專利名稱：直流電?。娫訜徜摪鼱t計算機控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型為一種計算機控制裝置，用于一種新型的直流電弧-電渣加熱鋼包爐的計算機控制，屬于爐外精煉技術。
直流電弧-電渣加熱鋼包爐組成如


圖1所示。兩根石墨陽極44和47位于石墨陰極45兩側(cè)，三根電極處于與變壓器縱向剖面平行的同一平面內(nèi)。三根電極由電極把持器夾持通過液壓伺服系統(tǒng)分別沿立柱導軌上下移動。預埋在鋼包爐41的耐火爐襯內(nèi)與鋼液42相連接的信號極46作為控制系統(tǒng)控制精煉過程的電壓參考點。由控制系統(tǒng)精確控制三個電極在鋼包爐內(nèi)的位置，實現(xiàn)陽極初始定位、陰極引弧以及整個精煉過程中電弧電壓、電極電流的調(diào)節(jié)，圖中43為渣液。
鋼包爐控制系統(tǒng)電參數(shù)有以下關系U＝UARC+UESIARC＝IES1+IES2P＝UARC×IARC+UES(IES1+IES2)其中U-負載電壓 UARC-電弧電壓 UES-電渣電壓IARC-陰極電流 IES1-陽極44電流 IES2-陽極47電流P-加熱的功率由參數(shù)關系式可以看出冶煉過程的熱源主要為電弧加熱和電渣加熱，因此需要一個計算機控制裝置根據(jù)這一原理按工藝要求精確控制陽極和陰極在鋼包爐內(nèi)的位置，靈活調(diào)節(jié)UARC和UES的大小和比例，達到提高冶煉過程熱效率、使鋼液溫度及成分均勻的目的，同時有效地避免增碳。
本實用新型專利的目的是給出一種直流電弧-電渣加熱鋼包爐計算機控制裝置。該裝置在爐外精煉過程中，實施陽極定位，陰極引弧，在整個精煉過程中自動控制電弧電壓和電極電流，以縮短冶煉時間、提高熱效率、避免增碳，并實現(xiàn)鋼液溫度及成分的最佳控制。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的本實用新型的計算機控制裝置由過程計算機和基礎級計算機兩級組成，如圖2所示。
1.過程計算機的構成過程機由工業(yè)微機IPC-610、工業(yè)鍵盤、高分辨率大屏幕彩色顯示器和打印機組成。通過串行口COM2經(jīng)由PC轉(zhuǎn)換專用通信接口與基礎級計算機實現(xiàn)通信。
2.基礎級計算機的構成基礎級計算機采用抗干擾能力強、可靠性高的可編程控制器系列模塊組成。主要有電源模塊、CPU模塊、高速計數(shù)模塊、模擬量輸入輸出模塊、數(shù)字量輸入輸出模塊以及中央基板與擴展板連接模塊。
控制裝置的主要功能1.過程機的主要功能i)精煉過程熱交換、熱平衡數(shù)學模型計算及在線操作指導ii)精煉過程人機對話(MMI)◆將精煉過程的工藝參數(shù)、控制參數(shù)、報警信號和參數(shù)趨勢實時顯示在彩色顯示器CRT上◆通過工業(yè)鍵盤的按鈕功能鍵和程序功能鍵可隨時參與對生產(chǎn)過程的控制和進行人機對話，提高系統(tǒng)的可靠性和控制過程的透明度。
iii)設定與修改精煉過程控制參數(shù)數(shù)值主要參數(shù)有◆陽極電壓給定與修改◆陰極電壓給定與修改◆陽極在渣層初始位置值的給定與修改iv)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集及原始數(shù)據(jù)存儲每爐生產(chǎn)過程中的重要數(shù)據(jù)由計算機控制裝置實時采集，主要有陽極電壓、陽極電流、陰極電流、電極位置、故障情況、加熱速度、冶煉時間等。采集的數(shù)據(jù)按順序存盤，作為精煉過程的歷史資料永久保存。
v)生產(chǎn)數(shù)據(jù)報表打印精煉過程的重要數(shù)據(jù)可根據(jù)生產(chǎn)需要整理列表打印。
2.基礎級計算機的主要功能基礎級計算機在精煉過程中實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的直接控制。主要功能有◆陽極自動定位冶煉時各爐鋼水數(shù)量不盡相同，陽極定位功能準確地找出每爐的渣面位置，確保陽極初始位置處于渣層之中，并且在整個精煉過程中能避免陽極插入鋼液引起增碳。
◆陰極自動引弧當陽極初始位置確定之后，控制陰極下降，實現(xiàn)自動引弧過程。
◆恒渣阻控制在精煉過程中按照陽極電壓給定參數(shù)調(diào)節(jié)陽極在渣層中的位置，使電渣壓降保持在規(guī)定的范圍內(nèi)，并使兩根陽極電流基本均衡，實現(xiàn)恒渣阻控制。
◆陰極電流控制◆陽極電壓控制◆電極位置控制◆故障報警處理◆升溫速度控制◆工藝參數(shù)及控制參數(shù)采集
以下結合附圖對本實用新型進行詳細描述
圖1是直流電弧-電渣加熱鋼包爐原理圖。
圖2是本實用新型的計算機控制裝置布置圖。
圖3是本實用新型的主要輸入輸出信號系統(tǒng)圖。
圖4是本實用新型的計算機控制裝置的軟件框圖。
圖2所示為計算機控制裝置的結構。其中1——高分辨率大屏幕彩色顯示器，2——IPC—610工業(yè)微機，3——標準鍵盤，4——PC轉(zhuǎn)換專用通信接口，5——打印機，6—北陽極，7——陰極，8——南陽極，9——液壓缸(I)，10——伺服閥(I)，11——功放(I)，12——旋轉(zhuǎn)編碼器(I)，13——液壓缸(II)，14——伺服閥(II)，15——功放(II)，16——旋轉(zhuǎn)編碼器(II)，17——液壓缸(III)，18——伺服閥(III)，19——功放(III)，20——旋轉(zhuǎn)編碼器(III)，21——CPU模塊，22——D/A輸出模塊，23——高速計數(shù)模塊(I)，24——高速計數(shù)模塊(II)，25——A/D輸入模塊，26——數(shù)字量輸出模塊(I)，27——數(shù)字量輸出模塊(II)，28——數(shù)字量輸入模塊(I)，29——數(shù)字量輸出模塊(III)30——數(shù)字量輸入模塊(II)，31——電流電壓反饋，32——南陽極位置顯示屏，33——陰極位置顯示屏，34——北陽極位置顯示屏，35——故障報警屏，36——鋼水測溫儀，37——精煉操作臺。
過程計算機包括IPC-610工業(yè)微機2、高分辨率大屏幕彩色顯示器1、鍵盤3和打印機5。
基礎級計算機亦即PLC控制系統(tǒng)包括CPU模塊21、D/A輸出模塊22、高速計數(shù)模塊23和24、A/D輸入模塊25、數(shù)字量輸出模塊26、27和29、數(shù)字量輸入模塊28、30以及相應的中央基板和擴展基板。
PC轉(zhuǎn)換專用通信接口4用來連接兩級計算機。
本實用新型計算機控制裝置的各部件連接如下(1)過程級計算機IPC-610工業(yè)微機2通過其顯示器接口與彩色顯示器1相連，通過其鍵盤接口與鍵盤3相連，通過其并行接口與打印機5相連。過程級計算機與基礎級計算機之間靠PC轉(zhuǎn)換專用通信接口4建立通信聯(lián)系，專用通信接口4的一端通過9針D型插頭連在IPC-610計算機的串行口上，另一端通過電纜和15針D型插頭與PLC系統(tǒng)的CPU模塊21的異步通信插口相連。
(2)基礎級計算機即PLC系統(tǒng)的CPU模塊21、D/A模擬量輸出模塊22、高速計數(shù)模塊23、24和A/D模擬量輸入模塊25固定在中央基板上，數(shù)字量輸出模塊26、27、29和數(shù)字量輸入模塊28、30固定在擴展基板上。中央基板和擴展基板之間由專用連接模塊和電纜連接。
(3)PLC系統(tǒng)的D/A模擬量輸出模塊22通過4芯電纜與三個電極的功率放大板11、15、19的輸入端連接，放大后的信號分別通過三根兩芯屏蔽電纜與三個電極的液壓伺服系統(tǒng)的伺服閥10、14、18連接，驅(qū)動液壓缸9、13、17，控制三根電極6、7、8的升降。
(4)PLC系統(tǒng)的高速計數(shù)模塊23的兩個15針D型插頭通過兩根4芯屏蔽電纜與安裝在北陽極、陰極升降架上的旋轉(zhuǎn)編碼器12、16連接。高速計數(shù)模塊24的一個15針D型插頭通過一根4芯屏蔽電纜與安裝在南陽極升降架上的旋轉(zhuǎn)編碼器20連接。
(5)PLC系統(tǒng)的A/D輸入模塊25通過兩根8芯屏蔽電纜與隔離放大器GFD-4E和GFD-4F輸出端連接、隔離放大器的輸入端通過兩根8芯屏蔽電纜與操作臺接線端子排連接，測取精煉爐三個電極的電流、電壓反饋信號。
(6)PLC系統(tǒng)的數(shù)字量輸出模塊26、27通過三根18芯屏蔽電纜分別與懸掛在操作室上方的三個電極位置顯示屏32、33、34連接。
(7)PLC系統(tǒng)的數(shù)字量輸入模塊28通過20芯屏蔽電纜與精煉操作臺的按鈕和過程指示燈的接線端子排相連。
(8)PLC系統(tǒng)的數(shù)字量輸出模塊29通過15芯屏蔽電纜與操作室的故障報警顯示屏35連接。
(9)PLC系統(tǒng)的數(shù)字量輸入模塊30通過15芯屏蔽電纜與KWZ-300C2鋼水測溫儀36連接。
本實用新型計算機控制裝置的工作過程如下基礎級計算機擔負對生產(chǎn)過程的直接控制，它的各個模塊與精煉爐各環(huán)節(jié)機構連接，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、電流電壓調(diào)節(jié)、工藝流程控制。
可靠地準確測量陰極電弧壓降和陽極渣阻壓降對精煉過程的控制是至關緊要的。計算機控制系統(tǒng)主要輸入輸出信號系統(tǒng)如圖3所示。預埋在鋼包爐襯內(nèi)與鋼液相連接的信號極作為電壓測量的參考點。陰極電弧壓降UARC和陽極渣阻壓降UES通過兩個采樣電阻R4、R5獲得。陰極和陽極的電流信號由電流互感器LZ2、LZ1、LZ3和采樣電阻R2、R1、R3獲得。電壓和電流信號送入隔離放大器GFD-4E及GFD-4F。隔離放大器采用變壓器隔離技術，輸入對輸出隔離電壓峰峰值為±1000V，精度為0.5％。隔離放大器對隔離外界干擾信號、保護計算機系統(tǒng)起著重要的作用。信號經(jīng)隔離放大器處理輸出至PLC系統(tǒng)的模擬量輸入模塊25，作為精煉過程中自動控制的重要參數(shù)。中央處理器對各有關參量進行處理和運算，通過D/A輸出模塊22向各電極的伺服控制系統(tǒng)輸出模擬量信號。功放(I)11、功放(II)15、功放(III)19分別是三個電極的功率放大環(huán)節(jié)，接收來自D/A模塊22的模擬量信號，經(jīng)過功率放大后分別接到各電極的伺服閥(I)10、伺服閥(II)14、伺服閥(III)18，驅(qū)動液壓缸(I)9、液壓缸(II)13、液壓缸(III)17，控制三根電極6、7、8的上升和下降。
電極的位置信號由與電極升降裝置相連接的旋轉(zhuǎn)編碼器12、16和20取得。通過機械裝置把電極的上下升降運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動。旋轉(zhuǎn)編碼器在轉(zhuǎn)動中發(fā)出相應的光電脈沖信號。由于電極升降裝置與計算機控制系統(tǒng)相距較遠，采用位移信號調(diào)理器WST-3將旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖信號整形處理，然后送入PLC系統(tǒng)的高速計數(shù)模塊23、24進行方向判別及脈沖計數(shù)。經(jīng)計算后的電極位置值作為控制系統(tǒng)的位置反饋信號，并由數(shù)字量輸出模塊26、27將電極位置當前值送到操作臺顯示。位置值在整個精煉過程中作為系統(tǒng)控制的另一個重要參量。
數(shù)字量輸入模塊30與鋼水測溫儀36連接，實現(xiàn)溫度信號的采集。
數(shù)字量輸入模塊28與精煉操作臺37的有關接點連接，對整個精煉過程實施監(jiān)控。
計算機控制裝置在精煉過程中不斷檢測、判斷各種參數(shù)是否正常，故障報警信號通過數(shù)字量輸出模塊29送至操作現(xiàn)場的故障報警屏35。
過程級計算機不直接與現(xiàn)場各種信號連接，由串行口COM2通過PC轉(zhuǎn)換專用通信接口4與基礎級計算機相連接，實現(xiàn)精煉過程控制參數(shù)數(shù)值設定與修改、在線操作指導、人機對話等功能。
圖4描述計算機控制系統(tǒng)軟件構成本裝置軟件由上、下位機兩大部分軟件組成，見圖4。IPC-610主控程序?qū)崿F(xiàn)對上位機功能程序的調(diào)度運行。下位機PLC系統(tǒng)主控程序?qū)崿F(xiàn)對PLC功能模塊的運行調(diào)度。通過PRODAVE程序?qū)崿F(xiàn)上、下位機間的數(shù)據(jù)交換通訊。
4.本實用新型特點(1)在精煉過程中與鋼液相連接的信號極是檢測陰極電弧電壓和陽極渣阻電壓的穩(wěn)定可靠的參考點。它為精煉過程的控制提供了可靠的控制參數(shù)。獨到的電壓信號獲取方法使精煉過程中陰極電壓和陽極電壓具有良好的可控性與可觀性。
(2)利用陽極定位裝置的輔助電源精確測得鋼包內(nèi)的渣層厚度，結合電極位置變化可以找出陰極弧長與電弧壓降的關系，以及陽極電壓與渣層厚度的關系。適當改變陽極電壓參數(shù)的給定值即可靈活調(diào)節(jié)陰極電弧加熱和陽極電渣加熱的比例以適應不同精煉工藝的要求。
(3)由于能夠準確測量陽極電壓以及伺服系統(tǒng)反應迅速，因此即使在較大流量的吹氬過程中亦能控制陽極保證埋在渣層里面，有效避免了因陽極伸入鋼液而引起增碳。
(4)計算機控制裝置精確測量與可靠控制使精煉過程中兩陽極電流基本均衡。
(5)位置檢測信號使電極定位快速、準確，縮短了操作時間，位置信號的實時顯示使爐內(nèi)工況一目了然，利于操作工人根據(jù)自己的生產(chǎn)經(jīng)驗在必要時對精煉過程進行人工智能控制。
(6)本裝置通過電極位置反饋信號提供了電極位置控制方式手段。強制的位置限位控制軟件避免由于裝置內(nèi)測量儀表故障引起失控。增強了可靠性。
權利要求1.一種直流電弧電渣加熱鋼包爐計算機控制裝置，利用預埋在鋼包爐的耐火襯內(nèi)與鋼液相連接的信號極作為陽極渣阻電壓及陰極電弧電壓的參考點，其特征在于所說的計算機控制裝置由過程計算機和基礎級計算機兩級組成，所說的過程計算機包括IPC-610工業(yè)微機(2)、高分辨率大屏幕彩色顯示器(1)、鍵盤(3)和打印機(5)，所說的基礎級計算機亦即PLC控制系統(tǒng)包括CPU模塊(21)、D/A輸出模塊(22)、高速計數(shù)模塊(23)和(24)、A/D輸入模塊(25)、數(shù)字量輸出模塊(26)、(27)和(29)、數(shù)字量輸入模塊(28)、(30)以及相應的中央基板和擴展基板，PC轉(zhuǎn)換專用通信接口(4)用來連接兩級計算機。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所說的計算機控制裝置各部件的連接如下(1)過程級計算機IPC-610工業(yè)微機2通過其顯示器接口與彩色顯示器(1)相連，通過其鍵盤接口與鍵盤(3)相連，通過其并行接口與打印機(5)相連，過程級計算機與基礎級計算機之間靠PC轉(zhuǎn)換專用通信接口(4)建立通信聯(lián)系，專用通信接口(4)的一端通過(9)針D型插頭連在IPC-610計算機的串行口上，另一端通過電纜和(15)針D型插頭與PLC系統(tǒng)的CPU模塊(21)的異步通信插口相連，(2)基礎級計算機即PLC系統(tǒng)的CPU模塊(21)、D/A模擬量輸出模塊(22)、高速計數(shù)模塊(23)、(24)和A/D模擬量輸入模塊(25)固定在中央基板上，數(shù)字量輸出模塊(26)、(27)、(29)和數(shù)字量輸入模塊(28)、(30)固定在擴展基板上，中央基板和擴展基板之間由專用連接模塊和電纜連接，(3)PLC系統(tǒng)的D/A模擬量輸出模塊(22)通過(4)芯電纜與三個電極的功率放大板(11)、(15)、(19)的輸入端連接，放大后的信號分別通過三根兩芯屏蔽電纜與三個電極的液壓伺服系統(tǒng)的伺服閥(10)、(14)、(18)連接，驅(qū)動液壓缸(9)、(13)、(17)，控制三根電極(6)、(7)、(8)的升降，(4)PLC系統(tǒng)的高速計數(shù)模塊(23)的兩個(15)針D型插頭通過兩根(4)芯屏蔽電纜與安裝在北陽極、陰極升降架上的旋轉(zhuǎn)編碼器(12)、(16)連接，高速計數(shù)模塊(24)的一個(15)針D型插頭通過一根(4)芯屏蔽電纜與安裝在南陽極升降架上的旋轉(zhuǎn)編碼器(20)連接，(5)PLC系統(tǒng)的A/D輸入模塊(25)通過兩根(8)芯屏蔽電纜與隔離放大器GFD-4E和GFD-4F輸出端連接、隔離放大器的輸入端通過兩根(8)芯屏蔽電纜與操作臺接線端子排連接，測取精煉爐三個電極的電流、電壓反饋信號，(6)PLC系統(tǒng)的數(shù)字量輸出模塊(26)、(27)通過三根(18)芯屏蔽電纜分別與懸掛在操作室上方的三個電極位置顯示屏(32)、(33)、(34)連接。(7)PLC系統(tǒng)的數(shù)字量輸入模塊(28)通過(20)芯屏蔽電纜與精煉操作臺的按鈕和過程指示燈的接線端子排相連，(8)PLC系統(tǒng)的數(shù)字量輸出模塊(29)通過(15)芯屏蔽電纜與操作室的故障報警顯示屏(35)連接，(9)PLC系統(tǒng)的數(shù)字量輸入模塊(30)通過(15)芯屏蔽電纜與KWZ-300C2鋼水測溫儀(36)連接，
3.如權利要求1或2所述的裝置，其特征在于采用旋轉(zhuǎn)編碼器與電極提升裝置連接，脈沖信號經(jīng)信號調(diào)理器進入PLC系統(tǒng)的高速計數(shù)模塊，作為位置反饋信號，實現(xiàn)電極的位置控制，操作臺電機位置顯示屏分別顯示三根電極的端部與金屬液面的距離。
專利摘要本實用新型為一種直流電?。娫訜徜摪鼱t計算機控制裝置,屬于爐外精煉技術。本實用新型由過程計算機和基礎計算機兩級組成。過程計算機包括IPC－610工業(yè)微機2、高分辨率大屏幕彩色顯示器1、鍵盤3和打印機5,基礎級計算機亦即PLC控制系統(tǒng)包括CPU模塊21、D/A輸出模塊22、高速計數(shù)模塊23和24、A/D輸入模塊25、數(shù)字量輸出模塊26、27和29、數(shù)字量輸入模塊28、30以及相應的中央基板和擴展基板,PC轉(zhuǎn)換專用通信接口4用來連接兩級計算機。
文檔編號C22B9/16GK2302260SQ9721904
公開日1998年12月30日 申請日期1997年6月25日 優(yōu)先權日1997年6月25日
發(fā)明者孫民生, 倫怡馨, 康云峰, 王長松, 黃志偉, 付杰, 張玉軍, 陳慶海 申請人:北京科技大學, 安陽鋼鐵集團有限責任公司