工控机在电弧炉控制系统中的应用

　　随着计算机技术的普及与应用，数字技术已经渗透于各行业之中，特别是在一些传统工业的改造与创新中，发挥了重要的作用。本文介绍的工控机参与自动控制系统对电弧炉的控制，使控制系统技术含量大大提高。经过生产实践证明，该系统在安全性、可靠性、灵敏度等方面大大优于传统的模拟控制方法。

　　1系统组成

　　本系统由一台研华5X86/133工控机，输入输出电路板(D/A板，A/D板和触发脉冲板)，WB系列电流电压传感器，富士G11型变频器(四台，其中一台备用)以及交流异步电动机组成。系统组成框图如图1所示。

图1系统组成框图

　　本系统采用电气传动控制电极上下运动。经计算，选用功率为7.5kW的异步电机，并以此为依据选用变频器。本系统选用富士G11型变频器，其特点是：不需要正负转换信号，仅根据给定频率控制输出电压的大小和极性即可控制电机的转速与转向。

　　由于电极的电弧电流太大(约为25kA)，所以传感器从电流互感器进行采样。因为A/D转换卡的输入信号为电压型，故我们选用电磁隔离、感应式的WBI412as1Q型电流—电压传感器。而对于电弧电压(一般为250V左右)，则不需要中间环节，直接选用电磁隔离、感应式的WBV414asQ型电压-电压传感器即可。

　　为了易于控制与维护，电极的每一相都为一套独立设备(包括传感器，变频器，电机和印刷线路板)，为此在控制软件的设计中采用分相进行独立控制的原则。此外，额定电流的设定和电源模块的供电所需要的0～12V电源，可通过小型变压器和WY17812，WY27912等组成的电路来实现，此处不一一详述。

　　2硬件设计

　　系统的控制原理如图2所示。

图2控制系统框图

　　本系统选用研华公司开发的PCL730型A/D转换卡，此卡提供32路DIO(DigitalInputOutput)通道，其中包括16路输入和16路输出。每路都带有光耦隔离，用于提高系统的抗干扰能力。选用分辨率为12位的PCL728型D/A转换卡作为输出卡，此板卡具有2个通道，其输出电压范围可利用板卡的跳线设定到-10V～+10V之间，便可直接控制变频器。在上述系统中，选用分辨率为12位的PCL813型A/D转换卡，它可以提供32路模拟输入量，故仅需一块便可实现电弧电流、电弧电压和电流设定值等的模数转换。

图3模拟系统与数字系统切换

　　本系统分为手动和自动两种工作状态，其中自动工作状态又分为模拟状态和数字状态。在自动工作状态时，通过转换开关，可使继电器触点选择模拟通路或数字通路(其中数字通路一般接常闭触点)，切换结构如图3所示。手动工作状态下，电路实现较为简单，它不经过中间电路和信号处理过程便可直接驱动变频器。所以它的优先级较高，故适用于在紧急情况下的应急操作，其与自动状态下的切换如图4所示。