一種真空自耗電弧爐控制系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種真空自耗電弧爐控制系統，包括上位機、下位機、自耗電極熔速檢測單元、功率檢測單元、電弧電流調節單元和自耗電極升降控制單元；所述上位機和下位機之間連接有接口網絡，所述接口網絡由通訊卡和通訊接口串接而成。本實用新型結構簡單、安裝布設方便、投入成本低，通過調用Prodave軟件包的動態鏈接庫實現上位機與下位機之間的通訊，數據傳送速度快，準確率高；熔煉過程中可生成實時圖表與動畫顯示，并形成歷時數據庫供用戶查詢；同時上位機可根據歷史數據自動優化熔煉工藝參數，實現了對電弧爐的全自動控制，能有效解決現有控制系統設備故障率高、維護量大、產品質量不穩定，受人為因素影響較大等問題。
【專利說明】一種真空自耗電弧爐控制系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及自動控制【技術領域】，尤其是涉及一種真空自耗電弧爐控制系統。【背景技術】
[0002]真空自耗電弧爐是鈦及鈦合金等稀有金屬冶煉過程中的關鍵設備，雖然我國在鈦及鈦合金冶煉領域取得了一定的成就，但是其產品總體質量偏低，容量小、能耗高，要想得到高品質的產品主要靠進口國外生產設備甚至產品，其代價高、受制約大。針對真空自耗電弧爐熔煉過程中數據傳輸量大、現場設備分散、熔煉過程復雜、信號干擾強等特點，應用先進的控制系統結構，解決設備存在的問題，提高系統控制效率及控制精度已迫在眉睫。
[0003]真空自耗電弧熔煉控制中，自耗電極熔化速度的控制和熔煉功率的控制是兩個重要的環節，是提高鑄錠質量的關鍵。現有的真空自耗電弧爐控制系統由于系統構成不合理，難以實現恒熔速、恒功率的控制目的，存在設備故障率高、維護量大、產品質量不穩定，受人為因素影響較大等問題。
實用新型內容
[0004]本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種真空自耗電弧爐控制系統，其結構簡單、自動化程度高，工作能夠保證自耗電極熔化速度和熔煉功率恒定，有效解決現有控制系統設備故障率高、維護量大、產品質量不穩定，受人為因素影響較大等問題。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是:一種真空自耗電弧爐控制系統，其特征在于:包括上位機、下位機、自耗電極熔速檢測單元、功率檢測單元、電弧電流調節單元和自耗電極升降控制單元；所述上位機和下位機之間連接有接口網絡，所述接口網絡由通訊卡和通訊接口串接而成；所述自耗電極熔速檢測單元包括對自耗電極頂端的溫度進行實時檢測的溫度傳感器、對自耗電極頂端的熱流進行實時檢測的熱流傳感器、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轉換器和根據溫度傳感器和熱流傳感器所測得信號得出自耗電極底部熔化后形成的固液相變界面位置的處理器，所述處理器通過無線通訊模塊與上位機進行數據傳輸，所述處理器分別與無線通訊模塊和A/D轉換器相接；所述功率檢測單元包括與自耗電極相接的功率信號采集模塊、與功率信號采集模塊相接的無功功率補償模塊以及分別與下位機和無功功率補償模塊相接且對無功功率補償模塊進行保護的保護電路；所述電弧電流調節單元包括串接在變壓器二次側的可控硅電源和依次串接在下位機與可控硅電源之間的放大電路和控制電路；所述變壓器的一次側接高壓電源，所述可控硅電源與自耗電極相接；所述自耗電極升降控制單元包括與下位機相接的變頻器和串接在變頻器輸出端與自耗電極輸入端之間的電極升降電路。
[0006]上述一種真空自耗電弧爐控制系統，其特征是:還包括與上位機相接的告警單元。
[0007]上述一種真空自耗電弧爐控制系統，其特征是:所述上位機為計算機。
[0008]上述一種真空自耗電弧爐控制系統，其特征是:所述下位機為西門子S7-200PLC。[0009]上述一種真空自耗電弧爐控制系統，其特征是:所述處理器為DSP處理器。
[0010]上述一種真空自耗電弧爐控制系統，其特征是:所述通訊卡為西門子CP5711卡。
[0011]本實用新型與現有技術相比具有以下優點:
[0012]1、結構簡單，安裝布設方便，投入成本低。
[0013]2、上位機與下位機之間的數據傳送速度快，準確率高。
[0014]3、對熔煉功率信號和熔化速度信號采集簡便、迅速、智能化程度高。
[0015]4、熔煉過程中可生成實時圖表與動畫顯示，并形成歷時數據庫供用戶查詢；同時上位機可根據歷史數據自動優化熔煉工藝參數，實現對電弧爐的全自動控制。
[0016]綜上所述，本實用新型結構簡單、安裝布設方便、智能化程度高，工作能夠保證自耗電極熔化速度和熔煉功率恒定，有效解決現有控制系統設備故障率高、維護量大、產品質量不穩定，受人為因素影響較大等問題。
[0017]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的電路原理框圖。
[0019]附圖標記說明:
[0020]I—上位機；2—下位機；3—通訊卡；
[0021]4一通訊接口 ；5 —自耗電極；6—溫度傳感器；
[0022]7—熱流傳感器；8—濾波電路；9一A/D轉換器；
[0023]10—處理器；11 一無線通訊模塊；12—功率信號采集模塊；
[0024]13—無功功率補償模塊；14 一保護電路；15—變壓器；
[0025]16 一可控娃電源；17—放大電路；18—控制電路；
[0026]19—高壓電源；20—變頻器；21—電極升降電路；
[0027]22—告警單元。
【具體實施方式】
[0028]如圖1所示，本實用新型包括上位機1、下位機2、自耗電極熔速檢測單元、功率檢測單元、電弧電流調節單元和自耗電極升降控制單元；所述上位機I和下位機2之間連接有接口網絡，所述接口網絡由通訊卡3和通訊接口 4串接而成。所述自耗電極熔速檢測單元包括對自耗電極5頂端的溫度進行實時檢測的溫度傳感器6、對自耗電極5頂端的熱流進行實時檢測的熱流傳感器7、分別與溫度傳感器6和熱流傳感器7相接的濾波電路8、與濾波電路8相接的A/D轉換器9和根據溫度傳感器6和熱流傳感器7所測得信號得出自耗電極5底部熔化后形成的固液相變界面位置的處理器10，所述處理器10通過無線通訊模塊11與上位機I進行數據傳輸，所述處理器10分別與無線通訊模塊11和A/D轉換器9相接。所述功率檢測單元包括與自耗電極5相接的功率信號采集模塊12、與功率信號采集模塊12相接的無功功率補償模塊13以及分別與下位機2和無功功率補償模塊13相接且對無功功率補償模塊13進行保護的保護電路14。所述電弧電流調節單元包括串接在變壓器15 二次側的可控硅電源16和依次串接在下位機2與可控硅電源16之間的放大電路17和控制電路18。所述變壓器15的一次側接高壓電源19，所述可控硅電源16與自耗電極5相接。所述自耗電極升降控制單元包括與下位機2相接的變頻器20和串接在變頻器20輸出端與自耗電極5輸入端之間的電極升降電路21。
[0029]本實施例中，還包括與上位機I相接的告警單元22。
[0030]本實施例中，本實施例中，所述上位機I為計算機。
[0031]本實施例中，所述下位機2為西門子S7-200PLC。
[0032]本實施例中，所述處理器10為DSP處理器。所述通訊卡3為西門子CP5711卡。
[0033]所述處理器10根據溫度傳感器6和熱流傳感器7所測得信號并采用采用現有的固液相變界面位置計算軟件得出自耗電極5底部熔化后形成的固液相變界面位置。其中，所采用的固液相變界面位置計算軟件為固液界面跟蹤算法或Beckermann和Viskanta的熱焓法計算不同無量綱時間的界面位置的算法。
[0034]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本實用新型技術方案的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種真空自耗電弧爐控制系統，其特征在于:包括上位機(I)、下位機(2)、自耗電極熔速檢測單元、功率檢測單元、電弧電流調節單元和自耗電極升降控制單元；所述上位機(I)和下位機(2 )之間連接有接口網絡，所述接口網絡由通訊卡(3 )和通訊接口( 4 )串接而成；所述自耗電極熔速檢測單元包括對自耗電極(5)頂端的溫度進行實時檢測的溫度傳感器(6)、對自耗電極(5)頂端的熱流進行實時檢測的熱流傳感器(7)、分別與溫度傳感器(6)和熱流傳感器(7)相接的濾波電路(8)、與濾波電路(8)相接的A/D轉換器(9)和根據溫度傳感器(6)與熱流傳感器(7)所測得信號得出自耗電極(5)底部熔化后形成的固液相變界面位置的處理器(10)，所述處理器(10)通過無線通訊模塊(11)與上位機(I)進行數據傳輸，所述處理器(10)分別與無線通訊模塊(11)和A/D轉換器(9)相接；所述功率檢測單元包括與自耗電極(5)相接的功率信號采集模塊(12)、與功率信號采集模塊(12)相接的無功功率補償模塊(13)以及分別與下位機(2)和無功功率補償模塊(13)相接且對無功功率補償模塊(13)進行保護的保護電路(14);所述電弧電流調節單元包括串接在變壓器(15) 二次側的可控硅電源(16 )和依次串接在下位機(2 )與可控硅電源(16 )之間的放大電路(17 )和控制電路(18);所述變壓器(15)的一次側接高壓電源(19)，所述可控硅電源(16)與自耗電極(5)相接；所述自耗電極升降控制單元包括與下位機(2)相接的變頻器(20)和串接在變頻器(20 )輸出端與自耗電極(5 )輸入端之間的電極升降電路(21)。
2.按照權利要求1所述的一種真空自耗電弧爐控制系統，其特征在于:還包括與上位機(I)相接的告警單元(22)。
3.按照權利要求1或2所述的一種真空自耗電弧爐控制系統，其特征在于:所述上位機(I)為計算機。
4.按照權利要求1或2所述的一種真空自耗電弧爐控制系統，其特征在于:所述下位機(2)為西門子S7-200PLC。
5.按照權利要求1或2所述的一種真空自耗電弧爐控制系統，其特征在于:所述處理器(10)為DSP處理器。
6.按照權利要求1或2所述的一種真空自耗電弧爐控制系統，其特征在于:所述通訊卡(3)為西門子CP5711卡。
【文檔編號】F27B3/28GK203534144SQ201320584370
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月20日 優先權日:2013年9月20日
【發明者】楊勇 申請人:西安航空學院