基于激光测距技术的铝厂双阳极测高定位系统
基于激光测距技术的铝厂双阳极测高定位系统
作者:曼茂立;杨洋;武寒松;贾志宁;卢西龙;
在铝电解的生产中阳极炭块消耗的很快,因此要经常更换阳极,以新极取代旧极,并要求新极与其他旧极的下表面处在同一位置,偏差越大,越容易产生效应异常,导致所出的铝水质量不高,不但影响产量,还浪费了能源。现在大多数铝厂还在采用人工画线的换极办法,这种方法虽然操作简单,但精度低,而且在画线的时候人要靠近高温的旧极,存在安全隐患。因此研制生产一种在高温条件下既能满足换极精度要求,又能方便现场人员操作的自动换极测高系统成为必然趋势。本文主要工作是利用重量传感器、高温激光测距仪、光栅编码尺、行程测量机构集成了一套自动控制系统对阳极更换过程中的高度进行自动定位,使其相对于残极没有高度差,从而保证了电解铝的质量,减少了能耗和劳动力成本,解决了国内电解铝厂一直面临的高温测量和定位的问题,收到了良好的效果。
2 系统结构设计
本文采用一套激光测距技术系统对阳极的高度进行定位,使得在更换阳极的过程中自动定位新更换的阳极高度,双阳极同时更换提高了工作效率。
具体的机械结构如图1所示,这一测试系统主要包括高温激光测距仪及机械运动装置和更换双阳极的机械装置(扭拔)。上述测试系统中,机械臂与液压油缸的活塞杆连接,液压油缸驱动机械臂上下运动,重量传感器固定在液压油缸的端部;所述机械臂上设有行程测量装置,还包括一控制仪表,其与行程测量装置、重量传感器、激光测距仪以及液压油缸电连接。行程测量装置为光栅式编码尺。
测量过程中,激光测距仪安装在机械臂低端,随机械臂上下伸缩。通过激光测距仪发出的光束可建立一虚拟平面,使仪表可以感知阳极落于这一平面时的高度。光栅式编码尺主要用于机械臂的行程测量,由于该装置对晃动、冲击和光干扰的不敏感性,使得这种行程测量装置非常适用于此类工作环境。光栅式编码尺主要由编码尺和光电读写器两部分组成。读写器固定于机械臂外导向筒,编码尺安装于机械臂上,随机械臂的伸缩而运动。系统结构可以实现双阳极同时更换。
3 工作原理
①②③的机械臂与一上下运动的液压油缸的活塞杆连接,液压油缸的活塞杆带动机械臂上下运动。②③的液压油缸的上端部固定有一重量传感器,用于感应机械臂上夹持的阳极的重量。还包括一控制器,其与行程测量装置、激光测距仪、重量传感器以及液压油缸电连接,可以控制液压油缸的工作,进而控制机械臂的上下运行。具体的工作过程如下:
(1)测量原旧阳极在电解槽上的安装高度
②③的机械臂末端的夹持处正确卡在阳极夹孔后,液压油缸提升机械臂。当重量传感器检测到阳极对机械臂产生预设的重量瞬间,由测行程测量装置④⑤将当前高度编码发送给控制仪表,取得当前测量的机械臂②③的高度作为旧阳极的安装高度Ht1和Ht2(为提高工作效率,现为双扭拔结构,每次提两块阳极)。
(2)测量旧阳极的高度
测完旧阳极安装高度Ht1和Ht2后,将双旧阳极同时提到其中一个阳极的最顶端后停止(双阳极同时开始提升,并保持提升速度一致,且同时停止运动),下放激光测量装置,当激光测距仪下降的过程中可通过所测距离的变化判断出是否测量到阳极②或③的低端(因为该测量装置只安装一个激光测距仪,且激光头①、阳极②③为并排放置,所以每次只测得其中一个阳极的高度即可),由于电解铝阳极的安装特性,我们认为两个阳极低端处于同一水平面,当检测到其中一个阳极的低端瞬间(根据重量可判断出检测的是阳极②还是③)将激光装置①上行程装置所测量的高度Hj1和两个阳极装置 ②③上行程装置测量的高度Hd1和Hd2发送到控制仪表,通过计算可以得到两个阳极的高度分别为为H1=Hj1-Hd1和H2=Hj1-Hd2,测量完毕后激光测量装置收回到最顶端。
(3)测量新阳极的高度
通过上述的方法,可分别测量两个新阳极的高度为H1’和H2’,测量完毕后激光测量装置收回到最顶端。
(4)安装新阳极
当测量完上述3种数据后,控制器自动计算出2个新阳极的安装高度Ht1’和Ht2’即:Ht1;=Ht1-H1+H1; Ht2;=Ht2-H2+H2;
将新极提升至电解槽上方,下放新阳极。当控制器检测到下放高度到达新阳极安装高度时,由控制器自动停止机械臂下降运动,使新阳极保持在安装高度,完成整个阳极的更换操作。
4 测试系统特点
(1)该基于激光测距技术的铝厂阳极测高定位系统中所述第一机械臂底部安装的所述高温型激光测距仪通过发出的光束建立一个虚拟平面,在所述伺服电机的驱动下,所述直线运动单元带动所述高温型激光测距仪进行测量,通过所述行程测量装置计算出所述阳极底部的高度。作为所述行程测量装置的所述拉绳式旋转编码器具有对晃动、冲击和光干扰不敏感的特点,因此所述拉绳式旋转编码器非常适用于此类工作环境。而所述液压油缸、所述第二机械臂、所述拉绳式旋转编码器构成了更换阳极的机械装置,所以该设计在实现对高度精确测量的同时还能够完成阳极的更换操作,且整个过程无需工作人员靠近高温旧阳极,为工作人员的人身安全提供了保障。
(2)该基于激光测距技术的铝厂阳极测高定位系统中由于采用高温型激光测距仪使得铝厂更换旧阳极这种高温测量领域能够实现自动化,而普通激光测距仪在高温环境下或者是测量体是高温体的情况下难以完成测量过程,因此选用适合的高温型激光测距仪是实现这一的关键。
(3)该基于激光测距技术的铝厂阳极测高定位系统中通过所述第一机械臂固定所述拉绳式旋转编码器。通过将所述拉绳式旋转编码器的底端与所述直线运动单元设为固定连接,使所述拉绳式旋转编码器更加准确的计算所述直线运动单元的行程,进而精确测量所述高温型激光测距仪的行程。
5 结论
综上,利用高温型激光测距技术对阳极的高度进行定位,使得在更换阳极的过程中自动定位新更换的阳极高度,双阳极同时更换提高了工作效率,更换的阳极误差控制在±5mm,同时该过程无需工作人员靠近高温旧阳极,为其人身安全提供了保障,完全满足电解铝厂应用要求。目前这一测试系统已经在国内多家电解铝厂得到应用,并得到很好的应用效果。
本文章转自爱学术(aixueshu.com),如有侵权,请联系删除