一種真空自耗電弧爐熔速智能控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種真空自耗電弧爐熔速智能控制系統(tǒng)，包括控制器、熔化速度測量系統(tǒng)、功率檢測單元、電極升降控制單元、電弧電流調(diào)節(jié)單元、與控制器相接且用于輸入熔化速度曲線和電流、電壓參數(shù)的HMI人機(jī)界面以及與控制器相接的告警單元。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、安裝布設(shè)方便、智能化程度高，將熔化速度直接作為給定量參與系統(tǒng)的控制，為系統(tǒng)的平穩(wěn)調(diào)節(jié)創(chuàng)造了條件，工作能夠準(zhǔn)確控制電極熔化速率，減少了鑄錠的內(nèi)部偏析，提高了一次成品率，降低了能源消耗。
【專利說明】一種真空自耗電弧爐熔速智能控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電弧爐冶金工業(yè)領(lǐng)域，尤其是涉及一種真空自耗電弧爐熔速智能控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]真空自耗電弧熔煉控制中，電弧的燃燒控制，即自耗電極熔化速度的控制是熔煉過程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是提高鑄錠質(zhì)量的關(guān)鍵。合理的熔化速度可以減少甚至消除鑄錠的內(nèi)部偏析，提高一次成品率，大大降低能源消耗，節(jié)約材料。因此，準(zhǔn)確控制電極熔化速率，對保證鑄錠質(zhì)量、節(jié)約能源、安全生產(chǎn)和提高電弧爐生產(chǎn)效率都有十分重要的意義。
[0003]自耗電極熔化速度對象具有強(qiáng)耦合、非線性和大滯后的特性，難于建立其機(jī)理模型?，F(xiàn)有的真空自耗爐通常采用控制電弧電流間接開環(huán)控制熔化速度，該參數(shù)不能作為給定直接體現(xiàn)在控制系統(tǒng)中，從而無法準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)需要的熔化速度，只能靠經(jīng)驗(yàn)來調(diào)節(jié)熔化電流。因而使得一次成品率比較低，往往需要二次或三次重熔，導(dǎo)致浪費(fèi)嚴(yán)重，加工成本增加。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種真空自耗電弧爐熔速智能控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單、安裝布設(shè)方便、智能化程度高，工作能夠準(zhǔn)確控制電極熔化速率，解決了現(xiàn)有真空自耗電弧爐控制系統(tǒng)控制精度不高、一次成品率低、能耗較聞等問題。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種真空自耗電弧爐熔速智能控制系統(tǒng)，其特征在于:包括控制器、熔化速度測量系統(tǒng)、功率檢測單元、電極升降控制單元、電弧電流調(diào)節(jié)單元、與控制器相接且用于輸入熔化速度曲線和電流、電壓參數(shù)的HMI人機(jī)界面以及與控制器相接的告警單元；所述熔化速度測量系統(tǒng)包括對自耗電極頂端的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測的溫度傳感器、對自耗電極頂端的熱流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測的熱流傳感器、分別與溫度傳感器和熱流傳感器相接的濾波電路、與濾波電路相接的A/D轉(zhuǎn)換器、存儲有采用有限元法建立的數(shù)值模型的存儲器、通過調(diào)用所述數(shù)值模型并利用溫度傳感器和熱流傳感器實(shí)時(shí)計(jì)算出自耗電極底部熔化后形成的固液相變界面位移的處理器、將所述固液相變界面位移信號轉(zhuǎn)換為自耗電極融化速度信號的信號轉(zhuǎn)換電路和與信號轉(zhuǎn)換電路相接的無紙記錄儀；所述功率檢測單元包括對串接在磁性調(diào)壓器與自耗電極間的短網(wǎng)中的電壓和電流分別進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測的電壓檢測單元和電流檢測單元、分別與電壓檢測單元和電流檢測單元相接的有功功率變換器以及將有功功率變換器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號的I/V轉(zhuǎn)換電路；所述電極升降控制單元包括與控制器相接的變頻器和與變頻器相接的用于對自耗電極進(jìn)行升降控制的電機(jī)，所述電極桿承重機(jī)構(gòu)下方設(shè)置有將自耗電極卡住的卡箍，所述電極桿承重機(jī)構(gòu)上方設(shè)置有電極升降機(jī)構(gòu)，所述電機(jī)通過螺桿與所述電極升降機(jī)構(gòu)連接；所述電弧電流調(diào)節(jié)單元包括與控制器相接的放大電路、與放大電路相接的可控硅觸發(fā)電路和連接在可控硅觸發(fā)電路與通過調(diào)節(jié)電極電壓來調(diào)節(jié)電弧電流的磁性調(diào)壓器之間的雙向可控硅；溫度傳感器和熱流傳感器均安裝在自耗電極頂端；所述A/D轉(zhuǎn)換器和存儲器均與處理器相接，所述信號轉(zhuǎn)換電路分別與處理器和控制器相接，所述ΙΛ轉(zhuǎn)換電路分別與有功功率變換器和控制器相接。
[0006]上述一種真空自耗電弧爐熔速智能控制系統(tǒng)，其特征是:所述控制器為可編程控制器PLC。
[0007]上述一種真空自耗電弧爐熔速智能控制系統(tǒng)，其特征是:所述稱重傳感器的數(shù)量為2個(gè)。
[0008]上述一種真空自耗電弧爐熔速智能控制系統(tǒng)，其特征是:所述有功功率變換器為美國MOOR公司生產(chǎn)的PWT型功率變送器。
[0009]上述一種真空自耗電弧爐熔速智能控制系統(tǒng)，其特征是:所述處理器為內(nèi)部集成有固液相變界面位置跟蹤軟件的嵌入式微處理器。
[0010]上述一種真空自耗電弧爐熔速智能控制系統(tǒng)，其特征是:所述存儲器為EPR0M。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0012]1、結(jié)構(gòu)簡單，安裝布設(shè)方便、投入成本低；
[0013]2、減少了鑄錠的內(nèi)部偏析，提高了一次成品率，降低了能源消耗；
[0014]3、熔化速度直接作為給定量參與系統(tǒng)的控制，為系統(tǒng)的平穩(wěn)調(diào)節(jié)創(chuàng)造了條件，對穩(wěn)定電流并避免電弧電壓和電流之間的耦合關(guān)系有積極作用同時(shí)在一定程度上減弱了電弧電流變化引起熔速變化的滯后影響；
[0015]4、通過實(shí)時(shí)跟蹤自耗電極融化固液相面界面位置來計(jì)算電極熔化速度，測量方便、計(jì)算精確，解決了電極熔化速度無法直接測量的難題。
[0016]下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的電路原理框圖。
[0018]附圖標(biāo)記說明:
[0019]I 一控制器；2—溫度傳感器；3—熱流傳感器；
[0020]4一濾波電路；5 — A/D轉(zhuǎn)換器；6—磁性調(diào)壓器；
[0021]7一自耗電極；8 —電壓檢測單兀；9一電流檢測單兀；
[0022]10—有功功率變換器；11—I/V轉(zhuǎn)換電路；12—變頻器；
[0023]13 —電機(jī)；14一放大電路；15—可控娃觸發(fā)電路；
[0024]16—雙向可控硅；17—HMI人機(jī)界面；18—告警單元；
[0025]19一無紙記錄儀；20—存儲器；21—處理器；
[0026]22—信號轉(zhuǎn)換電路。

【具體實(shí)施方式】
[0027]如圖1所示，本發(fā)明包括控制器1、熔化速度測量系統(tǒng)、功率檢測單元、電極升降控制單元、電弧電流調(diào)節(jié)單元、與控制器I相接且用于輸入熔化速度曲線和電流、電壓參數(shù)的HMI人機(jī)界面17以及與控制器I相接的告警單元18 ;所述熔化速度測量系統(tǒng)包括對自耗電極7頂端的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測的溫度傳感器2、對自耗電極7頂端的熱流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測的熱流傳感器3、分別與溫度傳感器2和熱流傳感器3相接的濾波電路4、與濾波電路4相接的A/D轉(zhuǎn)換器5、存儲有采用有限元法建立的數(shù)值模型的存儲器20、通過調(diào)用所述數(shù)值模型并利用溫度傳感器2和熱流傳感器3實(shí)時(shí)計(jì)算出自耗電極7底部熔化后形成的固液相變界面位移的處理器21、將所述固液相變界面位移信號轉(zhuǎn)換為自耗電極7融化速度信號的信號轉(zhuǎn)換電路22和與信號轉(zhuǎn)換電路22相接的無紙記錄儀19 ;所述功率檢測單元包括對串接在磁性調(diào)壓器6與自耗電極7間的短網(wǎng)中的電壓和電流分別進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測的電壓檢測單元8和電流檢測單元9、分別與電壓檢測單元8和電流檢測單元9相接的有功功率變換器10以及將有功功率變換器10輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號的I/V轉(zhuǎn)換電路11 ;所述電極升降控制單元包括與控制器I相接的變頻器12和與變頻器12相接的用于對自耗電極7進(jìn)行升降控制的電機(jī)13，所述電極桿承重機(jī)構(gòu)下方設(shè)置有將自耗電極7卡住的卡箍，所述電極桿承重機(jī)構(gòu)上方設(shè)置有電極升降機(jī)構(gòu)，所述電機(jī)13通過螺桿與所述電極升降機(jī)構(gòu)連接；所述電弧電流調(diào)節(jié)單元包括與控制器I相接的放大電路14、與放大電路14相接的可控硅觸發(fā)電路15和連接在可控硅觸發(fā)電路15與通過調(diào)節(jié)電極電壓來調(diào)節(jié)電弧電流的磁性調(diào)壓器6之間的雙向可控硅16 ;溫度傳感器2和熱流傳感器3均安裝在自耗電極7頂端；所述A/D轉(zhuǎn)換器5和存儲器20均與處理器21相接，所述信號轉(zhuǎn)換電路22分別與處理器21和控制器I相接，所述I/V轉(zhuǎn)換電路11分別與有功功率變換器10和控制器I相接。
[0028]本實(shí)施例中，所述控制器I為可編程控制器PLC。
[0029]本實(shí)施例中，所述稱重傳感器2的數(shù)量為2個(gè)。
[0030]本實(shí)施例中，所述有功功率變換器10為美國MOOR公司生產(chǎn)的PWT型功率變送器。
[0031]本實(shí)施例中，所述處理器21為內(nèi)部集成有固液相變界面位置跟蹤軟件的嵌入式微處理器。
[0032]本實(shí)施例中，所述存儲器20為EPR0M。
[0033]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種真空自耗電弧爐熔速智能控制系統(tǒng)，其特征在于:包括控制器(I)、熔化速度測量系統(tǒng)、功率檢測單元、電極升降控制單元、電弧電流調(diào)節(jié)單元、與控制器(I)相接且用于輸入熔化速度曲線和電流、電壓參數(shù)的HMI人機(jī)界面(17)以及與控制器(I)相接的告警單元(18);所述熔化速度測量系統(tǒng)包括對自耗電極(7)頂端的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測的溫度傳感器(2)、對自耗電極(7)頂端的熱流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測的熱流傳感器(3)、分別與溫度傳感器(2)和熱流傳感器(3)相接的濾波電路(4)、與濾波電路(4)相接的A/D轉(zhuǎn)換器(5)、存儲有采用有限元法建立的數(shù)值模型的存儲器(20)、通過調(diào)用所述數(shù)值模型并利用溫度傳感器(2)和熱流傳感器(3)實(shí)時(shí)計(jì)算出自耗電極(7)底部熔化后形成的固液相變界面位移的處理器(21)、將所述固液相變界面位移信號轉(zhuǎn)換為自耗電極(7)融化速度信號的信號轉(zhuǎn)換電路(22)和與信號轉(zhuǎn)換電路(22)相接的無紙記錄儀(19);所述功率檢測單元包括對串接在磁性調(diào)壓器(6)與自耗電極(7)間的短網(wǎng)中的電壓和電流分別進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測的電壓檢測單元(8)和電流檢測單元(9)、分別與電壓檢測單元(8)和電流檢測單元(9)相接的有功功率變換器(10)以及將有功功率變換器(10)輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號的I/V轉(zhuǎn)換電路(11);所述電極升降控制單元包括與控制器(I)相接的變頻器(12)和與變頻器(12)相接的用于對自耗電極(7)進(jìn)行升降控制的電機(jī)(13)，所述電極桿承重機(jī)構(gòu)下方設(shè)置有將自耗電極(7)卡住的卡箍，所述電極桿承重機(jī)構(gòu)上方設(shè)置有電極升降機(jī)構(gòu)，所述電機(jī)(13)通過螺桿與所述電極升降機(jī)構(gòu)連接；所述電弧電流調(diào)節(jié)單元包括與控制器(I)相接的放大電路(14)、與放大電路(14)相接的可控硅觸發(fā)電路(15)和連接在可控硅觸發(fā)電路(15)與通過調(diào)節(jié)電極電壓來調(diào)節(jié)電弧電流的磁性調(diào)壓器(6)之間的雙向可控硅(16);溫度傳感器(2)和熱流傳感器(3)均安裝在自耗電極(7)頂端；所述A/D轉(zhuǎn)換器(5)和存儲器(20)均與處理器(21)相接，所述信號轉(zhuǎn)換電路(22)分別與處理器(21)和控制器(I)相接，所述I/V轉(zhuǎn)換電路(11)分別與有功功率變換器(10 )和控制器(I)相接。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種真空自耗電弧爐熔速智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制器(I)為可編程控制器PLC。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的一種真空自耗電弧爐熔速智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述稱重傳感器(2)的數(shù)量為2個(gè)。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的一種真空自耗電弧爐熔速智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述有功功率變換器(10)為美國MOOR公司生產(chǎn)的PWT型功率變送器。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的一種真空自耗電弧爐熔速智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述處理器(21)為內(nèi)部集成有固液相變界面位置跟蹤軟件的嵌入式微處理器。
6.按照權(quán)利要求1或2所述的一種真空自耗電弧爐熔速智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述存儲器(20)為EPROM。
【文檔編號】C22B9/21GK104451183SQ201310422186
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】周曉麗 申請人:西安擴(kuò)力機(jī)電科技有限公司