一种基于pid控制器的电弧炉电极升降控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于PID控制器的电弧炉电极升降控制系统，包括减法器、PID控制器、伺服阀、液压缸、位移测量装置、脉冲计数与高度换算器、D/A转换器、A/D转换器、显示屏、电极输出电流检测电路和电弧电压检测电路；减法器的第一输入端接电极高度给定信号，减法器的输出端接PID控制器的输入端，PID控制器输出阀门开度值给伺服阀，伺服阀控制液压缸动作，由液压缸驱动电极升降；该基于PID控制器的电弧炉电极升降控制系统基于模拟PID控制器和闭环控制系统实现电极的升降控制，响应速度快，控制精度高。
【专利说明】-种基于PID控制器的电弧炉电极升降控制系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种基于PID控制器的电弧炉电极升降控制系统。
【背景技术】
[0002] 电弧炉是常用的冶炼设备，电弧炉的电极升降控制是电弧炉控制过程中关键的一 环，现有的电极升降控制基于人工实现，响应慢，且精度低，无法满足技术要求，从而导致冶 炼质量低下，因此，有必要设计一种全新的基于PID控制器的电弧炉电极升降控制系统。 实用新型内容
[0003] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于PID控制器的电弧炉电极升降 控制系统，该基于PID控制器的电弧炉电极升降控制系统基于模拟PID控制器和闭环控制 系统实现电极的升降控制，响应速度快，控制精度高。
[0004] 实用新型的技术解决方案如下：
[0005] -种基于PID控制器的电弧炉电极升降控制系统，包括减法器、PID控制器、伺服 阀、液压缸、位移测量装置、脉冲计数与高度换算器、D/A转换器、A/D转换器、显示屏、电极 输出电流检测电路和电弧电压检测电路；
[0006] 减法器的第一输入端接电极高度给定信号，减法器的输出端接PID控制器的输 入端，PID控制器输出阀门开度值给伺服阀，伺服阀控制液压缸动作，由液压缸驱动电极升 降；
[0007] 所述的位移测量装置用于检测电极在坚直方向上的位移；位移测量装置的脉冲输 出端接脉冲计数与高度换算器，脉冲计数与高度换算器的输出信号经D/A转换器接减法器 的第二输入端；
[0008] 电极高度给定信号经A/D转换器接显示屏；脉冲计数与高度换算器的输出端接显 示屏；电极输出电流检测电路和电弧电压检测电路分别用于检测电极的输出电流和电极处 的电弧电压，电极输出电流检测电路和电弧电压检测电路的输出端均与显示屏相接；
[0009] 所述的减法器为基于运算放大器的差分电路，该差分电路的结构为：
[0010] 电极高度给定信号Vi2经电阻R3接运算放大器的同相输入端；运算放大器的同相 输入端还通过电阻R4接地；D/A转换器的输出信号Vil经电阻R1接运算放大器的反相输 入端，运算放大器的同相输入端与输出端之间跨接有电阻R2,电阻Rl、R2、R3和R4的电阻 值相等；
[0011] 所述的位移测量装置为基于增量式编码器的位移测量装置，包括支架（4)、定滑轮 (5)、光电编码器同轴滑轮（2)、拉绳⑴和重物（6);定滑轮（5)和光电编码器同轴滑轮（2) 均安装在固定的支架（4)上；拉绳（1)的上端固定在电极上，拉绳（1)的下端吊装有所述的 重物（6)，且重物（6)自然下垂；拉绳⑴的中段绕过光电编码器同轴滑轮和定滑轮；光电 编码器同轴滑轮作为定滑轮，光电编码器轴（3)输出反映位移量的脉冲信号；
[0012] PID控制器为基于运算放大器的模拟PID控制器；
[0013] A/D转换器和D/A转换器均采用12位的转换器件；
[0014] 所述的显示屏为点阵式液晶显示屏。
[0015] 所述的脉冲计数与高度换算器包括基于计计数器的脉冲计数单元和基于数字除 法器的高度换算单元。
[0016] 有益效果：
[0017] 本实用新型的基于PID控制器的电弧炉电极升降控制系统，基于模拟PID控制器 和闭环控制系统实现电极的升降控制，响应速度快，控制精度高。
[0018] PID控制器为成熟的控制器，参数整定方便，易于实现，成本低，响应速度快。
[0019] 位移测量装置为基于码盘的装置，精度高。
[0020] 采用闭环控制，控制精度高，且为自动控制模式，相比手动控制具有显著的优点。
[0021] 采用显示屏显示给定参数和实时位置，直观性好。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1为基于PID控制器的电弧炉电极升降控制系统的总体结构示意图；
[0023] 图2为减法器的原理图；
[0024] 图3为位移测量装置的结构示意图。
[0025] 标号说明：1_拉绳；2-光电编码器同轴滑轮；3-光电编码器轴；4-支架；5-定滑 轮；6-重物。
【具体实施方式】
[0026] 以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：
[0027] 实施例1 :
[0028] 如图1-3, 一种基于PID控制器的电弧炉电极升降控制系统，包括减法器、PID控制 器、伺服阀、液压缸、位移测量装置、脉冲计数与高度换算器、D/A转换器、A/D转换器、显示 屏、电极输出电流检测电路和电弧电压检测电路；
[0029] 减法器的第一输入端接电极高度给定信号，减法器的输出端接PID控制器的输 入端，PID控制器输出阀门开度值给伺服阀，伺服阀控制液压缸动作，由液压缸驱动电极升 降；
[0030] 所述的位移测量装置用于检测电极在坚直方向上的位移；位移测量装置的脉冲输 出端接脉冲计数与高度换算器，脉冲计数与高度换算器的输出信号经D/A转换器接减法器 的第二输入端；
[0031] 电极高度给定信号经A/D转换器接显示屏；脉冲计数与高度换算器的输出端接显 示屏；电极输出电流检测电路和电弧电压检测电路分别用于检测电极的输出电流和电极处 的电弧电压，电极输出电流检测电路和电弧电压检测电路的输出端均与显示屏相接；电极 输出电流检测电路和电弧电压检测电路均为成熟技术。
[0032] 所述的减法器为基于运算放大器的差分电路，该差分电路的结构为：
[0033] 电极高度给定信号Vi2经电阻R3接运算放大器的同相输入端；运算放大器的同相 输入端还通过电阻R4接地；D/A转换器的输出信号Vil经电阻R1接运算放大器的反相输 入端，运算放大器的同相输入端与输出端之间跨接有电阻R2,电阻Rl、R2、R3和R4的电阻 值相等；
[0034] 所述的位移测量装置为基于增量式编码器的位移测量装置，包括支架4、定滑轮 5、光电编码器同轴滑轮2、拉绳1和重物6 ;定滑轮5和光电编码器同轴滑轮2均安装在固 定的支架4上；拉绳1的上端固定在电极上，拉绳1的下端吊装有所述的重物6,且重物6自 然下垂；拉绳1的中段绕过光电编码器同轴滑轮和定滑轮；光电编码器同轴滑轮作为定滑 轮，光电编码器轴3输出反映位移量的脉冲信号；
[0035] PID控制器为基于运算放大器的模拟PID控制器；
[0036] A/D转换器和D/A转换器均采用12位的转换器件；
[0037] 所述的显示屏为点阵式液晶显示屏。
[0038] 所述的脉冲计数与高度换算器包括基于计计数器的脉冲计数单元和基于数字除 法器的高度换算单元。
[0039] 工作过程说明：
[0040] 首先，给定信号来自其他系统的输出信号或认为设定的信号，为模拟信号，整个控 制系统的目的就在于使得电极快速的升降到给定的高度值。
[0041] 减法器用于获得给定信号（电极高度给定信号）与反馈信号（D/A转换器输出的 信号）的差值（即误差），PID控制器对该误差进行积分和驱动电极升降，并跟踪给定高度 值。
[〇〇42] 编码器用于检测电机旋转的圈数，电机每旋转一圈则输出多个脉冲，因此脉冲数 与实际的电极的高度值存在一个比值，由计数器对脉冲进行计数，脉冲数除以这个比值 (在数字除法器中实现）就得到了实时的电极高度值（即位移值）。
【权利要求】
1. 一种基于PID控制器的电弧炉电极升降控制系统，其特征在于，包括减法器、PID控 制器、伺服阀、液压缸、位移测量装置、脉冲计数与高度换算器、D/A转换器、A/D转换器、显 示屏、电极输出电流检测电路和电弧电压检测电路； 减法器的第一输入端接电极高度给定信号，减法器的输出端接PID控制器的输入端， PID控制器输出阀门开度值给伺服阀，伺服阀控制液压缸动作，由液压缸驱动电极升降； 所述的位移测量装置用于检测电极在坚直方向上的位移；位移测量装置的脉冲输出端 接脉冲计数与高度换算器，脉冲计数与高度换算器的输出信号经D/A转换器接减法器的第 二输入端； 电极高度给定信号经A/D转换器接显示屏；脉冲计数与高度换算器的输出端接显示 屏；电极输出电流检测电路和电弧电压检测电路分别用于检测电极的输出电流和电极处的 电弧电压，电极输出电流检测电路和电弧电压检测电路的输出端均与显示屏相接； 所述的减法器为基于运算放大器的差分电路，该差分电路的结构为： 电极高度给定信号Vi2经电阻R3接运算放大器的同相输入端；运算放大器的同相输 入端还通过电阻R4接地；D/A转换器的输出信号Vil经电阻R1接运算放大器的反相输入 端，运算放大器的同相输入端与输出端之间跨接有电阻R2,电阻Rl、R2、R3和R4的电阻值 相等； 所述的位移测量装置为基于增量式编码器的位移测量装置，包括支架（4)、定滑轮 (5)、光电编码器同轴滑轮（2)、拉绳⑴和重物（6);定滑轮（5)和光电编码器同轴滑轮（2) 均安装在固定的支架（4)上；拉绳（1)的上端固定在电极上，拉绳（1)的下端吊装有所述的 重物（6)，且重物（6)自然下垂；拉绳（1)的中段绕过光电编码器同轴滑轮和定滑轮；光电 编码器同轴滑轮作为定滑轮，光电编码器轴（3)输出反映位移量的脉冲信号； PID控制器为基于运算放大器的模拟PID控制器； A/D转换器和D/A转换器均采用12位的转换器件； 所述的显示屏为点阵式液晶显示屏。
2. 根据权利要求1所述的基于PID控制器的电弧炉电极升降控制系统，其特征在于，所 述的脉冲计数与高度换算器包括基于计计数器的脉冲计数单元和基于数字除法器的高度 换算单元。
【文档编号】F27B3/28GK203869480SQ201420312017
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】张海涛, 孙利平, 刘亮 申请人:长沙学院