1. 引言
在鋁電解生產(chǎn)過程中，廣播系統(tǒng)一般用于自動廣播通知電解工人及時處理鋁電解過程出現(xiàn)的生產(chǎn)工藝參數(shù)異常及控制系統(tǒng)故障(如效應(yīng)、槽壓偏高、機器故障)、人工廣播干預(yù)生產(chǎn)操作、播報通知等。目前國內(nèi)鋁電解生產(chǎn)企業(yè)廣播系統(tǒng)通常采用單一模擬功放廣播的模式，即每一臺上位機將預(yù)先人工錄入的故障信息或人工播報信息通過音頻輸入至一臺定壓模擬功放降噪、信號放大后，輸出到電解現(xiàn)場無源音柱進行廣播報警，這種方式不但布線復(fù)雜，而且不能實現(xiàn)分區(qū)及遠程廣播。
隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的廣泛使用和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，電解槽控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)正朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。目前，幾乎所有鋁電解廠不管從計算站到生產(chǎn)車間，而是各部門之間都有以太網(wǎng)連接，因此為了適應(yīng)鋁廠網(wǎng)絡(luò)化模式，相應(yīng)地傳統(tǒng)的廣播模式也將向網(wǎng)絡(luò)控制方式進行轉(zhuǎn)換。
2. 網(wǎng)路語音自動分區(qū)廣播系統(tǒng)組成
網(wǎng)絡(luò)語音自動分區(qū)廣播系統(tǒng)是以現(xiàn)有成熟的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，利用現(xiàn)代化計算機技術(shù)、微處理技術(shù)、語音編解碼技術(shù)及數(shù)字功放技術(shù)集合而成的新型語音廣播系統(tǒng)。此廣播系統(tǒng)由一臺計算機(監(jiān)控機，安裝網(wǎng)絡(luò)語音自動分區(qū)廣播軟件)、交換機、光纖收發(fā)器、若干個語音播報器(包括語音解碼器及定壓功放兩個部分)組成，利用現(xiàn)有的硬件設(shè)施，實現(xiàn)廣播信號遠程分區(qū)傳輸，無需布線，結(jié)構(gòu)簡單，維護方便。
(1)計算機語音播報上位機軟件。計算機語音播報上位機軟件由自動語音分區(qū)播報、語音文件播報、人工語音播報及狀態(tài)顯示四部分組成，語音播報軟件界面如圖1所示。
自動語音分區(qū)播報是計算機軟件自動讀取數(shù)據(jù)庫中實時電解槽故障代碼，將所對應(yīng)的故障語音文件通過以太網(wǎng)傳輸?shù)较鄳?yīng)工區(qū)耳房中的網(wǎng)絡(luò)語音播報器進行解碼并放大，實現(xiàn)故障信息的遠程自動分區(qū)廣播;
語音文件播報是人工選擇已經(jīng)下載或錄制好的.WAV格式的歌曲及語音文件，在特定的時候點擊開始播報按鈕，將選擇好的語音文件通過以太網(wǎng)向特定工區(qū)播報相關(guān)信息;
人工語音播報需要計算機操作人員通過語音軟件設(shè)置界面選擇人工廣播功能及所需要廣播的工區(qū)，點擊開始語音播報，語音播報軟件自動將輸入計算機音頻信號進行編碼錄制成.WAV格式的文件，并將錄制好的語音文件通過以太網(wǎng)實時傳輸?shù)较鄳?yīng)工區(qū)的語音報警器進行解碼播報，實現(xiàn)與人工喊話同步播報，以達到遠程人工分區(qū)廣播功能。
狀態(tài)顯示包括故障信息提示及工區(qū)通訊顯示，故障信息提示自動語音播報正在播報的電解槽故障代碼;工區(qū)通訊顯示語音播報軟件與每個工區(qū)語音報警器之間的網(wǎng)絡(luò)連接情況。
圖1 語音播報上位機軟件界面
(2)語音編解碼器。語音編解碼器以32位ARM9微處理STM32F407作為中央控制單元，包括語音編解碼電路、語音自動合成電路、以太網(wǎng)通信電路、小功率音頻放大電路、存儲電路、按鍵及顯示電路六部分組成，原理圖2所示。語音編碼器主要負責(zé)接收上位來的數(shù)字音頻信號及握手協(xié)議，并將數(shù)字音頻信號解碼成相應(yīng)的模擬音頻信號輸出，送入定壓功放進行放大。
語音編碼電路用于將音頻輸入及麥克風(fēng)輸入信號進行編碼成數(shù)字語音格式，通過以太網(wǎng)發(fā)送到用戶終端，同時可以將接收到的以太網(wǎng)數(shù)字語音文件解碼成模擬語音文件格式輸出。在本文中設(shè)計兩路輸出，一路直接輸出，用耳機可以收聽到播報的聲音，令一路與小功率音頻放大電路相連，對解碼電路輸出模擬小信號進行適當(dāng)放大，再送入定壓功放進一步放大，以驅(qū)動音柱工作。
語音自動合成電路由專門的語音合成芯片及相關(guān)的外圍電路組成，通過DBK編碼方式將數(shù)字信號直接合成語音文件輸出，與解碼電路輸出一并輸出到小功率音頻放大電路進行放大，用于系統(tǒng)運行狀態(tài)自動告警，如以太網(wǎng)連接失敗、語音播報故障等自動告警。
小功率放大電路用于對模擬音頻輸入及合成語音信號進行適當(dāng)放大，以達到定壓功放輸入級對輸入信號要求，并驅(qū)動一個8歐姆1W小喇叭。
存儲電路用于存儲語音合成信號的音量大小、語速快慢，以太網(wǎng)設(shè)置的相關(guān)參數(shù)(如IP、網(wǎng)關(guān))以及需要播報的語音信息等。
按鍵及顯示電路用于以太網(wǎng)IP、網(wǎng)關(guān)設(shè)置，音量大小、語音快慢調(diào)節(jié)及語音播報器的狀態(tài)顯示。
圖2 語音編解碼器原理
(3)定壓功放。將語音解碼器生成的模擬小信號進行放大，產(chǎn)生一個電壓為100V、500W的音頻信號輸出信號，驅(qū)動車間里的音柱發(fā)出聲音。
3. 網(wǎng)路語音自動分區(qū)廣播系統(tǒng)在鋁電解車間的實際應(yīng)用
網(wǎng)路語音自動分區(qū)廣播系統(tǒng)在鋁電解廠網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖3所示，光纖需要從計算機機房鋪設(shè)到車間的每一個耳房，每個耳房里面有一臺接口機及一臺語音報警器，負責(zé)一個工區(qū)的語音廣播及電解槽參數(shù)監(jiān)控，每臺語音報警器可以驅(qū)動本區(qū)的若干個播報音柱。由于大部分廠家需要將電解槽工藝參數(shù)及操作信息傳輸獨立一根光纖傳輸，因此到耳房的光纖線為8芯光纖，其中4芯光纖用于接口機與數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)通信，以便生產(chǎn)人員查看槽控機相關(guān)參數(shù);另外4芯光纖用于傳輸數(shù)
字音頻信號，播報耳房所對應(yīng)工區(qū)的語音信息。
圖3 網(wǎng)路語音自動分區(qū)廣播系統(tǒng)在鋁電解廠網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)
按照圖3布局搭建硬件平臺，設(shè)置好每個耳房中網(wǎng)絡(luò)語音播報器的IP地址及網(wǎng)關(guān)，使其與監(jiān)控機在同一個網(wǎng)段內(nèi)，且IP地址各不相同，運行語音播報上位機軟件程序，配置好上位機相應(yīng)的IP、網(wǎng)關(guān)、每個工區(qū)電解槽號及語音播報信號優(yōu)先級等，系統(tǒng)就會自動正常運行。當(dāng)監(jiān)控機接收到某個區(qū)電解槽有異常情況，上位機軟件立即將相應(yīng)告警信息數(shù)字語音文件通過以太網(wǎng)發(fā)送到相應(yīng)區(qū)進行廣播，實現(xiàn)語音自動分區(qū)廣播。當(dāng)遇到特殊情況需要人工喊話時，操作員只要通過語音播報上位機軟件界面選擇相應(yīng)的工區(qū)及人工廣播開始，上位機軟件將喊話內(nèi)容編碼成數(shù)字語音文件實時傳輸?shù)较鄳?yīng)工區(qū)進行廣播，實現(xiàn)人工分區(qū)廣播。另外本系統(tǒng)可以實現(xiàn)人工分區(qū)播報下載或錄制的語音文件及歌曲。
4. 結(jié)論
網(wǎng)路語音自動分區(qū)廣播系統(tǒng)充分利用了電解鋁廠現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)硬件設(shè)備，無需另外布線，就可以實現(xiàn)告警信號自動分區(qū)廣播、人工分區(qū)廣播及語音文件廣播等功能。與傳統(tǒng)單一模擬功放廣播模式相比，布線簡單，傳輸距離遠以及多區(qū)同時廣播且互不干擾等特點。
聲明：
“網(wǎng)路語音自動分區(qū)廣播系統(tǒng)在鋁電解車間中的應(yīng)用” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：中國鋁業(yè)蘭州分公司電解二廠電算站
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2025年03月28日 ~ 30日 
