專利名稱：一種電磁攪拌系統成套控制系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電磁攪拌成套控制系統，特別指涉及連鑄鋼用的一種電磁攪拌系統成套控制系統。
背景技術：
隨著現代工業的發展，對鋼鐵材料的質量提出了更高的要求，為改善連鑄坯質量，電磁攪拌(EMS)技術已被廣泛應用，其工藝已由單一式的攪拌工藝發展成組合式攪拌工藝，其作用已由減輕中碳鋼和高碳鋼鑄坯的中心偏析，發展為進一步誘發等軸晶；對軸承鋼而言，為獲得良好的表面、皮下、凝固結構、中心疏松和中心偏析質量，須采用組合式三段電磁攪拌工藝，安裝在結晶器的攪拌器(M-EMS)用于消除過熱，促進等軸晶凝固；安裝在二冷區的攪拌器(S-EMS)用于改善晶粒尺寸；安裝在凝固未端的攪拌器(F-EMS)可減輕偏析的最終等級，阻止粘稠鋼液在等軸晶區域內移動，使鑄坯的中心偏析得以分散，中心疏松得以改
盡
口 ο為此EMS成套控制系統已經成為生產高質量冶金連鑄產品過程中的一種必不可少的工藝設備，目前國內外現已生產的EMS成套控制系統采用的方式主要是:一是將M-EMS, S-EMS, F-EMS的控制進行分立控制；二是在上位中央控制中采用操作盤面及儀表進行操作監控及顯示或是采用簡易的觸摸屏進行操作監控及顯示；三是在過程控制中采用大規則模擬電路、數字集成電路、中間繼電器構成的大規模邏輯控制電路等組成的IPL系統；四是每套低頻電原系統與中央控制顯示和過程檢測電路的電流、頻率的設定顯示檢測的信號都是通過分立的模擬量進行信號并行傳輸的。以上這些控制方式存在的主要問題是操作監控及顯示不方便，運行過程的數據不具備記憶和查詢功能，過程及邏輯系統巨大且復雜，信號線多，維護不便，更新功能差，系統智能化程度低，至使設備運行的穩定性和性能差。
發明內容本實用新型的目的是針對背景技術中存在的缺點和問題加以改進和創新，提供一種高效、簡捷、快速、性能好、運行穩定可靠的一種電磁攪拌系統成套控制系統。本實用新型的技術方案是構造一種包括上位的工控機系統、下位的PLC系統和至少二套低頻電源系統的一種電磁攪拌系統成套控制系統，其中:上述的工控機系統設置在遠程操作室內，其工控軟件操作系統以window NT為系統平臺，該平臺包括的軟件為Visual Basic、Visual Foxpro、Visual C++及Excel數據，實現工藝參數的輸入及控制參數的監控；上述的PLC系統，包括內置的多點接口 MPI和數據處理DP通訊口，其中多點接口MPI與其他具有RS485通訊口的設備構成多點接口 MPI網，通過PC — Adapter適配器與其它設備的RS232接口通訊，數據處理DP 口則直接連接Profibus-DP網；上述的每套低頻電源系統，分別連接安裝在結晶器的攪拌器M-電磁攪拌系統、安裝在二冷區的攪拌器S-電磁攪拌系統及安裝在凝固未端的攪拌器F-電磁攪拌系統，其中每套低頻電源系統的變頻變壓部份采用帶Profibus-DP通訊接口的控制EMS的專用交一直一交變頻變壓裝置VVVF，每套包括整流部分、濾波儲能部分、逆變部分、三相正弦波脈寬調制控制處理部分、Profibus-DP通訊部分及保護部分。本實用新型具有以下優點和有益效果:EMS成套裝置已經成為生產高質量冶金連鑄產品過程中的一種必不可少的工藝設備，而采用工控機(IPC)進行監控和集中、高速、抗干擾能力強的現場總線的N流M段連鑄用EMS成套控制系統是用量最大、性能優良、技術先進的一代產品。本實用新型吸收了當前國際上設計制造EMS控制系統的先進技術，利用了當前國際上電力電子技術和計算機控制技術的新成果；對于下位機采用PLC控制適合于該系統中的較為惡劣的現場控制場所，它優于下位機采用IPC控制，因為該類系統不同于數控機床之類系統，數控機床之類系統必須還在就地進行人機對話和監控，該類系統的人機對話和監控主要在中控室IPC上進行；該類EMS成套系統，我公司的產品已批量投入連鑄生產中，并取代了大部分的相應的進口設備，并投入運行幾年來，運行非常穩定可靠，其成套控制系統在生產運行期間達到了零故障程度，通過攪拌后的鑄坯進行取樣低倍試驗，鑄坯冶金效果很好，完全能滿足連鑄使用的要求，為他們帶來了可觀的經濟效益，用戶非常滿意；經過生產運行說明這一代EMS成套控制系統不僅性能好、技術先進、運行穩定可靠，而且具有較高的性能價格比。
圖1是本實用新型的系統結構圖。圖2是本實用新型的工控機系統的軟件控制圖。圖3是本實用新型的Profibus-DP現場總線和PLC的結構圖。圖4是本實用新型的低頻電源系統的電原理圖。圖5是圖4的變頻變壓裝置主回路不意圖。
具體實施方式
由圖1至圖3可知，本實用新型包括上位的工控機系統、下位的PLC系統和至少二套低頻電源系統，低頻電源系統連接電磁攪拌系統，由Profibus-DP構成主從式結構，PLC系統為網絡主站，低頻電源系統為網絡從站，上位的工控機系統與下位的PLC系統也采用Profibus-DP 通訊，其中:上述的工控機系統設置在遠程操作室內，其工控軟件操作系統以window NT為系統平臺，該平臺包括的軟件為Visual Basic、Visual Foxpro、Visual C++及Excel數據，實現工藝參數的輸入及控制參數的監控；上述的PLC系統，包括內置的多點接口 MPI和數據處理DP通訊口，其中多點接口MPI與其他具有RS485通訊口的設備構成多點接口 MPI網，通過PC — Adapter適配器與其它設備的RS232接口通訊，數據處理DP 口則直接連接Profibus-DP網；上述的每套低頻電源系統，分別連接安裝在結晶器的攪拌器M-電磁攪拌系統、安裝在二冷區的攪拌器S-電磁攪拌系統及安裝在凝固未端的攪拌器F-電磁攪拌系統，其中每套低頻電源系統的變頻變壓部份采用帶Profibus-DP通訊接口的控制專用交一直一交變頻變壓裝置VVVF，每套包括整流部分、濾波儲能部分、逆變部分、三相正弦波脈寬調制控制處理部分、Profibus-DP通訊部分及保護部分。所述的工控機系統包括中央工控機及用戶工控機，中央工控機通過Profibus-DP和監控軟件進行集中控制、狀態畫面顯示、歷史數據記錄，實現每套電磁攪拌系統、低頻電源系統的啟動、停止、復位、運行頻率、運行電流及運行模式等控制參數的設定；電磁攪拌系統的啟停狀態、運行模式、實際運行頻率、實際運行電流、報警信息、電流實際值曲線及線圈冷卻水流量大小等狀態參數的實時采集顯示；電磁攪拌系統運行期間歷史數據的記錄。所述的PLC系統連接工控機系統及低頻電源系統，通過位于遠程操作室的中央工控機的操作界面和位于就地操作室的低壓電氣室的控制柜面板發出的系統控制命令及設定的工藝參數，經過PLC系統的程序處理，通過網絡將控制命令和頻率、電流給定值傳給各套低頻電源系統，將各套低頻電源系統的啟停狀態、運行頻率、電流及報警信息，采集回來進行處理后送控制柜面板和中央工控機顯示，達到控制電磁攪拌系統的目的。所述的低頻電源系統上位端通過Profibus-DP與PLC系統連接,下位端連接電磁攪拌系統，是控制電磁攪拌系統運行的核心部件，其變頻變壓裝置VVVF的變頻主回路為交一直一交電壓型變頻變壓方式；其整流部分為二極管三相全橋整流；其變頻變壓控制為高載波的三相正弦波脈寬調制；其逆變部分為全控型IGBT功率模塊三相全橋輸出。所述的低頻電源系統包括NXM套，其中N代表連鑄機的流數，M代表組合攪拌的段數，且每段電磁攪拌系統所配的低頻電源系統主要電氣參數不同。由圖1可知，本實用新型主要由一套上位IPC系統；一套下位PLC系統；NXM套低頻電源系統(YSVF)(其中N代表連鑄機的流數，M代表組合攪拌的段數，每段電磁攪拌系統所配的YSVF主要電氣參數不同)等部份組成；每套YSVF變頻變壓部份采用帶Profibus-DP通訊接口的控制電磁攪拌系統的專用交一直一交變頻變壓裝置VVVF，下位PLC與NXM套YSVF構成一個網絡系統，由中央工控機通過Profibus-DP現埸總線和監控軟件進行集中控制、狀態畫面顯示、歷史數據記錄；中央工控機可與上級微機進行通訊聯網。本實用新型具備遠程、就地兩個操作場所，遠程操作在中控室中央IPC界面上操作，就地操作在低壓電氣室控制柜面板上操作；本實用新型設有手動、自動切換功能，手動運行由人工控制系統的啟停，自動運行由連鑄開澆信號自動控制系統的啟停，可采用連續、間隙、交替三種程序運行模式；每套YSVF的電流、頻率分別調節，互不影響，為電流閉環控制方式；每套YSVF都具備過流、過壓、過載、短路、線圈超溫、線圈絕緣破壞、三相電流不平衡、引錠桿信號聯鎖、線圈冷卻水流量低下等保護和報警功能。由圖2可知，為了設定工藝參數和實時監控系統運行狀態及對系統進行有效管理，本實用新型的中上位機工控軟件操作系統以window NT為系統平臺，能夠和其它應用軟件如:Visual Basic、Visual Foxpro、Visual C++、Excel數據等實現無縫鏈接,實現數據調用，可靈活、可靠地實現工藝參數的輸入及控制參數的監控；如每套電磁攪拌系統YSVF的啟動、停止、復位、運行頻率、運行電流、運行模式等控制參數的設定；電磁攪拌系統的啟停狀態、運行模式、實際運行頻率、實際運行電流、報警信息、電流實際值曲線、線圈冷卻水流量大小等狀態參數的實時采集顯示；電磁攪拌系統運行期間歷史數據的記錄等。對于設定電磁攪拌系統運行所需工藝參數的電流和頻率值，在中央IPC監控界面的監控軟件中，編制了用鍵盤輸入具體數值及用鼠標點擊“依鋼種設定”兩種設定電流和頻率值的程序輸入模式，當采用“依鋼種設定”的方式設定電磁攪拌系統運行所需工藝參數時，上位中央IPC的操作全是鼠標操作方式。由圖3可知，本實用新型采用Profibus-DP作為現場一級通訊網絡，完成現場自動化設備和中央控制器之間雙向、高速、實時數據通訊，Profibus-DP使系統實現了現場級的高速數據傳輸，解決了 PLC控制系統通過高速串行總線與分散的NXM套YGVF之間的通信任務，使用Profibus-DP取代了系統中VVVF部分的24V或4 一 20mA、0 — IOV的并行信號傳輸技術，使系統中PLC硬件結構大為簡化，PLC控制系統與分散的NXM套YSVF的數據交換多數是周期性的，同時還需要有非周期性的數據交換(如組態、診斷、報警處理等)；周期性的通信由DP基本功能完成，非周期性的通信由擴展DP功能完成，這種結構確保了數據傳輸的快速與有效。該系統由Profibus-DP構成主從式結構，PLC作為主站，NXM套YSVF作為從站；上位機與下位PLC采用Profibus-DP通訊；PLC系統作為Profibus-DP網絡主站處理系統各種數據和工藝流程，PLC軟件通過中央IPC界面或就地操作面板發出的系統控制命令、設定的工藝參數、經過PLC程序處理通過網絡將控制命令和頻率、電流給定值傳給各YSVF，將各YSVF的啟停狀態、運行頻率、電流、報警信息等采集回來進行處理后送控制面板和中央IPC顯示，達到控制電磁攪拌系統的目的。本系統中PLC處于核心控制地位，肩負著大量數據通訊和數據處理及工藝動作流程的控制，為此特選定具有內置MPI和DP通訊口的PLC，MPI 口和其它帶有RS485通訊口的設備可構成MPI網，通過PC— Adapter適配器可與其它設備的RS232 口通訊，而DP 口可直接上Profibus-DP網，作為網絡的主站或從站。由圖4可知，NXM套YSVF作為Profibus-DP網絡從站，實時響應主站發出的各種命令，直接控制電磁攪拌系統的運行，同時實時檢測和返回電磁攪拌系統的運行狀態；它是控制電磁攪拌系統運行狀態及運行好壞的核心部件，每套YSVF變頻變壓部份采用帶Profibus-DP通訊接口的控制電磁攪拌系統的專用交一直一交變頻變壓裝置VVVF，其YSVF原理框圖如圖4示。其主要特點有:I)、該電磁攪拌系統成套控制系統每流YSVF由整流部分、濾波儲能部分、逆變部分、SPWM控制處理部分、Profibus-DP通訊部分及保護部分等部分組成，VVVF變頻變壓裝置主回路示意圖如圖5示，VVVF裝置中其變頻主回路采用交一直一交電壓型變頻變壓方式，整流部分采用二極管三相全橋整流，變頻變壓控制采用高載波的SPWM(三相正弦波脈寬調制)調制，逆變部分采用全控型IGBT功率模塊三相全橋輸出，輸出最大電流1600A，輸出頻率0.1-200HZ可調，輸出最大電壓460V。2)、該電磁攪拌系統成套控制系統YSVF采用了全控型IGBT逆變功率模塊，既能控制開通，也能控制關斷，而且具有較高的開關速度，該器件的輸入控制極為M0SFET，而輸出極為GTR，故可用邏輯電平信號直接驅動來控制較大的功率，并且具有GTR和MOSFET分別具有的優點:輸入阻抗高、為電壓控制的自關斷器件、開關速度快、開關損耗小、極限工作溫度高、電流容量大、耐壓高、工作穩定性和可靠性高等特點；同時主電路采用了交一直一交變頻變壓型方式，由于不需要輔助換流電路，使逆變器的主電路大為簡化，設備部件減少了，因而電路的故障率也可相對地下降，使裝置體積減小，效率提高，可靠性提高；同時，用全數字化的DSP系統實現高載波的SPWM變頻變壓控制，載波頻率高，輸出正弦波波形好，波形平滑，調制輸出的波形幾乎接近純正弦波電流。3)、每流YGVF中控制電磁攪拌系統的專用交一直一交變頻變壓裝置VVVF設計了Profibus-DP通訊接口，使VVVF裝置能與上級控制系統之間聯網實現串行通訊，VVVF與上級控制器之間的數字量和模擬量數據交換通過Profibus-DP總線進行，使系統中硬件結構和電纜連線大為簡化，系統穩定性和可靠性進一步提高。4)、采用了數字化的智能控制技術，可通過VVVF上的數字操作器對其進行靈活的編程，以達到YSVF各種不同的使用要求；同時在VVVF數字操作器上可監視YSVF的主要運行狀態、運行參數，查找YSVF更詳細的故障情況。5)、完善的電磁兼容設計和保護功能設計使系統抗干擾能力強，運行穩定可靠。本實用新型所述的實施例僅僅是對本實用新型的優選實施方式進行的描述，并非對本實用新型構思和范圍進行限定，在不脫離本實用新型設計思想的前提下，本領域中工程技術人員對本實用新型的技術方案作出的各種變型和改進，均應落入本實用新型的保護范圍，本實用新型請求保護的技術內容，已經全部記載在權利要求書中。
權利要求1.一種電磁攪拌系統成套控制系統，其特征在于包括上位的工控機系統、下位的PLC系統和至少二套低頻電源系統，低頻電源系統連接電磁攪拌系統，由Profibus-DP構成主從式結構，PLC系統為網絡主站，低頻電源系統為網絡從站，上位的工控機系統與下位的PLC系統也采用Profibus-DP通訊，其中: 所述的工控機系統設置在遠程操作室內，其工控軟件操作系統以window NT為系統平臺，該平臺包括的軟件為Visual Basic、Visual Foxpro、Visual C++及Excel數據，實現工藝參數的輸入及控制參數的監控； 所述的PLC系統，包括內置的多點接口 MPI和數據處理DP通訊口，其中多點接口 MPI與其他具有RS485通訊口的設備構成多點接口 MPI網，通過PC — Adapter適配器與其它設備的RS232接口通訊，數據處理DP 口則直接連接Profibus-DP網； 所述的每套低頻電源系統，分別連接安裝在結晶器的攪拌器M-電磁攪拌系統、安裝在二冷區的攪拌器S-電磁攪拌系統及安裝在凝固未端的攪拌器F-電磁攪拌系統，其中每套低頻電源系統的變頻變壓部份采用帶Profibus-DP通訊接口的控制專用交一直一交變頻變壓裝置VVVF，每套包括整流部分、濾波儲能部分、逆變部分、三相正弦波脈寬調制控制處理部分、Profibus-DP通訊部分及保護部分。
2.根據權利要求1所述的一種電磁攪拌系統成套控制系統，其特征在于所述的工控機系統包括中央工控機及用戶工控機。
3.根據權利要求1所述的一種電磁攪拌系統成套控制系統，其特征在于所述的PLC系統連接工控機系統及低頻電源系統。
4.根據權利要求1所述的一種電磁攪拌系統成套控制系統，其特征在于所述的低頻電源系統上位端通過Profibus-DP與PLC系統連接，下位端連接電磁攪拌系統，是控制電磁攪拌系統運行的核心部件，其變頻變壓裝置VVVF的變頻主回路為交一直一交電壓型變頻變壓方式；其整流部分為二極管三相全橋整流；其變頻變壓控制為高載波的三相正弦波脈寬調制；其逆變部分為全控型IGBT功率模塊三相全橋輸出。
5.根據權利要求1所述的一種電磁攪拌系統成套控制系統，其特征在于所述的低頻電源系統包括NXM套，其中N代表連鑄機的流數，M代表組合攪拌的段數，且每段電磁攪拌系統所配的低頻電源系統主要電氣參數不同。
專利摘要本實用新型涉及一種電磁攪拌系統成套控制系統，包括上位的工控機系統、下位的PLC系統和至少二套低頻電源系統，低頻電源系統連接電磁攪拌系統，由Profibus-DP構成主從式結構，PLC系統為網絡主站，低頻電源系統為網絡從站，上位的工控機系統與下位的PLC系統也采用Profibus-DP通訊，其中工控機系統設置在遠程操作室內，其工控軟件操作系統以windowNT為系統平臺；PLC系統，包括內置的多點接口MPI和數據處理DP通訊口；每套低頻電源系統，分別連接安裝在結晶器的攪拌器M-電磁攪拌系統、安裝在二冷區的攪拌器S-電磁攪拌系統及安裝在凝固未端的攪拌器F-電磁攪拌系統，其中每套低頻電源系統的變頻變壓部份采用帶Profibus-DP通訊接口的控制專用交－直－交變頻變壓裝置VVVF，本實用新型具有高效、簡捷、快速、性能好、運行穩定等優點。
文檔編號G05B19/418GK202948307SQ20122065334
公開日2013年5月22日 申請日期2012年12月3日 優先權日2012年12月3日
發明者李玉梅, 許志鵬, 肖孟陽 申請人:岳陽神岡起重電磁鐵有限公司