[发明专利]一种电解机组安全监控管理系统

权利要求书

1.一种电解机组安全监控管理系统，包括视频信息采集单元、视频信息存储单元、视频信息显示单元、控制状态信息采集单元、控制状态信息处理单元和控制状态信息存储显示单元，其特征在于视频信息采集单元的采集信号输出端口与视频信息存储单元的采集信号输入端口相连，视频信息存储单元的显示信号输出端口与视频信息显示单元显示信号输入端口相连，控制状态信息采集单元的采集信号输出端口与控制状态信息处理单元的采集信号输入端口相连，控制状态信息处理单元的信号传输端口与控制状态信息存储显示单元的信号传输端口相连；

所述控制状态信息采集单元包括传感器，传感器通过数据总线与控制状态信息处理单元相连；

所述控制状态信息处理单元设置管理员模式，实行登录分级权限；

所述登录分级权限为不同的等级有不同的权限，操作等级密码只能看到设备的运行数据，包括设备的运行状态、故障状态、运行条件及指导操作；

管理等级的密码可以看到运行数据、分析结果、违章操作记录、并可进行简单压力和流量的调整；

调试等级的密码可以进行画面地址的更改、程序的调整、运行参数的设置；

所述控制状态信息采集单元采集的信息包括出铝钩起重量、大小车运动行程、出铝钩及固定吊起升高度和设备联锁保护信息；

所述出铝钩起重量的信息通过出铝钩起重量检测结构采集，出铝钩起重量检测结构包括称重传感器，称重传感器安装在出铝钩横梁上，称重传感器的称重检测曲面上设置有检测轴，出铝钩吊钩组上端设置有检测轴穿过孔；

所述检测轴穿过孔两端的检测轴上套有绝缘板，绝缘板通过内六角沉头螺钉与出铝钩吊钩组固定，绝缘板外端的检测轴上设置有轴用弹性挡圈；

所述视频信息采集单元是通过一个或多个摄像头采集提升设备整个调运过程的视频并将该视频信息发送给视频信息存储单元；所述视频信息存储单元是将视频信息采集单元发送来的视频信息进行存储，同时再将视频信息实时发送给视频信息显示单元；视频信息显示单元用于接收视频存储单元发送的视频信号并进行显示；

控制状态信息采集单元是通过传感器及数据总线通讯，采集设备的行程、高度、重量、运行状体信息，并将信息发送给控制状态信息处理单元进行处理；

控制状态信息存储显示单元为人机接口，实时在线显示设备机组的运行状态及报警显示，显示行走及起重机构的实时位置；

所述控制状态信息处理单元启动后，系统进入自动巡检和工控机联合控制，如系统存在问题，系统将发出报警信号并显示相关报警信息，如系统无故障，待系统检测通过后进入工程管理界面，输入正确的用户密码后，系统进入主画面；

所述控制状态信息存储显示单元采用工业平板电脑，工业平板电脑上安装有组态画面，组态画面包括电解机组设备的运行状态、故障状态和参数调整窗口，当设备发生调运操作的故障，进行报警和记录；

所述摄像头固定安装在电解机组的端梁上，摄像孔正对出铝钩；能够全程观察记录出铝钩的工作情况；

所述摄像头采用防抖摄像头，摄像头表面贴膜；摄像头表面贴膜，可显著减小含硫元素气体和灰尘对摄像头的腐蚀，使其更适应电解车间的恶劣环境；

所述控制状态信息处理单元采用PLC；

所述PLC采用2080-LC50-48QVB一体机；通过本身自带的高计通道读取编码器发出的大车位置、出铝车位置、出铝钩升降脉冲信号，扩展2080-IF4模块用来采集起重量限制器发送的4-20mA的重量信号，扩展2080-SERIALISOL模块用来以RS-485协议采集电子秤的重量信号；

所述大小车运动行程的信息通过大小车运行检测机构采集，大小车运行检测机构包括编码器，编码器固定在大小车运行车轮组的端盖上，编码器的输出轴通过三节式万向节和内六角凹端紧定螺钉与大小车运行车轮组的轴端挡板上的轴相连，轴端挡板随大小车运行车轮组一起旋转；

所述编码器通过紧固件设置在纵截面为横向几字形的连接座外端中部，连接座内端向两侧弯折并通过圆柱头螺钉与端盖相连，连接座内端与端盖之间设置有垫片组，编码器的输出轴穿过连接座的中心孔；

编码器的输出轴与轴端挡板上的轴相连，不存在车轮与轨道之间发生滑动，所以编码器提供的数据准确无误；另外在轨道的特定位置安装光电复位结构；

光电复位结构包括设置在电解机组设备端梁上的光电开关，电解机组轨道上设置有与光电开关相配合的反射镜，反射镜安装在设备经过频率最高的位置；在设备经过这一位置时，光电开关被反射镜触发，向PLC发出信号，PLC根据实际位置将实际的位置数据直接付给程序中的位置数据，起到校正清零的作用，保证系统不会产生累计误差；

所述出铝钩及固定吊起升高度的信息通过出铝钩及固定吊起升高度检测机构采集，出铝钩及固定吊起升高度检测机构包括编码器和两侧竖向座板，编码器设置在纵截面为横向Z字形固定板外端长竖板上，长竖板下端向内侧弯折后再向下弯折，向下弯折部为内端短竖板，内端短竖板通过紧固件与一侧座板外壁相连，两侧座板上端之间设置有检测轴，检测轴两端通过轴承与座板上端轴孔相连，检测轴中部套有检测轮，出铝钩及固定吊起升部分的卷筒带动检测轮旋转；编码器的输出轴与检测轴相连；

编码器测量的是轴端挡板上的轴或卷筒的运行形成，并通过时间计算出大小车行走速度及出铝钩和固定吊的升降速度；

所述轴孔内小外大，轴承内端面紧贴小孔外端面，座板内壁围绕轴孔设置有环状槽，环状槽内径大于大孔直径，环状槽的底面与小孔外端在同一垂面上；

检测轮侧壁与座板内壁之间的检测轴上设置有隔套，隔套中部围绕检测轴设置有向外侧延伸的环状中凸起部，中凸起部外端与轴承内端相抵，隔套外周围绕检测轴设置有向外侧延伸的环状外凸起部，外凸起部外端伸入环状槽内；中凸起部外端比外凸起部外端更外凸；

所述轴承采用深沟球轴承；

所述编码器侧轴孔外端的座板上设置有透盖，检测轴穿过透盖中心孔与编码器的输出轴相连；未设置编码器侧轴孔外端的座板上设置有闷盖；

所述座板下端设置有滑座，滑座设置在连接座上端的滑槽内，连接座侧部设置有调节板，调节板上部设置有螺纹孔，螺纹孔内旋有调整螺钉，调整螺钉前端与滑座相抵；

所述控制状态信息采集单元通过起重量限制器，起升高度限位，运动行程限位，门限位，机构运动连锁限位，1号大车和2号大车及1号小车和2号小车之间防撞装置，大车行走、小车行走、出铝钩升降、固定吊升降超速保护装置和起升制动器将对应起重量、起升高度、运动行程、相邻两车安全距离、操作指令、工作时间、累计工作时间、每次工作循环、故障状态、限位的状态、联锁关系的状态、电气设备的运行状态及动作时间信息导入控制状态信息处理单元；

门限位联锁为门限位必须处于关闭状态，否则操作无效；门限位包括：驾驶室门限位，驾驶室栏杆限位、电控柜门限位、小车检修平台门限位、大车检修平台门限位、驾驶室顶部梯子限位；

设备的联锁关系都可以在安全监控管理系统上显示出来；具体如下：

1）设备上的工具不在上限时，大小车不能高速运行，只能低速行走；

2）阳极扳手不在上限大小车不能运行；

3）天车受料过程中大小车不能运行；

4）阳极机构、打壳机构、清理铲、料管、出铝钩、固定吊工具只能有一种工具离开上限，当一种工具离开上限后，其它工具下降操作无效；

5）打壳机构到工作限位后才能进行倾斜操作，打壳机构上升离开工作限位时，打击头必须处于垂直状态才能继续上升，如果没有处于垂直状态，在操作上升时，打击头自动垂直后继续上升；

6）料管下降到下限位才能旋转，料管上升离开上限位时，料管口方向必须处于检测方向才能上升，否则操作上升则料管自动旋转到检测位置后继续上升；

7）阳极离开上限后，阳极扳手才能下降，否则操作无效；

8）小车向供电侧行驶时，当小车到达减速限位时，驾驶室必须处于检测位置，否则减速限位变为停车限位；

所述出铝钩升降、固定吊升降超速保护装置采用铝钩升降、固定吊升降电机自带的超速保护装置或采用电机尾端安装编码器的结构形式，通过编码器的转速检测电机是否超速；

通过数据采集判断大车行走、小车行走、出铝钩升降、固定吊升降的速度是否正常；PLC时刻采集大小车位置、出铝钩高度及固定吊高度，通过对前一秒和后一秒的位置数据之差计算大小车行走、出铝钩升降及固定吊升降速度，并与其额定速度比较，一旦超出了额定速度，即认为设备出现了超速的故障状态，避免发生安全事故；

所述起升制动器是在起升杠杆壁上增加一个开闭检测限位开关，检测起升状态；

所述防撞装置包括设置在1号车上端的激光测距仪和设置在2号车上端的反光板；

所述激光测距仪检测激光头与反光板之间的距离，根据距离判断车是否需要减速或停止，避免两车发生碰撞；

所述激光测距仪通过测距仪安装座设置在1号车上端，反光板通过反光板安装座设置在2号车上端，测距仪安装座包括纵截面为横向U形的第一底板，第一底板下端与1号车上端焊接，激光测距仪下端设置有向下的螺栓，螺栓下端穿过第一底板上端通孔，通孔上端和下端的螺栓上均旋有螺母，螺母与第一底板上端之间设置有垫片；

反光板安装座包括纵截面为横向U形的第二底板，第二底板下端与2号车上端焊接，第二底板上端设置有纵截面为L形的连接板，连接板的开口方向与第二底板的开口方向相同，连接板前端和后端均与第二底板前端和后端平齐，反光板设置在连接板前端，连接板下端与第二底板上端通过螺栓连接；

所述第一底板横向两侧设置有第一加强筋板，第一加强筋板设置在第一底板开口内，第一加强筋板上端与第一底板上板焊接，第一加强筋板下端与第一底板下板焊接，第一加强筋板内端与第一底板竖板焊接；

第二底板横向两侧设置有第二加强筋板，第二加强筋板设置在第二底板开口内，第二加强筋板上端与第二底板上板焊接，第二加强筋板下端与第二底板下板焊接，第二加强筋板内端与第二底板竖板焊接；连接板两侧设置有直角三角形加强筋板，角形加强筋板前端长竖直角边与连接板前端焊接，角形加强筋板下端短横直角边与连接板下端焊接，角形加强筋板前端长竖直角边上端低于连接板上端，角形加强筋板后端短横直角边不露出连接板后端；

所述PLC对外部数据进行接收，并通过PLC的CPU完成对各种状态数据进行分析和处理；

所述分析和处理步骤为：CPU接收到数据之后，需要将其它设备发送来的数据转换为PLC能够识别的数据，然后判断该数据是否是正常范围，如果不在数据的正常范围，则属于数据异常进行数据异常报警，如果数据正常，则进一步对数据进行比例计算，判断大车、小车位置，出铝钩的高度、出铝钩的重量、设备的运行状态及故障状态，另外，还通过数据的采集判断设备的运行速度是否正常，设备的起重量是否超限，形成范围是否处于减速或终端位置，PLC做出相应的报警、减速及停止升降或前后运动的动作；

所述当设备发生调运操作的故障，进行报警的判断方式为：电解机组设备由空开供电，空开的辅助触点接入PLC，一旦空开跳闸，PLC立即根据编号的逻辑程序判断空开跳闸；设备在动作时，由接触器或变频器控制，接触器的辅助触点接入PLC，接触器发生粘连故障，PLC立即根据编号的逻辑程序判断，设备中的每个接触器的辅助触点都接入PLC的输入点，PLC时刻检测接触器是否吸合，当PLC没有输出接触器吸合指令而检测到接触器处于吸合状态时，PLC给出报警信息并执行相应的停止主电源逻辑程序；

变频器故障信号接入PLC，变频器故障时，PLC立即根据编号的逻辑程序判断，变频器的端子上有变频器报警接点,接入PLC的输入点PLC对其进行监测，一旦变频器报警时，开关量接点动作，PLC采集到该信号处于动作状态后立即发出变频器报警并停止相应动作，变频器报警；

同时指导操作人员操作，指导维修人员维修；在发生给出操作指令而没有输出动作或发生故障时，PLC根据输入条件的状态判断，并通过总线通讯触发工业平板电脑中自动弹出对话框页面，给出操作指令而没有输出动作的原因和故障原因，并给出该故障的处理办法，以图纸为基础数据，给出需要检查的线路及设备编号，指导操作人员和维护人员。