊連接。
[0016]本實用新型在所述打殼錘頭的錘桿上設置有與限位開關相配合的凸狀觸點；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壓閥氣源處理三聯件的AC5000-10-減壓閥。
[0017]本實用新型配置了一個工業控制器，工業控制器直接采集壓力傳感器、打殼限位傳感器(限位開關)的輸出信號，并控制打殼的執行，同時工業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，工業控制器可選擇與槽控機或氣控柜相連。
[0018]本實用新型的工作原理如下:
[0019]在槽控系統需要下料時，槽控機向打殼控制系統發出命令，打殼控制系統接收到打殼命令后，進行記錄，通過預測控制算法，計算出本次的殼面狀況。并將上一次打殼完成后到現在的時間間隔(即打殼時間間隔)與控制系統內設定的時間間隔進行比較(即設定打殼時間間隔)，確定本次采用的打殼方式和打殼行程；設定打殼時間間隔由控制器根據每次打殼過程不斷自動修正，滾動優化。
[0020]打殼分為加壓打殼和沖擊打殼二種方法，系統會自動決定每次打殼的方法。對于數次(次數可設定)沖擊打殼不能完成打殼，給出報警通知計算機或人工處理。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，則錘頭會達到控制系統預測的行程，之后控制系統控制氣缸縮回錘頭；如果系統預測的殼面和實際殼面有大差距，殼面較厚時，錘頭伸到殼面時受阻，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，在設定的沖擊打殼次數完成后，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)，停止打殼并報警。對于加壓打殼的行程，起初由限位決定，隨著打殼次數的增多，打殼的行程則由系統根據殼面的位置決定，，這樣就避免了錘頭伸入電解質中。殼面的位置由壓力傳感器判定，并隨時間不斷變化的，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]當氣缸作為普通打殼氣缸使用時，每次在系統最大壓力下進行沖擊打殼，與普通打殼氣缸完全相同。當氣缸作為智能打殼氣缸使用時，氣缸的預打殼節省64%以上的壓縮空氣能源。同時，由于采用了低壓打殼，系統的打殼噪音也得到了有效的緩減。
[0022]打殼能源計算:由于鋁電解生產的特殊性，正常電解槽的兩次下料時間小于結殼時間，所以在正常情況下的打殼基本上是加壓打殼。只有對于剛啟動的電解槽、或較長一段停止加料的電解槽，才會出現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大于20次，對于正常下料則可能達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，或者說節氣64%。
[0023]本實用新型的有益效果如下:
[0024]本實用新型的最大特點是自動檢測殼面，當多次打殼以后，系統會在預測出下次打殼時的殼面情況，并決定打殼方法和打殼行程。鋁電解生產過程中正常情況下的打殼基本上是加壓打殼，而只有對于剛啟動的電解槽、以及有堵料現象的電解槽或較長一段停止加料的電解槽，才會出現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，不但很好地節約了能源，同時也降低了打殼噪音。同樣本產品的免傾入電解液的功能，也強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狀況自動調整的，所以更好地減少了錘頭的腐蝕與磨損。
[0025]另外，本實用新型的另一特點是:既可以當作智能氣缸，也可以當作普通氣缸使用；不但可以當作智能氣缸使用于新建電解槽，也可適用于已生產的電解槽，用本產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，6、高低限位開關，7、打殼錘頭，8、為打殼氣缸，9、PLC控制器，10、槽控機，11、連接電纜，13、壓縮空氣總管。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖對本實用新型做出詳細描述，以使本領域技術人員可以更好地理解本實用新型。
[0029]如圖1所示，本實用新型的電解槽用智能打殼氣缸包括設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進出氣口通過管路分別與兩位五通電磁閥2的相應接口相連，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；在打殼氣缸的兩個進出氣口處分別設置有壓力傳感器3、4，在打殼錘頭伸縮運動的上、下行程止點處分別設置有限位開關5、6;所述壓力傳感器、限位開關、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控制器的相應接口連接，所述PLC控制器通過連接電纜11與槽控機通訊連接。
[0030]本實用新型在所述打殼錘頭的錘桿上設置有與限位開關相配合的凸狀觸點；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壓閥氣源處理三聯件的AC5000-10-減壓閥；所述兩位五通電磁閥的型號為0KSE2515-B7-C-1-G1/2-D24 ；
[0031]本實用新型配置了一個工業控制器，工業控制器直接采集壓力傳感器、打殼限位傳感器(限位開關)的輸出信號，并控制打殼的執行，同時工業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，工業控制器可選擇與槽控機或氣控柜相連。
[0032]本實用新型的工作原理如下:當PLC控制器接收到槽控機發出的打殼命令信號，氣缸加以2bar的壓力進行打殼，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，槽控機控制氣缸縮回，并以高壓沖擊打殼，在設定的次數可打開殼面的，PLC控制器向槽控機反饋打殼完成信號，否則反饋打殼故障報警信號，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，對于較長時間間隔后的打殼，殼面較厚，但可以通過高壓沖擊打殼完成。當槽控機接收到打殼完成命令后，就可開始下料，一次打殼結束。
[0033]打殼的殼面判別方法，當錘頭伸出遇到殼面時，阻力增加，壓力曲線斜率發生變化，當殼面較薄時，壓力曲線斜率變化不大；但當殼面較厚時，壓力曲線斜率變化很大，即出現拐點，通過比較曲線的斜率和拐點情況，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間間隔，以及殼面的薄厚狀態，并通過預測控制算法，計算出本次的殼面狀況，與實際打殼的殼面薄厚作比較，不斷總結不同時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，通過預測控制算法，就可逐步確定打殼的壓力，為了簡化預測，可采用分段式壓力控制參數。
[0035]通過以上的方法我們在400KA電解槽使用取得了節能壓縮空氣約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。
【權利要求】
1.一種電解槽用智能打殼氣缸，它包括設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進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:打殼氣缸的兩個進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，打殼錘頭伸縮運動的上、下行程止點處分別設有限位開關，所述壓力傳感器、限位開關、減壓閥和兩位五通電磁閥均與PLC控制器相連接。
2.根據權利要求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進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.根據權利要求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置有與限位開關相配合的凸狀觸點。
4.根據權利要求1所述的電解槽用智能打殼氣缸，其特征在于:具有對打殼壓力運行曲線的采集、分析功能、以及對電磁閥和氣缸的輸出控制和輸出報警。
5.根據權利要求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殼狀態和位置。
6.根據權利要求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打殼或加、減壓打殼。
7.根據權利要求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驗總結的預打殼功能。
8.根據權利要求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打殼使用壓縮空氣的節能。
【文檔編號】C25C3/14GK204138788SQ201420637510
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月30日 優先權日:2014年10月30日
【發明者】王德全, 魏清漢, 王振偉, 王煒峰 申請人:河南科達東大國際工程有限公司