一种铝电解短路口自诊断及自动连锁保护系统和方法与流程

1.本发明属于铝电解生产控制技术领域，尤其涉及一种铝电解短路口自诊断及自动连锁保护系统和方法。


背景技术：

2.铝电解槽都是采用串联供电方式连接，槽周围及底部铝母线不仅是每台槽自身导电系统中的一部分，也是整个电解系列导电回路中不可或缺的组成部分。其中任何一台电解槽一旦发生损毁事故，熔断的铝母线和断路瞬间电压、电流产生的巨大能量将摧毁立柱母线及槽周设施；若在短时间内修复不好，又没有其它特殊短路措施将事故槽快速跨接，整个电解系列就无法恢复送电，面临系列停产，给企业带来巨大的安全隐患及经济损失。
3.目前在铝电解生产过程中，通常采用人工巡检的方式进行检查，但人工巡检的方式为定期例行检查，并不能及时发现问题，通常都是在已经发生事故后才发现处理，这种检查方式无法全面实时保障现代化大型铝电解生产过程安全。


技术实现要素：

4.鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种铝电解短路口自诊断及自动连锁保护系统和方法，通过对单槽槽电压、分组多槽累加槽电压进行采集，边缘数据采集器将信息传递给远程控制平台，远程控制平台通过数据对照判断，若存在异常则发出报警提示和连锁保护执行信号，本发明可及时有效的发现铝电解母线立柱短路口工况异常，提升了铝电解生产运行的稳定性及安全性。
5.为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：一种铝电解短路口自诊断及自动连锁保护系统，包括单槽电压采集判断终端、分组多槽槽电压累加采集判断终端、边缘数据采集器、工业交换机、远程控制平台，所述单槽电压采集判断终端、分组多槽槽电压累加采集判断终端分别对单槽槽电压、分组多槽槽电压进行实时连续式采集和判断，所述单槽电压采集判断终端、分组多槽槽电压累加采集判断终端内设有电压上限阈值，通过将单槽槽电压、分组多槽槽电压与各自电压上限阈值相比对输出相应的开关量信号，边缘数据采集器采集判断单槽电压采集判断终端和分组多槽槽电压累加采集判断终端的单槽槽电压、分组多槽槽电压及开关量信号通过工业交换机传递给远程控制平台，远程控制平台将采集的包括单槽槽电压、分组多槽槽电压及开关量信号的前端综合判断数据与原动力系统中的生产数据进行对照检测，若存在相同异常趋势则发出报警提示和连锁保护执行信号。
6.进一步地，所述单槽槽电压为每个铝电解槽的槽电压，分组多槽槽电压是以n1台铝电解槽为一组，在每组铝电解槽的首末两端进行分组槽的多槽累加槽电压实时连续式采集及判断，每组铝电解槽配备一台边缘数据采集器，n2个边缘数据采集器为一组连接一台电解车间的工业交换机，n3个电解车间的工业交换机连接一台动力主控室汇集交换机，动力主控室汇集交换机与远程控制平台相连，其中n1、n2、n3均为大于等于2的正整数。
7.进一步地，所述n1、n2、n3取值为不小于5的正整数。
8.进一步地，所述原动力系统中的生产数据包括系列电压值、系列电流值及开关量信号。
9.进一步地，所述远程控制平台发出连锁保护执行信号使控制系统启动原动力系统综自继电保护控制回路，向动力保护系统发出切断电解系列负荷执行信号，对电解系列电解槽进行停电操作。
10.所述系统的铝电解短路口自诊断及自动连锁保护方法，包括如下步骤：步骤s01：通过单槽电压采集判断终端、分组多槽槽电压累加采集判断终端分别对单槽槽电压、分组多槽累加槽电压进行实时连续式采集和槽电压异常判断；步骤s02：边缘数据采集器采集判断单槽电压采集判断终端和分组多槽槽电压累加采集判断终端的单槽槽电压、分组多槽槽电压及开关量信号通过工业交换机逐级传递给远程控制平台，实现前端综合判断数据的传输；步骤s03：远程控制平台通过读取前端综合判断数据，与原动力系统中的生产数据进行对照检测，对铝电解供电系统整体进行评判，控制系统控制原动力系统综自继电保护控制回路根据评判结果对电解车间供电系统进行控制。
11.进一步地，所述步骤s01具体为远程控制平台控制单槽电压采集判断终端、分组多槽槽电压累加采集判断终端分别对铝电解单槽、分组多槽采集电缆的电压进行实时连续式采集，单槽电压采集判断终端设有判断分析模块，判断分析模块内设有单槽槽电压的上限阈值，单槽电压采集判断终端的判断分析模块通过将采集的实时单槽槽电压与设置的单槽槽电压的上限阈值进行比对，输出相应的开关量信号；分组多槽槽电压累加采集判断终端内设有判断分析模块，判断分析模块设有分组槽的多槽累加槽电压上限阈值，分组多槽槽电压累加采集判断终端的判断分析模块通过将采集的实时分组多槽槽电压与设置的多槽累加槽电压上限阈值进行比对，输出相应的开关量信号。
12.进一步地，所述分组多槽槽电压累加采集是以n1台电解铝槽为一组，n1为大于等于2的正整数，在每组铝电解槽的首末两端进行分组槽的多槽累加槽电压实时连续式采集。
13.进一步地，所述步骤s02具体为远程控制平台控制控制边缘数据采集器采集判断单槽槽电压、分组槽的多槽累加槽电压及开关量信号，当单槽槽电压值和多槽累加电压值各自达到临界阀值时，单槽电压采集判断终端、分组多槽槽电压累加采集判断终端向边缘数据采集器发出开关量信号，当单槽槽电压和多槽累加槽电压均出现异常时，边缘数据采集器判断为真，边缘数据采集器将采集的单槽槽电压、分组槽的多槽累加槽电压及开关量信号形成前端综合判断数据传输至工业交换机；仅单槽槽电压或仅多槽累加槽电压存在异常边缘数据采集器判断为假，对数据进行筛除处理。
14.进一步地，所述步骤s03前端综合判断数据包括单槽槽电压值、多槽累加电压值、开关量信号；原动力系统中的生产数据包括系列电压值、系列电流值及开关量信号，远程控制平台接收到边缘采集器发送的前端综合判断数据后，远程控制平台与原动力系统中的生产数据进行对照检测，当原动力系统中的生产数据与前端综合判断数据的特征趋势相符时，远程控制平台发出报警提示和连锁保护执行信号。
15.本发明的有益效果是：（1）本发明将铝电解车间的前端综合判断数据与动力分厂中的远程控制平台通过
以太网和工业交换机进行连接，远程控制平台根据铝电解车间和原动力系统中的生产数据对系统整体进行评判，综合自动化系统和继电保护控制回路根据评判结果对铝电解车间供电系统进行控制，实现了生产系统、控制系统和供电系统的实时感知和自动远程联动。这种一体化结构系统充分实现了实时数据的共享，弥补传统人工巡检盲区，节省大量人力资源，并且能有效及时的发现生产异常，极大地提升了铝电解生产运行的稳定性及安全性；本发明系统及方法工作效率高，智能化，方便化，实用性强。
16.（2）本发明根据采集的实时单槽槽电压、多槽累加槽电压变化，在铝电解过程中发生异常状态的初期及时准确自动评判及连锁保护处置，及时有效的记录关键处置数据信息，将铝电解短路口异常事故消除在初期阶段，极大地减小事故对系列生产的影响和事故造成的人员、经济损失。
17.（3）在系统中设置单槽槽电压采集判断终端监测铝电解槽槽电压、设置分组多槽槽电压累加采集判断终端监测多槽累加槽电压、设置边缘数据采集器采集单槽、分组槽槽电压和采集判断终端的开关量信号，如果单槽槽电压与分组槽槽电压均出现异常，边缘数据采集器将数据上传给远程控制平台，如果只有采集单槽或只有分组多槽槽电压出现异常予以数据筛除；在远程控制平台侧，远程控制平台接收到边缘数据采集器的数据后参考原动力系统中的生产数据，如果原动力系统中的相应电压、电流、开关量信号同时发生相应趋势的异常，则远程控制平台予以执行报警和系列断电保护操作，提升系统的准确性。
附图说明
18.图1为本发明的铝电解异常自动连锁保护控制系统架构示意图；图2为本发明的铝电解异常自动连锁保护控制系统框架示意图；图3为单槽槽电压监测及多槽累加槽电压监测模式示意图；图4为铝电解异常自动连锁保护方法流程图；图5为铝电解异常自动连锁保护电气控制图。
具体实施方式
19.为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
20.如图1-2所示，本发明为一种铝电解短路口自诊断及自动连锁保护系统及方法，本发明的一种铝电解短路口自诊断及自动连锁保护系统包括单槽电压采集判断终端、分组多槽槽电压累加采集判断终端、边缘数据采集器、工业交换机、远程控制平台。在每个铝电解槽独立敷设电缆，将一定数量铝电解槽编为一组，一般为5台一组，在每组电解铝槽的首末两端敷设电缆，如图3、5所示，用现有的电压采集设备采集电缆上的电压，然后单槽电压采集判断终端、分组多槽槽电压累加采集判断终端对单槽电压、分组槽的多槽累加槽电压进行实时连续式采集，所述单槽电压采集判断终端、分组多槽槽电压累加采集判断终端内设有电压上限阈值，通过将单槽槽电压、分组多槽槽电压与相应电压上限阈值相比对输出相应的开关量信号。边缘数据采集器采集判断单槽电压采集判断终端和分组多槽槽电压累加采集判断终端的单槽槽电压、分组多槽槽电压及开关量信号，当单槽槽电压值和多槽累加电压值各自达到临界阀值时，单槽电压采集判断终端、分组多槽槽电压累加采集判断终端
向边缘数据采集器发出开关量信号，当单槽槽电压和多槽累加槽电压均出现异常时，边缘数据采集器判断为真，边缘数据采集器将单槽槽电压、分组多槽槽电压及开关量信号形成前端综合判断数据传输至工业交换机；如果仅单槽槽电压或仅多槽累加槽电压存在异常边缘数据采集器判断为假，对数据进行筛除处理，这样可以提高系统的准确率。
21.五组边缘数据采集器连接一台电解车间的工业交换机，若干电解车间的工业交换机与一台动力主控室汇集交换机连接，动力主控室汇集交换机获取原动力系统中的生产数据后上传给远程控制平台，远程控制平台将采集的包括单槽槽电压、分组槽槽电压及开关量信号的前端综合判断数据与原动力系统中的生产数据进行对照检测，若存在异常则发出报警提示和连锁保护执行信号。具体地，远程控制平台接收到边缘采集器发送的前端综合判断数据后，远程控制平台与原动力系统中的生产数据进行对照检测，当原动力系统中的生产数据与前端综合判断数据的特征值相符时，即原动力系统中相应的电压、电流值、开关量信号也存在边缘数据采集器上传的电压、开关量信号的相同趋势特征，远程控制平台认为为真，发出报警提示和连锁保护执行信号，使控制系统启动原动力系统继电保护控制回路，向动力保护系统发出切断小组负荷执行信号，对电解槽进行停电操作。如果原动力系统中相应的电压、电流值、开关量信号与边缘数据采集器上传的电压、开关量信号的趋势特征不符，则远程控制平台认为为假，则不发出报警提示和连锁保护执行信号，仅将数据进行提示和保存处理。
22.本发明所述的铝电解短路口自诊断及自动连锁保护方法，包括如下步骤：步骤s01：通过单槽电压采集判断终端、分组多槽槽电压累加采集判断终端分别对单槽槽电压、分组多槽槽电压进行实时连续式采集和槽电压异常判断。
23.具体地，所述步骤s01具体为远程控制平台控制单槽电压采集判断终端、分组多槽槽电压累加采集判断终端分别对铝电解单槽、分组多槽采集电缆的电压进行实时连续式采集，单槽电压采集判断终端设有判断分析模块，判断分析模块内设有单槽槽电压的上限阈值，单槽电压采集判断终端的判断分析模块通过将采集的实时单槽槽电压与设置的单槽槽电压的上限阈值进行比对，输出相应的开关量信号；分组多槽槽电压累加采集判断终端内设有判断分析模块，判断分析模块设有分组槽的多槽累加槽电压上限阈值，分组多槽槽电压累加采集判断终端的判断分析模块通过将采集的实时分组多槽槽电压与设置的多槽累加槽电压上限阈值进行比对，输出相应的开关量信号。
24.步骤s02：边缘数据采集器采集判断单槽电压采集判断终端和分组多槽槽电压累加采集判断终端的单槽槽电压、分组多槽槽电压及开关量信号通过工业交换机逐级传递给远程控制平台，实现前端综合判断数据的传输。
25.具体地，远程控制平台控制控制边缘数据采集器采集判断单槽槽电压、分组槽的多槽累加槽电压及开关量信号，当单槽槽电压值和多槽累加电压值各自达到临界阀值时，单槽电压采集判断终端、分组多槽槽电压累加采集判断终端向边缘数据采集器发出开关量信号，当单槽槽电压和多槽累加槽电压均出现异常时，边缘数据采集器判断为真，边缘数据采集器将采集的单槽槽电压、分组槽的多槽累加槽电压及开关量信号形成前端综合判断数据传输至工业交换机；仅单槽槽电压或仅多槽累加槽电压存在异常边缘数据采集器判断为假，对数据进行筛除处理，提高系统的准确率。
26.步骤s03：远程控制平台通过读取前端综合判断数据，与原动力系统中的生产数据
进行对照检测，对铝电解供电系统整体进行评判，控制系统控制原动力系统继电保护控制回路根据评判结果对电解车间供电系统进行控制。
27.具体地，前端综合判断数据包括单槽槽电压值、多槽累加电压值、开关量信号；原动力系统中的生产数据包括系列电压值、系列电流值及开关量信号，远程控制平台接收到边缘采集器发送的前端综合判断数据后，远程控制平台与原动力系统中的生产数据进行对照检测，当原动力系统中的生产数据与前端综合判断数据的特征值相符时，远程控制平台发出报警提示和连锁保护执行信号。如图4所示，进一步地，远程控制平台接收到边缘采集器发送的前端综合判断数据后，远程控制平台与原动力系统中的生产数据进行对照检测，当原动力系统中的生产数据与前端综合判断数据的特征值相符时，即原动力系统中相应的电压、电流值、开关量信号与边缘数据采集器上传的电压、开关量信号的存在相应趋势特征，远程控制平台认为为真，发出报警提示和连锁保护执行信号，使控制系统启动原动力系统继电保护控制回路，向动力保护系统发出切断小组负荷执行信号，对电解槽进行停电操作。如果原动力系统中相应的电压、电流值、开关量信号与边缘数据采集器上传的电压、开关量信号的趋势特征不符，远程控制平台认为为假，则不发出报警提示和连锁保护执行信号，将数据进行提示和保存处理。
28.本发明的一种铝电解短路口自诊断及自动连锁保护系统和方法为一体化结构系统，实现了实时数据的共享，弥补传统人工巡检盲区，节省大量人力资源，有效及时的发现生产异常，极大地提升了铝电解生产运行的稳定性及安全性；本发明系统及方法工作效率高，智能化，方便化，实用性强。本发明在铝电解过程中短路口发生异常状态的初期及时准确自动评判及连锁保护处置，及时有效的记录关键处置数据信息，将铝电解异常事故消除在初期阶段，极大地减小事故对系列生产的影响和事故造成的人员、经济损失。
29.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。