CN105624418A - 一种真空自耗电弧炉熔速与功率的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空自耗电弧炉熔速与功率的控制方法，步骤如下：一，工作参数设定；二，信号采集与处理；三，自耗电极熔速与功率自动调节：控制器一方面根据给定熔炼电压和实测电压的偏差对自耗电极的熔炼电压进行控制，另一方面根据给定自耗电极熔化速度和实测电极熔化速度的偏差对自耗电极的位置进行调整；四，工作状态显示；五，故障诊断与报警。本发明通过测量剩余的自耗电极重量来计算电极熔化速度，解决了电极熔化速度无法直接测量的难题；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，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。
Description
技术领域
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与功率的控制方法。
背景技术
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。
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。现有技术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
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与功率的控制方法，能够准确控制电极熔化速率，解决了现有真空自耗电弧炉熔速控制方法控制精度不高、一次成品率低、能耗较高等问题。
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与功率的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，工作参数设定：通过HMI人机界面向控制器输入给定自耗电极熔化速度曲线和给定熔炼电压，控制器将所述给定自耗电极熔化速度曲线和给定熔炼电压存储在存储器中以备随时调用；所述HMI人机界面和存储器均与控制器相接；
步骤二，信号采集与处理：采用熔速测量系统和功率测量单元分别对自耗电极的熔化速度和电渣炉的功率进行检测，所述熔速测量系统包括依次相接的称重传感器、信号校正电路、滤波电路和信号转换电路以及与信号转换电路相接的无纸记录仪；所述功率测量单元包括电流互感器、电压互感器、有功功率变换器和I/V转换电路，所述电流互感器、电压互感器均与有功功率变换器相接，所述有功功率变换器与I/V转换电路相接；所述信号采集与处理方式如下：
安装在电弧炉的电极杆承重机构上的称重传感器对当前剩余电极重量进行实时检测，并将检测到的重量信号传输给信号校正电路；信号校正电路将所述重量信号进行线性化校正处理后传输给滤波电路；滤波电路将所述重量信号进行低通滤波后传输给信号转换电路；信号转换电路按照相应软件算法将所述重量信号转换为电极熔化速度信号，并传输给控制器，控制器生成实测自耗电极熔化速度曲线；无纸记录仪将所述电极熔化速度信号实时记录下来；
所述电流互感器和电压互感器对所述自耗电极的熔炼电压和熔炼电流进行实时检测；有功功率变换器根据所述熔炼电压和熔炼电流计算出熔炼功率，并将所述熔炼功率转换为与之对应的电流信号，然后传输给I/V转换电路；I/V转换电路将所述电流信号转换为电压信号，作为与所述熔炼功率相对应的实测电压，并将所述实测电压传输给控制器；
步骤三，自耗电极熔速与功率自动调节：一方面控制器采用相应算法根据所述给定熔炼电压和实测电压的偏差对自耗电极的熔炼电压进行控制，从而实现熔炼功率的调节；另一方面控制器采用相应算法根据所述给定自耗电极熔化速度和实测自耗电极熔化速度的偏差对自耗电极的位置进行调整，从而实现熔化速度的调节；具体方式如下：
控制器根据上述电压偏差对移向触发电路进行控制，移向触发电路输出脉冲电压对双向可控硅的导通角进行控制，双向可控硅对整流电路的输出平均电压进行调节，磁性调压器根据所述整流电路的输出平均电压对电渣炉电极的熔炼电压进行调节，所述移向触发电路、双向可控硅、整流电路、磁性调压器和自耗电极依次相接，所述移向触发电路与控制器相接；
控制器根据上述熔化速度偏差对变频器进行控制，变频器对升降电机的转速进行控制，升降电机通过升降机构驱动自耗电极进行竖直方向的位置移动；所述变频器分别与控制器和升降电机相接；
步骤四，工作状态显示：采用摄像机对电弧炉的工作状态进行全程拍摄，并将拍摄到的图像信息传输给控制器，控制器对所述图像信息进行处理后在所述HMI人机界面上显示出来；所述摄像机与控制器相接；
步骤五，故障诊断与报警：控制器内部设置有故障诊断模块，所述故障诊断模块根据所述图像信息与所述熔速测量系统和功率测量单元检测到的数据进行故障诊断，若发生故障，则控制器驱动与其相接的报警单元发出报警信号。
上述一种真空自耗电弧炉的熔速控制方法，其特征是：所述相应算法为PID算法。
上述一种真空自耗电弧炉的熔速控制方法，其特征是：所述控制器为可编程控制器PLC。
上述一种真空自耗电弧炉的熔速控制方法，其特征是：所述称重传感器的数量为2个。
上述一种真空自耗电弧炉的熔速控制方法，其特征是：所述有功功率变换器为美国MOOR工业公司生产的PWT型功率变送器。
本发明与现有技术相比具有以下优点：测量方便、计算精确，通过测量剩余的自耗电极重量来计算电极熔化速度，解决了电极熔化速度无法直接测量的难题；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，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。
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。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括以下步骤：
步骤一，工作参数设定：通过HMI人机界面向控制器输入给定自耗电极熔化速度曲线和给定熔炼电压，控制器将所述给定自耗电极熔化速度曲线和给定熔炼电压存储在存储器中以备随时调用；所述HMI人机界面和存储器均与控制器相接；
步骤二，信号采集与处理：采用熔速测量系统和功率测量单元分别对自耗电极的熔化速度和电渣炉的功率进行检测，所述熔速测量系统包括依次相接的称重传感器、信号校正电路、滤波电路和信号转换电路以及与信号转换电路相接的无纸记录仪；所述功率测量单元包括电流互感器、电压互感器、有功功率变换器和I/V转换电路，所述电流互感器、电压互感器均与有功功率变换器相接，所述有功功率变换器与I/V转换电路相接；所述信号采集与处理方式如下：
安装在电弧炉的电极杆承重机构上的称重传感器对当前剩余电极重量进行实时检测，并将检测到的重量信号传输给信号校正电路；信号校正电路将所述重量信号进行线性化校正处理后传输给滤波电路；滤波电路将所述重量信号进行低通滤波后传输给信号转换电路；信号转换电路按照相应软件算法将所述重量信号转换为电极熔化速度信号，并传输给控制器，控制器生成实测自耗电极熔化速度曲线；无纸记录仪将所述电极熔化速度信号实时记录下来；
所述电流互感器和电压互感器对所述自耗电极的熔炼电压和熔炼电流进行实时检测；有功功率变换器根据所述熔炼电压和熔炼电流计算出熔炼功率，并将所述熔炼功率转换为与之对应的电流信号，然后传输给I/V转换电路；I/V转换电路将所述电流信号转换为电压信号，作为与所述熔炼功率相对应的实测电压，并将所述实测电压传输给控制器；
步骤三，自耗电极熔速与功率自动调节：一方面控制器采用相应算法根据所述给定熔炼电压和实测电压的偏差对自耗电极的熔炼电压进行控制，从而实现熔炼功率的调节；另一方面控制器采用相应算法根据所述给定自耗电极熔化速度和实测自耗电极熔化速度的偏差对自耗电极的位置进行调整，从而实现熔化速度的调节；具体方式如下：
控制器根据上述电压偏差对移向触发电路进行控制，移向触发电路输出脉冲电压对双向可控硅的导通角进行控制，双向可控硅对整流电路的输出平均电压进行调节，磁性调压器根据所述整流电路的输出平均电压对电渣炉电极的熔炼电压进行调节，所述移向触发电路、双向可控硅、整流电路、磁性调压器和自耗电极依次相接，所述移向触发电路与控制器相接；
控制器根据上述熔化速度偏差对变频器进行控制，变频器对升降电机的转速进行控制，升降电机通过升降机构驱动自耗电极进行竖直方向的位置移动；所述变频器分别与控制器和升降电机相接；
步骤四，工作状态显示：采用摄像机对电弧炉的工作状态进行全程拍摄，并将拍摄到的图像信息传输给控制器，控制器对所述图像信息进行处理后在所述HMI人机界面上显示出来；所述摄像机与控制器相接；
步骤五，故障诊断与报警：控制器内部设置有故障诊断模块，所述故障诊断模块根据所述图像信息与所述熔速测量系统和功率测量单元检测到的数据进行故障诊断，若发生故障，则控制器驱动与其相接的报警单元发出报警信号。
本实施例中，所述相应算法为PID算法。
本实施例中，所述控制器为可编程控制器PLC。
本实施例中，所述称重传感器的数量为2个。
本实施例中，所述有功功率变换器为美国MOOR工业公司生产的PWT型功率变送器。
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。
Claims (5)
1.一种真空自耗电弧炉熔速与功率的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，工作参数设定：通过HMI人机界面向控制器输入给定自耗电极熔化速度曲线和给定熔炼电压，控制器将所述给定自耗电极熔化速度曲线和给定熔炼电压存储在存储器中以备随时调用；所述HMI人机界面和存储器均与控制器相接；
步骤二，信号采集与处理：采用熔速测量系统和功率测量单元分别对自耗电极的熔化速度和电渣炉的功率进行检测，所述熔速测量系统包括依次相接的称重传感器、信号校正电路、滤波电路和信号转换电路以及与信号转换电路相接的无纸记录仪；所述功率测量单元包括电流互感器、电压互感器、有功功率变换器和I/V转换电路，所述电流互感器、电压互感器均与有功功率变换器相接，所述有功功率变换器与I/V转换电路相接；所述信号采集与处理方式如下：
安装在电弧炉的电极杆承重机构上的称重传感器对当前剩余电极重量进行实时检测，并将检测到的重量信号传输给信号校正电路；信号校正电路将所述重量信号进行线性化校正处理后传输给滤波电路；滤波电路将所述重量信号进行低通滤波后传输给信号转换电路；信号转换电路按照相应软件算法将所述重量信号转换为电极熔化速度信号，并传输给控制器，控制器生成实测自耗电极熔化速度曲线；无纸记录仪将所述电极熔化速度信号实时记录下来；
所述电流互感器和电压互感器对所述自耗电极的熔炼电压和熔炼电流进行实时检测；有功功率变换器根据所述熔炼电压和熔炼电流计算出熔炼功率，并将所述熔炼功率转换为与之对应的电流信号，然后传输给I/V转换电路；I/V转换电路将所述电流信号转换为电压信号，作为与所述熔炼功率相对应的实测电压，并将所述实测电压传输给控制器；
步骤三，自耗电极熔速与功率自动调节：一方面控制器采用相应算法根据所述给定熔炼电压和实测电压的偏差对自耗电极的熔炼电压进行控制，从而实现熔炼功率的调节；另一方面控制器采用相应算法根据所述给定自耗电极熔化速度和实测自耗电极熔化速度的偏差对自耗电极的位置进行调整，从而实现熔化速度的调节；具体方式如下：
控制器根据上述电压偏差对移向触发电路进行控制，移向触发电路输出脉冲电压对双向可控硅的导通角进行控制，双向可控硅对整流电路的输出平均电压进行调节，磁性调压器根据所述整流电路的输出平均电压对电渣炉电极的熔炼电压进行调节，所述移向触发电路、双向可控硅、整流电路、磁性调压器和自耗电极依次相接，所述移向触发电路与控制器相接；
控制器根据上述熔化速度偏差对变频器进行控制，变频器对升降电机的转速进行控制，升降电机通过升降机构驱动自耗电极进行竖直方向的位置移动；所述变频器分别与控制器和升降电机相接；
步骤四，工作状态显示：采用摄像机对电弧炉的工作状态进行全程拍摄，并将拍摄到的图像信息传输给控制器，控制器对所述图像信息进行处理后在所述HMI人机界面上显示出来；所述摄像机与控制器相接；
步骤五，故障诊断与报警：控制器内部设置有故障诊断模块，所述故障诊断模块根据所述图像信息与所述熔速测量系统和功率测量单元检测到的数据进行故障诊断，若发生故障，则控制器驱动与其相接的报警单元发出报警信号。
2.按照权利要求1所述的一种真空自耗电弧炉的熔速控制方法，其特征在于：所述相应算法为PID算法。
3.按照权利要求1或2所述的一种真空自耗电弧炉熔速与功率的控制方法，其特征在于：所述控制器为可编程控制器PLC。
4.按照权利要求1或2所述的一种真空自耗电弧炉熔速与功率的控制方法，其特征在于：所述称重传感器的数量为2个。
5.按照权利要求1或2所述的一种真空自耗电弧炉熔速与功率的控制方法，其特征在于：所述有功功率变换器为美国MOOR工业公司生产的PWT型功率变送器。
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