一种真空自耗电弧炉熔速智能控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种真空自耗电弧炉熔速智能控制系统，包括控制器、熔化速度测量系统、功率检测单元、电极升降控制单元、电弧电流调节单元、与控制器相接且用于输入熔化速度曲线和电流、电压参数的HMI人机界面以及与控制器相接的告警单元。本发明结构简单、安装布设方便、智能化程度高，将熔化速度直接作为给定量参与系统的控制，为系统的平稳调节创造了条件，工作能够准确控制电极熔化速率，减少了铸锭的内部偏析，提高了一次成品率，降低了能源消耗。
【专利说明】一种真空自耗电弧炉熔速智能控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及电弧炉冶金工业领域，尤其是涉及一种真空自耗电弧炉熔速智能控制系统。
【背景技术】
[0002]真空自耗电弧熔炼控制中，电弧的燃烧控制，即自耗电极熔化速度的控制是熔炼过程的一个重要环节，是提高铸锭质量的关键。合理的熔化速度可以减少甚至消除铸锭的内部偏析，提高一次成品率，大大降低能源消耗，节约材料。因此，准确控制电极熔化速率，对保证铸锭质量、节约能源、安全生产和提高电弧炉生产效率都有十分重要的意义。
[0003]自耗电极熔化速度对象具有强耦合、非线性和大滞后的特性，难于建立其机理模型。现有的真空自耗炉通常采用控制电弧电流间接开环控制熔化速度，该参数不能作为给定直接体现在控制系统中，从而无法准确实现需要的熔化速度，只能靠经验来调节熔化电流。因而使得一次成品率比较低，往往需要二次或三次重熔，导致浪费严重，加工成本增加。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种真空自耗电弧炉熔速智能控制系统，其结构简单、安装布设方便、智能化程度高，工作能够准确控制电极熔化速率，解决了现有真空自耗电弧炉控制系统控制精度不高、一次成品率低、能耗较闻等问题。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种真空自耗电弧炉熔速智能控制系统，其特征在于:包括控制器、熔化速度测量系统、功率检测单元、电极升降控制单元、电弧电流调节单元、与控制器相接且用于输入熔化速度曲线和电流、电压参数的HMI人机界面以及与控制器相接的告警单元；所述熔化速度测量系统包括对自耗电极顶端的温度进行实时检测的温度传感器、对自耗电极顶端的热流进行实时检测的热流传感器、分别与温度传感器和热流传感器相接的滤波电路、与滤波电路相接的A/D转换器、存储有采用有限元法建立的数值模型的存储器、通过调用所述数值模型并利用温度传感器和热流传感器实时计算出自耗电极底部熔化后形成的固液相变界面位移的处理器、将所述固液相变界面位移信号转换为自耗电极融化速度信号的信号转换电路和与信号转换电路相接的无纸记录仪；所述功率检测单元包括对串接在磁性调压器与自耗电极间的短网中的电压和电流分别进行实时检测的电压检测单元和电流检测单元、分别与电压检测单元和电流检测单元相接的有功功率变换器以及将有功功率变换器输出的电流信号转换为电压信号的I/V转换电路；所述电极升降控制单元包括与控制器相接的变频器和与变频器相接的用于对自耗电极进行升降控制的电机，所述电极杆承重机构下方设置有将自耗电极卡住的卡箍，所述电极杆承重机构上方设置有电极升降机构，所述电机通过螺杆与所述电极升降机构连接；所述电弧电流调节单元包括与控制器相接的放大电路、与放大电路相接的可控硅触发电路和连接在可控硅触发电路与通过调节电极电压来调节电弧电流的磁性调压器之间的双向可控硅；温度传感器和热流传感器均安装在自耗电极顶端；所述A/D转换器和存储器均与处理器相接，所述信号转换电路分别与处理器和控制器相接，所述ΙΛ转换电路分别与有功功率变换器和控制器相接。
[0006]上述一种真空自耗电弧炉熔速智能控制系统，其特征是:所述控制器为可编程控制器PLC。
[0007]上述一种真空自耗电弧炉熔速智能控制系统，其特征是:所述称重传感器的数量为2个。
[0008]上述一种真空自耗电弧炉熔速智能控制系统，其特征是:所述有功功率变换器为美国MOOR公司生产的PWT型功率变送器。
[0009]上述一种真空自耗电弧炉熔速智能控制系统，其特征是:所述处理器为内部集成有固液相变界面位置跟踪软件的嵌入式微处理器。
[0010]上述一种真空自耗电弧炉熔速智能控制系统，其特征是:所述存储器为EPR0M。
[0011]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0012]1、结构简单，安装布设方便、投入成本低；
[0013]2、减少了铸锭的内部偏析，提高了一次成品率，降低了能源消耗；
[0014]3、熔化速度直接作为给定量参与系统的控制，为系统的平稳调节创造了条件，对稳定电流并避免电弧电压和电流之间的耦合关系有积极作用同时在一定程度上减弱了电弧电流变化引起熔速变化的滞后影响；
[0015]4、通过实时跟踪自耗电极融化固液相面界面位置来计算电极熔化速度，测量方便、计算精确，解决了电极熔化速度无法直接测量的难题。
[0016]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明的电路原理框图。
[0018]附图标记说明:
[0019]I 一控制器；2—温度传感器；3—热流传感器；
[0020]4一滤波电路；5 — A/D转换器；6—磁性调压器；
[0021]7一自耗电极；8 —电压检测单兀；9一电流检测单兀；
[0022]10—有功功率变换器；11—I/V转换电路；12—变频器；
[0023]13 —电机；14一放大电路；15—可控娃触发电路；
[0024]16—双向可控硅；17—HMI人机界面；18—告警单元；
[0025]19一无纸记录仪；20—存储器；21—处理器；
[0026]22—信号转换电路。
【具体实施方式】
[0027]如图1所示，本发明包括控制器1、熔化速度测量系统、功率检测单元、电极升降控制单元、电弧电流调节单元、与控制器I相接且用于输入熔化速度曲线和电流、电压参数的HMI人机界面17以及与控制器I相接的告警单元18 ;所述熔化速度测量系统包括对自耗电极7顶端的温度进行实时检测的温度传感器2、对自耗电极7顶端的热流进行实时检测的热流传感器3、分别与温度传感器2和热流传感器3相接的滤波电路4、与滤波电路4相接的A/D转换器5、存储有采用有限元法建立的数值模型的存储器20、通过调用所述数值模型并利用温度传感器2和热流传感器3实时计算出自耗电极7底部熔化后形成的固液相变界面位移的处理器21、将所述固液相变界面位移信号转换为自耗电极7融化速度信号的信号转换电路22和与信号转换电路22相接的无纸记录仪19 ;所述功率检测单元包括对串接在磁性调压器6与自耗电极7间的短网中的电压和电流分别进行实时检测的电压检测单元8和电流检测单元9、分别与电压检测单元8和电流检测单元9相接的有功功率变换器10以及将有功功率变换器10输出的电流信号转换为电压信号的I/V转换电路11 ;所述电极升降控制单元包括与控制器I相接的变频器12和与变频器12相接的用于对自耗电极7进行升降控制的电机13，所述电极杆承重机构下方设置有将自耗电极7卡住的卡箍，所述电极杆承重机构上方设置有电极升降机构，所述电机13通过螺杆与所述电极升降机构连接；所述电弧电流调节单元包括与控制器I相接的放大电路14、与放大电路14相接的可控硅触发电路15和连接在可控硅触发电路15与通过调节电极电压来调节电弧电流的磁性调压器6之间的双向可控硅16 ;温度传感器2和热流传感器3均安装在自耗电极7顶端；所述A/D转换器5和存储器20均与处理器21相接，所述信号转换电路22分别与处理器21和控制器I相接，所述I/V转换电路11分别与有功功率变换器10和控制器I相接。
[0028]本实施例中，所述控制器I为可编程控制器PLC。
[0029]本实施例中，所述称重传感器2的数量为2个。
[0030]本实施例中，所述有功功率变换器10为美国MOOR公司生产的PWT型功率变送器。
[0031]本实施例中，所述处理器21为内部集成有固液相变界面位置跟踪软件的嵌入式微处理器。
[0032]本实施例中，所述存储器20为EPR0M。
[0033]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
【权利要求】
1.一种真空自耗电弧炉熔速智能控制系统，其特征在于:包括控制器(I)、熔化速度测量系统、功率检测单元、电极升降控制单元、电弧电流调节单元、与控制器(I)相接且用于输入熔化速度曲线和电流、电压参数的HMI人机界面(17)以及与控制器(I)相接的告警单元(18);所述熔化速度测量系统包括对自耗电极(7)顶端的温度进行实时检测的温度传感器(2)、对自耗电极(7)顶端的热流进行实时检测的热流传感器(3)、分别与温度传感器(2)和热流传感器(3)相接的滤波电路(4)、与滤波电路(4)相接的A/D转换器(5)、存储有采用有限元法建立的数值模型的存储器(20)、通过调用所述数值模型并利用温度传感器(2)和热流传感器(3)实时计算出自耗电极(7)底部熔化后形成的固液相变界面位移的处理器(21)、将所述固液相变界面位移信号转换为自耗电极(7)融化速度信号的信号转换电路(22)和与信号转换电路(22)相接的无纸记录仪(19);所述功率检测单元包括对串接在磁性调压器(6)与自耗电极(7)间的短网中的电压和电流分别进行实时检测的电压检测单元(8)和电流检测单元(9)、分别与电压检测单元(8)和电流检测单元(9)相接的有功功率变换器(10)以及将有功功率变换器(10)输出的电流信号转换为电压信号的I/V转换电路(11);所述电极升降控制单元包括与控制器(I)相接的变频器(12)和与变频器(12)相接的用于对自耗电极(7)进行升降控制的电机(13)，所述电极杆承重机构下方设置有将自耗电极(7)卡住的卡箍，所述电极杆承重机构上方设置有电极升降机构，所述电机(13)通过螺杆与所述电极升降机构连接；所述电弧电流调节单元包括与控制器(I)相接的放大电路(14)、与放大电路(14)相接的可控硅触发电路(15)和连接在可控硅触发电路(15)与通过调节电极电压来调节电弧电流的磁性调压器(6)之间的双向可控硅(16);温度传感器(2)和热流传感器(3)均安装在自耗电极(7)顶端；所述A/D转换器(5)和存储器(20)均与处理器(21)相接，所述信号转换电路(22)分别与处理器(21)和控制器(I)相接，所述I/V转换电路(11)分别与有功功率变换器(10 )和控制器(I)相接。
2.按照权利要求1所述的一种真空自耗电弧炉熔速智能控制系统，其特征在于:所述控制器(I)为可编程控制器PLC。
3.按照权利要求1或2所述的一种真空自耗电弧炉熔速智能控制系统，其特征在于:所述称重传感器(2)的数量为2个。
4.按照权利要求1或2所述的一种真空自耗电弧炉熔速智能控制系统，其特征在于:所述有功功率变换器(10)为美国MOOR公司生产的PWT型功率变送器。
5.按照权利要求1或2所述的一种真空自耗电弧炉熔速智能控制系统，其特征在于:所述处理器(21)为内部集成有固液相变界面位置跟踪软件的嵌入式微处理器。
6.按照权利要求1或2所述的一种真空自耗电弧炉熔速智能控制系统，其特征在于:所述存储器(20)为EPROM。
【文档编号】C22B9/21GK104451183SQ201310422186
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】周晓丽 申请人:西安扩力机电科技有限公司