一種等離子體運行控制系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于低溫熱等離子體高能物理及大功率熱源的工業(yè)應用技術領域，特別是涉及多腔體陰陽極結構的直流電弧等離子體火炬的一種等離子體運行控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]低溫熱等離子體是固態(tài)、氣態(tài)、液態(tài)以外的物體第四種狀態(tài)，大功率等離子體在高危垃圾處理、生物質氣化、特殊金屬冶煉、高能點火、等離子切割、等離子噴涂等領域有著寬泛的應用。當氣體外界電場強度大于空氣擊穿場強時，氣體被擊穿，產(chǎn)生包括電子、各種離子、原子、分子、各種自由基在內的混合體。由于電子和離子總是成對出現(xiàn)，所以等離子體呈電中性。人工生成的等離子體中，放電方式最為常見。
[0003]目前主流的等離子體技術主要有以下三種形式:
(一)專利號為“ZL 02203117.0”，授權公告號為“CN2521510Y”，名稱為“一種直接點燃煤粉鍋爐的等離子體點火裝置”中國實用新型專利，公開了一種直接點燃煤粉鍋爐的等離子體點火裝置，由等離子體發(fā)生器、煤粉燃燒器、等離子體發(fā)生器托架及其直流電源構成，等離子體發(fā)生器主要由組合式陰極、復合式陽極、電磁線圈、輸弧線圈、直線電機構成；煤粉燃燒器主要由風粉管件、第一級燃燒筒進入管、第二級燃燒筒進入管、一次風粉進入管、第一級燃燒筒、第二級燃燒筒、第三級燃燒筒、第四級燃燒筒、燃燒器噴口、可調煤粉濃淡導流板組成。該直接點燃煤粉鍋爐的等離子體點火裝置，其采用實體陰極配合單腔陽極結構作為火炬的基本結構，采用直流電源作為等離子體的高能能量源，采用單路載體空氣，功率范圍為100-200kW，控制量為直流電流。
[0004](二)專利號為“ZL 02820827.7”，授權公告號為“CN1283131C”，名稱為“用于固態(tài)電源的多線圈感應等離子體火炬”的中國發(fā)明專利，公開了一種用于固態(tài)電源的多線圈感應等離子體火炬，其包括:一個具有近端和遠端的管狀火炬體，并且圍出一個軸向室，在該室中產(chǎn)生高溫等離子；一個安裝在所述管狀火炬體的近端的氣體分布頭，用于供應至少一種氣體物質進入所述軸向室；一系列位于所述管狀火炬體近端和遠端之間并基本上與所述管狀火炬體同軸地安裝在管狀火炬體上的感應線圈，所述系列感應線圈包括:一個第一感應線圈，在所述感應等離子火炬操作期間，其與一個第一電源的高頻輸出相連接以感應地將能量施加到提供在所述軸向室內的至少一種氣體物質上；及多個在所述第一感應線圈和所述管狀火炬體遠端之間的第二感應線圈，所述第二感應線圈各自具有端子；及一個互連電路，其在所述感應等離子火炬操作期間，設置在一個第二電源低頻輸出的第一和第二端子之間，和所述第二感應線圈的端子之間，以將所述第二感應線圈以一個串聯(lián)或并聯(lián)的布置連接在所述第一和第二端子之間，使得所述多個第二感應線圈的輸入阻抗與所述第二電源的輸出阻抗匹配；和感應地將能量施加到被提供到所述軸向室的至少一種所述物質中。該用于固態(tài)電源的多線圈感應等離子體火炬，其采用無電極感應式非金屬單腔體作為火炬的基本結構，采用高頻固態(tài)電源作為等離子體的高能能量源，采用單路載體空氣和雙爐冷卻空氣，功率范圍為50-200kW，控制量為交流電流。
[0005](三)專利號為“ZL200910158582.5”，授權公告號為“CN101790276B”，名稱為“一種等離子體發(fā)生裝置”的中國發(fā)明專利，公開了一種等離子體發(fā)生裝置，包括:陰極、陽極、高壓脈沖激發(fā)器和直流電源，所述陽極和所述陰極分別與直流電源的正負極相連接，所述高壓脈沖激發(fā)器與所述陰極和所述陽極連接，所述陽極沿軸心線方向有貫通兩端的空島，所述陰極與所述陽極布置于同一軸心線上，相互不接觸且位置相對固定，兩者之間留有間隙，形成載體風輸入通道，其中，所述陽極為兩端開口的短管狀腔體，其內腔具有拉法爾喉管結構；所述陰極為一端開口的長管狀腔體，其內腔具有拉法爾喉管結構，且其開口的一端朝向所述陽極；另一端腔體壁上開有若干通孔，與所述陰極的腔體內部相同，形成另一路載體風的輸入通道。該等離子體發(fā)生裝置采用空腔陰極和空腔陽極的多腔體結構作為火炬的基本結構，采用直流電源作為等離子體的高能能量源，采用雙路載體空氣，功率范圍100-500kW，控制量包括直流電流和兩路載體空氣。
[0006]可見，上述現(xiàn)有技術的方案均難以控制復雜結構的等離子體，系統(tǒng)智能化較低，操作不夠簡單，為此，需要一種能夠解決上述問題的等離子體運行控制系統(tǒng)，以滿足實際情況的需要。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的在于，提供一種等離子體運行控制系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術中所存在的難以控制復雜結構的等離子體，系統(tǒng)智能化較低，操作不夠簡單的問題，以滿足實際情況的需要。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的提供一種等離子體運行控制系統(tǒng)，包括中央控制器和三個執(zhí)行器；所述中央控制器進行數(shù)據(jù)信號的處理、數(shù)據(jù)采集和三個執(zhí)行器的控制；所述三個執(zhí)行器包括一個整流裝置和兩個氣體電磁比例閥；所述整流裝置將從電網(wǎng)側接入的三相交流電壓根據(jù)中央控制器發(fā)送的指令和設定轉化為可控的直流電流為等離子體火炬供電，所述氣體電磁比例閥將中央控制器發(fā)送的指令轉化為可控的氣壓和流量為等離子體火炬供應載體空氣。
[0009]在以上方案中優(yōu)選的是，所述等離子體運行控制系統(tǒng)，還包括檢測和傳感裝置，用于檢測電源的狀態(tài)和電壓、供給等離子火炬直流電壓和直流電流、載體空氣氣源壓力、供給等離子體火炬的雙路載體空氣實際氣壓參數(shù)，并且將檢測到的信號轉化為中央控制器可識別的電氣信號。
[0010]在以上任一方案中優(yōu)選的是，所述等離子體運行控制系統(tǒng)，采用三相工頻600V作為主電源供應。
[0011 ] 在以上任一方案中優(yōu)選的是，所述等離子體運行控制系統(tǒng)，采用0.7MPa壓縮空氣作為載體空氣氣源。
[0012]在以上任一方案中優(yōu)選的是，所述整流裝置采用可控硅六脈整流，或者可控硅十二脈整流，或者IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)二十四脈整流。
[0013]在以上任一方案中優(yōu)選的是，所述等離子體運行控制系統(tǒng)，其電源信號和氣源信號均作為參照信號和補償輸入信號對控制閉環(huán)進行預調節(jié)和補償。
[0014]在以上任一方案中優(yōu)選的是，所述等離子體運行控制系統(tǒng)，其對運行直流電流和直流電壓、雙路氣壓等信號進行采集，通過氣壓與流量之類的給定曲線關系，對等離子體運行的實時狀態(tài)進行監(jiān)控。
[0015]在以上任一方案中優(yōu)選的是，所述等離子體運行控制系統(tǒng)，其電流控制和氣流控制分別采用雙閉環(huán)。
[0016]在以上任一方案中優(yōu)選的是，所述雙閉環(huán)的外環(huán)控制在中央控制器內完成，內環(huán)控制在各自的執(zhí)行器內部完成。
[0017]在以上任一方案中優(yōu)選的是，所述電流控制的雙閉環(huán)的外環(huán)控制分別參照實時的主電源電壓、被控直流電壓、實際氣流情況三者對應關系，根據(jù)特定的自動補償運算規(guī)律調節(jié)實時的所需直流電流值，送至整流裝置。
[0018]在以上任一方案中優(yōu)選的是，所述整流裝置根據(jù)實時的電流反饋、EMF預控制、中央控制器電流給定，通過PI(圓周率)補償算法實時計算所需的控制角，實現(xiàn)對直流電流的雙閉環(huán)控制。
[0019]在以上任一方案中優(yōu)選的是，所述氣流控制的雙閉環(huán)的外環(huán)控制參照智能化的陰陽極燒蝕策略，檢定陰陽極燒蝕累積效應時間、實時的被控直流電壓和主電源電壓、氣源氣壓、實時氣流情況，自動調節(jié)和不同程度的對兩路氣流獨立的進行調節(jié)，并將調節(jié)值送至伺服的氣體電磁比例閥。
[0020]在以上任一方案中優(yōu)選的是，所述氣體電磁比例閥根據(jù)實時的壓力反饋，通過PI算法實時控制閥芯位置，實現(xiàn)對壓縮空氣的雙閉環(huán)控制。
[0021]在以上任一方案中優(yōu)選的是，所述等離子體運行控制系統(tǒng)，還包括人機界面和配套的智能化軟件。
[0022]在以上任一方案中優(yōu)選的是，所述中央控制器采用基于PLC (可編程邏輯控制器)的高性能中央控制器，實現(xiàn)對等離子體運行狀態(tài)參數(shù)進行實時監(jiān)視，且實現(xiàn)對三個執(zhí)行器的控制。
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