直流石墨化炉自动控制方案

1.1石墨化机理

经过焙烧的炭素制品，具有一定理化性能与强度，但炭原子的排列结构仍不规则，制品不具备石墨的许多优良性能，要使制品的炭原子排列为晶体结构。就应该通过2300～2500摄氏度以上的高温处理。这是石墨化的基本原理，经过石墨化的制品：

提高了炭素制品的导热性能和导电性能；

提高了制品的化学与热稳定性；减少了杂质；

制品的耐磨性提高了；

硬度得到降低，便于作精密的机械加工。

1.2石墨化炉的原理：

是根据焦耳――楞次定律Q=0.241I²Rt即电流通过电阻发热而加热物体的原理，装入石墨化炉的制品是发热体也是被加热体，电阻发热与通过的电流平方成正比，电流越大，产生的热量越多，则炉芯的温度就越高，石墨化电阻炉要求低电压，大电流，来达到高温，实现石墨化的目的。其电气特性是呈负阻特性，在通电周期内，炉芯电阻随炉温上升而下降，到通电后期，电流到最大时，炉芯为初期的1/10~1/20左右，石墨化炉电阻的大小时与填充料种类，处理温度、粒度、装炉时的压力，电路截面的大小，电炉长度，焙烧电极自身电阻以及电极的装炉方式有关，并受到母线、导电电极、接点等因素的影响。

2.直流石墨化炉自动控制系统方案

2.1控制机理

1直流石墨化炉自动控制系统方案是基于石墨化炉其电气特性是呈负阻特性/时间曲线，即根据通电时的电流、电压、功率、功率因数、电能消耗来控制石墨化的进行。

2考虑到在一定的总电量情况下，石墨化炉所送电的时间愈短，则温度上升得愈快，所能达到得温度就愈高，如果缓慢通电，则会得到相反的结果。

3依据单位重量产品的电量消耗来调整电压、电流，根据制品的大小、装炉情况，确定开始功率数值，每小时上升功率大小，计算出配电曲线，并按这个曲线对石墨化炉进行电压、电流控制。

4建立功率/时间曲线库，在今后生产中可选择调用，省去大量重复录入数据的烦恼，避免出现数据错误的问题发生。

5系统具有故障、事故，识别、判断的功能，通过操作画面和声光报警提醒操作人员注意，以便对其确认、处理；在高压柜、变压器、整流装置出现事故时，根据事先的设置系统可自动停车，保证人员和设备的安全。

6对所有的操作人员动作、设备状态状态，电流、电压、温度、压力等信号，都有实时和历史记录。

2.2自控系统配置：

2.2.1网络配置

根据石墨化炉现场电磁场干扰信号强的实际情况，采用抗电磁干扰能力强FROFIBUS－DP分布式I/O体系高速工业总线，同时系统时间响应效果好。

2.2.2上位机

上位机采用研华工控机，并配置一台打印机。

1设有控制曲线库，用户可以在上位机设置、建立、在线调整控制曲线，并可存入曲线库中

2设有工艺流程画面，可以显示高压柜、变压器、有载调压开关位置、

水冷大电流开关、可控硅（快速熔断器）等设备的状态画面、报警画面；可以显示当前的电压、电流、温度值，并可设置报警值和查询历史记录。

3设有软手动功能，操作员通过上位机接口，对整流的电压、电流进行调整和干预；

4操作员通过上位机可以实现整流装置系统或单台设备的启动、停止和急停；

5所有的操作都有记录，供查询；

6通过打印机可以生产报表。

2.2.3PLC

采用西门子S7-300可变程控器，ET-200M集散分布远程站，对高压柜、整流变压器（含有载调压开关装置）、副变压器、油水冷却器、整流器等进行数据采集和控制。

2.2.3.1变压器子站：

1采集高压柜的一次电压、电流、功率因子、工作状态、直流操作电压等信号并对其实施开关控制；

2采集变压器的温度、瓦斯、有载调压开关位置、油水冷却器的温度等信号，同时对有载调压开关、油水冷却器实施控制，达到有载调压和变压器的冷却目的。

2.2.3.2整流子站1：

检测水冷大电流开关的开关状态，通过对其控制来倒变压器二次电压的串并联。

2.2.3.3整流子站2～4：

检测快速熔断器的状态、冷却水的压力、温度、冷却水的断流信号等。

2.2.3.4整流子站5：

对可控硅进行移相触发角进行控制，即对石墨化炉的电流、电压无级调整。

2.2.4软件：

PLC编程软件STEP7 V5.1;

上位软件（人机对话软件）西门子WINCC V5.1

2.2.5直流石墨化炉自动控制系统方案特点

本控制系统，控制精度高，节省了工人繁重的体力劳动，能大大地加快送电速度，提高产品质量，提高生产效率，节电在10％以上。

3．供货范围：

除了高压柜、变压器、油水冷却器、整流装置、母线、一次检测仪表、电缆外，该控制系统地所有控制设备由我方提供，并负责对操作人员进行培训。

4．厂方需提供地的数据：

高压柜、变压器、油水冷却器、整流装置、一次检测仪表等设备的技术参数、图纸、说明书等。以便我方能够准确配置I/0点数及控制设备选型，并进行准确报价。