CN1410737A - 垂熔炉仿真监控系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

垂熔炉仿真监控系统及其控制方法，由上位机的FIX系列组态软件将采样电压电流数据写入数据库，作出趋势图和仿真图，与从各按钮、节点等数字量一起在相应的图标上以颜色或动作或形态仿真，以配方表的形式输入工艺、历史数据以图表的形式保存至存储器；同时，还根据采样数据对各垂熔炉的工作进行故障诊断，确定并指示故障点，启动报警程序；显示升、降温趋势图，并根据输入的调整参数控制升温和降温曲线斜率；消除电流、电压模块温度飘移对于控制过程的影响，调整升温、降温曲线斜率。可以节约能源，大大提高效率，提高安全保障。

Description

垂熔炉仿真监控系统及其控制方法
发明领域
本发明涉及一种垂熔炉的监控系统，特别是硬质合金行业垂熔炉的计算机仿真监控系统，更具体地说来，涉及到钨钼条垂熔炉的仿真监控系统。
背景技术
钨钼条在硬质合金行业有相当重要的地位，它是用垂熔机熔炼而成的，其产品产量和质量直接受控制软件的影响。随着计算机控制技术的发展，原来的工业过程控制中的以下缺点日渐突出：
(1)操作者不能通过显示屏观察到炉体内的工作情况。(2)工艺不能自动寻优。(3)历史工作情况不明。(4)缺少必要的统计功能。(5)设备异常缺少自诊断功能。(6)下微机PLC梯形图连锁不可靠。(7)电流、电压模块温飘影响控制精度。(8)缺少网络通讯功能，亟需采用新的监控手段。
技术内容
本发明的目的在于通过改造现有垂炉机控制系统，达到工艺自动寻优；工艺自动跟踪；设备故障自诊断；历史数据提供质量事故分析素材；提供必要的生产统计数据；提供设备各部件及产品实时工作情况；克服电流、电压模块温飘，提高控制精度；具有网络通讯等功能。其内容如下：
以一个包括六台垂熔机的系统为例：各单个垂熔机的励磁变压器和磁性变压器在三相全控桥的控制下，即时调节垂熔炉的电压、电流参数；同时垂熔炉中钨钼条两端的电压、电流参数经互感器采样后经可编程控制器(PLC)数据处理后由数据通信送至上位机，同时，上位机的参数调节指令经数据通信口输入至4个可编程控制器(PLC1-4)，由PLC1-4通过控制总线控制三相全控桥。上位机还具有与网络通讯的接口。
本发明的垂熔炉仿真监控系统控制方法包括如下步骤：
步骤1、上位机根据输入的初始工艺参数，启动垂熔炉；
步骤2、可编程逻辑控制器PLC1-4将来自互感器的电流、电压采样数据进行A/D转换，电流调节器调节输出，同时采样各按钮、节点等数字量，经RS-232串行口提供给上位机；
步骤3、上位机的FIX系列组态软件将采样电压电流数据写入数据库，作出趋势图和仿真图，与从各按钮、节点等数字量一起在相应的图标上以颜色或动作或形态仿真，以配方表的形式输入工艺、历史数据以图表的形式保存至存储器；
同时，还根据采样数据对各垂熔炉的工作进行故障诊断，确定并指示故障点，启动报警程序；
步骤4、显示升、降温趋势图，并根据输入的调整参数控制升温和降温曲线斜率；
步骤5、消除电流、电压模块温度飘移对于控制过程的影响，调整升温、降温曲线斜率。
附图说明
图1为本发明系统安装结构示意图；
图2为系统工作主要流程图。
具体实施方式
如图1-2，系统包括六台垂熔机，各单个垂熔机的励磁变压器和磁性变压器在三相全控桥的控制下，即时调节垂熔炉的电压、电流参数；同时垂熔炉中钨钼条两端的电压、电流参数经互感器采样后经可编程控制器(PLC)数据处理后由数据通信送至上位机，同时，上位机的参数调节指令经数据通信口输入至4个可编程控制器(PLC1-4)，由PLC1-4通过控制总线控制三相全控桥。上位机还具有与网络通讯的接口。
本发明的垂熔炉仿真监控系统控制方法包括如下步骤：
步骤1、上位机根据输入的初始工艺参数，启动垂熔炉；
步骤2、可编程逻辑控制器PLC1-4将来自互感器的电流、电压采样数据进行A/D转换，电流调节器调节输出，同时采样各按钮、节点等数字量，经RS-232串行口提供给上位机；
步骤3、上位机的FIX系列组态软件将采样电压电流数据写入数据库，作出趋势图和仿真图，与从各按钮、节点等数字量一起在相应的图标上以颜色或动作或形态仿真，以配方表的形式输入工艺、历史数据以图表的形式保存至存储器；
同时，还根据采样数据对各垂熔炉的工作进行故障诊断，确定并指示故障点，启动报警程序；
步骤4、显示升、降温趋势图，并根据输入的调整参数控制升温和降温曲线斜率；
步骤5、消除电流、电压模块温度飘移对于控制过程的影响，调整升温、降温曲线斜率。
其中所述的组态软件为International公司的FIX6.1组态软件；
所述历史数据包括各熔炉各阶段的电流、垂熔时间等参数；
所述故障诊断包括1、故障断电自动冷却记时，防止操作者卸料时放炮及烫伤，2、冷却期间不许送电，防止操作者在产品冷却期间误送电，3、冷却到时图标提示，提供操作者卸料的确切信号，4、故障断电锁定工艺，处理完故障按一定升温速率接工艺烧结，5、对采样的电流、电压模拟量进行数据滤波，并实行上限。
控制温飘，调整升温、降温曲线斜率：将上一炉上电升温前的瞬间，电流模块的采样值减去断电冷却后的电流模块采样值，同时将该差值输入至电流调节器控制参数值，从而达到提高精度的目的。在送电瞬间采样电流模块值I(a)，门栏电流I(m)＝采样电流值+20，门栏电压V(m)＝V(a)+20，20为单炉模块最大温飘值，门栏电流I(m)为判断垂熔机断流的标志电流。
垂熔机内充满氢气，易燃易爆，对操作者和设备的安全要求甚高，而这些安全的保障除了操作者应具有良好的工作素质外，实时监控的软件、硬件必须具备严密的逻辑连锁。
输入产品熔炼多段(1、电流，T、时间)工艺，由于输入的工艺电流为阶跃，容易产生控制上的电流超调，造成钨钼条在熔炼过程中急剧收缩而断裂，本软件会自动将工艺调整升温、降温斜率。
垂熔机开启后，将六台垂熔机的工作电流、电压及励磁电流，按扭的开启情况等采样进入下微机PLC，通过梯形图的连锁控制，发出上位机的COM1、COM2、COM3、COM4串行通讯接口写入过程数据库，从而建立了上微机编程监控的资源，将控制对象依据适当的比例制作对应的图标，依据数据库采样的数据，调用Fix6.1各种功能块，以图标的形式摸拟仿真对象的各种动作及状态。操作者只要观察显示屏就知道垂熔机炉内、炉外的各个控件的工作情况，便于操作与维护。
大家知道，硬质合金在制定工艺之前要做大量的试验工作，而试验过程大量的数据是无法用手工来统计的，数据是海量的。每一批产品由于不同的掺杂程度，导致临界收缩点所处的位置不同，临界过熔点位置也不同，我们以基本的钨钼条烧结阻抗变化曲线为例来讨论垂熔机计算机仿真监控系统在制定工艺上的作用。
钨钼条在熔炼的过程中阻抗是非线性变化的，反应到合金的结构上钨钼条的收缩或密度的变化，钨钼条掺杂程度不同，临界收缩点所处的位置不同，临界过熔点位置也不同，如何快速找到掺杂程度不同的钨钼条这两个临界点，成为确定最佳烧结工艺的关键。因为我们知道临界收缩点，就知道该怎样安排预烧的工艺(电流，t时间)及档位，根据需要调整阻抗变化的速率，来满足用户对于产品的要求。另一方面，我们知道临界过熔点，就知道该怎样安排高温烧结的工艺(l电流，t时间)，因为高温烧结的时间过长会使合金的晶粒变大，影响产品的质量，同时造成能源不必要的浪费。使产品的成本过高失去市场的竞争力。这些都是以往垂熔机控制系统做不到的。
在新编写的垂熔机计算机仿真监控软件中，依据FIX趋势图模块功能，能成功地找到每一批产品的配方的极值点，使得在保证合金质量的前提下，尽可能地缩短冶炼时间。从而达到了节约能源的目的，提高了设备的产能。单这一项就能使一年节约数十万的能源，同样是这六台垂熔机一年可提高产量十几吨。
在安全方面软件上做了大量的保护：1、故障断电自动冷却记时，防止操作者卸料时放炮及烫伤，2、冷却期间不许送电，防止操作者在产品冷却期间误送电，3、冷却到时图标提示，提供操作者卸料的确切信号，4、故障断电锁定工艺，处理完故障按一定升温速率接工艺烧结，5、对采样的电流、电压模拟量进行数据滤波，并实行上限。
设备一旦发生故障，由于六台垂熔机是采用的计算机群控，接线端子较为复杂，如果不能使用计算机自诊断，势必造成维修维护的困难，我考虑到此种因素，将采样进来的数据进行分析、判断，将故障可能的情况提示在显示屏上，维修人员看到提示的故障位置、线号可立即找到对应的点进行更换和检修。请参阅《仿真监测部分》运行状态画面。
当产品一旦发生质量问题，可依靠熔炼的历史数据进行分析造成质量问题的原因，历史数据记录了前两个月的产量、熔炼情况，从而对产品生产的全过程进行了跟踪，为工艺提供可靠的依据与保证，软件还对当天的工作情况进行了统计，使手工统计为计算机统计。
上位机操作系统采用的WIndows·Me，具有网络功能，人们只要接通网络就能了解垂熔机的当时或历史的工作情况，便于管理，达到国际先进水平。事物总是发展的，计算机软件是需要在一段时间进行升级与更新的，才能使软件日趋完善。
使用该控制系统后，生产一炉料的时间比以往缩短了2分钟，节约用电3度。

Claims (5)

1、垂熔炉仿真监控系统及其控制方法，系统包括若干台垂熔机，各单个垂熔机的励磁变压器和磁性变压器在三相全控桥的控制下，即时调节垂熔炉的电压、电流参数；同时垂熔炉中钨钼条两端的电压、电流参数经互感器采样后经可编程控制器(PLC)数据处理后由数据通信送至上位机，同时，上位机的参数调节指令经数据通信口输入至4个可编程控制器PLC1-4，由PLC1-4通过控制总线控制三相全控桥；上位机还具有与网络通讯的接口；其特征在于：包括如下工作步骤：
步骤1、所述上位机根据输入的初始工艺参数，启动垂熔炉；
步骤2、所述可编程逻辑控制器PLC1-4将来自互感器的电流、电压采样数据进行A/D转换，电流调节器调节输出，同时采样各按钮、节点等数字量，经RS-232串行口提供给上位机；
步骤3、所述上位机的FIX系列组态软件将采样电压电流数据写入数据库，作出趋势图和仿真图，与从各按钮、节点等数字量一起在相应的图标上以颜色或动作或形态仿真，以配方表的形式输入工艺、历史数据以图表的形式保存至存储器；
同时，还根据采样数据对各垂熔炉的工作进行故障诊断，确定并指示故障点，启动报警程序；
步骤4、显示升、降温趋势图，并根据输入的调整参数控制升温和降温曲线斜率；
步骤5、消除电流、电压模块温度飘移对于控制过程的影响，调整升温、降温曲线斜率。
2、如权利要求1的垂熔炉仿真监控系统及其控制方法，其特征在于所述的组态软件为International公司的FIX6.1组态软件。
3、如权利要求1的垂熔炉仿真监控系统及其控制方法，其特征在于所述历史数据包括各熔炉各阶段的电流、垂熔时间等参数。
4、如权利要求1的垂熔炉仿真监控系统及其控制方法，其特征在于所述所述故障诊断包括故障断电自动冷却记时，防止操作者卸料时放炮及烫伤；防止操作者在产品冷却期间误送电；冷却到时图标提示，提供操作者卸料的确切信号；故障断电锁定工艺，处理完故障按一定升温速率接工艺烧结；对采样的电流、电压模拟量进行数据滤波，并实行上限。
5、如权利要求1的垂熔炉仿真监控系统及其控制方法，其特征在于所述控制温飘，调整升温、降温曲线斜率的方法如下：将上一炉上电升温前的瞬间，电流模块的采样值减去断电冷却后的电流模块采样值，同时将该差值输入至电流调节器控制参数值，从而达到提高精度的目的；在送电瞬间采样电流模块值I(a)，门栏电流I(m)＝采样电流值+20，门栏电压V(m)＝V(a)+20，20为单炉模块最大温飘值，门栏电流I(m)为判断垂熔机断流的标志电流。
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