權(quán)利要求書： 1.一種鋁電解換極作業(yè)智能控制系統(tǒng)，其特征在于，包括依次信號連接的應用層、中間層和執(zhí)行層，應用層用于接收用戶輸入的控制參數(shù)并下傳給中間層，中間層將從應用層接收到的控制參數(shù)下發(fā)至執(zhí)行層及將執(zhí)行層采集的數(shù)據(jù)上傳至應用層，中間層為通信調(diào)度系統(tǒng)，中間層通過應用層和執(zhí)行層的信息交互生成換極作業(yè)流程最優(yōu)策略，執(zhí)行層根據(jù)中間層下發(fā)的最優(yōu)策略控制換極作業(yè)；

執(zhí)行層包括相互信號連接的機組模塊和視覺測量模塊，視覺測量模塊用于對需更換陽極進行掃描拍照并將掃描結(jié)果反饋給機組模塊，機組模塊根據(jù)視覺測量模塊的掃描反饋結(jié)果對大車小車位置、起升高度及回轉(zhuǎn)角度進行調(diào)整，完成換極操作。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解換極作業(yè)智能控制系統(tǒng)，其特征在于，應用層具有客戶端和APP端兩種端口輸入輸出模式。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁電解換極作業(yè)智能控制系統(tǒng)，其特征在于，應用層采用springboot框架的四層架構(gòu)，包含web層、service層、Dao層和數(shù)據(jù)存儲層，數(shù)據(jù)存儲層使用MySql數(shù)據(jù)庫。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋁電解換極作業(yè)智能控制系統(tǒng)，其特征在于，應用層包括信號連接的展示模塊和傳輸終端模塊，展示模塊包括首頁展示模塊和大數(shù)據(jù)展示模塊，首頁展示模塊用于展示當前工作流程，大數(shù)據(jù)展示模塊用于實時獲取天車點位指標信息、確定天車狀態(tài)、監(jiān)控大小車起升位置信息及當前流程變化；傳輸終端模塊用于存儲和交互作業(yè)流程數(shù)據(jù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋁電解換極作業(yè)智能控制系統(tǒng)，其特征在于，首頁展示模塊根據(jù)操作人員輸入的指令將指定坐標點位信息進行存儲，更新采集傳輸終端模塊存儲的指定坐標數(shù)據(jù)，以控制和監(jiān)控換極作業(yè)流程。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋁電解換極作業(yè)智能控制系統(tǒng)，其特征在于，大數(shù)據(jù)展示模塊根據(jù)當前天車運動軌跡和天車當前情況點位值，形成3D動畫效果。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋁電解換極作業(yè)智能控制系統(tǒng)，其特征在于，大數(shù)據(jù)展示模塊還可通過采集天車指標數(shù)據(jù)進行整體存儲，通過大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)智能控制系統(tǒng)的運維管理。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋁電解換極作業(yè)智能控制系統(tǒng)，其特征在于，應用層還包括業(yè)務監(jiān)控模塊，業(yè)務監(jiān)控模塊包括攝像頭并通過攝像頭對天車運行的流程業(yè)務進行安全監(jiān)控。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋁電解換極作業(yè)智能控制系統(tǒng)，其特征在于，應用層還包括安全管理模塊，業(yè)務監(jiān)控模塊通過以太網(wǎng)把攝像頭采集的視頻信號發(fā)送至智能控制系統(tǒng)的中控室，在中控室進行視頻展示，業(yè)務監(jiān)控模塊和安全管理模塊信號連接。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解換極作業(yè)智能控制系統(tǒng)，其特征在于，視覺測量模塊包括視覺掃描設備，視覺掃描設備用于確定陽極導桿卡孔的實際位置和偏移角度。

說明書： 鋁電解換極作業(yè)智能控制系統(tǒng)技術(shù)領域[0001] 本發(fā)明屬于鋁電解技術(shù)領域，具體地，涉及一種鋁電解換極作業(yè)智能控制系統(tǒng)。背景技術(shù)[0002] 傳統(tǒng)鋁電解行業(yè)存在以下問題：1、電解鋁車間工作環(huán)境惡劣，存在多種職業(yè)病隱患；2、作業(yè)復雜、勞動強度大、存在安全事故隱患；3.自動化程度低，以人工操作和機械輔助

結(jié)合的作業(yè)模式，人工經(jīng)驗依賴度高，操作存在隨意性等，造成產(chǎn)品質(zhì)量不可控、生產(chǎn)成本

高、資源消耗大等不良后果；4.信息化程度低，電解鋁生產(chǎn)過程中的換極槽號極號數(shù)據(jù)、測

高對換極產(chǎn)生影響的質(zhì)量評定、出鋁量等重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)的記錄靠人工記錄或不記錄。

[0003] 公告號為CN106811772B的專利公開一種鋁電解槽自動換極系統(tǒng)及其換極方法，但其主要從結(jié)構(gòu)硬件設置上來實現(xiàn)換極，在機械工程全面信息化的今天，如何采用大數(shù)據(jù)對

鋁電解換極流程實現(xiàn)全面控制，以進一步解放人力、提升電解效率成為了亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容[0004] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種全面自動化、信息化、高效率的鋁電解換極作業(yè)智能控制系統(tǒng)。

[0005] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：[0006] 一種鋁電解換極作業(yè)智能控制系統(tǒng)，包括依次信號連接的應用層、中間層和執(zhí)行層，應用層用于接收用戶輸入的控制參數(shù)并下傳給中間層，中間層將從應用層接收到的控

制參數(shù)下發(fā)至執(zhí)行層及將執(zhí)行層采集的數(shù)據(jù)上傳至應用層，中間層為通信調(diào)度系統(tǒng)，中間

層通過應用層和執(zhí)行層的信息交互生成換極作業(yè)流程最優(yōu)策略，執(zhí)行層根據(jù)中間層下發(fā)的

最優(yōu)策略控制換極作業(yè)；

[0007] 執(zhí)行層包括相互信號連接的機組模塊和視覺測量模塊，視覺測量模塊用于對需更換陽極進行掃描拍照并將掃描結(jié)果反饋給機組模塊，機組模塊根據(jù)視覺測量模塊的掃描反

饋結(jié)果對大車小車位置、起升高度及回轉(zhuǎn)角度進行調(diào)整，完成換極操作。

[0008] 進一步地，應用層具有客戶端和APP端兩種端口輸入輸出模式。[0009] 進一步地，應用層采用springboot框架的四層架構(gòu)，包含web層、service層、Dao層和數(shù)據(jù)存儲層，數(shù)據(jù)存儲層使用MySql數(shù)據(jù)庫。

[0010] 更進一步地，應用層包括信號連接的展示模塊和傳輸終端模塊，展示模塊包括首頁展示模塊和大數(shù)據(jù)展示模塊，首頁展示模塊用于展示當前工作流程，大數(shù)據(jù)展示模塊用

于實時獲取天車點位指標信息、確定天車狀態(tài)、監(jiān)控大小車起升位置信息及當前流程變化；

傳輸終端模塊用于存儲和交互作業(yè)流程數(shù)據(jù)。

[0011] 再進一步地，首頁展示模塊根據(jù)操作人員輸入的指令將指定坐標點位信息進行存儲，更新采集傳輸終端模塊存儲的指定坐標數(shù)據(jù)，以控制和監(jiān)控換極作業(yè)流程。

[0012] 再進一步地，大數(shù)據(jù)展示模塊根據(jù)當前天車運動軌跡和天車當前情況點位值，形成3D動畫效果。

[0013] 還進一步地，大數(shù)據(jù)展示模塊還可通過采集天車指標數(shù)據(jù)進行整體存儲，通過大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)智能控制系統(tǒng)的運維管理。

[0014] 更進一步地，應用層還包括業(yè)務監(jiān)控模塊，業(yè)務監(jiān)控模塊包括攝像頭并通過攝像頭對天車運行的流程業(yè)務進行安全監(jiān)控。

[0015] 再進一步地，應用層還包括安全管理模塊，業(yè)務監(jiān)控模塊通過以太網(wǎng)把攝像頭采集的視頻信號發(fā)送至智能控制系統(tǒng)的中控室，在中控室進行視頻展示，業(yè)務監(jiān)控模塊和安

全管理模塊信號連接。

[0016] 進一步地，視覺測量模塊包括視覺掃描設備，視覺掃描設備用于確定陽極導桿卡孔的實際位置和偏移角度。

[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：[0018] 本申請通過應用層、中間層和執(zhí)行層相互之間的信息交互，快速確定換極目標，結(jié)合生產(chǎn)庫區(qū)實際情況生成最優(yōu)換極策略，自動完成換極作業(yè)。換極全過程中只需人工輸入

參數(shù)或監(jiān)控等，操作簡單，換極作業(yè)效率高，減輕了人工勞動強度，提高了生產(chǎn)作業(yè)的安全

性，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，且換極過程控制精準。

附圖說明[0019] 圖1為實施例1所述鋁電解換極作業(yè)智能控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)圖；[0020] 圖2為實施例1所述鋁電解換極作業(yè)智能控制系統(tǒng)的硬件布局示意圖。具體實施方式[0021] 下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進一步的說明，其中，附圖僅用于示例性說明，表示的僅是示意圖，而非實物圖，不能理解為對本專利的限制；為了更好地說明本發(fā)明的實

施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；對本領域技術(shù)人員

來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。

[0022] 實施例1[0023] 一種鋁電解換極作業(yè)智能控制系統(tǒng)，包括依次信號連接的應用層、中間層和執(zhí)行層，如圖1所示，應用層用于接收用戶輸入的控制參數(shù)并下傳給中間層，應用層具體采用

springboot框架的四層架構(gòu)，包含表示層(web層)、業(yè)務邏輯層(service層)、數(shù)據(jù)訪問層

(Dao層)和數(shù)據(jù)存儲層，數(shù)據(jù)存儲層使用MySql數(shù)據(jù)庫，web層負責前端展示和用戶請求的處

理，service層實現(xiàn)核心業(yè)務邏輯和事務控制，Dao層重點負責數(shù)據(jù)庫訪問，完成持久化功

能，數(shù)據(jù)存儲層主要服務資源和數(shù)據(jù)的存儲；中間層主要用于應用層和執(zhí)行層之間的通信，

將從應用層接收到的控制參數(shù)下發(fā)至執(zhí)行層及將執(zhí)行層采集的數(shù)據(jù)上傳至應用層，中間層

具體為通信調(diào)度系統(tǒng)，通過TCP、HTTP、OPC建立通信，通過應用層和執(zhí)行層的數(shù)據(jù)信息交互

生成換極作業(yè)流程最優(yōu)策略，執(zhí)行層則根據(jù)中間層下發(fā)的最優(yōu)策略控制換極作業(yè)。

[0024] 執(zhí)行層包括相互信號連接的機組模塊和視覺測量模塊，視覺測量模塊用于對需更換陽極進行掃描拍照并將掃描結(jié)果反饋給機組模塊，為機組模塊完成換極作業(yè)工序時提供

準確的位置信息。視覺測量模塊包括視覺掃描設備，視覺掃描設備主要掃描確定陽極導桿

卡孔的實際位置和偏移角度，機組模塊根據(jù)視覺測量模塊的掃描反饋結(jié)果對大車小車位

置、起升高度及回轉(zhuǎn)角度進行調(diào)整，完成換極操作。

[0025] 為便于工作人員即時對智能控制系統(tǒng)進行操控和監(jiān)控，應用層具有客戶端和APP端兩種端口輸入輸出模式，客戶端適用于PC計算機和PAD平板電腦，APP端適用于智能手機。

[0026] 應用層包括信號連接的展示模塊和傳輸終端模塊，展示模塊包括首頁展示模塊和大數(shù)據(jù)展示模塊，首頁展示模塊用于展示當前工作流程，操作者可以實現(xiàn)對當前流程的管

理控制，操作人員輸入指令，將指定坐標點位信息進行存儲，更新采集傳輸終端模塊存儲的

指定坐標數(shù)據(jù)，以控制和監(jiān)控換極作業(yè)流程。大數(shù)據(jù)展示模塊用于實時獲取天車點位指標

信息、確定天車狀態(tài)、監(jiān)控大小車起升位置信息及當前流程變化，具體地，還可根據(jù)當前天

車運動軌跡和天車當前情況點位值，形成3D動畫效果；傳輸終端模塊用于存儲和交互作業(yè)

流程數(shù)據(jù)，傳輸終端模塊分為兩部分：一是與控制系統(tǒng)相關的數(shù)據(jù)采用OPC?DA通訊協(xié)議，通

過OPC服務器，如：KEPSERER，與機組模塊PLC建立通訊，實時與PLC進行通訊，交互作業(yè)流程

相關的數(shù)據(jù)，在局域網(wǎng)內(nèi)對作業(yè)流程進行控制和監(jiān)控；二是與設備、流程狀態(tài)相關數(shù)據(jù)通過

邊緣設備，如物聯(lián)網(wǎng)關，預先配置物聯(lián)網(wǎng)關，將PLC上需采集的數(shù)據(jù)物理地址配置到物聯(lián)網(wǎng)

關內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)關在經(jīng)由4G網(wǎng)絡，采用MQTT協(xié)議將數(shù)據(jù)送至遠端云服務器，可以遠程監(jiān)控作業(yè)

現(xiàn)場的運行情況，3D動畫展示所需的數(shù)據(jù)來源于此。

[0027] 大數(shù)據(jù)展示模塊還可通過采集天車指標數(shù)據(jù)進行整體存儲，通過大數(shù)據(jù)分析，對設備出現(xiàn)的一些常見問題進行整理，在大數(shù)據(jù)分析下實現(xiàn)對設備(即天車)預測性維護功

能，為故障設備提供相應的智能解決方案，實現(xiàn)智能控制系統(tǒng)的運維管理，極大地降低成

本，提高效率。

[0028] 應用層還包括業(yè)務監(jiān)控模塊和安全管理模塊，業(yè)務監(jiān)控模塊包括攝像頭并通過攝像頭對天車運行的流程業(yè)務如換極的整體過程進行安全監(jiān)控，保證設備在安全的前提下高

效地執(zhí)行流程任務，業(yè)務監(jiān)控模塊則通過以太網(wǎng)把攝像頭采集的視頻信號發(fā)送至智能控制

系統(tǒng)的中控室，在中控室進行視頻展示，業(yè)務監(jiān)控模塊和安全管理模塊信號連接，安全管理

模塊包括攝像頭和/或激光掃描傳感器等，這些攝像頭或激光掃描傳感器主要用于工作區(qū)

域的狀態(tài)檢測，設備工作狀態(tài)的監(jiān)測，工作區(qū)域是否有無關人員的誤闖入等等，結(jié)合業(yè)務監(jiān)

控模塊的數(shù)據(jù)，如果發(fā)生違反安全規(guī)范的場景、操作或設備工作故障，安全管理模塊會及時

記錄相應日志，并根據(jù)安全級別發(fā)出安全告警或緊急急停。

[0029] 中間層在生成換極作業(yè)流程最優(yōu)策略后下發(fā)至執(zhí)行層，機組模塊在收到該策略后，在保證安全的前提下執(zhí)行策略，具體換極策略為：通信調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)先進先出原則確定

換極目標(先進先出以實際工作時長為標準)，確定坐標點發(fā)給中間層，中間層收到目標點

以后，結(jié)合實際庫區(qū)情況(規(guī)避路徑矩陣中的障礙物)，對大小車、起升機構(gòu)作出動作策略，

如執(zhí)行大小車、起升聯(lián)動操作或是串行操作。當設備達到指定位置以后，啟動視覺掃描設

備，對所要更換的陽極進行掃描拍照，確定要更換的陽極導桿卡孔的實際位置以及偏移角

度，根據(jù)視覺掃描反饋結(jié)果對大小車位置，起升高度以及回轉(zhuǎn)機構(gòu)角度進行微調(diào)整，確保陽

極夾具能準確夾住陽極導桿的卡孔。

[0030] 圖2示出了智能控制系統(tǒng)的硬件布局示意，圖中工控機和服務器為應用層，交換機為中間層，視覺測量模塊、鋁電解多功能機組(PLC)為執(zhí)行層，交換機通過無線通信實現(xiàn)作

業(yè)區(qū)和辦公區(qū)的信息交互。

[0031] 機組模塊需要進行的換極作業(yè)工序主要包括：大車行走、小車行走、工具回轉(zhuǎn)、打殼、扭拔殘極、測高、放殘極、撈渣、卸渣、抓新極、裝新極。下面對本申請智能控制系統(tǒng)對一

次換極作業(yè)全流程的控制過程說明如下：

[0032] 開始換極→明確天車工作模式→明確并執(zhí)行大車位置→明確并執(zhí)行小車位置→明確并執(zhí)行回轉(zhuǎn)工具位置→單點打殼結(jié)束傾斜油缸收回→明確并執(zhí)行回轉(zhuǎn)工具位置→油

缸下降→視覺下降→大小車、工具回轉(zhuǎn)到位→視覺上升→打殼傾斜油缸伸出→打殼傾斜油

缸溢出閥壓力判斷到位→單點打殼執(zhí)行→工具收回→明確并執(zhí)行工具位置→夾具油缸快

下降→視覺下降→大小車、工具回轉(zhuǎn)到位→視覺收回→夾具打開、油缸慢下降→夾具閉合、

夾具油缸微小上升→擰頭油缸下降→扭轉(zhuǎn)執(zhí)行x秒→擰頭油缸收回→自動提升→大車移動

→小車移至出鋁端→殘極測高→大小車、工具回轉(zhuǎn)到位→夾具油缸下降→夾具打開→夾具

升降油缸，收回夾具關閉→回轉(zhuǎn)工具位置→油缸下降預設高度→抓斗打開→油缸下降→水

平抓取→油缸上升預設位置→油缸上升→大車移動→小車移至出鋁端→大小車回轉(zhuǎn)調(diào)整

(移至渣箱)→抓斗收回、關閉→回轉(zhuǎn)工具位置→夾具油缸快下降→視覺下降→視覺回收→

夾具打開→油缸慢下降→夾具閉合→油缸上升→新陽極測高→大、小車、工具回轉(zhuǎn)到位→

夾具油缸下降預設高度→視覺部件下降預設高度→安裝路徑→自動掛機→夾具油缸下降

(h1)→擰頭油缸分段下降(h2)→扭矩執(zhí)行→擰頭油缸收回→夾具打開→夾具升降油缸收

回、夾具關閉→料嘴回轉(zhuǎn)→大小車移動到位→料嘴下降預設位置→下料閥開啟x秒→料嘴

提升?換極完成。本段中“扭轉(zhuǎn)執(zhí)行x秒”“夾具油缸下降(h1)”“擰頭油缸分段下降(h2)”中的

“x”“h1”“h2”均是代指某個數(shù)值，不構(gòu)成本申請控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)關系。

[0033] 顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎上還

可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在

本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明權(quán)利要

求的保護范圍之內(nèi)。