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电弧炉电极升降控制系统，包括减法器、PI控制器、变频器、电机、编码器、脉冲计数与高度换算器、D/A转换器、A/D转换器和显示屏；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PI控制器的输入端，PI控制器输出频率值给变频器，变频器为电机供电，电机驱动电极升降；电机的输出轴处安装有编码器，编码器的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。该电弧炉电极升降控制系统基于模拟PI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】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电弧炉电极升降控制系统，该电弧炉 电极升降控制系统基于模拟PI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] -种电弧炉电极升降控制系统，包括减法器、PI控制器、变频器、电机、编码器、脉 冲计数与高度换算器、D/A转换器、A/D转换器和显示屏；
[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PI控制器的输入 端，PI控制器输出频率值给变频器，变频器为电机供电，电机驱动电极升降；
[0007] 电机的输出轴处安装有编码器，编码器的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；
[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] PI控制器为基于运算放大器的模拟PI控制器；
[0012] A/D转换器和D/A转换器均采用12位的转换器件；
[0013] 所述的显示屏为点阵式液晶显示屏。
[0014] 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。
[0015] 有益效果：
[0016] 本实用新型的电弧炉电极升降控制系统，基于模拟PI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。
[0017] PI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。
[0018] 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。
[0019] 采用变频器实现电机的驱动和调速，谐波少，控制方便。
[0020] 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】
[0021] 图1为电弧炉电极升降控制系统的总体结构示意图；
[0022] 图2为减法器的原理图。
【具体实施方式】
[0023] 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：
[0024] 实施例1 :
[0025] 如图1-2, 一种电弧炉电极升降控制系统，包括减法器、PI控制器、变频器、电机、 编码器、脉冲计数与高度换算器、D/A转换器、A/D转换器和显示屏；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PI控制器的输入端，PI控制器输出频率值给变频 器，变频器为电机供电，电机驱动电极升降；
[0026] 电机的输出轴处安装有编码器，编码器的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；
[0027] 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；
[0028] 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：
[0029] 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；
[0030] PI控制器为基于运算放大器的模拟PI控制器；
[0031] A/D转换器和D/A转换器均采用12位的转换器件；
[0032] 所述的显示屏为点阵式液晶显示屏。
[0033] 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。
[0034] 工作过程说明：
[0035] 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。
[0036] 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），PI控制器对该误差进行积分和放大处理后形成控制量（即频率 值），该控制量控制变频器的工作，在变频器的控制下，电机加速、减速和反转（改变相序即 可实现反转），从而驱动电极升降，并跟踪给定高度值。
[0037] 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。
【权利要求】
1. 一种电弧炉电极升降控制系统，其特征在于，包括减法器、PI控制器、变频器、电机、 编码器、脉冲计数与高度换算器、D/A转换器、A/D转换器和显示屏； 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PI控制器的输入端，PI 控制器输出频率值给变频器，变频器为电机供电，电机驱动电极升降； 电机的输出轴处安装有编码器，编码器的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； 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； PI控制器为基于运算放大器的模拟PI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】F27B3/28GK203869481SQ201420312166
【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】孙利平, 刘亮, 王江涛 申请人:长沙学院