CN111880401A - 一种真空自耗电弧重熔炉的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空自耗电弧重熔炉的控制系统，所述控制系统包括：监测模块，用于检测电弧重熔炉中的熔炼状态并获取相关参数；控制模块，包括熔滴控制单元和熔速控制单元；所述熔滴控制单元，用于以熔滴的平均频率为依据对电弧弧长进行调整；所述熔速控制单元，用于通过调节电极电流来控制熔速。通过熔滴和熔速控制提高产品质量。可以方便的高精度控制和监测操控真空自耗电弧炉，为提高产品产量和质量提供实际操作工具，同时进行数据统计和分析，为产品生产质量的提高提供基础。
Description
技术领域
本发明涉及真空电弧重熔领域，尤其涉及一种真空自耗电弧重熔炉的控制系统。
背景技术
真空电弧重熔是一种利用电弧作热源在真空条件下熔炼金属的真空熔炼技术，简称VAR。在真空环境下进行熔炼，不仅杜绝了外界大气对钢、有色活泼金属及合金的沾污，还可以降低钢、有色活泼金属及合金中的气体和低熔点有害金属杂质物，提高重熔金属的纯洁度，VAR过程能有效地降低金属中氢、铅、铋、银等的含量，并具有一定的脱氮能力。
真空电弧重熔需要使用真空自耗电弧炉，真空自耗电弧炉在低压环境下，利用金属电极与被熔化的金属熔池之间产生的直流电弧的高温作用将自耗电极逐步熔化并在电极的端部形成金属液滴。该液滴在通过高温弧区进入金属熔池的过程中，被高温电弧迅速加热，得到净化和精炼，并在水冷结晶器中凝固。
为了提高真空自耗电弧炉的工作效率和熔炼产品的质量，真空自耗电弧炉需要一个自动控制系统来对其进行工作调节，确保真空自耗电弧炉处于一个合适的熔速，也可以及时对真空自耗电弧炉的工作状态进行采集。
发明内容
鉴于目前存在的上述不足，本发明提供一种真空自耗电弧重熔炉的控制系统，可以方便的高精度控制和监测操控真空自耗电弧炉，为提高产品产量和质量提供实际操作工具。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种真空自耗电弧重熔炉的控制系统，所述控制系统包括：
监测模块，用于检测电弧重熔炉中的熔炼状态并获取相关参数；
控制模块，包括熔滴控制单元和熔速控制单元；
所述熔滴控制单元，用于以熔滴的平均频率为依据对电弧弧长进行调整；
所述熔速控制单元，用于通过调节电极电流来控制熔速；
依照本发明的一个方面，所述监测模块获取的参数包括电极电流值、当前熔速值和熔滴的平均频率。
依照本发明的一个方面，所述熔速控制单元根据工艺设定的熔速通过PID环调节自耗电极的电流的变化率来控制熔速。
依照本发明的一个方面，所述调节自耗电极的电流的变化率具体可为：熔速控制单元通过调节导电料杆的移动速度来控制电弧弧长进而调节自耗电极的电流的变化率。
依照本发明的一个方面，所述熔滴控制单元实时获取监测模块监测的熔滴的平均频率，并以此为依据对电弧弧长进行微调。
依照本发明的一个方面，所述对电弧弧长进行微调具体为：熔滴控制单元将微调信息发送至熔速控制单元，调节导电料杆的移动速度对电弧弧长进行微调。
依照本发明的一个方面，所述控制系统还包括分析模块，用于对监测和控制数据进行分析并生成分析图表；显示模块，用于显示所有监测和控制数据以及相应的分析图表。
依照本发明的一个方面，所述分析模块获取监测模块中的熔化参数数据和控制模块中的控制参数数据，进行储存后进行分析生成分析图表和曲线。
依照本发明的一个方面，所述显示模块将分析模块中储存的数据以及生成的分析图表和曲线在终端展示给用户。
依照本发明的一个方面，所述控制系统还包括还包括人机交互HMI，用户可通过HMI手动对熔炼过程进行调整。
本发明实施的优点：本发明公开了一种真空自耗电弧重熔炉的控制系统，所述控制系统包括：监测模块，用于检测电弧重熔炉中的熔炼状态并获取相关参数；控制模块，包括熔滴控制单元和熔速控制单元；所述熔滴控制单元，用于以熔滴的平均频率为依据对电弧弧长进行调整；所述熔速控制单元，用于通过调节电极电流来控制熔速。通过熔滴和熔速控制提高产品质量。可以方便的高精度控制和监测操控真空自耗电弧炉，为提高产品产量和质量提供实际操作工具，同时进行数据统计和分析，为产品生产质量的提高提供基础。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一所述的一种真空自耗电弧重熔炉的控制系统示意图；
图2为本发明所述的一种真空自耗电弧重熔炉的控制系统的PID环控制示意图；
图3为本发明实施例二所述的一种真空自耗电弧重熔炉的控制系统示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1和图2所示，一种真空自耗电弧重熔炉的控制系统，所述控制系统包括：
监测模块1，用于检测电弧重熔炉中的熔炼状态并获取相关参数；
控制模块，包括熔滴控制单元2和熔速控制单元3；
所述熔滴控制单元，用于以熔滴的平均频率为依据对电弧弧长进行调整；
所述熔速控制单元，用于通过调节电极电流来控制熔速；
在实际应用中，所述监测模块获取的参数包括电极电流值、当前熔速值和熔滴的平均频率。
在实际应用中，所述熔速控制单元根据工艺设定的熔速通过PID环调节自耗电极的电流的变化率来控制熔速。
在实际应用中，所述调节自耗电极的电流的变化率具体可为：熔速控制单元通过调节导电料杆的移动速度来控制电弧弧长进而调节自耗电极的电流的变化率。
在实际应用中，通过PID环可以控制导电料杆的移动速度，进而控制电弧弧长，从而对电极电流进行调节。
在实际应用中，当输入的熔炼电流值恒定时，调节电弧弧长即可调节弧电压，调节弧电压即可调节自耗电极的电流的变化率。
在实际应用中，自耗电极的电流的变化率与熔速成正比。
在实际应用中，熔速控制单元具体通过料杆驱动装置来控制料杆，料杆驱动装置是用来提升和下降料杆和电极的，非熔炼期间料杆驱动可以实现快速或慢速移动。电极重量是由一位于中央的悬浮的料杆支撑的，该悬浮料杆中心是带水冷的，并且它是直接连在一个低摩擦力滚珠丝杆驱动系统上的。料杆的下端面上是假电极自动夹紧装置，该装置实现了假电极的快速夹紧松开，并且使料杆和假电极之间实现了良好的电气连接。
在实际应用中，所述熔滴控制单元实时获取监测模块监测的熔滴的平均频率，并以此为依据对电弧弧长进行微调。
在实际应用中，所述对电弧弧长进行微调具体为：熔滴控制单元将微调信息发送至熔速控制单元，调节导电料杆的移动速度对电弧弧长进行微调。
在实际应用中，为保证熔炼产品的质量，需要严格控制熔炼过程中产生的熔滴大小，熔炼的不同金属对于产生的熔滴的要求也不尽相同。
在实际应用中，熔炼过程中会产生大量金属熔滴，金属熔滴会造成瞬间短路，监测模块不间断地监测金属熔滴所产生的瞬间短路过程，所产生的熔滴将可以分成15类，不同大小的熔滴代表的是不同的弧长，熔炼不同的金属需要不同大小的熔滴，因此可以以熔滴的平均频率为依据对电弧弧长进行微调，直至符合熔炼的熔滴特征要求。
在实际应用中，PID环控制如图2所示，首先根据工艺设定的熔速要求计算出所需的电极电流，根据电极电流计算出所需电弧的弧长，根据该电弧弧长计算出所需的料杆的基本速度；熔速控制单元使用该基本速度驱动料杆产生熔滴，监测模块采集熔滴的平均频率发送至熔滴控制单元，熔滴控制单元根据当前熔滴的平均频率和所熔炼金属所需的熔滴特征，将弧长的微调信息反馈至熔速控制单元，熔速控制单元根据该微调信息相应的调节导电料杆的移动速度，调节完成后输出实际电极电流。
在实际应用中，所述控制系统还包括分析模块4，用于对监测和控制数据进行分析并生成分析图表；显示模块5，用于显示所有监测和控制数据以及相应的分析图表。
在实际应用中，所述分析模块获取监测模块中的熔化参数数据和控制模块中的控制参数数据，进行储存后进行分析生成分析图表和曲线。
在实际应用中，分析图表和曲线可辅助用户对熔炼过程进行分析，便于之后对熔炼的具体调整。
在实际应用中，所述显示模块将分析模块中储存的数据以及生成的分析图表和曲线在终端展示给用户。
在实际应用中，真空自耗电弧重熔炉具体实施中需要以下事项：
深坑四周相应位置必须要安装护栏、扶手等保护装置。
要保持工作区域很好的照明，并且保持没有渣屑、水、油及障碍物等。
要阅读设备上的警告标语。
遵守设备的安全需知。
必须使用机械联锁装置。
不要完全依赖保护联锁装置。
不要完全依靠电动和气动系统的安全阀，失压将引起设备意外的倾斜、移动。
开门前或进入设备前确保电源开关处在断开状态。
不确定主断路器开/关状态和关闭主开关前不能进入结晶器和变压器柜。
当打开柜门时，不要依靠联锁装置来断电。
当测试高压设备时不要独自工作。
当高压工作时，注意不要接触任何可产生对地电流的装置。
当电极提升下降、炉头回转、电极夹紧或松弛时，要保证操作流畅有序和足够的运动空间。
如果报警器发出声音，要确保操作人员能够听到报警声。
以防出现紧急状况，现场需要保持有两个通道畅通来撤退人员。
如果报警响起或出现不寻常现象(隆隆声、巨响、打弧等)要确保操作人员和其他人员能够迅速撤离，紧接着进入公司紧急处理程序。
检查可能引起危险的任何情况。
迅速地处理溢出和泄漏情况。
深坑下面必须安装有气体报警设备和换气设备，确保有限空间内无有毒气体并且氧气含量正常。
实施例二
如图2和图3所示，一种真空自耗电弧重熔炉的控制系统，所述控制系统包括：
监测模块1，用于检测电弧重熔炉中的熔炼状态并获取相关参数；
控制模块，包括熔滴控制单元2和熔速控制单元3；
所述熔滴控制单元，用于以熔滴的平均频率为依据对电弧弧长进行调整；
所述熔速控制单元，用于通过调节电极电流来控制熔速；
在实际应用中，所述监测模块获取的参数包括电极电流值、当前熔速值和熔滴的平均频率。
在实际应用中，所述熔速控制单元根据工艺设定的熔速通过PID环调节自耗电极的电流的变化率来控制熔速。
在实际应用中，所述调节自耗电极的电流的变化率具体可为：熔速控制单元通过调节导电料杆的移动速度来控制电弧弧长进而调节自耗电极的电流的变化率。
在实际应用中，通过PID环可以控制导电料杆的移动速度，进而控制电弧弧长，从而对电极电流进行调节。
在实际应用中，当输入的熔炼电流值恒定时，调节电弧弧长即可调节弧电压，调节弧电压即可调节自耗电极的电流的变化率。
在实际应用中，自耗电极的电流的变化率与熔速成正比。
在实际应用中，熔速控制单元具体通过料杆驱动装置来控制料杆，料杆驱动装置是用来提升和下降料杆和电极的，非熔炼期间料杆驱动可以实现快速或慢速移动。电极重量是由一位于中央的悬浮的料杆支撑的，该悬浮料杆中心是带水冷的，并且它是直接连在一个低摩擦力滚珠丝杆驱动系统上的。料杆的下端面上是假电极自动夹紧装置，该装置实现了假电极的快速夹紧松开，并且使料杆和假电极之间实现了良好的电气连接。
在实际应用中，所述熔滴控制单元实时获取监测模块监测的熔滴的平均频率，并以此为依据对电弧弧长进行微调。
在实际应用中，所述对电弧弧长进行微调具体为：熔滴控制单元将微调信息发送至熔速控制单元，调节导电料杆的移动速度对电弧弧长进行微调。
在实际应用中，为保证熔炼产品的质量，需要严格控制熔炼过程中产生的熔滴大小，熔炼的不同金属对于产生的熔滴的要求也不尽相同。
在实际应用中，熔炼过程中会产生大量金属熔滴，金属熔滴会造成瞬间短路，监测模块不间断地监测金属熔滴所产生的瞬间短路过程，所产生的熔滴将可以分成15类，不同大小的熔滴代表的是不同的弧长，熔炼不同的金属需要不同大小的熔滴，因此可以以熔滴的平均频率为依据对电弧弧长进行微调，直至符合熔炼的熔滴特征要求。
在实际应用中，PID环控制如图2所示，首先根据工艺设定的熔速要求计算出所需的电极电流，根据电极电流计算出所需电弧的弧长，根据该电弧弧长计算出所需的料杆的基本速度；熔速控制单元使用该基本速度驱动料杆产生熔滴，监测模块采集熔滴的平均频率发送至熔滴控制单元，熔滴控制单元根据当前熔滴的平均频率和所熔炼金属所需的熔滴特征，将弧长的微调信息反馈至熔速控制单元，熔速控制单元根据该微调信息相应的调节导电料杆的移动速度，调节完成后输出实际电极电流。
在实际应用中，所述控制系统还包括分析模块4，用于对监测和控制数据进行分析并生成分析图表；显示模块5，用于显示所有监测和控制数据以及相应的分析图表。
在实际应用中，所述分析模块获取监测模块中的熔化参数数据和控制模块中的控制参数数据，进行储存后进行分析生成分析图表和曲线。
在实际应用中，分析图表和曲线可辅助用户对熔炼过程进行分析，便于之后对熔炼的具体调整。
在实际应用中，所述显示模块将分析模块中储存的数据以及生成的分析图表和曲线在终端展示给用户。
在实际应用中，所述控制系统还包括还包括人机交互HMI6，用户可通过HMI手动对熔炼过程进行调整。
在实际应用中，人机交互HMI包括手动控制按钮，急停按钮和料杆上下慢速移动按钮。
在实际应用中，如果计算机出现故障，可以通过使用手动操作控制程序来完成剩余部分的熔炼。
旋转手动选择按钮到手动模式来启动手动控制完成熔炼。进行下一炉熔炼之前，要把选择按钮切换到自动模式。
手动模式具体为：
使用电压/电阻增加/减少按钮来增加或减少电压或电阻设定值。
电压或电阻模式的选择将取决于开关切换前自动控制时的模式状态。
电压或电阻每次通过按按钮来以固定值增加或减少，如果该按钮一直被压着，这个设定值将以每2秒频率进行固定值调整，设定值步长可在自动熔炼设置菜单中设置。
使用电流增加/减小按钮来增加/或减少电流设定值。
在实际应用中，急停按钮主要是用来处理紧急情况时使用的，例如将要发生设备损坏或者人身伤害时，它不是用来进行设备的正常关停。本急停设备应该通过另一标准程序控制系统，可以强行关闭设备。
在实际应用中，料杆上下慢速移动按钮可在熔炼模式下或对料杆位置作微小调整时使用，当按下按钮后，料杆将以150mm/Min慢速地上升或下降，当按钮被放开后，料杆将恢复到控制系统自动控制。
在实际应用中，真空自耗电弧重熔炉具体实施中需要以下事项：
深坑四周相应位置必须要安装护栏、扶手等保护装置。
要保持工作区域很好的照明，并且保持没有渣屑、水、油及障碍物等。
要阅读设备上的警告标语。
遵守设备的安全需知。
必须使用机械联锁装置。
不要完全依赖保护联锁装置。
不要完全依靠电动和气动系统的安全阀，失压将引起设备意外的倾斜、移动。
开门前或进入设备前确保电源开关处在断开状态。
不确定主断路器开/关状态和关闭主开关前不能进入结晶器和变压器柜。
当打开柜门时，不要依靠联锁装置来断电。
当测试高压设备时不要独自工作。
当高压工作时，注意不要接触任何可产生对地电流的装置。
当电极提升下降、炉头回转、电极夹紧或松弛时，要保证操作流畅有序和足够的运动空间。
如果报警器发出声音，要确保操作人员能够听到报警声。
以防出现紧急状况，现场需要保持有两个通道畅通来撤退人员。
如果报警响起或出现不寻常现象(隆隆声、巨响、打弧等)要确保操作人员和其他人员能够迅速撤离，紧接着进入公司紧急处理程序。
检查可能引起危险的任何情况。
迅速地处理溢出和泄漏情况。
深坑下面必须安装有气体报警设备和换气设备，确保有限空间内无有毒气体并且氧气含量正常。
本发明实施的优点：本发明公开了一种真空自耗电弧重熔炉的控制系统，所述控制系统包括：监测模块，用于检测电弧重熔炉中的熔炼状态并获取相关参数；控制模块，包括熔滴控制单元和熔速控制单元；所述熔滴控制单元，用于以熔滴的平均频率为依据对电弧弧长进行调整；所述熔速控制单元，用于通过调节电极电流来控制熔速。通过熔滴和熔速控制提高产品质量。可以方便的高精度控制和监测操控真空自耗电弧炉，为提高产品产量和质量提供实际操作工具，同时进行数据统计和分析，为产品生产质量的提高提供基础。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种真空自耗电弧重熔炉的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：
监测模块，用于检测电弧重熔炉中的熔炼状态并获取相关参数；
控制模块，包括熔滴控制单元和熔速控制单元；
所述熔滴控制单元，用于以熔滴的平均频率为依据对电弧弧长进行调整；
所述熔速控制单元，用于通过调节电极电流来控制熔速。
2.根据权利要求1所述的真空自耗电弧重熔炉的控制系统，其特征在于，所述监测模块获取的参数包括电极电流值、当前熔速值和熔滴的平均频率。
3.根据权利要求2所述的真空自耗电弧重熔炉的控制系统，其特征在于，所述熔速控制单元根据工艺设定的熔速通过PID环调节自耗电极的电流的变化率来控制熔速。
4.根据权利要求3所述的真空自耗电弧重熔炉的控制系统，其特征在于，所述调节自耗电极的电流的变化率具体可为：熔速控制单元通过调节导电料杆的移动速度来控制电弧弧长进而调节自耗电极的电流的变化率。
5.根据权利要求4所述的真空自耗电弧重熔炉的控制系统，其特征在于，所述熔滴控制单元实时获取监测模块监测的熔滴的平均频率，并以此为依据对电弧弧长进行微调。
6.根据权利要求5所述的真空自耗电弧重熔炉的控制系统，其特征在于，所述对电弧弧长进行微调具体为：熔滴控制单元将微调信息发送至熔速控制单元，调节导电料杆的移动速度对电弧弧长进行微调。
7.根据权利要求1所述的真空自耗电弧重熔炉的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括分析模块，用于对监测和控制数据进行分析并生成分析图表；显示模块，用于显示所有监测和控制数据以及相应的分析图表。
8.根据权利要求7所述的真空自耗电弧重熔炉的控制系统，其特征在于，所述分析模块获取监测模块中的熔化参数数据和控制模块中的控制参数数据，进行储存后进行分析生成分析图表和曲线。
9.根据权利要求8所述的真空自耗电弧重熔炉的控制系统，其特征在于，所述显示模块将分析模块中储存的数据以及生成的分析图表和曲线在终端展示给用户。
10.根据权利要求1所述的真空自耗电弧重熔炉的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括还包括人机交互HMI，用户可通过HMI手动对熔炼过程进行调整。
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