黃磷電爐智能控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及黃磷生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種黃磷電爐智能控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，黃磷爐自動控制技術(shù)，仍然處于較低水平。眾多企業(yè)停留在人工操作或半自 動狀態(tài)，處于人工看電表操作電極升降、人工目視測量電極長度、人工調(diào)整爐料配比調(diào)節(jié)電 極做功點位置的水平。低水平的自動化應(yīng)用狀況，導(dǎo)致了黃磷爐運行狀況波動較大，產(chǎn)量、 質(zhì)量、爐況經(jīng)常處于大范圍波動中。
[0003] 且黃磷電爐是黃磷冶煉黃磷電爐冶煉企業(yè)的重點熔煉設(shè)備，而電冶煉的電能消耗 十分巨大，在企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)成本中最高可達75%以上。同時，由于人工操作的技術(shù)限制及專 注程度，可能導(dǎo)致黃磷冶煉不是處于最佳工況，造成電能的多余消耗。
[0004] 從上世紀九十年代末期，國內(nèi)就開始致力黃磷冶煉生產(chǎn)中的人工手動操 作自動化設(shè)備的開發(fā)和研制，但傳統(tǒng)自動化裝置在用戶使用過程中存在如下問題： 3：很多自動化裝置僅是對單根電極電流的控制而忽略多根電極的相互作用，使黃磷電爐 電極運動不是完全處于一種平穩(wěn)狀態(tài)，造成多電極頻繁運動，這樣自動化裝置不但不節(jié)能， 甚至可能還比人工操作更耗能；黃磷電爐冶煉的"出渣"不能實現(xiàn)自動化控制，現(xiàn)有自動 化裝置自動化程度實際只占整個黃磷電爐冶煉工藝過程的50%~70%左右；由于沒有考 慮黃磷電爐冶煉環(huán)境對傳統(tǒng)自動化裝置的影響，傳統(tǒng)自動化裝置可靠性都較差，平均無故 障時間不超過三個月，限制了其有效使用時間，也影響企業(yè)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種黃磷電爐智能控制系統(tǒng)，本 系統(tǒng)智能化程度高，大大及降低工人勞動強度，且更節(jié)能，可靠，使用壽命長。
[0006] 本實用新型的技術(shù)方案是：一種黃磷電爐智能控制系統(tǒng)，包括主控計算機、執(zhí)行機 構(gòu)、升降控制系統(tǒng)以及指令輸入模塊，所述主控計算機與執(zhí)行機構(gòu)進行通訊，所述執(zhí)行機構(gòu) 用于采集黃磷爐的電量參數(shù)信號、電極運動狀態(tài)信號、指令輸入狀態(tài)信號、液壓報警狀態(tài)信 號，并將采集到的信號傳遞給主控計算機，所述主控計算機用于接收執(zhí)行機構(gòu)的采集信號， 輸出控制指令給執(zhí)行機構(gòu)，所述執(zhí)行機構(gòu)用于接收主控計算機的控制指令，輸出控制信號 控制升降控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)，控制電極運動方向和速度。
[0007] 所述執(zhí)行機構(gòu)的輸出端連接有異常警告系統(tǒng)，所述異常警告系統(tǒng)用于接收執(zhí)行機 構(gòu)的報警信號，進行異常警告提示。
[0008] 所述升降控制系統(tǒng)包括主控PLC以及多臺矢量變頻器，所述主控PLC用于接收執(zhí) 行機構(gòu)的控制信號，改變矢量變頻器輸出頻率，調(diào)整電極運動方向和速度。
[0009] 所述執(zhí)行機構(gòu)采用可編程邏輯控制器PLC，該可編程邏輯控制器PLC通過RS485總 線與主控計算機進行通訊。
[0010] 所述主控計算機通過工業(yè)以太網(wǎng)與多臺遠程監(jiān)控計算機連接。
[0011] 所述指令輸入模塊包括手動控制六電極升降的開關(guān)、手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)、自動 模式啟動開關(guān)。
[0012] 本實用新型的有益效果是：由于本實用新型的黃磷電爐智能控制系統(tǒng)，包括主控 計算機、執(zhí)行機構(gòu)、升降控制系統(tǒng)以及指令輸入模塊，所述主控計算機與執(zhí)行機構(gòu)進行通 訊，所述執(zhí)行機構(gòu)用于采集黃磷爐的電量參數(shù)信號、電極運動狀態(tài)信號、指令輸入狀態(tài)信 號、液壓報警狀態(tài)信號，并將采集到的信號傳遞給主控計算機，所述主控計算機用于接收執(zhí) 行機構(gòu)的采集信號，輸出控制指令給執(zhí)行機構(gòu)，所述執(zhí)行機構(gòu)用于接收主控計算機的控制 指令，輸出控制信號控制升降控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)，控制電極運動方向和速度。本實用新型 采用主從控制結(jié)構(gòu)，主控制用工業(yè)計算機作為中央控制機，而用工業(yè)級可編程邏輯控制器 作為下位機，完成黃磷電爐冶煉工藝過程的自動化控制所需參數(shù)采集，包括一次電量參數(shù)、 二次電量參數(shù)、電極限位狀態(tài)、液壓系統(tǒng)狀態(tài)、液壓報警狀態(tài)、黃磷爐變壓器報警狀態(tài)等，在 主控計算機與電極控制及電量采樣之間采用可編程邏輯控制器PLC作為智能執(zhí)行機構(gòu)，這 樣，很多執(zhí)行動作和報警控制直接由PLC控制，增強系統(tǒng)可靠性及響應(yīng)實時性，且智能化程 度更高，更節(jié)能。
[0013] 升降控制系統(tǒng)通過變頻器控制電極運動方向和速度，根據(jù)爐況的需要，自動調(diào)節(jié) 電極運動速度，這對于冶煉過程中特別是"出渣"工藝處理是十分必要的，使"出渣"工藝處 理實現(xiàn)智能化。
[0014] 整個系統(tǒng)的電器元件采用密封結(jié)構(gòu)，密封等級最低都達到了 IP54的防護標準，較 好解決了現(xiàn)場污染對電器元件的損壞問題，延長了設(shè)備壽命，傳統(tǒng)的黃磷電爐自控系統(tǒng)平 均無故障時間為三個月，而新型黃磷電爐智能控制系統(tǒng)技術(shù)可達一年以上。
[0015] 本系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)是以工業(yè)特種計算機為控制核心，通過RS485現(xiàn)場總線以高效準 確的專用數(shù)字通訊格式將多個功能模塊連接起來，實現(xiàn)對黃磷爐爐況數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控和對 電極運動的準確控制，拓撲結(jié)構(gòu)為樹形。本系統(tǒng)智能化程度高，大大及降低工人勞動強度， 且更節(jié)能，可靠，有效使用壽命長。
[0016] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】作進一步的說明。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本實用新型的電路原理框圖；
[0018] 圖2a為本實用新型的執(zhí)行機構(gòu)的電源接線及I/O分布示意圖；
[0019] 圖2b為本實用新型的執(zhí)行機構(gòu)的I/O接線示意圖；
[0020] 圖3為本實用新型的升降控制系統(tǒng)的一次回路原理圖；
[0021] 圖4為本實用新型的升降控制系統(tǒng)的液壓控制原理圖。
【具體實施方式】
[0022] 參見圖1至圖4, 一種黃磷電爐智能控制系統(tǒng)，包括主控計算機、執(zhí)行機構(gòu)、升降控 制系統(tǒng)以及指令輸入模塊，所述主控計算機與執(zhí)行機構(gòu)進行通訊，所述執(zhí)行機構(gòu)用于采集 黃磷爐的電量參數(shù)信號、電極運動狀態(tài)信號、指令輸入狀態(tài)信號、液壓系統(tǒng)狀態(tài)信號、液壓 報警狀態(tài)信號，并將采集到的信號傳遞給主控計算機。所述主控計算機用于接收執(zhí)行機構(gòu) 的采集信號，輸出控制指令給執(zhí)行機構(gòu)，所述執(zhí)行機構(gòu)用于接收主控計算機的控制指令，輸 出控制信號控制升降控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)，以及黃磷爐的運行狀態(tài)，所述升降控制系統(tǒng)用 于接收執(zhí)行機構(gòu)的控制信號，控制電極運動方向和速度。所述執(zhí)行機構(gòu)的輸出端連接有異 常警告系統(tǒng)，所述異常警告系統(tǒng)用于接收執(zhí)行機構(gòu)的報警信號，進行異常警告提示。所述主 控計算機通過工業(yè)以太網(wǎng)與多臺遠程監(jiān)控計算機連接，實現(xiàn)黃磷電爐的遠程控制。所述主 控計算機通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器、工業(yè)以太網(wǎng)連接遠程監(jiān)控計算機。
[0023] 參見圖2a和圖2b，所述執(zhí)行機構(gòu)采用可編程邏輯控制器PLC，該執(zhí)行機構(gòu)ZX的輸 入端子分別與指令輸入模塊、電極限位開關(guān)、三個電量傳感器連接，執(zhí)行機構(gòu)的輸出端子與 中間繼電器連接，通過中間繼電器控制各升降閥門的工作狀態(tài)，從而控制電極的升降。與執(zhí) 行機構(gòu)的輸出端連接的中間繼電器還用于控制指示燈的狀態(tài)。這三個電量傳感器分別負責 采集黃磷爐的一次電量參數(shù)，二次一組和二次二組電量參數(shù)?？删幊踢壿嬁刂破鱌LC通過 RS485總線與主控計算機進行通訊。本實施例的執(zhí)行機構(gòu)為一臺工業(yè)PLC (可編程邏輯控 制器)，它受主控計算機的直接控制，它負責收集黃磷爐的所有數(shù)據(jù)，包括整個黃磷爐的電 量參數(shù)、電極運動狀態(tài)、手動指令輸入、升降控制系統(tǒng)狀態(tài)等，經(jīng)整理之后通過RS485總線 發(fā)送給主控計算機，計算機得到數(shù)據(jù)后通過計算并參考人工冶煉專家數(shù)據(jù)庫，得出最佳的 控制指令后回傳給執(zhí)行機構(gòu)。執(zhí)行機構(gòu)得到計算機的命令后，即按照命令執(zhí)行相應(yīng)的動作， 從數(shù)據(jù)收集到最后命令的執(zhí)行輸出，最大延時小于80ms。執(zhí)行機構(gòu)和計算機之間的通訊設(shè) 置有看門狗程序，當通訊斷開后，執(zhí)行器會在200ms內(nèi)停止所有正在執(zhí)行的命令，計算機監(jiān) 視器以閃爍形式顯示"通訊故障"的紅色字樣提示操作人員系統(tǒng)異常，此時系統(tǒng)仍然具有手 動操作功能，可最大限度的保證設(shè)備連續(xù)運行。
[0024] 所述指令輸入模塊包括手動控制六電極升降的開關(guān)、手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)、自動 模式啟動開關(guān)。所述手動控制六電極升降的開關(guān)、手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)、自動模式啟動開關(guān) 均是在在操作臺上。操作臺中間12個蘑菇頭按鈕為手動控制六電極升降的帶燈按鈕，當系 統(tǒng)處于手動運行狀態(tài)時(手動/自動模式通過左起第5個選擇開關(guān)(手/自動切換）選擇)， 按下其中的任一按鈕，相應(yīng)電極將會開始升/降的運動，并且按鈕自身被點亮發(fā)光，松開按 鈕，電極停止停止，按鈕燈熄滅，手動模式不需要任何計算機及運算處理設(shè)備，是最原始的 工作模式，命令直接通過按鈕執(zhí)行；當手動/自動選擇開關(guān)撥到自動位時，系統(tǒng)即進入在線 手動模式，在線手動模式是由計算機模擬的手動模式，操作和手動模式保持一致，此時如果 再點擊一下自動運行按鈕，系統(tǒng)即開始對六根電極進行自動控制。在電極處于自動運行狀 態(tài)時，如果任意按下一根自動運行電極的手動升/降按鈕，該電極立刻變?yōu)樵诰€手動控制 模式，不再受計算機自動控制，而其余電極保持自動控制不變，如需再次轉(zhuǎn)為自動控制，再 按一次運行按鈕即可。手動/自動運行狀態(tài)在計算機屏幕上有對應(yīng)的顯示，程序界面的排 列方式和操作臺上的電極升降控制按鈕是一一對應(yīng)，操作人員可以很直觀的觀察到。操作 臺左側(cè)鍵盤為預(yù)留黃磷爐變壓器控制按鈕，即黃磷爐變壓器分合閘控制按鈕及指示燈，對 應(yīng)上部顯示面板是預(yù)留變壓器報警光字牌及一次側(cè)電量參數(shù)模擬指針表，右側(cè)鍵盤是為油 泵及冷卻泵等設(shè)備預(yù)留的啟停控制帶燈按鈕，右側(cè)顯示面板為二次側(cè)電壓和電流模擬指針 表。所有模擬指針表所顯示參數(shù)在中間顯示面板的顯示器上均有顯示，系統(tǒng)保留有純手動 控制模式，和自動系統(tǒng)完全獨立，借助模擬指針表和手動控制按鈕，操作人員可以在自動系 統(tǒng)異常時，保持黃磷爐的正常生產(chǎn)。
[0025] 所述主控計算機是系統(tǒng)的大腦，負責所有數(shù)據(jù)的處理和命令的發(fā)布。考慮到黃磷 生產(chǎn)的現(xiàn)場環(huán)境都比較惡劣，所以系統(tǒng)采用高性能工業(yè)特種計算機作為主控計算機，保證 在惡劣的現(xiàn)場環(huán)境下能長期穩(wěn)定、可靠的運行。系統(tǒng)主程序用VC++語言編寫，集成了人工 冶煉專家數(shù)據(jù)庫，使控制更高效。計算機監(jiān)視器采用防護等級高達IP68的工業(yè)級低壓監(jiān)視 器，提供運行狀態(tài)顯示、電極異常提示及系統(tǒng)故障提示等信息。本計算機支持爐況數(shù)據(jù)遠 傳，接口類型支持RS485總線或者工業(yè)以太網(wǎng)接入。
[0026] 主控計算機負