CN108419354A - 一种氢等离子体电极的自动控制装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氢等离子体电极的自动控制装置和控制方法。该装置包括至少一个用于驱动电极的伸缩装置(1)、至少一个用于控制所述伸缩装置(1)的伺服电机(2)、用于检测电极之间电压的电压变送器(3)，与所述电压变送器(3)和所述伺服电机(2)连接的控制单元(4)，并根据电压变送器(3)的指示信号控制所述伺服电机(2)。本发明公开的氢等离子体电极自动控制装置和方法，能够在电极工作过程中动态调整正负电极之间的距离，确保电极之间工作电压稳定，提高反应效率，降低能源损耗。

Description

一种氢等离子体电极的自动控制装置和控制方法

技术领域

本发明属于等离子体设备领域，具体涉及一种氢等离子体电极的自动控制装置和控制方法。

背景技术

利用氢等离子体快速热解煤制乙炔是一种短流程、高效率的乙炔生产工艺，通常利用在氢气介质中正负电极之间的高压产生等离子体电弧，提供反应所需的高温条件，但是，因为在放电过程中电极的损耗等原因，电极之间的电压不稳定，导致反应温度发生变化，最终导致反应效率低，能源损耗高。

发明内容

为了至少解决以上提到现有技术存在的技术问题之一，本发明公开了一种氢等离子体电极的自动控制装置，该装置包括：

至少一个伸缩装置，用于驱动电极；

至少一个伺服电机，用于控制伸缩装置；

电压变送器，用于检测电极之间的电压；

控制单元，与电压变送器和伺服电机连接，根据电压变送器的电压信号控制伺服电机。

作为可选实施例，本发明公开的氢等离子体电极的自动控制装置中，伸缩装置与电极之间可以电绝缘设置。

进一步，作为可选实施例，本发明公开的氢等离子体电极的自动控制装置中，伸缩装置与电极之间的电绝缘设置可以采用陶瓷电绝缘材料。

作为可选实施例，本发明公开的氢等离子体电极的自动控制装置中，伸缩装置可以驱动电极沿电极轴向移动。例如，可以驱动电极移动以缩小电极之间的距离，也可以驱动电极移动以增加电极之间的距离。

作为可选实施例，本发明公开的氢等离子体电极的自动控制装置中，可以设置有接地端子。

本发明还公开了一种氢等离子体电极的自动控制方法，该控制方法可以包括如下步骤：

(a)伸缩装置驱动一个电极向另一个电极移动；

(b)电压变送器检测两个电极之间的电压，向控制单元输送信号；

(c)控制单元接收电压变送器的信号，并依据此信号判定两个电极是否接触，判定接触后，控制电极停止移动；

(d)控制正负电极接通工作电压。

进一步，作为可选实施例，氢等离子体电极的自动控制方法还可以包括如下步骤：

(f)伸缩装置驱动一个电极离开另一个电极；

(g)电压变送器检测两个电极之间的电压，向控制单元输送指示信号；

(h)控制单元接受指示信号，判断并控制电极停止移动。

作为可选实施例，本发明公开的氢等离子体电极的自动控制方法中，可以设置一个电极为阴极，另一个电极为阳极；或者，可以设置一个电极为阳极，另一个电极为阴极。

作为可选实施例，本发明公开的氢等离子体电极的自动控制方法中，控制单元可以根据预设的周期，周期性控制一个电极向另一个电极移动。

作为可选实施例，本发明公开的氢等离子体电极的自动控制方法中，控制单元能够判断电极消耗情况，预警电极消耗完毕的时间。

本发明公开的氢等离子体电极自动控制装置和方法，能够在电极工作过程中调整正负电极之间的距离，确保电极之间工作电压稳定，提高反应效率，降低能源损耗。

附图说明

图1氢等离子体电极的自动控制装置示意图；

图2氢等离子体电极单侧电极控制装置示意图。

附图标记

1 伸缩装置 2 伺服电机 3 电压变送器

4 控制单元 5 电极 6 伺服电动缸

7 伸缩缸 8 接地端子 9 连接部件

10 绝缘部件 11 波纹管

具体实施方式

在这里专用的词“实施例”，作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。本发明公开的实施例中性能指标测试，除非特别说明，采用本领域常规试验方法。应理解，本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明公开的内容。

除非另有说明，否则本文使用的技术和科学术语具有本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义；作为本发明公开中的其它未特别注明的材料、试剂均指本领域内通常使用的材料和试剂；本发明公开述及的两个电极，通常是指正负电极，通常情况下氢等离子体电极中使用的正极和负极成对设置，如果一个电极设置为阴极，则另一个电极设置为阳极，反之，如果一个电极设置为阳极，则另一个电极设置为阴极；本发明公开述及的电极，通常是指氢等离子体电极，电极之间的电压，通常是指成对出现的正负两个电极之间的电压。

为了更好的说明本发明内容，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在实施例中，对于本领域技术人员熟知的一些方法、手段、仪器、设备等未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

作为氢等离子体电极的自动控制装置的实施例，该装置包括至少一个用于驱动电极的伸缩装置、至少一个用于控制所述伸缩装置的伺服电机、用于检测电极之间电压的电压变送器，以及与所述电压变送器和所述伺服电机连接的控制单元，该控制单元根据电压变送器的指示信号控制所述伺服电机。

通常氢等离子体电极成对设置，即正极和负极成对出现，设置为电极对，作为控制电极之间的距离的方式，可以移动一个电极，即正极或者负极，也可以同时移动两个电极，即同时移动正极和负极，都可以实现电极之间距离的变化和控制。

伸缩装置通常与电极相连接，便于直接控制电极的移动。本发明公开述及的伸缩装置通常指其某一个方向的长度能够调节的装置。例如气动伸缩缸、电动伸缩缸、液压伸缩缸等等。

作为电极与伸缩装置之间的连接方式，采用通常的固定方式，将二者稳固的固定在一起即可，而且，通常需要设置成电绝缘状态，确保电极伸缩装置与电极的高压电压之间处于电隔离状态，确保装置的安全性。例如，作为一种优选方式，可以在伸缩装置与电极之间设置电绝缘陶瓷隔离部件。进一步作为优选方案，电绝缘陶瓷材料的耐温需大于800℃。

伺服电机用于控制伸缩装置的移动，其数量可以跟电极匹配设置，即电极与伺服电机一一对应，同时移动两个电极；也可以使正负两个电极中的一个电极移动，即设置一个伺服电机。此处述及的伺服电机是指通常在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。

电压变送器用于检测电极之间的电压，正负两电极间的电压变化与其之间的距离有关，在两电极距离由远及近的过程中，电压由大变小，且在控制范围内，趋势是一致的。根据电极距离和电压的关系，可以实现电极距离的控制，进而控制正负电极之间的电压处于稳定状态。本发明公开的电压变送器是一种将被测电量参数转换成直流电流、直流电压并隔离输出模拟信号或数字信号的装置，是一种能够检测电极之间电压变化的传感装置或者传感部件，所以其他任何能够实现此功能的装置或部件都可以代替电压变送器，实现本发明的技术效果。作为一种优选实施例，电压变动器检测电极之间的电压值，输出指示信号给控制单元，例如可以输出电流值信号给控制单元，作为控制单元控制电极移动的指示信号。例如，电压变送器可以根据检测得到的电压值，输出4-20mA之间、与此电压值相对应的电流信号作为指示信号。此处述及的指示信号，是指能够与电压变送器测得的电压值对应、反映电压值大小的任何信号。

作为一种实施方式，通常设置伸缩装置驱动电极沿电极轴向移动。通常情况下，正负电极呈棒状，而且设置在同一条直线上，端部直接相对，电极之间的距离，即是棒状的正负电极端部之间的距离。

作为一种实施方式，自动控制装置上设置有接地端子，与地线连接，实现控制装置的安全性。

控制单元与电压变送器和伺服电机连接，向伺服电机提供电源，接收电压变送器的指示信号，根据电压变送器的指示信号向伺服电机输出控制信号，进而通过伺服电机控制伸缩装置和电极的移动。例如，控制单元中可以设置可编程控制器，存储控制程序，执行接收信息、逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等指令，并通过数字或模拟式输入/输出指令控制伺服电机。

作为一种实施方式，通常控制单元对氢等离子体电极的自动控制通过以下步骤实现：

(a)伸缩装置驱动一个电极向另一个电极移动；

(b)电压变送器检测两个电极之间的电压，向控制单元输送指示信号；

(c)控制单元接收电压变送器的信号，并依据此信号判定两个电极是否接触，判定接触后，控制电极停止移动；

(d)控制正负电极接通工作电压；

其中，伸缩装置驱动一个电极向另一个电极移动的步骤与电压变送器检测两个电极之间的电压的步骤通常是同时进行的，同时会将指示信号传送到控制单元，控制单元内预先设置有指示信号与电极之间距离的关联关系，控制单元通过比较指示信号与关联关系，即可以判断电极距离，如果判定此距离已经满足电极之间距离的设定值，会向伺服电机发出指令，控制伸缩装置停止移动，同时实现电极停止移动。本发明述及的两个电极的接触，是指正负两个电极相互间隔一定的距离，该距离满足电极在氢介质中放电产生电弧的需求。本发明公开中，这个一定的距离可以称之为电极之间距离的设定值。通常情况下，正负电极呈棒状，而且设置在同一条直线上，端部直接相对，电极之间的距离，即是棒状的正负电极端部之间的距离。

如果正负电极之间距离小于设定值，则控制单元会向伺服电机发出指令，控制伸缩装置驱动一个电极离开另一个电极，并同时检测电极之间电压信号，向控制单元输送指示信号，控制单元接受指示信号，根据指示信号判断电极之间的距离，如果电极之间的距离达到设定值，会向伺服电机发出指令，控制伸缩装置停止移动，同时实现电极停止移动。

正负电极之间处于预设的合适的距离范围内，控制单元向发出指令，启动正负电极接通工作电压。本发明公开述及的工作电压，通常是指氢等离子体电极在氢气介质中产生氢等离子电弧的电压，在该电压下氢等离子体电极处于工作状态，处于工作状态的电极随着工作状态的延续，会发生变化，如电极材料的消耗、热胀冷缩等造成的电极之间距离的变化，因此通过电极之间距离的自动控制，能够实现电极工作状态的稳定。

本发明公开中，氢等离子体电极的自动控制方法可以根据预设的周期，周期性控制一个电极向另一个电极移动。通常所述的周期，是指一定的时间周期，也可以设置其他周期性变化的工艺参数或条件，便于对电极的检测和控制即可。通常，电极的使用过程是根据确定的生产工艺流程进行的，涉及的工作条件，例如放电电压、工作时间、工作温度等都是程序化进行，因此电极的工作过程，包括电极材料的消耗、电极电压的变化等，也会有相应的程序化的变化，因此，可以根据确定的工艺流程，确定或者测定电极的消耗规律，进而在控制单元中预设此消耗规律，设定电极移动的规律，例如电极的移动时间、移动距离。

进一步，还可以设定电极消耗完毕的预警机制。因为电极消耗跟电极工作状态有直接关系，根据设定的工艺条件，可以确定或者测定电极消耗完毕的工作状态，进而通过在控制单元中预设控制信号，在电极消耗完毕前的某个时间，对电极消耗状况作出预警，具体方法为：设定消耗门限L1，L2，L3(L1，L2，L3为电极长度，n大于L1大于L2大于L3)，电极总长度为n，电极消耗速度为v，当消耗长度低于L1时，进行间断提醒，当低于L2，进行连续提醒，当低于L3时，电极停止运动。

本发明公开实施方式述及的自动控制方法，并没有严格限定其实现的步骤顺序，每一个步骤对应的实质内容也并不是严格限定，本领域技术人员可以根据说明方法内容的需要或其他目的进行调整，但是控制方法涉及的根据电极之间电压的变化控制电极之间距离的实质内容，都是本发明公开的发明构思所涵盖的。

图1为本发明公开的一种实施例的氢等离子体电极的自动控制装置示意图，右侧电极5为阳极，左侧电极为阴极，阳极和阴极分别与伸缩装置1连接，两个伸缩装置1还分别与伺服电机2相连接，伺服电机2通过控制伸缩装置1的移动，进而实现对电极5的移动的控制；电压变送器3与正极和负极5相连接，电压变送装器3还与控制单元4相连，电压变送器3直接检测两个电极之间的电压信号，并将检测到的电压信号转化成电流信号传送给控制单元4，控制单元4根据接受的电流信号判定两个电极之间的距离，向伺服电机2发出指令，或者两个电极相向移动减小距离，或者两个电极背向移动增大距离，或者两个电极保持不动维持距离不变。

图2为本发明公开的氢等离子电极自动控制装置的单侧电极控制装置示意图。电极5与波纹管11相连接，波纹管11通过绝缘部件10与连接部件9连接，连接部件9通过绝缘部件与伸缩缸7相连，伸缩缸7与伺服电动缸6相连接，接地端子8设置在伸缩缸7上，与地线接通。伺服电动缸6根据控制单元的指令，控制伸缩缸7左右移动，进而通过连接部件9控制波纹管11左右移动，最终实现单侧电极5的左右移动。同理，可以实现另一侧电极的控制。

本发明公开的氢等离子体电极自动控制装置和方法，能够在电极工作过程中调整正负电极之间的距离，确保电极之间工作电压稳定，提高反应效率，降低能源损耗。

以上所述仅为本发明公开的示意性的具体实施方式，在不脱离本发明构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，以及对本发明公开技术特征的任意组合，均应属于本发明所请求保护的范围。

Claims (10)

1.一种氢等离子体电极的自动控制装置，其特征在于，该装置包括：

至少一个伸缩装置(1)，用于驱动电极；

至少一个伺服电机(2)，用于控制所述伸缩装置(1)；

电压变送器(3)，用于检测电极之间的电压；

控制单元(4)，与所述电压变送器(3)和所述伺服电机(2)连接，根据电压变送器(3)的指示信号控制所述伺服电机(2)。

2.根据权利要求1所述的自动控制装置，其特征在于，所述伸缩装置(1)与电极之间电绝缘设置。

3.根据权利要求2所述的自动控制装置，其特征在于，所述电绝缘设置采用陶瓷电绝缘材料。

4.根据权利要求1所述的自动控制装置，其特征在于，所述伸缩装置(1)驱动电极沿电极轴向移动。

5.根据权利要求1所述的自动控制装置，其特征在于，所述自动控制装置设置有接地端子。

6.一种氢等离子体电极的自动控制方法，其特征在于，该控制方法包括如下步骤：

(a)伸缩装置驱动一个电极向另一个电极移动；

(b)电压变送器检测两个电极之间的电压，向控制单元输送指示信号；

(c)控制单元接收电压变送器的指示信号，并依据指示信号判定两个电极是否接触，判定接触后，控制电极停止移动；

(d)控制正负电极接通工作电压。

7.根据权利要求6所述的自动控制方法，其特征在于，该控制方法还包括如下步骤：

(f)伸缩装置驱动一个电极离开另一个电极；

(g)电压变送器检测两个电极之间的电压，向控制单元输送指示信号；

(h)控制单元接收指示信号，判断并控制电极停止移动。

8.根据权利要求6所述的自动控制方法，其特征在于，所述一个电极为阴极，所述另一个电极为阳极；或者，所述一个电极为阳极，所述另一个电极为阴极。

9.根据权利要求6所述的自动控制方法，其特征在于，所述控制单元根据预设的周期，周期性控制一个电极向另一个电极移动。

10.根据权利要求6所述的自动控制方法，其特征在于，所述控制单元能够判断电极消耗情况，预警电极消耗完毕的时间。