CN112533347A - 一种等离子体电极控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种等离子体电极控制装置及方法，包括容器，容器的第一侧与第二侧镜像对称布置；容器的第一侧设置有碳电极，容器内靠近碳电极处设置有的压力检测装置和温度检测装置，碳电极连接有滤波绝缘件，滤波绝缘件连接有绝缘连接装置，绝缘连接装置连接有拉伸装置，拉伸装置底部设置有称重装置；两个碳电极之间设置有电压变送器，拉伸装置连接有控制单元，控制单元连接有处理单元和电压变送器，处理单元连接压力检测装置、温度检测装置和称重装置。本发明能够在碳电极工作过程中动态调整正负电极之间的距离，调整过程中以微米进行调整，提高各部件控制精度，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

一种等离子体电极控制装置及方法

技术领域

本发明涉及等离子体设备领域，具体来说，涉及一种等离子体电极控制装置及方法。

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。随之而来对氢等离子体煤制乙炔等离子体碳电极的控制方法和精确度，成为又一大挑战。

目前，市场上亟需一种能保护环境，降低消耗，推动过程精确，及时预判故障，智能动作碳电极，提高煤粉裂解气的等离子体电极智能控制反馈系统。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种等离子体电极控制装置及方法，能够解决上述问题。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种等离子体电极控制装置，包括容器，所述容器的第一侧与第二侧镜像对称布置；所述容器的第一侧设置有碳电极，所述容器内靠近所述碳电极处设置有的压力检测装置和温度检测装置，所述碳电极连接有滤波绝缘件，所述滤波绝缘件连接有绝缘连接装置，所述绝缘连接装置连接有拉伸装置，所述拉伸装置底部设置有称重装置；两个所述碳电极之间设置有电压变送器，所述拉伸装置连接有控制单元，所述控制单元连接有处理单元和电压变送器，所述处理单元连接所述压力检测装置、所述温度检测装置和所述称重装置。

进一步的，所述拉伸装置包括伺服电机，所述伺服电机的输出端连接有一级拉伸部件，所述一级拉伸部件连接有二级拉伸部件，所述一级拉伸部件通过传动辅助装置连接有二级拉伸部件；所述伺服电机连接所述控制单元，所述二级拉伸部件连接所述绝缘连接装置。

进一步的，所述电压变送器串联有滤波器。

进一步的，其特征在于，所述伺服电机通过断路器与所述控制单元连接。

进一步的，其特征在于，所述绝缘连接装置包括电绝缘陶瓷隔离部件、绝缘芳纶部件、绝缘油隔离部件中的一种或多种。

进一步的，其特征在于，两个所述碳电极呈棒状且位于一条轴线上。

一种如上述任一项所述的等离子体电极装置的控制方法，包括步骤：

S1电压变送器检测两个电极之间的电压，向处理单元输送预判信号；

S2压力检测装置向处理单元输送检测信号，温度检测装置向处理单元输送检测信号；

S3处理单元接收电压变送器的指示信号、接收温度检测装置信号、接收压力检测装置信号，并依据指示信号判定两个电极是否接触，判定接触后，向控制单元传输预判信号指示，控制单元经过分析核实后，控制拉伸装置带动电极动作，控制电极接通和切断电源。

进一步的，步骤S3中所述控制拉伸装置带动电极动作具体包括：

拉伸装置驱动两个碳电极同时相对或背向移动，或只驱动单个碳电极移动。

本发明的有益效果：本发明能够在碳电极工作过程中动态调整正负电极之间的距离，调整过程中以微米进行调整，提高各部件控制精度，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

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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是等离子体电极控制装置的结构示意图；

图2是等离子体电极控制装置的电气连接示意图。

图中：1.容器，2.压力检测装置，3.温度检测装置，4.碳电极，5.滤波绝缘件，6.绝缘连接装置，7.一级拉伸装置，8.传动辅助装置，9.二级拉伸装置，10.伺服电机，11.称重装置，12.控制单元，13.处理单元，14.电压变送器，15.滤波器，16.断路器。

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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，根据本发明实施例所述的一种等离子体电极控制装置，该装置包括至少两个用于驱动碳电极4的拉伸装置，拉伸装置中设置有伺服电机10，还包括用于检测两个碳电极4之间电压的电压变送器14，所述伺服电机10连接控制单元12，电压变送器14的检测信号反馈至控制单元12，控制单元12再将电压变送器14的检测信号反馈至处理单元13，压力检测装置2的检测信号反馈至处理单元13，温度检测装置3的检测信号反馈至处理单元13，处理单元13分析各数值后对控制单元12发出指示信号，控制单元12根据处理单元13分析后的指示信号控制所述伺服电机10运转。

通常等离子体碳电极4成对设置，即正极和负极成对出现，设置为电极一对，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，都可以实现碳电极之间距离的变化和控制。拉伸装置通常与电极相连接，便于直接控制电极的移动。本发明公开述及的拉伸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、机械运动设备等等。

作为碳电极4与拉伸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，碳电极4正极末端和负极末端必须形成直线状态，而且，通常需要设置成电绝缘状态，确保电极拉伸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，可以在拉伸装置与电极之间设置电绝缘陶瓷隔离部件、绝缘芳纶部件、绝缘油隔离部件或者混合隔离部件。进一步作为优选方案，电绝缘材料的耐温需大于600℃。伺服电机10用于控制拉伸装置的移动，其数量可以跟碳电极4匹配设置，即碳电极4与伺服电机10一一对应，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10。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14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，电压变送器14检测电极之间的电压值，输出指示信号给控制单元12，也可以输出电流值信号给控制单元12，作为控制单元12控制电极移动的指示信号。例如，电压变送器14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，通常设置拉伸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。处理单元13中可以设置可编程控制器，逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等指令，控制单元12中可以设置存储控制程序，执行接收信息、定时，定量、计时、计数等指令，并通过数字或模拟式输入/输出指令控制伺服电机10。

作为一种实施方式，通常处理单元和控制单元对等离子体电极的自动控制通过以下步骤实现：

(1)拉伸装置驱动一个碳电极向另一个碳电极轴向移动，可以驱动两个碳电极同时对向或反向移动；

(2)电压变送器检测两个电极之间的电压，向处理单元输送预判信号；

(3)压力检测装置向处理单元输送测试信号，温度检测装置向处理单元输送测试信号；

(4)处理单元接收电压变送器的指示信号、接收温度检测装置信号、接收压力检测装置信号，并依据指示信号判定两个电极是否接触，判定接触后，向控制单元传输信号指示，控制电极停止移动；

(5)处理单元向控制单元输出指令后，控制单元向电压变送器控制正负电极接通工作电压。

其中，拉伸装置驱动一个碳电极向另一个碳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，由控制单元传送至处理单元，处理单元进行分析和判定后，向控制单元发出相应指令信号，如果判定此距离已经满足电极之间距离的设定值，会向控制单元发出指令后，控制单元向伺服电机发出指令，控制拉伸装置停止移动，同时实现碳电极停止移动。本发明述及的两个碳电极的接触，是指正负两个正负电极相互间隔一定的距离，该距离满足碳电极在相应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固定值。

如果正负碳电极之间距离小于最小值，则处理单元向控制单元输出指令，控制单元会向伺服电机发出指令，控制拉伸装置驱动一个碳电极离开另一个电极，或者驱动两个碳电极同时离开，并检测碳电极之间电压信号，向控制单元输送指示信号，控制单元接受指示信号输送至处理单元，处理单元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最小值，会向控制单元输送相关信号，控制单元向伺服电机发出指令，控制拉伸装置停止移动，同时实现碳电极停止移动。

正负碳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碳电极在相应介质中产生等离子电弧的电压，在该电压下氢等离子体电极处于工作状态，处于工作状态的碳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，因此通过碳电极之间距离的自动控制，能够实现碳电极工作状态的稳定。

本发明公开中，等离子体电极的自动控制方法可以根据预设的数值，处理单元分析各数值后发出相关指令，控制一个碳电极向另一个碳电极移动。通常所述的数值，是指各部件检测数值，也可以设置其为周期性的工艺参数或条件，便于对碳电极的检测和控制即可。通常，碳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，进而在处理单元中预设此消耗规律的数值，设定碳电极移动的规律，例如检测到相应数值碳电极的移动时间、移动距离。

进一步，还可以预测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，进而通过在处理单元设定数值，在控制单元中预设控制信号，在碳电极消耗完毕前，对电极消耗状况作出预警，具体方法为：设定消耗门限01-100为电极长度，n为100-10000)，电极总长度为n，电极消耗速度为v，当消耗长度低于70时，进行间断提醒，当低于50，进行连续提醒，当低于30时，碳电极停止运动。也可根据情况设定消耗门限。

本发明公开实施方式述及的控制方法，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碳电极之间电压的变化控制碳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为发明公开的一种等离子体电极控制装置的结构示意图，碳电极4与滤波绝缘件5相连接，滤波绝缘件5通过绝缘连接装置6连接，绝缘连接装置6与一级拉伸装置7相连，一级拉伸装置7与二级拉伸装置9连接，一级拉伸装置7和二级拉伸装置9与伺服电机10相连接，二级拉伸装置底部设置称重装置11，传动辅助装置8设置在一级拉伸装置7和二级拉伸装置9上，伺服电机10带动二级拉伸装置9运动，二级拉伸装置9通过传动辅助装置8带动一级拉伸装置7，一级拉伸装置7通过绝缘连接装置6将动能传输到滤波绝缘件5带动碳电极4动作，伺服电机10根据控制单元的指令，控制一级拉伸装置7和二级拉伸装置9进行拉伸运动，进而通过绝缘连接装置6控制滤波绝缘件5拉伸运动，滤波绝缘件5与碳电极4相连接控制拉伸运动，最终实现单侧碳电极4的运动。同理，可以实现另一侧碳电极的控制。容器1设置压力检测装置2，在碳电极4活动区域附近检测实时压力，向处理单元输送检测信号，容器1设置温度检测装置3，在碳电极4活动区域附近检测实时温度，向处理单元输送检测信号，二级拉伸装置9底部设置称重装置11，称重装置11检测实时重量，向处理单元13输送检测信号，处理单元13根据接收信号分析后向控制单元12输出相应信号，控制单元12根据接收的指令信号向伺服电机10输送相应指令，从而达到精确控制碳电极移动。

图2为本发明公开的等离子体电极控制装置的电气连接示意图，右侧碳电极4为阳极，左侧碳电极4为阴极，碳电极4前端分别设置温度检测装置3和压力检测装置2，温度检测装置3和压力检测装置2与处理单元13硬线连接，向处理单元12输送实时检测信号，阳极和阴极分别与拉伸装置丝扣连接固定，拉伸装置内设置有伺服电机10，拉伸装置底部还设置有称重装置11，称重装置11与处理单元12连接，向处理单元12输送实时检测信号，伺服电机10通过齿轮传动控制拉伸装置的移动，进而实现对碳电极4的移动的控制；伺服电机10通过断路器16与控制单元12硬线连接，根据检测电压起到保护作用，电压变送器14与正极和负极硬线连接，实时检测电压信号，电压变送装器14还与滤波器15和控制单元12相连，电压变送器14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12，控制单元12接收到信号检测判断后可发出切断电源指令。控制单元12与处理单元13硬线连接，控制单元12将电流信号传输至处理单元13，温度检测装置3、压力检测装置2和称重装置11的信号传输至处理单元13，处理单元13根据接受的信号分析后判定两个电极之间的距离，向控制单元12输送相应判断信号，控制单元12检测核对后向伺服电机10发出指令：两个碳电极4相向移动减小距离，或者两个碳电极4背向移动增大距离，或者一个碳电极4单向移动增大距离或者减少距离，或者两个碳电极4保持不动维持距离不变。控制单元12接收到异常信号检测判断后可发出切断电源指令。

本发明公开的等离子体电极控制装置和方法，能够在碳电极工作过程中调整正负电极之间的距离，确保碳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的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种等离子体电极控制装置，包括容器（1），其特征在于，所述容器（1）的第一侧与第二侧镜像对称布置；所述容器（1）的第一侧设置有碳电极（4），所述容器（1）内靠近所述碳电极（4）处设置有的压力检测装置（2）和温度检测装置（3），所述碳电极（4）连接有滤波绝缘件（5），所述滤波绝缘件（5）连接有绝缘连接装置（6），所述绝缘连接装置（6）连接有拉伸装置，所述拉伸装置底部设置有称重装置（11）；两个所述碳电极（4）之间设置有电压变送器（14），所述拉伸装置连接有控制单元（12），所述控制单元（12）连接有处理单元（13）和电压变送器（14），所述处理单元（13）连接所述压力检测装置（2）、所述温度检测装置（3）和所述称重装置（11）。

2.根据权利要求1所述的等离子体电极控制装置，其特征在于，所述拉伸装置包括伺服电机（10），所述伺服电机（10）的输出端连接有一级拉伸部件（7），所述一级拉伸部件（7）连接有二级拉伸部件（9），所述一级拉伸部件（7）通过传动辅助装置（8）连接有二级拉伸部件（9）；所述伺服电机（10）连接所述控制单元（12），所述二级拉伸部件（9）连接所述绝缘连接装置（6）。

3.根据权利要求1所述的等离子体电极控制装置，其特征在于，所述电压变送器（14）串联有滤波器（15）。

4.根据权利要求1所述的等离子体电极控制装置，其特征在于，所述伺服电机（10）通过断路器（16）与所述控制单元（12）连接。

5.根据权利要求1所述的等离子体电极控制装置，其特征在于，所述绝缘连接装置包括电绝缘陶瓷隔离部件、绝缘芳纶部件、绝缘油隔离部件中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的等离子体电极控制装置，其特征在于，两个所述碳电极（4）呈柱体且位于一条轴线上。

7.一种如权利要求1-5任一项所述的等离子体电极装置的控制方法，其特征在于，包括步骤：

S1电压变送器检测两个电极之间的电压，向处理单元输送预判信号；

S2压力检测装置向处理单元输送检测信号，温度检测装置向处理单元输送检测信号；

S3处理单元接收电压变送器的指示信号、接收温度检测装置信号、接收压力检测装置信号，并依据指示信号判定两个电极是否接触，判定接触后，向控制单元传输预判信号指示，控制单元经过分析核实后，控制拉伸装置带动电极动作，控制电极接通和切断电源。

8.根据权利要求1所述的等离子体电极控制装置，其特征在于，步骤S3中所述控制拉伸装置带动电极动作具体包括：

拉伸装置驱动两个碳电极同时相对或背向移动，或只驱动单个碳电极移动。

Images