CN108932002A - 一种制备电弧炉炉盖的自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备电弧炉炉盖的自动控制系统，包括控制室计算机、自动补水系统和烘烤系统；控制室计算机分别与自动补水系统和烘烤系统通信连接；自动补水系统包括第一处理器和分别与第一处理器电连接的控制面板、电容式传感器、第一电磁阀、第二电磁阀和控制盒；控制盒与水泵电机电连接；烘烤系统包括第二处理器；第二处理器分别与温度传感器、若干挂扇和若干红外加热灯管电连接；控制室计算机还分别与双臂起重机驱动电机、搅拌装置驱动电机和移动平台驱动电机导线连接；控制室计算机通过INTERNET网与云端服务器信号连接；云端服务器与APP客户端信号连接。

Description

一种制备电弧炉炉盖的自动控制系统

技术领域

本发明属于电弧炉的技术领域，具体涉及一种制备电弧炉炉盖的自动控制系统。

背景技术

随着我国钢铁工业的飞速发展，强化冶炼新工艺不断被采用，锅内电炉不断向大型化和超高功率化发展，但随之带来的是耐材使用条件日益苛刻，炉盖寿命逐年降低等问题。电弧炉炉盖是电炉生产过程中的一个极重要部件，其寿命高低，显著影响电炉的作业率和劳动强度，并对钢水质量和生产安全带来了一定的影响。

电弧炉炉盖制备系统周期时间长，效率低，不能满足工业化生产的速率和质量的要求。其主要原因在于设备老旧，自动化程度低，导致电弧炉炉盖制备的各个重要阶段都需要较长周期，严重影响工业化的进程。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种制备电弧炉炉盖的自动控制系统，以解决现有制备电弧炉炉盖系统老化，制备周期长的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种制备电弧炉炉盖的自动控制系统，其包括控制室计算机、自动补水系统和烘烤系统；控制室计算机分别与自动补水系统和烘烤系统通信连接；

自动补水系统包括第一处理器和分别与第一处理器电连接的控制面板、电容式传感器、第一电磁阀、第二电磁阀和控制盒；控制盒与水泵电机电连接；烘烤系统包括第二处理器；第二处理器分别与温度传感器、若干挂扇和若干红外加热灯管电连接；

控制室计算机还分别与双臂起重机驱动电机、搅拌装置驱动电机和移动平台驱动电机导线连接；控制室计算机通过INTERNET网与云端服务器信号连接；云端服务器与APP客户端信号连接。

优选地，控制室计算机通过通信模块分别与自动补水系统和烘烤系统通信连接；通信模块包括ZIGBEE无线通信模块和路由器。

优选地，控制面板嵌设于水箱顶部；第一处理器集成于控制面板内，并与水位检测报警电路连接；第一电磁阀和第二电磁阀分别设于水箱出水管道上和进水管道上；控制盒嵌设于水泵上，控制盒内嵌设一移动手机；移动手机内的听筒喇叭依次与二极管V2、整流电容C2和可控硅V连接；可控硅V与继电器J连通；继电器J包括常开接点J1和常开接点J2；常开接点J2通过常开触头K2与水泵连接；第一处理器通过RS485总线与移动手机的业务信道通信连接，控制器还分别与第一电磁阀、第二电磁阀和电容式传感器电连接。

优选地，水箱位于移动平台上。

优选地，第一电磁阀和第二电磁阀均为HOPE97脉冲电磁阀门；电容式传感器为CQF液位式电容传感器；第一处理器为STM32单片机。

优选地，温度传感器为工业级RS超高温温度变送器，第二处理器为PLC控制器，红外加热灯管为短波红外加热灯管。

优选地，第二处理器嵌设于烘烤室墙壁外侧，每个烘烤室内均嵌设有温度传感器、烘烤室的顶部挂设有若干挂扇；位于烘烤室墙壁内侧嵌设有若干按层次均匀分布的红外加热灯管。

优选地，移动平台底部设有四个由移动平台驱动电机驱动的滚轮，四个滚轮位于平台轨道上；所述双臂起重机为于移动平台的上方。

优选地，搅拌装置包括第一搅拌机和第二搅拌机；第二搅拌机安装于移动平台上，并与水箱进水管道连通。

优选地，第一搅拌装置为HX-L2000粉末搅拌机，第二搅拌装置为JW-350搅拌机。

本发明提供的制备电弧炉炉盖的自动控制系统，具有以下有益效果：

本发明系统包括电弧炉炉盖原料的搅拌、补水和注塑成型，以及对注塑成型后的炉盖进行自动化运输和烘烤，进而加速其水分的散失，加快成品的成型率。在本发明系统中，自动化贯穿整个制备过程，相比于传统制备，本发明减少了大量的人力，减短了制备周期，加快了制备电弧炉炉盖工业化的进程。

附图说明

图1为制备电弧炉炉盖的自动控制系统的原理图。

图2为制备电弧炉炉盖的自动控制系统移动平台与双臂起重机结构图。

图3为制备电弧炉炉盖的自动控制系统自动补水系统结构图。

图4为制备电弧炉炉盖的自动控制系统盖体结构图。

图5为制备电弧炉炉盖的自动控制系统盖体纵剖图。

图6为制备电弧炉炉盖的自动控制系统水位检测报警电路图。

图7为制备电弧炉炉盖的自动控制系统控制盒与水泵启动电路图。

图8为制备电弧炉炉盖的自动控制系统烘烤室电路图。

图9为制备电弧炉炉盖的自动控制系统红外加热灯管安置图。

图10为制备电弧炉炉盖的自动控制系统温度你和曲线图。

其中，1、移动平台；2、第二搅拌装置；3、水箱；4、输送管道；5、注塑模具；6、平台轨道；7、滚轮；8、双梁轨道；9、吊臂；10、吊绳；11、挂钩；12、烘烤室；13、挂扇；14、红外加热灯管；15、钢架；16、盖体；17、弧形钩；18、保温层；19、烘烤室墙壁；20、温度传感器；21、烘烤盖体；22、水泵；23、环形圆筒；24、电容式传感器；25、电极板；26、环形凹槽；31、控制面板；32、第四LED灯；33、第三LED灯；34、第二LED灯；35、第一LED灯；36、控制盒；37、进水管道；38、第一电磁阀；39、出水管道；40、第二电磁阀。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

根据本申请的一个实施例，参考图1-10，本方案的制备电弧炉炉盖的自动控制系统，包括控制室计算机、自动补水系统和烘烤系统；控制室计算机分别与自动补水系统和烘烤系统通信连接。

自动补水系统包括第一处理器和分别与第一处理器电连接的控制面板31、电容式传感器24、第一电磁阀38、第二电磁阀40和控制盒36；控制盒36与水泵22电机电连接；烘烤系统包括第二处理器；第二处理器分别与温度传感器20、若干挂扇13和若干红外加热灯管14电连接。

控制室计算机还分别与双臂起重机驱动电机、搅拌装置驱动电机和移动平台1驱动电机导线连接；控制室计算机通过INTERNET网与云端服务器信号连接；云端服务器与APP客户端信号连接。

控制室计算机通过通信模块分别与自动补水系统和烘烤系统通信连接；通信模块包括ZIGBEE无线通信模块和路由器。

参考图2，第一搅拌装置，用于预搅拌混合制备电弧炉炉盖的各种组份；

第二搅拌装置2，用于将预搅拌混合制备电弧炉炉盖的各种组份与水分按配比进行二次搅拌混合；

自动供水系统，用于根据电弧炉炉盖制备配比为第二搅拌装置2提供用水；

移动平台1，用于承载第二搅拌装置2和自动供水系统，并将完成二次搅拌混合的组份混合物输送至注塑模具5中；

注塑模具5，用于将完成二次搅拌混合的组份混合物注塑成型；

烘烤系统，用于烘烤注塑成型的电弧炉炉盖，加快其水分蒸发。

以下就对各个系统和装置进行详细描述：

第一搅拌装置为HX-L2000粉末搅拌机，车间工作人员可根据制备电弧炉炉盖的各种组份，按照各个组份的配比，进行固体粉末的第一次搅拌。

第二搅拌装置2和自动供水系统均安装于移动平台1上，自动供水系统的出水管道39位于第二搅拌装的上方，搅拌装置底部开口并与输送管道4连通。

第二搅拌装置2为JW-350搅拌机，用于将完成第一次搅拌后的混合物与一定量的水进行第二次搅拌。将制备电弧炉炉盖的各种组合进行两次搅拌，相比于传统制备工艺中的依次搅拌，两次搅拌能够充分混合各种组份，且能够将各组分搅拌均匀，对于成品的质量具有更高的提升。第二搅拌装置2底部开口并与输送管道4连通，将完成二次搅拌的混合物向外输送。

自动补水系统

参考图3，水箱3上部通过环形圆筒23与盖体16连接，沿环形圆筒23底部开设环形凹槽26，环形凹槽26的深度为4cm，将环形凹槽26卡入箱体的顶部，进而将环形圆筒23和箱体连接为一体，且可以增加箱体一定的容量，在补水失控时，也有一定的裕度。

参考图4和图5，盖体16与环形圆筒23的顶部铰链连接，环形圆筒23的材质为PVC，其为透明材质，在透明的环形圆筒23外壁上嵌设一电容式传感器24，且电容式传感器24的两电极板25环设于透明状的环形圆筒23的外壁上。

电容式传感器24选用CQF液位式电容传感器，可以根据两个电极板25之间的介质的变化，检测当前水箱3的水位，并将水箱3当前的水位信息以电信号的形式传输至控制器内。

补水时，当水箱3内的水位已超过第一次报警水位时，即水位已到达环形圆筒23的位置时，到水位到达两个电极板25的位置时，电极板25感应到此时介质的改变，将该信息传送至控制器内，控制器控制第二电磁阀40关闭，强制停止补水。

参考图6，水箱3出水管道39上设有第一电磁阀38；水箱3的顶部嵌设一控制面板31，控制面板31内集成有控制器和与控制器电连接的水位检测报警电路；水位检测报警电路包括一片四双向模拟开关集成电路CD4066芯片；CD4066芯片的13引脚延伸至水箱3四分之一深度的水位处，5引脚延伸至二分之一深度的水位处，6引脚延伸至四分之三深度的水位处，12引脚位于水箱3顶部位置；水位检测报警电路中包括嵌设于控制面板31上的第一LED灯35、第二LED灯34、第三LED灯33和第四LED灯32；第一LED灯35依次与开关S1和CD4066芯片的引脚连接，第二LED灯34依次与开关S2和CD4066芯片的5引脚连接，第三LED灯33依次与开关S3和CD4066芯片的6引脚连接，第四LED灯32依次与开关S4和CD4066芯片的12引脚连接。

参考图6，水位检测报警电路的工作原理为：

当水箱3无水时，由于180K电阻的作用，使四个开关(S1、S2、S3、S4)的控制端为低电平，开关断开，LED不发光。随着水位的增加，由于水的导电特性，使得IC的13脚为高电平，S1接通，第一LED灯3535(对应图2中的LED1)点亮；当水位逐渐增加时，LED依次发光指示水位。水满时，LED4发光，显示水满。同时T1导通，B发出报警声，提示水已满。不需要报警声时，断开开关K即可。

即当水箱3中的水位为四分之一时，S1导通，第一LED灯35发光；

当水箱3中的水位为二分之一时，S2导通，第二LED灯34发光；

当水箱3中的水位为四分之三时，S3导通，第三LED灯33发光；

当水箱3中的水满时，S4导通，第四LED灯32发光，同时B发出报警声。

同时水位检测报警电路将水位信息传送至控制器，控制器可以控制出水管道39上第一电磁阀38的启闭，进而控制水的流出。

其中，第一电磁阀38为HOPE97脉冲第一电磁阀38门，并与控制器信号连接；控制器为STM32单片机；STM32单片机输入串口端与水位检测报警电路之间通过导线连接。

参考图7，水泵22上嵌设一控制盒36；控制盒36内嵌设一移动手机；移动手机内的听筒喇叭依次与二极管V2、整流电容C2和可控硅V连接；可控硅V与继电器J连通；继电器J包括常开接点J1和常开接点J2；常开接点J2通过常开触头K2与水泵22连接。

控制器通过RS485总线与移动手机的业务信道通信连接，控制器还分别与第一电磁阀38、第二电磁阀40和电容式传感器24电连接。

参考图7，水泵22的启动原理为：

将移动手机的振铃信号作为水泵22启动的启动信号，控制器通过RS485总线与移动手机的业务信道通信连接，控制器发出数字信号指令到移动手机端的业务信道通上，手机接收该信号，移动手机手机振铃后，A、B两端通电导通，经二极管V2整流电容C2滤波后驱动可控硅V导通，继电器J得电吸合，它的一对常开接点J1闭合，实现自保持。同时另一对常开接点J2闭合，接通交流接触器线圈220V电源，接触器K得电吸合，其常开触头K1闭合，实现自保持，同时另一对常开触头K2闭合，接通水泵22电源，实现水泵22的开启。当水箱3不需要补水时，控制器停止信号的发送，A、B两端断电，常开接点J2断开，断开与交流接触器线圈220V电源的连接，水泵224断电，停止供水作业。

本方案补水的工作原理为：

水箱3在补水时，通过CD4066芯片引脚的位置，检测当前水箱3水位，并将水位信息与不同位置的LED灯对应。同时，当水箱3进行补水时，CD4066芯片引脚检测到水位已满时，控制水泵22停止作业，并进行第一次报警，避免水溢出。

而在一些特殊情况，当CD4066芯片引脚检测出现故障，或者水泵22不受控制时，而此时水箱3依旧在补水，当水位上升至环形圆筒23，并到达电容式传感器24的电极板25时，电容式传感器24将当前的水位信息发送至控制器内，控制器发送脉冲信号至第二电磁阀40，强制关闭进水管道37的进水，避免水溢出。

烘烤系统

参考图8和图9，烘烤系统包括若干间相邻设置的烘烤室12；每个烘烤室12与其烘烤盖体21分离设置；每个烘烤室12的墙壁内均焊接有钢架15；每个烘烤室墙壁19和烘烤盖体21均包括保温层18和钢架15。

开启双梁起重机，通过挂钩11和吊绳10将完成注塑成型的电弧炉炉盖运送至烘烤室12。每个烘烤室12与其烘烤盖体21分离设置，且每个烘烤室墙壁19和烘烤盖体21均包括保温层18和钢架15；保温层18的六个侧面上均嵌设有钢架15；钢架15交叉式分布于烘烤室墙壁19和烘烤盖体21，位于烘烤室墙壁19内侧的钢架15纵剖面呈L型，其L型的凹侧面固定一红外加热灯管14。

盖体16上表面的钢架15上焊接有四个用于配合挂钩11的弧形钩17，其可通过挂钩11与四个弧形钩17的配合，将烘烤盖体21吊起并移动至烘烤室12的顶部，将烘烤室12形成一个密闭空间，防止热量过快的散失。

烘烤室墙壁19上部均匀分布有若干挂扇13，在烘烤电弧炉炉盖时，可以加速烘烤室12内的空气流动，避免局部温度过高，影响成品质量。

钢架15之间的保温层18选用保温海绵，主要起到隔热包热的作用，减少热量损失。

在烘烤室墙壁19内嵌设温度传感器20，用于实时采集烘烤室12内的温度信息，温度传感器20、红外加热灯管14和挂扇13均与计算机和工厂电源连接，并受控于计算机。其中，温度传感器20为工业级RS超高温温度变送器，其将检测到的温度信息实时传送到计算机内。挂扇13用于将红外加热灯管14散发的热量，吹散于烘烤室12内，使热量扩散均匀，避免电弧炉炉盖受热不均，严重影响成品质量。

烘烤系统工作原理为：

开启双梁起重机，将注塑成型的电弧炉炉盖运送至烘烤室12内；

并将电弧炉炉盖平行固定于支架上；

双梁起重机将烘烤盖体21运送至烘烤室12顶部，密封烘烤室12；

控制开启烘烤室12内的若干红外加热灯管14和挂扇13，对电弧炉炉盖进行均匀烘烤；

持续采集烘烤室12内的温度信息，根据采集的温度信息和烘烤时间形成电弧炉炉盖的烘烤曲线；

提取烘烤相同时间段的温度历史数据和对应该温度历史数据的历史烘烤曲线；

基于MATLAB软件将当前电弧炉炉盖的烘烤曲线和历史烘烤曲线进行非线性最小二乘拟合，得到拟合后的误差曲线图；

读取误差曲线图，若当前温度值低于同时间段温度历史数据10℃以上，控制提升红外加热灯管14的输出功率或者控制增加开启红外加热灯管14的数量；

若当前温度值高于同时间段温度历史数据10℃以上，控制开启挂扇13或者关闭若干红外加热灯管14。

参考图10，基于MATLAB软件将当前电弧炉炉盖的烘烤曲线和历史烘烤曲线进行非线性最小二乘拟合，得到拟合后的误差曲线图，从图中可以看出，该时间段与历史正常温度值之间的差值，从图中可以该时间段的温度值低于历史正常温度值至少9℃，此时计算机通过增加开启红外加热灯管14的数量或者增加红外加热灯管14的功率，达到升温的效果。

本发明制备电弧炉盖自动控制系统的工作原理为：

工作人员将第一次搅拌后的混合物导入第二搅拌装置2内，控制室计算机控制开启导通第二搅拌装置2电源，第二搅拌装置2开启搅拌。同时，控制室计算机通过路由器局域网(或者ZIGBEE无线通信模块)将指令发送至第一处理器中。第一处理器接收该动作指令，控制第一电磁阀38开启向第二搅拌装置2内补水，并将原料与水混合均匀。

当原料混合搅拌完成后，控制室计算机控制移动平台1驱动电机导电开启作业，并将移动平台1运输至注塑模具5上方，随后工作人员将混合搅拌完成的原料从输送管道4输送至注塑模具5中，进行电弧炉炉盖的注塑成型。

待完成电弧炉炉盖的注塑成型后，控制室计算机控制开启双臂起重机，利用吊绳10和挂钩11将电弧炉炉盖运输至烘烤室12内。当一个烘烤室12内的电弧炉炉盖饱和后，继续利用吊绳10和挂钩11将烘烤盖体21运输至烘烤室12顶部，密封烘烤室12，并通过路由器局域网(或者ZIGBEE无线通信模块)将指令发送至第二处理器中。第二处理器接收指令，控制开启红外加热灯管14和挂扇13开启，开始烘烤电弧炉炉盖。

控制室计算机可按照预先设定进行自动控制，也可在工作人员的操控下实现自动控制，同时将整个进程以信号的形式传送至云端服务器中，便于数据的备份和后期研究，远程工作人员在完成身份注册后，可在移动设备端的APP客户端，实时监测当前制备进程。

本发明系统包括电弧炉炉盖原料的搅拌、补水和注塑成型，以及对注塑成型后的炉盖进行自动化运输和烘烤，进而加速其水分的散失，加快成品的成型率。在本发明系统中，自动化贯穿整个制备过程，相比于传统制备，本发明减少了大量的人力，减短了制备周期，加快了制备电弧炉炉盖工业化的进程。

虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种制备电弧炉炉盖的自动控制系统，其特征在于：包括控制室计算机、自动补水系统和烘烤系统；所述控制室计算机分别与自动补水系统和烘烤系统通信连接；

所述自动补水系统包括第一处理器和分别与第一处理器电连接的控制面板、电容式传感器、第一电磁阀、第二电磁阀和控制盒；所述控制盒与水泵电机电连接；所述烘烤系统包括第二处理器；所述第二处理器分别与温度传感器、若干挂扇和若干红外加热灯管电连接；

所述控制室计算机还分别与双臂起重机驱动电机、搅拌装置驱动电机和移动平台驱动电机导线连接；所述控制室计算机通过INTERNET网与云端服务器信号连接；所述云端服务器与APP客户端信号连接。

2.根据权利要求1所述的制备电弧炉炉盖的自动控制系统，其特征在于：所述控制室计算机通过通信模块分别与自动补水系统和烘烤系统通信连接；所述通信模块包括ZIGBEE无线通信模块和路由器。

3.根据权利要求1所述的制备电弧炉炉盖的自动控制系统，其特征在于：所述控制面板嵌设于水箱顶部；所述第一处理器集成于控制面板内，并与水位检测报警电路连接；所述第一电磁阀和第二电磁阀分别设于水箱出水管道上和进水管道上；所述控制盒嵌设于水泵上，所述控制盒内嵌设一移动手机；所述移动手机内的听筒喇叭依次与二极管V2、整流电容C2和可控硅V连接；所述可控硅V与继电器J连通；所述继电器J包括常开接点J1和常开接点J2；所述常开接点J2通过常开触头K2与水泵连接；所述第一处理器通过RS485总线与移动手机的业务信道通信连接，控制器还分别与第一电磁阀、第二电磁阀和电容式传感器电连接。

4.根据权利要求3所述的制备电弧炉炉盖的自动控制系统，其特征在于：所述水箱位于移动平台上。

5.根据权利要求1所述的制备电弧炉炉盖的自动控制系统，其特征在于：所述第一电磁阀和第二电磁阀均为HOPE97脉冲电磁阀门；电容式传感器为CQF液位式电容传感器；第一处理器为STM32单片机。

6.根据权利要求1所述的制备电弧炉炉盖的自动控制系统，其特征在于：所述温度传感器为工业级RS超高温温度变送器，第二处理器为PLC控制器，红外加热灯管为短波红外加热灯管。

7.根据权利要求1所述的制备电弧炉炉盖的自动控制系统，其特征在于：所述第二处理器嵌设于烘烤室墙壁外侧，每个烘烤室内均嵌设有温度传感器、烘烤室的顶部挂设有若干挂扇；位于烘烤室墙壁内侧嵌设有若干按层次均匀分布的红外加热灯管。

8.根据权利要求1所述的制备电弧炉炉盖的自动控制系统，其特征在于：所述移动平台底部设有四个由移动平台驱动电机驱动的滚轮，四个滚轮位于平台轨道上；所述双臂起重机为于移动平台的上方。

9.根据权利要求1所述的制备电弧炉炉盖的自动控制系统，其特征在于：所述搅拌装置包括第一搅拌机和第二搅拌机；所述第二搅拌机安装于移动平台上，并与水箱进水管道连通。

10.根据权利要求9所述的制备电弧炉炉盖的自动控制系统，其特征在于：所述第一搅拌装置为HX-L2000粉末搅拌机，第二搅拌装置为JW-350搅拌机。