权利要求

1.一种湿法冶金电解槽电压数智化监测系统，其特征在于，包括电解槽槽电压采集器(1)、电解槽槽电压无线接收处理控制器(3)、工业串口服务器(5)、工业交换机(7)和上位机;

电解槽槽电压采集器(1)与电解槽槽电压无线接收处理控制器(3)通过无线LoRa网络(2)完成无线局域组网，用于两者数据交互;工业串口服务器(5)与电解槽槽电压无线接收处理控制器(3)通过双绞信号线(4)连接，用于通讯协议转换，工业交换机(7)与工业串口服务器(5)通过网线连接，用于数据传输;上位机与工业串口服务器(5)通过网线连接，用于槽电压数据上传至上位机。

2.根据权利要求1所述的一种湿法冶金电解槽电压数智化监测系统，其特征在于，所述电解槽电压采集器包括MCU微处理器A(14)、限幅保护模块(10)、通道切换及隔离模块、电源模块A(17)、模数转换模块、无线LoRa模块A(16)、串口屏模块;

MCU微处理器A(14)用于控制通道切换进行数据采集、串口收发数据、串口屏显示以及参数设置， MCU微处理器A(14)通过I/O端口与模数转换模块进行SPI通讯，MCU微处理器A(14)通过I/O端口与通道切换及隔离模块进行单向控制，MCU微处理器A(14)通过I/O端口与无线LoRa模块A(16)相连进行串口通讯，限幅保护模块(10)与通道切换及隔离模块相连，电源模块A(17)为所述电解槽电压采集器供电。

3.根据权利要求2所述的一种湿法冶金电解槽电压数智化监测系统，其特征在于，所述电解槽槽电压无线接收处理控制器(3)包括MCU微处理器B(19)、无线LoRa模块B(22)、电源模块B(18)、RS485模块(21)、RS232模块(20);

所述MCU微处理器B(19)用于串口收发数据、数据透传，MCU微处理器B(19)通过I/O端口与无线LoRa模块B(22)双向通讯、MCU微处理器B(19)通过I/O端口与RS485模块(21)双向通讯、MCU微处理器B(19)通过I/O端口与RS232模块(20)双向通讯、电源模块B(18)为控制网关供电。

4.根据权利要求1所述的一种湿法冶金电解槽电压数智化监测系统，其特征在于，所述电解槽电压采集器的限幅保护模块(10)通过导线与电解槽母排相连，用于对电解槽电压进行采样预处理，抑制不规则浪涌电压和高频干扰对测量器的影响。

5.根据权利要求3所述的一种湿法冶金电解槽电压数智化监测系统，其特征在于，所述电解槽电压采集器与电解槽槽电压无线接收处理控制器(3)之间通过无线LoRa模块A(16)与无线LoRa模块B(22)采用无线方式进行数据交互，用于局域组网，实现局域内所述电解槽电压采集器的数据集中。

6.根据权利要求5所述的一种湿法冶金电解槽电压数智化监测系统，其特征在于，所述工业串口服务器(5)将ModBus-RTU协议转换为ModBus-TCP协议。

7.根据权利要求6所述的一种湿法冶金电解槽电压数智化监测系统，其特征在于，所述无线LoRa模块A(16)、串口屏模块A与MCU微处理器A(14)均采用半双工串口通讯。

8.根据权利要求7所述的一种湿法冶金电解槽电压数智化监测系统，其特征在于，所述电解槽电压采集器采用标准ModBus-RTU协议。

说明书

技术领域

[0001]本发明属于工业数智化技术领域，具体涉及一种湿法冶金电解槽电压数智化监测系统。

背景技术

[0002]随着工业数智化建设的持续推进，工业安全生产问题显得尤为重要，以数智化手段提高传统工业自动化、数字化建设水平。随着在线检测技术的不断发展，促进了湿法冶金各类参数在线检测仪表的突破，提高了数据检测的实时性、准确性、处理能力，降低了人员劳动强度，数据集成化监测、分析形成了生产安全预警机制，降低了电解槽故障率，提高了生产作业效率。

[0003]目前人工检查电解工艺生产状态以及故障判断的方式不能获取及时准确的电解工艺数据，无法实时反馈电解槽的实际工况。结合现场工作环境、测量数据及测量方法，现有以下几点问题：

(1)人工检测、记录、统计数据容易出现偏差。

[0004](2)数据实时性差不能满足生产工艺调整及时性的要求。

[0005](3)现场环境对仪表设备使用寿命及稳定性影响较大。

[0006](4)湿法冶金现场环境潮湿、酸雾浓厚以及高温工作设备材料腐蚀严重，极易造成设备性能下降，因此要克服这些因素对槽电压检测设备带来的影响。

[0007]湿法冶金过程中工作状况的实时分析，目前仍采用传统人工统计方式，缺乏对于所需监测数据的精确可靠掌握。如发现温度异常极板在达到烧板前，没有及时地预警，单纯依靠岗位人员现场经验很难及时发现。中控室人员数理统计工作繁琐，且实时滞后性大，梳理排查难度大。

[0008]人工巡检成本高、效率低、规模越大缺点越明显、检测结果容易受到个人经验的影响;人工检测滞后，采用人工进行依次检测时无法保证检测的及时性，无法实现连续、在线监测;人工检测发现故障后，采用纸质表格记录，缺乏自动检测、故障极板定位、处理结果闭环控制;电解车间长期处于酸雾、高温、高湿工作环境，影响工作人员身心健康。

发明内容

[0009]本发明所要解决的技术问题在于：实现电解槽电压在线检测的同时抑制环境和工艺干扰因素，保证槽电压数据采集器的稳定性和准确性。采用无线LORA数传技术将覆盖范围内的电解槽槽电压数据采集器数据上传至在线监测系统，实现统一化监测管理，并对进行数据处理、分析、显示、故障预警、电解槽状态提示。通过串口服务器和交换机完成通讯协议转换以及系统分布。提供了一种湿法冶金电解槽电压数智化监测系统。

[0010]本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括电解槽槽电压采集器、电解槽槽电压无线接收处理控制器、工业串口服务器、工业交换机和上位机。

[0011]所述电解槽电压采集器主要包括MCU微处理器A、限幅保护模块、通道切换及隔离模块、电源模块A、模数转换模块、无线LoRa模块A、串口屏模块。所述MCU微处理器A用于控制通道切换进行数据采集、串口收发数据、串口屏显示以及参数设置，所述MCU微处理器A通过I/O端口与所述模数转换模块进行SPI通讯，所述MCU微处理器A通过I/O端口与所述通道切换及隔离模块进行单向控制，所述MCU微处理器A通过I/O端口与所述无线LoRa模块A相连进行串口通讯，所述限幅保护模块与所述通道切换及隔离模块相连，所述电源模块A为所述电解槽电压采集器供电。

[0012]所述电解槽槽电压无线接收处理控制器主要包括MCU微处理器B、无线LoRa模块B、电源模块B、RS485模块、RS232模块。所述MCU微处理器B用于串口收发数据、数据透传，所述MCU微处理器B通过I/O端口与所述无线LoRa模块B双向通讯、所述MCU微处理器B通过I/O端口与所述RS485模块双向通讯、所述MCU微处理器B通过I/O端口与所述RS232模块双向通讯、所述电源模块B为所述控制网关供电。

[0013]进一步地，所述电解槽电压采集器的限幅保护模块通过导线与电解槽母排相连，用于对电解槽电压进行采样预处理，抑制不规则浪涌电压和高频干扰对测量器的影响。

[0014]进一步地，所述电解槽电压采集器与所述电解槽槽电压无线接收处理控制器之间通过所述无线LoRa模块A与所述无线LoRa模块B采用无线方式进行数据交互，用于局域组网，实现局域内所述电解槽电压采集器的数据集中。

[0015]进一步地，所述电解槽槽电压无线接收处理控制器通过RS485或RS232与所述工业串口服务器相连接。

[0016]进一步地，所述工业串口服务器将ModBus-RTU协议转换为ModBus-TCP协议。

[0017]进一步地，所述工业交换机与所述工业串口服务器通过网线连接。

[0018]进一步地，所述工业交换机与所述上位机服务器通过网线连接。

[0019]进一步地，所述无线LoRa模块A、串口屏模块A与MCU微处理器A均采用半双工串口通讯。

[0020]进一步地，所述电解槽电压采集器采用标准ModBus-RTU协议。

[0021]进一步地，所述电解槽槽电压采集器、电解槽槽电压无线接收处理控制器、工业串口服务器、工业交换机和上位机构成一套湿法冶金电解槽电压数智化监测系统。

[0022]本发明的设计原理：一种湿法冶金电解槽电压数智化监测系统，主要由数据采集器、无线传输网络和数据转换及在线监测系统构成。数据采集器是构成该系统的关键，在抑制各种干扰的同时对数据进行运算处理，实现对电解槽电压的准确测量，为系统建设提供数据支撑;无线传输网络由数据采集的无线发射器和上层无线接收处理控制器组成，通过编码技术构成局域网，完成数据交互;数据转换及显示首先将ModBus RTU协议转换为ModBus TCP协议，其次采用工业交换机完成网络互连，最后通过上位机实现数据集成监测显示。

[0023]本发明相比现有技术具有以下优点：实现了电解槽电压数据准确测量、数据处理快，能够快速响应槽电压变化、可视化效果更加友好;实现槽电压检测无人化、数据记录无纸化，杜绝了人工检测、记录过程的误差;根据系统反馈数据及时调整优化电调工序生产工艺参数以及生产异常报警及时排查处置，确保产品质量的稳定，降低能耗;降低操作人员劳动强度，减少在高温酸雾环境中工作的时间。现场应用效果良好，有助于生产提质增效，提高作业效率，值得被推广应用。

附图说明

[0024]图1为本发明系统的构成框图;

图2为本发明实例电解槽电压采集器的构成框图;

图3为本发明实例电解槽槽电压无线接收处理控制器的构成框图;

图中：1-电解槽槽电压采集器、2-无线LoRa网络、3-电解槽槽电压无线接收处理控制器、4-双绞信号线、5-工业串口服务器、6-超六类网线、7-工业交换机、8-上位机A、9-上位机B、10-限幅保护模块、11-通道隔离模块、12-通道切换模块、13-模数转换模块、14-MCU微处理器A、15-串口屏模块、16-无线LoRa模块A、17-电源模块A、18-电源模块B、19-MCU微处理器B、20-RS232模块、21-RS485模块、22-无线LoRa模块B。

具体实施方式

[0025]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，本实例的一种湿法冶金电解槽电压数智化监测系统，具体包括：电解槽槽电压采集器1、无线LORA网络2、电解槽槽电压无线接收处理控制器3、双绞信号线4、工业串口服务器5、超六类网线6、工业交换机7、上位机A8、上位机B9。

[0026]电解槽槽电压采集器1与电解槽槽电压无线接收处理控制器3通过无线LORA网络2完成无线局域组网，用于两者数据交互;工业串口服务器5与电解槽槽电压无线接收处理控制器3通过双绞信号线4连接，用于通讯协议转换，工业交换机7与工业串口服务器5通过超六类网线6连接，用于数据传输;上位机A8和上位机B9与工业串口服务器5通过超六类网线6连接，用于槽电压数据集成、处理、分析、显示、报警。

[0027]如图2所示，本实例的实例电解槽电压采集器具体包括：限幅保护模块10、通道隔离模块11、通道切换模块12、模数转换模块13、MCU微处理器A14、串口屏模块15、无线LoRa模块A16、电源模块A17;限幅保护模块10与通道隔离模块11相连，用于抑制不规则过电压信号，防止对后续电路造成损坏;通道隔离模块11与通道切换模块12相连，用于信号光电隔离，降低输入信号对采集电路的干扰;通道切换模块12与模数转换模块13相连，用于切换输入信号通路，实现多路信号采集;模数转换模块13与MCU微处理器A14的I/O端口相连，用于将槽电压模拟信号转换为数字信号，完成槽电压采集;串口屏模块15与MCU微处理器A14的串口1相连，用于数据显示以及触摸控制;无线LoRa模块A16与MCU微处理器A14的串口2相连，用于实现数据的无线收发，电源模块A为电解槽电压采集器1供电。

[0028]如图3所示，本实例的电解槽槽电压无线接收处理控制器3具体包括：电源模块B18、MCU微处理器B19、RS232模块20、RS485模块21、无线LoRa模块B22;RS232模块20与MCU微处理器B14的串口2相连，用于数据传输，RS485模块21与MCU微处理器B14的串口1相连，用于实现数据的有线收发，电源模块B为电解槽槽电压无线接收处理控制器3供电。

[0029]结合图1、图2、图3对本实施例的一种湿法冶金电解槽电压数智化监测装置和系统工作流程进一步说明。

[0030]步骤一：电解槽电压输入电解槽槽电压采集器1后，依次经过限幅保护模块10、通道隔离模块11、通道切换模块12、模数转换模块13、MCU微处理器A14，完成槽电压信号的滤波、隔离、模数转换等处理，最终实现槽电压准确测量。

[0031]步骤二：由电解槽槽电压采集器1测量得到的槽电压值通过集成的无线LoRa网络2将数据发送至电解槽槽电压无线接收处理控制器3。

[0032]步骤三：电解槽槽电压无线接收处理控制器3通过RS485接口将数据透传至工业串口服务器5。

[0033]步骤四：工业串口服务器5将接收的ModBus-RTU协议转换为ModBus-TCP协议，然后传输至工业交换机7，最后上传至上位机，至此完成电解槽电压测量、传输、集成。

[0034]步骤五：上位机用于数据接收、解析、运算、处理、显示以及控制命令下发。

[0035]由负责不同功能的智能终端，结合现代检测技术、通信技术、数据库、DCS构成湿法冶金电解槽电压数智化监测系统。

说明书附图(3)