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真空 电子束炉用自动 铸锭控制系统及其控制方法

阅读：754发布：2023-02-22

专利汇可以提供真空电子束炉用自动铸锭控制系统及其控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种真空电子束炉用自动铸锭控制系统及其控制方法。自动铸锭控制系统包括工控机、PLC 控制器、伺服电机驱动器、拉锭电机，工控机通过工业以太网总线与PLC控制器连接，PLC控制器的伺服控制通讯端口通过工业以太网总线与伺服电机驱动器的通讯端口连接，伺服电机驱动器的电机动力电源输入端口通过滤波器、接触器、空气开关与三相电网连接，伺服电机驱动器驱动拉锭电机，拉锭电机上安装的高速编码器的数据传输端口与伺服电机驱动器的反馈信号接收端口连接，锭杆通过轴承与拉锭电机的输出轴连接。本发明全程自动控制，无需手动干预，确保了铸锭出来的金属锭子外表面的光滑性，成品率高，生产效率高，大大延长了坩埚的使用寿命。，下面是真空电子束炉用自动铸锭控制系统及其控制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种真空电子束炉用自动铸锭控制系统，其特征在于：它包括工控机、PLC控制器、伺服电机驱动器、拉锭电机，工控机通过工业以太网总线与PLC控制器连接，PLC控制器的伺服控制通讯端口通过工业以太网总线与伺服电机驱动器的通讯端口连接，伺服电机驱动器的电机动力电源输入端口通过滤波器、接触器、空气开关与三相电网连接，伺服电机驱动器的电机动力电源输出端口连接有拉锭电机，拉锭电机上安装的高速编码器的数据传输端口与伺服电机驱动器的反馈信号接收端口连接，锭杆通过轴承与拉锭电机的输出轴连接。
2.如权利要求1所述的真空电子束炉用自动铸锭控制系统，其特征在于：
所述工控机连接有显示设备。
3.一种权利要求1或2所述的真空电子束炉用自动铸锭控制系统的控制方法，其特征在于，它包括步骤：
1)操作人员向所述工控机输入控制参数，控制参数包括所述锭杆下降的速度和位移、所述锭杆上升的速度和位移、以及所述锭杆下降与上升之间的间隔时间；
2)所述工控机将控制参数传输给所述PLC控制器；
3)所述PLC控制器启动所述伺服电机驱动器，所述伺服电机驱动器向所述PLC控制器调取控制参数；
4)当真空电子束炉的坩埚内形成熔池后，所述伺服电机驱动器按照控制参数来控制所述拉锭电机运转，所述拉锭电机带动所述锭杆进行往复上下运动，直至所述锭杆下降至设定的下限位时停止，一根锭子铸锭完成，其中：所述锭杆向下运动用来将坩埚内熔池中熔化的物料拉伸熔铸，所述锭杆快速回顶向上运动用来保证坩埚内的熔池液位平整而不塌陷且半冷却的物料外缘不粘在坩埚上，所述锭杆每次往复运动中的向下位移大于向上位移。
4.如权利要求3所述的真空电子束炉用自动铸锭控制系统的控制方法，其特征在于：
在所述拉锭电机运转过程中，所述高速编码器将其实时测得的运动数据反馈给所述伺服电机驱动器，使所述伺服电机驱动器根据接收的运动数据纠正和调节所述拉锭电机的运转状态。
5.如权利要求3所述的真空电子束炉用自动铸锭控制系统的控制方法，其特征在于：
所述伺服电机驱动器将接收的运动数据经由所述PLC控制器传输给所述工控机，以在显示设备上显示。

说明书全文

真空 电子束炉用自动 铸锭控制系统及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于真空电子束炉上的自动铸锭控制系统及其控制方法，属于真空熔炼自动铸锭控制技术领域。

背景技术

[0002] 电子束炉是一种在真空环境下运用一个或多个阴极电子枪通过发射高能的电子束，将熔物料轰击，以使电子动能快速转化为热能，进而熔化物料，且滴入冷水铜坩埚内，从而凝固铸锭的熔炼设备，其控制系统主要由三个部分组成：第一部分是真空机组控制系统，第二部分是电子枪高压及线圈电源控制系统，第三部分是进料及铸锭拖控系统。在生产过程中，金属棒料通过进料电机推杆推至坩埚正上方，此时电子束由炉体顶部射出，打在金属物料上，加热至液体状态，滴熔进水冷无底坩埚内，当液态金属汇集在水冷坩埚中等待冷却时，坩埚内部的锭杆向下运动将坩埚内的物料向下拉进行熔铸。从实际实施中可以发现，锭杆的上下运动是由操作人员进行直接控制的，这种手动控制方式会受操作人员的工作经验、工作态度等人为因素的影响，从而导致铸锭出来的金属锭子外表面的光滑性能无法得到保障，成品率不高，且坩埚内壁通常会受到磨损，大大缩短了坩埚的使用寿命，导致生产效率低。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种真空电子束炉用自动铸锭控制系统及其控制方法，其全程自动控制，无需手动干预，确保了铸锭出来的金属锭子外表面的光滑性，成品率高，生产效率高，大大延长了坩埚的使用寿命。

[0004] 为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

[0005] 一种真空电子束炉用自动铸锭控制系统，其特征在于：它包括工控机、PLC控制器、伺服电机驱动器、拉锭电机，工控机通过工业以太网总线与PLC控制器连接，PLC控制器的伺服控制通讯端口通过工业以太网总线与伺服电机驱动器的通讯端口连接，伺服电机驱动器的电机动力电源输入端口通过滤波器、接触器、空气开关与三相电网连接，伺服电机驱动器的电机动力电源输出端口连接有拉锭电机，拉锭电机上安装的高速编码器的数据传输端口与伺服电机驱动器的反馈信号接收端口连接，锭杆通过轴承与拉锭电机的输出轴连接。

[0006] 一种所述的真空电子束炉用自动铸锭控制系统的控制方法，其特征在于，它包括步骤：

[0007] 1)操作人员向所述工控机输入控制参数，控制参数包括所述锭杆下降的速度和位移、所述锭杆上升的速度和位移、以及所述锭杆下降与上升之间的间隔时间；

[0008] 2)所述工控机将控制参数传输给所述PLC控制器；

[0009] 3)所述PLC控制器启动所述伺服电机驱动器，所述伺服电机驱动器向所述PLC控制器调取控制参数；

[0010] 4)当真空电子束炉的坩埚内形成熔池后，所述伺服电机驱动器按照控制参数来控制所述拉锭电机运转，所述拉锭电机带动所述锭杆进行往复上下运动，直至所述锭杆下降至设定的下限位时停止，一根锭子铸锭完成，其中：所述锭杆向下运动用来将坩埚内熔池中熔化的物料拉伸熔铸，所述锭杆快速回顶向上运动用来保证坩埚内的熔池液位平整而不塌陷且半冷却的物料外缘不粘在坩埚上，所述锭杆每次往复运动中的向下位移大于向上位移。

[0011] 本发明的优点是：

[0012] 本发明可对锭杆在拉铸过程中的速度、位移、时间进行精确控制，使得铸锭出来的金属锭子外表面光滑，成品率高，并且能够保护坩埚内壁的光滑度不受铸锭过程的影响，保证了坩埚内壁不被磨损，延长了坩埚的使用寿命，避免了以往手动操作环境下过分依赖操作人员、受人为因素影响的缺点，整个系统全程自动控制，无需手动干预，铸锭成本低，避免了人工操作所带来的各种不确定性的安全隐患。附图说明

[0013] 图1是本发明真空电子束炉用自动铸锭控制系统的组成示意图。

具体实施方式

[0014] 如图1所示，本发明真空电子束炉用自动铸锭控制系统用于真空环境下进行电子束熔炼金属物料的电子束炉中，它包括工控机10、PLC控制器30、伺服电机驱动器40、拉锭电机50，工控机10的通讯端口通过工业以太网总线与PLC控制器30的通讯端口连接，PLC控制器30的伺服控制通讯端口通过工业以太网总线与伺服电机驱动器40的通讯端口连接，伺服电机驱动器40的电机动力电源输入端口通过滤波器90、接触器80、空气开关70与三相电网连接，伺服电机驱动器40的电机动力电源输出端口连接有拉锭电机50，即拉锭电机50的三相接口与伺服电机驱动器40的电机动力电源输出端口连接，三相电网通过空气开关70、接触器80、滤波器90将电能传输给伺服电机驱动器40，伺服电机驱动器40再传输给拉锭电机50，拉锭电机50上安装的高速编码器60的数据传输端口与伺服电机驱动器40的反馈信号接收端口连接，锭杆(负载)通过轴承与拉锭电机50的输出轴连接。

[0015] 如图1，工控机10连接有显示设备20，即显示设备20的数据接口与工控机10的相应数据端口连接。

[0016] 在本发明中，伺服电机驱动器40可选用伦茨9400系列的伺服电机驱动器，其可包括电机控制模块、通讯模块和电源模块。拉锭电机50可选用伦茨PH系列的伺服电机。PLC控制器30、接触器80、空气开关70、滤波器90、工控机10、高速编码器60为本领域的已有器件或设备，故不在这里详述。

[0017] 在本发明中，PLC控制器30用于与伺服电机驱动器40、工控机10之间进行数据传输通讯、工作使能伺服电机驱动器40等。

[0018] 本发明还提出了一种真空电子束炉用自动铸锭控制系统的控制方法，包括如下步骤：

[0019] 1)操作人员向工控机10输入控制参数，控制参数包括锭杆下降的速度和位移、锭杆上升的速度和位移、以及锭杆下降与上升之间的间隔时间(通常为1秒-2秒)，工控机10根据控制参数可以为不同的难熔金属物料生成一条铸锭速度与位移关系曲线；

[0020] 2)工控机10将控制参数传输给PLC控制器30；

[0021] 3)PLC控制器30启动伺服电机驱动器40，伺服电机驱动器40向PLC控制器30调取控制参数；

[0022] 4)当真空电子束炉的坩埚内形成熔池后，伺服电机驱动器40按照控制参数来控制拉锭电机50运转，拉锭电机50带动锭杆进行往复上下运动，周而复始，直至锭杆下降至设定的下限位时停止，一根锭子(或说棒料)便铸锭完成，其中：锭杆向下运动用来将坩埚内熔池中熔化的物料拉伸熔铸，锭杆快速(通常为1秒-2秒)回顶向上运动用来保证坩埚内的熔池液位平整而不塌陷且半冷却的物料外缘不粘在坩埚上，锭杆每次往复运动中的向下位移大于向上位移。

[0023] 在实际操作中，锭杆应先下降一段距离，然后再回升一小段距离，并且，锭杆的向下位移大于向上位移的设计目的还在于，保证锭杆的整个运动趋势是向下的。

[0024] 在拉锭电机50运转过程中，高速编码器60将其实时测得的运动数据反馈给伺服电机驱动器40，使伺服电机驱动器40根据接收的运动数据纠正和调节拉锭电机50的运转状态，来达到精确控制的目的，运动数据通常为速度及位置信号。

[0025] 在实际实施时，伺服电机驱动器40将接收的运动数据经由PLC控制器30传输给工控机10，以在显示设备20上显示。

[0026] 在本发明中，物料的加热、在水冷坩埚中的汇集、冷却，以及锭杆相对于坩埚的拉锭动作等属于本领域的已有技术，但锭杆先下降再回顶的设计是本发明的设计特点。

[0027] 本发明的优点是：

[0028] 本发明可对锭杆在拉铸过程中的速度、位移、时间进行精确控制，使得铸锭出来的金属锭子外表面光滑，成品率高，并且能够保护坩埚内壁的光滑度不受铸锭过程的影响，保证了坩埚内壁不被磨损，延长了坩埚的使用寿命，避免了以往手动操作环境下过分依赖操作人员、受人为因素影响的缺点，整个系统全程自动控制，无需手动干预，铸锭成本低，避免了人工操作所带来的各种不确定性的安全隐患。

[0029] 以上所述是本发明较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

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