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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201310430892.4(22)申请日 2013.09.20F27B 3/28(2006.01)(71)申请人西安扩力机电科技有限公司地址 710075 陕西省西安市高新区高新路80号望庭国际3号楼4层(72)发明人周晓丽(74)专利代理机构西安创知专利事务所 61213代理人谭文琰(54) 发明名称一种真空自耗电弧炉控制系统(57) 摘要本发明公开了一种真空自耗电弧炉控制系统，包括上位机、下位机、自耗电极熔速检测单元、功率检测单元、电弧电流调节单元和自耗电极升降控制单元；所述上位机和下位机之间连接有接口网络，所述接口网络由通讯卡和通。
2、讯接口串接而成。本发明结构简单、安装布设方便、投入成本低，通过调用Prodave软件包的动态链接库实现上位机与下位机之间的通讯，数据传送速度快，准确率高；熔炼过程中可生成实时图表与动画显示，并形成历时数据库供用户查询；同时上位机可根据历史数据自动优化熔炼工艺参数，实现了对电弧炉的全自动控制，能有效解决现有控制系统设备故障率高、维护量大、产品质量不稳定，受人为因素影响较大等问题。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书3页 附图1页(10)申请公布号 CN 104457216 A(43)申请公布日 2015.03.25CN 104457。
3、216 A1/1页21.一种真空自耗电弧炉控制系统，其特征在于：包括上位机（1）、下位机（2）、自耗电极熔速检测单元、功率检测单元、电弧电流调节单元和自耗电极升降控制单元；所述上位机（1）和下位机（2）之间连接有接口网络，所述接口网络由通讯卡（3）和通讯接口（4）串接而成；所述自耗电极熔速检测单元包括对自耗电极（5）顶端的温度进行实时检测的温度传感器（6）、对自耗电极（5）顶端的热流进行实时检测的热流传感器（7）、分别与温度传感器（6）和热流传感器（7）相接的滤波电路（8）、与滤波电路（8）相接的A/D转换器（9）和根据温度传感器（6）与热流传感器（7）所测得信号得出自耗电极（5）底部熔化后形。
4、成的固液相变界面位置的处理器（10），所述处理器（10）通过无线通讯模块（11）与上位机（1）进行数据传输，所述处理器（10）分别与无线通讯模块（11）和A/D转换器（9）相接；所述功率检测单元包括与自耗电极（5）相接的功率信号采集模块（12）、与功率信号采集模块（12）相接的无功功率补偿模块（13）以及分别与下位机（2）和无功功率补偿模块（13）相接且对无功功率补偿模块（13）进行保护的保护电路（14）；所述电弧电流调节单元包括串接在变压器（15）二次侧的可控硅电源（16）和依次串接在下位机（2）与可控硅电源（16）之间的放大电路（17）和控制电路（18）；所述变压器（15）的一次侧接高压电。
5、源（19），所述可控硅电源（16）与自耗电极（5）相接；所述自耗电极升降控制单元包括与下位机（2）相接的变频器（20）和串接在变频器（20）输出端与自耗电极（5）输入端之间的电极升降电路（21）。2.按照权利要求1所述的一种真空自耗电弧炉控制系统，其特征在于：还包括与上位机（1）相接的告警单元（22）。3.按照权利要求1或2所述的一种真空自耗电弧炉控制系统，其特征在于：所述上位机（1）为计算机。4.按照权利要求1或2所述的一种真空自耗电弧炉控制系统，其特征在于：所述下位机（2）为西门子S7-200PLC。5.按照权利要求1或2所述的一种真空自耗电弧炉控制系统，其特征在于：所述处理器（10）为D。
6、SP处理器。6.按照权利要求1或2所述的一种真空自耗电弧炉控制系统，其特征在于：所述通讯卡（3）为西门子CP5711卡。权 利 要 求 书CN 104457216 A1/3页3一种真空自耗电弧炉控制系统技术领域0001 本发明涉及自动控制技术领域，尤其是涉及一种真空自耗电弧炉控制系统。背景技术0002 真空自耗电弧炉是钛及钛合金等稀有金属冶炼过程中的关键设备，虽然我国在钛及钛合金冶炼领域取得了一定的成就，但是其产品总体质量偏低，容量小、能耗高，要想得到高品质的产品主要靠进口国外生产设备甚至产品，其代价高、受制约大。针对真空自耗电弧炉熔炼过程中数据传输量大、现场设备分散、熔炼过程复杂、信号干扰强。
7、等特点，应用先进的控制系统结构，解决设备存在的问题，提高系统控制效率及控制精度已迫在眉睫。0003 真空自耗电弧熔炼控制中，自耗电极熔化速度的控制和熔炼功率的控制是两个重要的环节，是提高铸锭质量的关键。现有的真空自耗电弧炉控制系统由于系统构成不合理，难以实现恒熔速、恒功率的控制目的，存在设备故障率高、维护量大、产品质量不稳定，受人为因素影响较大等问题。发明内容0004 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种真空自耗电弧炉控制系统，其结构简单、自动化程度高，工作能够保证自耗电极熔化速度和熔炼功率恒定，有效解决现有控制系统设备故障率高、维护量大、产品质量不稳定，受人为因素影。
8、响较大等问题。0005 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种真空自耗电弧炉控制系统，其特征在于：包括上位机、下位机、自耗电极熔速检测单元、功率检测单元、电弧电流调节单元和自耗电极升降控制单元；所述上位机和下位机之间连接有接口网络，所述接口网络由通讯卡和通讯接口串接而成；所述自耗电极熔速检测单元包括对自耗电极顶端的温度进行实时检测的温度传感器、对自耗电极顶端的热流进行实时检测的热流传感器、分别与温度传感器和热流传感器相接的滤波电路、与滤波电路相接的A/D转换器和根据温度传感器和热流传感器所测得信号得出自耗电极底部熔化后形成的固液相变界面位置的处理器，所述处理器通过无线通讯模块与上位机。
9、进行数据传输，所述处理器分别与无线通讯模块和A/D转换器相接；所述功率检测单元包括与自耗电极相接的功率信号采集模块、与功率信号采集模块相接的无功功率补偿模块以及分别与下位机和无功功率补偿模块相接且对无功功率补偿模块进行保护的保护电路；所述电弧电流调节单元包括串接在变压器二次侧的可控硅电源和依次串接在下位机与可控硅电源之间的放大电路和控制电路；所述变压器的一次侧接高压电源，所述可控硅电源与自耗电极相接；所述自耗电极升降控制单元包括与下位机相接的变频器和串接在变频器输出端与自耗电极输入端之间的电极升降电路。0006 上述一种真空自耗电弧炉控制系统，其特征是：还包括与上位机相接的告警单元。0007 。
10、上述一种真空自耗电弧炉控制系统，其特征是：所述上位机为计算机。0008 上述一种真空自耗电弧炉控制系统，其特征是：所述下位机为西门子S7-200PLC。说 明 书CN 104457216 A2/3页40009 上述一种真空自耗电弧炉控制系统，其特征是：所述处理器为DSP处理器。0010 上述一种真空自耗电弧炉控制系统，其特征是：所述通讯卡为西门子CP5711卡。0011 本发明与现有技术相比具有以下优点:0012 1、结构简单，安装布设方便，投入成本低。0013 2、上位机与下位机之间的数据传送速度快，准确率高。0014 3、对熔炼功率信号和熔化速度信号采集简便、迅速、智能化程度高。0015 。
11、4、熔炼过程中可生成实时图表与动画显示，并形成历时数据库供用户查询；同时上位机可根据历史数据自动优化熔炼工艺参数，实现对电弧炉的全自动控制。0016 综上所述，本发明结构简单、安装布设方便、智能化程度高，工作能够保证自耗电极熔化速度和熔炼功率恒定，有效解决现有控制系统设备故障率高、维护量大、产品质量不稳定，受人为因素影响较大等问题。0017 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。附图说明0018 图1为本发明的电路原理框图。0019 附图标记说明:0020 1上位机； 2下位机； 3通讯卡；0021 4通讯接口； 5自耗电极； 6温度传感器；0022 7热流传感器； 8滤。
12、波电路； 9A/D转换器；0023 10处理器； 11无线通讯模块； 12功率信号采集模块；0024 13无功功率补偿模块；14保护电路； 15变压器；0025 16可控硅电源； 17放大电路； 18控制电路；0026 19高压电源； 20变频器； 21电极升降电路；0027 22告警单元。具体实施方式0028 如图1所示，本发明包括上位机1、下位机2、自耗电极熔速检测单元、功率检测单元、电弧电流调节单元和自耗电极升降控制单元；所述上位机1和下位机2之间连接有接口网络，所述接口网络由通讯卡3和通讯接口4串接而成。所述自耗电极熔速检测单元包括对自耗电极5顶端的温度进行实时检测的温度传感器6、对自。
13、耗电极5顶端的热流进行实时检测的热流传感器7、分别与温度传感器6和热流传感器7相接的滤波电路8、与滤波电路8相接的A/D转换器9和根据温度传感器6和热流传感器7所测得信号得出自耗电极5底部熔化后形成的固液相变界面位置的处理器10，所述处理器10通过无线通讯模块11与上位机1进行数据传输，所述处理器10分别与无线通讯模块11和A/D转换器9相接。所述功率检测单元包括与自耗电极5相接的功率信号采集模块12、与功率信号采集模块12相接的无功功率补偿模块13以及分别与下位机2和无功功率补偿模块13相接且对无功功率补偿模块13进行保护的保护电路14。所述电弧电流调节单元包括串接在变压器15二次侧的可控硅。
14、电源16和依次串接在下位机2与可控硅电源16之间的放大电路17和控制电路18。所述变压器15的一次侧接高压电源19，所述可控硅电源16与自耗电极5相接。所述说 明 书CN 104457216 A3/3页5自耗电极升降控制单元包括与下位机2相接的变频器20和串接在变频器20输出端与自耗电极5输入端之间的电极升降电路21。0029 本实施例中，还包括与上位机1相接的告警单元22。0030 本实施例中，本实施例中，所述上位机1为计算机。0031 本实施例中，所述下位机2为西门子S7-200PLC。0032 本实施例中，所述处理器10为DSP处理器。所述通讯卡3为西门子CP5711卡。0033 所述处理器10根据温度传感器6和热流传感器7所测得信号并采用采用现有的固液相变界面位置计算软件得出自耗电极5底部熔化后形成的固液相变界面位置。其中，所采用的固液相变界面位置计算软件为固液界面跟踪算法或Beckermann和Viskanta的热焓法计算不同无量纲时间的界面位置的算法。0034 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。说 明 书CN 104457216 A1/1页6图1说 明 书 附 图CN 104457216 A。