JPH10326696A - プラズマトーチ調整制御システム - Google Patents
プラズマトーチ調整制御システムInfo
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- JPH10326696A JPH10326696A JP10132464A JP13246498A JPH10326696A JP H10326696 A JPH10326696 A JP H10326696A JP 10132464 A JP10132464 A JP 10132464A JP 13246498 A JP13246498 A JP 13246498A JP H10326696 A JPH10326696 A JP H10326696A
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- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
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- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
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Abstract
提供する。 【解決手段】 このシステムは、最適電圧曲線と呼ばれ
るトーチのアーク電圧曲線をトーチに供給される実電力
の関数として記憶する手段(34)と、トーチの電力調
整を制御する手段であって、ランプ動作条件と呼ばれる
第一の動作条件に従って機能して、アーク電圧を、誤差
マージンの範囲内で最適電圧とともに変化させながら、
実電力を、電力基準値として知られる値に到達させ、永
続動作条件と呼ばれる第二の動作条件に従って機能し
て、誤差マージンの範囲内でアーク電圧を最適電圧に等
しく維持しながら、基準値の付近に実電力を安定させる
手段とを有する。
Description
分野に関し、具体的には、プラズマトーチの調整および
制御に関する。
℃)でイオン化されたガスを供給する高出力の電気装置
である。プラズマトーチは、非常に高い温度を必要とす
る以下のような工業分野で使用されている。
ス化。
びキュポラの加熱用。
が、トーチは一般に工業プロセスと結合されて、これに
熱エネルギーを供給しこれとの間で制御データを交換す
る。
ーチシステムの検査/制御を確実にする自動システムに
よって制御されたいくつかの補助システムを同時に実施
することが必要となる。
連しその使命の履行を可能とする補助システムとを有す
る、プラズマトーチシステム(トーチシステム)にも関
する。
プロセスにおける使用条件によって決まる。トーチは例
えば、高温に加熱され腐食環境となっている炉中に部分
的に挿入される。次いでトーチは、内部的および外部的
に冷却される。
り、または途中で止めてしまったりすることがないよ
う、高い信頼度での長期の動作サイクルおよび十分な連
続動作時間を有するものでなければならない。
であるとしても、プラズマトーチの実施態様は単純でな
ければならず、特別な知識を持たないオペレータでも使
用可能なものでなければならない。ヨーロッパ出願EP
−565423にはプラズマトーチ制御システムが開示
されている。
およびアーク強度が連続的に測定される。検査または制
御手段が、アーク電流およびプラズマ生成ガス流量の制
御を可能にする。最後に、空気制御型の調整弁が、気体
流量増幅器に関係付けられた電気的気体的ポジショナに
よって制御される。これによって弁の開閉の変動を、検
査または制御手段によって供給される基準値の変動に合
わせることが可能となる。
り、比較的に固定した設備の実施を必要とする。特に、
前記文献に記載の弁は、比較的に正確な機械動作をす
る。さらに前記検査システムは、トーチごと用途ごとに
固定されている。使用する基準値の変更は可能である
が、所与のトーチおよび所与の用途に合わせて設計され
た調整システムは、他の異なるトーチ、または他の用途
に適合しない。
作を最適化しない。ヨーロツパ出願EP−565423
は、基準電力を得る方法、または電力基準値に達したと
きにトーチの電力を安定させる問題に関する情報を与え
ていない。
動や電極の摩耗状態などの外部からの干渉や外乱の問題
の処理も示していない。しかしこのような外乱は、特に
比較的に長い期間トーチを使用した後に生じる。この場
合、トーチが供給する実電力は、満足な動作ならびにト
ーチが使用されるプロセスの継続に不利な影響を受け
る。
たシステムよりも使用法が柔軟な別のプラズマトーチ調
整システムを見つけるという問題が生じる。
式制御弁の使用を必要としないプラズマトーチの調整ま
たは制御システムを実施するという問題も生じる。
致する調整システムを見つけるという問題も生じる。
は電極の摩耗によって大きく乱されることのないトーチ
動作を見つけるという問題が生じる。
新規なプラズマトーチ調整システムを提案する。
チを制御するシステムに関する。このシステムは、 − 最適電圧曲線と呼ばれるトーチのアーク電圧曲線を
トーチに供給される実電力の関数として記憶する手段
と、 − トーチの電力調整を制御する手段であって、ランプ
条件(ramp condition)として知られる第一の動作条件
に従って動作して、アーク電圧を、誤差マージンの範囲
内で最適電力とともに変化させながら、または誤差マー
ジンの範囲内で最適電圧に一致させながら、実電力を、
電力基準値として知られる値に到達させ、永続条件(pe
rmanent condition)と呼ばれる第二の動作条件に従っ
て動作して、誤差マージンの範囲内でアーク電圧を最適
電圧に等しく維持しながら、基準値の付近に実電力を安
定させる手段とを有する。
択した電圧を意味するものと理解する。この最適電圧
は、所与の電力に対するトーチの最高効率および/また
は電極の最小摩耗に対応する電圧とすることができる。
調整を必要としない。さらにこのようなシステムでは、
検査または制御手段の制御に対する部品の応答の速度ま
たは加速に関する問題がない。
れのトーチに対して、トーチの最適動作を決定する関数
の知識のみが必要なので、このようなシステムはどんな
プラズマトーチシステムとも適合する。
整手段によって、電力基準値に到達することが可能とな
る。永続条件下で動作するときには、この調整手段によ
って、トーチの電力を安定化させることが可能となる。
分なトーチの動作では影響の出る可能性のある外乱(電
極と直接に接触したプラズマ生成ガスの抵抗率または圧
力の変動)に関して以下の利点を提供する。本発明に基
づく調整システムでは、前記プラズマ生成ガスまたはガ
ス供給回路の欠陥はトーチシステムに影響を及ぼさな
い。したがって、抵抗率の変動またはその他の外乱によ
って電圧が変動しても、その後それは最適値となる。
調整を制御する手段がどのように動作しなければならな
いかを決定する手段が提供される。
に、アーク電流値および/または空気流量値の調整を制
御することができる。
永続条件下で動作しているときに基準電力値を変更する
手段を有することができる。したがって、オペレータが
どの基準値を変更したかによらず、トーチを停止させず
に、最適な方法で動作することのできるシステムが得ら
れる。
環境の温度調整と関係付けることができる。すなわち、
電力調整を制御する手段を、温度調整を制御する手段と
しても使用することができる。
ループ、すなわち電力を調整する第一のループと、温度
を調整する第二のループを有するプラズマトーチ調整シ
ステムにも関する。
された装置の動作温度Tfおよび前記装置の慣性(Cp)
の関数としてトーチ電力変動制御信号を生成する手段を
含むことが好ましい。
ら構成されたシステムを監視するさまざまな手段を提供
する。したがってこのトーチを、例えば溶鉱炉、キュポ
ラ、廃棄物処理炉などの非常に高価な装置に結合するこ
とができる。トーチの補助システムの故障が、トーチに
対してのみならず、下流側の装置に対しても破滅的な結
果をもたらすことがある。そのため、トーチを動作させ
る各種補助システムを非常に緊密に監視することが必要
となることがある。
段または電源手段に故障が発生したときに、オペレータ
インタフェースに警告信号または動作停止信号を供給す
ることができる手段をトーチ制御システムに含めること
ができる。停止信号は、警告信号の前に伝送されること
が好ましい。
照した実施形態についての以下の説明からより明らかと
なろう。本明細書に記載の実施形態は、説明のためのも
のであって本発明を限定するものではない。
ズマトーチは、図1に示す以下の構成部分を有する。
の管状電極2、4(上流側電極および下流側電極)。
ガス噴射チャンバ6。
クの足部(foot)もしくは根部(root)20を回転させ
るための界磁コイル8。
14677に記載されているようなアーク点火装置(ス
タータ)10。
保守のための補助装置。
チャンバ6からプラズマ生成空気が噴射され、下流側電
極4中を通って放出される。次いで、アーク電流の確
立、およびこれと同期した、上流側電極2と下流側電極
4を予め短絡していたスタータ10の後退すなわち後方
への移動によって、電気アークが作り出される。
空気を局所的に過熱し、これを導電性にする効果を有す
る。したがって電気アークは、自己保守現象となる。
気は、プラズマジェットを構成し、トーチの外部に放出
される。
優勢であるので、電極を循環水で冷却する。その入口お
よび出口は、下流側電極4では図1の参照符号14およ
び16で、上流側電極2では同じく参照符号24および
26で示されている。この循環水は、トーチの電気的絶
縁を十分に維持するために脱イオンされる。
へ材料の損耗(フランス語でusure)を分散させる
ために、電極内にある上流側および下流側のアーク根部
を回転させ、長手方向に変位させることによってトーチ
の寿命は向上する。この動作は、界磁コイル8によって
上流側電極内で実施される。このコイルには、アークの
直流電流を直列に供給することもできるし、コイルに別
個の電源を与えることもできる。下流側電極では、渦流
噴射された空気の振れ回り効果(whirling effect)に
よってアーク根は回転する。
のサブシステムの補助の下に実現することができる。
照)によって制御されるトーチシステムの電源手段3
0。
段32。
3。
を調整する調整弁29。
は管理コンピュータ)。
ログラム制御手段34。これによってオペレータはプロ
セス管理コンピュータ38を介して、例えば電力、熱出
力、およびトーチ1が維持するプロセスの実施温度など
の所望の基準値を制御手段34に入力することができ
る。
置および入出力カードを本質的に含む産業用ロボット3
4にロードされる。これは、パーソナルコンピュータ
(PC)からプログラムされる。このために、例えばロ
ボット設計者によって、ロボット内にバイナリプログラ
ムを生成することを可能とするソフトウェアが供給され
る。ロボットとの対話は管理装置を使用して、交換表ま
たはメモリ領域を介して実施される。管理装置(PC)
は外部から交換表にメッセージを供給する。ロボットは
表の状態を読み、システム(例えば冷却回路のポンプ)
をメモリまたは交換表に適合させる。本発明に提供され
るロボットは例えば、約10〜100ミリ秒のサイクル
(反応速度)で動作することができる。約10ミリ秒の
高速サイクルで使用することが好ましい。
によって制御信号を送信する。手段34にはさらに、電
源手段30または流体供給手段32に故障が生じた場合
にオペレータに警告し、および/またはトーチを動作停
止させる安全装置を組み込むことができる。後述するよ
うにトーチの制御には、電極間の電圧を最適な値に維持
しながら供給電力を調整することが含まれる。
チの電極2、4に供給される電圧および電流の測定を可
能とする。これらのセンサから供給された量はディジタ
ル化され、トーチが動作する実電力の計算が可能とな
る。
施温度を測定する温度センサ42を提供することができ
る。
生成ガス流量におけるアーク電流の関数であるアーク電
圧曲線を用いて説明することができる。トーチの幾何学
的形状、渦流に起因する空気力学力および界磁コイルに
起因する磁気力の関数である曲線系、すなわち動作点系
が得られる。したがってこの動作点系は、トーチの種類
ごとに固有である。
量曲線)の一例を図3に示す。図3の曲線I、II、I
IIおよびIVはそれぞれ、10、15、20および3
0g/sのプラズマ生成ガス流量に対応する。他の曲線
はそれぞれ、10g/sずつ増加した流量に対応する
(40g/s、50g/sなど)。
定のパラメータによって特徴づけられる動作範囲を有す
る。
の長さを表す。
これらのパラメータのうちの二つを制御パラメータに選
択することが可能である。具体的にはIおよびQが制御
パラメータに非常に適しており、電圧Uは前記パラメー
タがとる値で決まる。
f(P)に従う。Pはトーチの電力である。このような
曲線は、アークがトーチの端部に捕捉されないこと、電
圧が電源が許す最大電圧を超えないこと、およびアーク
が下流側電極の最大体積を満たすことが保証されるよう
にした実験から決めることができる。
た前述の一定流量線図Q=f(I)を実験から決定する
ことによって得られる。この曲線は、ロボット34の交
換表にロードされる。
関連した最適動作点は電力の値ごとに決定される。
る。選択された動作点の電力と電圧の関係から、曲線U
optimal=f(P)が得られる。このような曲線の一例
を図4(曲線C1)に示す。
の動作条件も可能である。したがって曲線C1は、トー
チが最高効率で動作する場合に対応する。曲線C1上の
点から、電圧値および/または電力値が変化すると動作
効率は低下する。
能領域の下限を表す。これらの二本の曲線は、平面
(P,U)内に三つ領域を規定する。
の領域では、アークが長くなりすぎて下流側電極を通り
越し、この領域での動作は妨げられる。
圧および比抵抗が低すぎ、トーチの動作は不安定とな
る。
率は異なるが動作可能である。曲線C1上で効率は最適
で、動作パラメータが曲線C1の動作点から離れ曲線C2
に接近すると効率は低下する。曲線C2への接近は、ガ
スのエンタルピーが増加する場合に対応する。さまざま
な理由から設計者は、トーチを動作させる曲線をC1と
C2の間で選択することができる。設計者はこの場合、
ロボット34の交換表中に入力済みの曲線を新しい曲線
で置き換える。
を構成する。このためには、アーク電圧Uを変化させる
ために、アーク電流Iおよび空気流量Qの値を変化させ
る。電流Iおよび電圧Uが変化すると電力P=U・Iが
変化する。したがって、前述の関数Uoptimal=f
(P)は、トーチの伝達関数U=F(I,Q)から生じ
るということができる。後者の関数は、トーチ調整シス
テムの入力変数は電流Iおよび流量Q、出力変数は電圧
Uであることを示している。
ーチの特性分析の結果得られた以下の原理に基づく。
び電力Pが増大する。空気流量が増大すると、空気の温
度が低下し抵抗率が増す。
電力Pが低下する。
下し電力Pが増大する。アーク電流が増大するとプラズ
マ生成ガスの温度が上昇し、したがってその抵抗率が低
下する。
昇し電力Pが低下する。
詳細に説明する。
電力値CPUISをロボット34に入力する。特に指定
しない場合ロボット34は基準値を、以前の基準値と同
じ値に調整する。
まで増大する(ランプ条件下の動作)。次いで、トーチ
の電力は基準電力の付近で安定する(永続条件)。
は、電圧測定手段39および電流測定手段40を用い
て、調整プロセスのサイクルごとに実施される(図
2)。これらの量から、トーチの実電力Pr=U・Iの
計算が可能になる。
る最適アーク電圧(Uoptimal)でCPUISの測定値
Prに近づけるために空気流量Qおよびアーク電流Iの
基準値を変更することからなる。先に示したとおり、線
図Uoptimal=f(P)はトーチ特性試験から得られ
る。したがって前記線図は、オペレータによってロボッ
ト34の記憶手段に事前に入力されたものである。
が実施される。
算ΔP=|CPUIS−Pr|。
にオペレータによって決定されたしきい値であり、この
値から、実電力が基準電力値に達したことが判定され
る。
プ条件を継続するか、またはこれに移行する。
件を継続するか、またはこれに移行する。
ることができる。
値が、限界値QmaxとQmin、およびImaxとIminの間に
あることを確認することからなる段階。
流および流量の基準値をこれらの限界値に合わせて調整
する段階。
示す。
ンプ動作条件の線図を示す。この条件は、トーチの始動
時であるか、トーチ動作中の基準値CPUISの変更時
であるかに関わらず、値CPUISにすばやく到達する
ことを可能にするものである。
ち下がり勾配後の周期DT1で、QおよびIの値が増分
される(最初の増分ΔQ1およびΔI1に基づく)。
れる。
ーチの電力を増大させることであり、したがって、Iを
ΔI1だけ増大させることができ、U≦Uoptimalである
ならば、QもΔQ1だけ増大させることができる。
ーチの電力を低下させることであり、したがって空気流
量QをΔQ1だけ減少させることができ、U≦Uoptimal
ならば、アーク電流IをΔI1だけ低減させることがで
きる。
optimalにできるだけ近く維持しながら、トーチの電力
を増大または低下させることが可能となる。ΔPがΔP
raより低下したときには、ランプ動作条件は永続動作条
件に置き換えられる。
に、最適アーク電圧Uoptimalを維持しながら実電力を
公差ΔPraで基準電力値に維持することからなる。この
ために、空気流量Qおよびアーク電流Iの値が、周期D
T2(例えばDT2=DT1)で、増分値すなわち増分ス
テップΔQ2、ΔI2ずつ増分または減分される。
max(プラズマ生成ガス最大流量)ならば、QをΔQ2だ
け増分する。その他の場合には、IをΔI2だけ増分す
る。
て電圧および電力が増大する。第二のケースではアーク
電流の増大によって、最適値で電圧を維持するという決
められた目標にも関わらず、電圧が低下する。これは、
プロセスが一時的に電力を優先し、電圧を犠牲にするこ
とを意味し、したがって、電力を優先し、効率を犠牲に
することを意味する。この効率の損失は、プロセスの次
のサイクル中に補償される。
場合には、I>Iminであれば、アーク電流をΔI2だけ
減分し、それ以外では、空気流量QをΔQ2だけ減分す
る。
よび効率の損失につながる。しかしここでもやはり、こ
の損失は一時的なものであり、調整プロセスの次のルー
プ中に補償される。
場合には、空気流量をΔQ2だけ減分する。
場合には、電流をΔI2だけ増分する。
続動作条件の線図を示す。
ISが変更されない限り、永続動作条件を継続する。オ
ペレータがロボット34に入力するなどによってこのよ
うな変更を実施すると、ΔPがΔPraを超過し、プロセ
スはランプ動作条件に戻る。
づくプロセスによって、トーチの実電力を時間の関数と
して変化させて、これを、最適動作条件またはオペレー
タが選択した条件のできるだけ近くに維持することがで
きる。図8において、電力は最初、ランプ条件に基づい
て上昇し、時刻t1で基準値CPUIS1に達する。この
基準値は時刻t’1まで維持され、この時刻に、オペレ
ータが基準電力値をCPUIS2に変更する。動作は、
再度電力を低下させながら、瞬間t2までランプ動作条
件を継続する。次いでt2とt’2の間では、永続条件下
の動作によって、電力が実質的にCPUIS2に維持さ
れる。t2で、新しい電力基準値CPUIS3がオペレー
タによって入力される。プロセスは再びランプ条件に移
行し、時刻t3に前記新基準値に達するまでこれを継続
する。t3からトーチは再び永続条件下で動作する。こ
のような動作が、必要がなくなるまで続けられる。
を、制御パラメータIおよびQに影響する可能性のある
内部因子または外部因子(外乱)に対して概ね無関係に
する。電極の摩耗状態、プラズマ生成ガスの圧力、およ
びその組成は、トーチの動作中に変化しやすく、その結
果、その動作特性に影響し、供給電力の変更の原因とな
るパラメータである。
問題を回避することができる。例えば、プラズマ生成ガ
スの湿度が増大する場合には、電極間の電圧が低下する
(ガスの抵抗率が低下する)。前述のプロセスによる
と、これによって電流が低減し、および/または流量が
増大する。これらは、電圧をその最適値の方へ変化させ
る傾向を持つ。したがって、湿度の影響が自動的に補償
される。これは、他の外乱因子の影響に関しても適用で
きる。
ステムは、 − 最適電圧曲線として知られるトーチのアーク電圧曲
線をトーチに供給される実電力の関数として記憶する手
段、および − トーチの電力調整を制御する手段であって、第一の
動作条件であるランプ動作条件に従って動作して、アー
ク電圧を最適電圧に等しく維持しながら実電力を電力基
準値に到達させ、第二の動作条件である永続動作条件に
従って動作して、アーク電圧を最適電圧に等しく維持し
ながら、基準値の付近に実電力を安定させる手段を有す
る。
みを含む。このようなプロセスはトーチが動作する環境
を考慮していない。しかしトーチは、例えば一定の、ま
たは周期的に変化する所定の温度に加熱されなければな
らない装置または環境の中で動作し、これにエネルギー
を供給する。温度を維持するのに必要な熱入力すなわち
熱供給も、装置または環境が置かれる状態の関数として
変化する。例えばトーチが炉とともに、または炉の中で
使用される場合には、炉充填段階または炉温度均質化段
階中に、熱供給を変化させることが必要となることがあ
る。
によって、トーチが置かれた環境の温度を調整すること
が可能となる。トーチの電力調節に基づくこの温度調整
は、環境を基準温度値CTfにし、この温度に環境を維
持するために実施する。この温度調整は、依然として活
動化している電力調整に上乗せされる第二段の調整であ
る。
Δt。これは、トーチの環境温度が制限された速度で変
化することを意味する。したがってこの量Cpは、実験
的に決定しなければならないものであって、炉の伝達関
数から直接に得られる。環境の知識、それが機能する方
法、および特性試験を通じて、トーチ電力の関数として
Cpに与えることのできる値についての情報を得ること
ができる。Cpの値が過大である場合、環境の温度上昇
勾配を考慮せずに、トーチ電力がその最大値まであまり
にも速く到達してしまう。Cpの値が低すぎる場合に
は、トーチは不十分な電力レベルにとどまる。
ら、炉の最終温度CTfに到達させるために、トーチ電
力をΔPだけある回数、増分または減分することから構
成される。
クル中に、環境の温度が測定される(図2の温度センサ
42を使用する)。この値Tmが、一つ前のサイクルの
温度Tm-1の値とともに記憶される。
の温度)も知っており、瞬間基準温度値Tc(Tc=T0
±Cp×Δt)を計算することができる。Δtは、サイ
クルの時間増分(時間ステップ)である。
Tc、実温度Tm、および実勾配PENr=(Tm−
Tm-1)/Δtを得ることができる。実勾配の量は、℃
/時間で表したサイクルmの有効昇温勾配または降温勾
配である。
をΔT、実勾配PENrとCpの間の勾配変動公差をΔP
Eとすると、 − Tm<Tc−ΔTの場合は、電力が2ΔPだけ増分さ
れる。
Pだけ減分される。
がΔPだけ増分される。
がΔPだけ減分される。
の関数としての温度変化を概略的に図9に示す。勾配線
Cpは、基準環境温度値の変化を表す。瞬間t1、
t2、...t7のそれぞれの付近で、実温度が測定さ
れ、実温度勾配が計算される。これらのそれぞれの瞬間
で、対応する電力増分値または減分値がグラフ上にプロ
ットされている。したがって瞬間t1の付近では、瞬間
基準値と比較した温度偏差がΔTを超え、電力が2ΔP
だけ増分される。実勾配とCpの間の偏差からは、ΔP
の電力増分となり、したがって全体で3ΔPの電力増分
となる。
スの連続する段階を表す線図を示す。Tmは例えば60
秒の周期で測定される。デフォルト値として以下の値を
パラメータに与えるように選択することも可能である。
環境(例えばトーチおよび炉)によって構成されたアセ
ンブリの特性に基づいた値。
pは、初期設定の要求後にオペレータに示される初期値
である。
様、すなわち電力調整および温度調整を以上に説明し
た。温度調整は電力調整を利用する。しかしある用途で
は、電力調整だけが実施され、温度調整は実施されな
い。両方が使用される場合は、プラズマトーチによって
構成されたシステムを二重に調整することになる。
ついて説明する。図11に、トーチ冷却回路32の回路
図を示す。
流側電極、および界磁コイルの周囲、ならびに外部の下
流側外覆いの周囲が加圧脱イオン循環水によって永続的
に冷却される。このトーチ冷却循環水はポンプ48によ
って供給され、これによって、電気アーク、ならびにト
ーチの下流端が位置する装置または環境の温度によって
壁に伝達されたエネルギーを排出することが可能とな
る。
保証するためにトーチ冷却水は脱イオンされる。循環水
の抵抗率は、ロボット34に接続された抵抗率センサ
(図2)を用いて継続的に制御されることが好ましい。
トーチ循環水の自動部分再生によって抵抗率は下限値よ
り高く維持される。
およびタンク46から構成された脱イオン水回路への給
水52を制御する。
内に入る脱イオン水の品質維持が可能となる。タンクか
ら分岐したこの回路は循環水の一部を脱イオン樹脂カー
トリッジ54に送り、トーチの水循環が活動化されたと
きにこれをタンク46に再放出する。したがって脱イオ
ンは、循環水回路の継続的な分岐によって、ロボットの
関与なしで自動的に実施される。再生処理流量の調整は
弁によって手動で実施する。
監視が可能となる。圧力が欠陥限界値より低下した場合
にはトーチは電気的に停止される。
中のトーチの冷却を最適にするのに十分な予備の脱イオ
ン水を永続的に得ることが可能になる。水圧が下限値ま
で降下したとき(タンク圧力センサから通知される)、
これは、自動的に作動すなわち活動化され、上限値に達
したときに停止される。同一の圧力測定とロボットに記
憶された限界値との比較によって、異なる限界値が検出
される。後者が弁50の開閉を制御する。
用ポンプが動作することがないように、水位センサ45
によってポンプは停止される。
換器42(板式熱交換器)および第二の水循環回路44
によって確保される。後者は、蒸発原理で動作する気体
冷媒(aero-coolant)を含むことができ、また、使用可
能なもの、または装置設置場所の選択に基づいて、閉ル
ープ、または、連続的に排水するより簡単な開ループと
することができる。
弁58を含む回路56を備えることができる。これは、
例えば主回路に接続され、非脱イオン水をトーチ1に供
給する。これによって水回路は汚染される。この装置
は、ポンプが停止し、トーチがこれが動作する装置内に
あるときにのみ動作する。
を一括してまたは個別に、任意選択で提供するができ
る。
に長い場合、または充填と次の充填との間の時間があま
りに長い場合に、ロボット34は、メッセージをオペレ
ータに送ったり、または警告信号を発したりすることが
できる。
は回路60と組み合わせて、脱イオン水の抵抗率を測定
する手段を提供することができる。次いでロボット34
に信号が送信され、測定した抵抗率をここで、一つまた
は複数の限界値と比較する。限界値としては、欠陥限界
値および警告限界値が可能である。測定抵抗率が欠陥限
界値より低い場合、トーチが電気的に停止されるととも
に警告が発せられ、測定抵抗率が警告限界値より低い場
合、警告が発せられる。
チ内の水の流量、および/またはタンク内の水位、およ
び/または前記回路内の水圧、および/またはトーチに
出入りする水の温度の測定が可能となる。
および温度に対する警告限界値および/または欠陥限界
値を提供することができる。警告限界値を上まわると警
告信号が発せられ、欠陥限界値を上まわるとトーチが停
止される。水位では、ポンプ48の監視によって非常に
低い水位を下まわったことがわかると、ポンプおよびト
ーチが停止され、また、ポンプ48が停止しトーチが利
用場所の所定の位置にあるときには、予備ポンプ49
が、ロボット34の制御の下に動作を始める。したがっ
てロボット34は、以下の機能の監視および制御を保証
する。
によって、 − それでも水の流量が不十分であって、トーチの戻り
が確認されない場合は、重大損傷情報をオペレータに送
信することによって保証される。
規則が守られていることが保証される。
はトーチの冷却が保証されている(そうでなければ、電
極およびその下流側部分の非常に急速な溶融が起こ
る)。
るときには、設置構成および種類の関数として、制御/
検査手段34によって以下を含む緊急動作が提供され
る。
率)を永続的に測定することができ、これらの一つが変
化した場合、安全処置の必要が生じる前にオペレータに
警告することができる。
スフローを生成し、これを制御する手段を図12に関連
させて説明する。プラズマ生成ガスは、工業用空気シス
テムまたは圧縮器からの空気とすることができる。80
0kWの電力で、使用可能な最小圧力が約6バール、流
量が300Nm3/h、すなわち約110g/sである
ことが好ましい。
および乾燥装置66を使用した油分除去、乾燥、および
約1/10マイクロメーターのフィルタによるろ過が実
施される。緩衝タンク68は、空気の貯蔵を生み出し、
調整弁29の上流の圧縮器に起因する圧力変動を防止す
る。
によって制御されてトーチ1に供給される空気の流量を
測定する(図2参照)。ロボット34が、乾燥装置およ
び圧縮器の始動および停止、ならびに調整弁29の開閉
を保証することが好ましい。トーチが、その使用位置か
ら後退した位置にない場合は直ちに、内部汚染を防ぐた
めに最低限の空気フローがトーチに供給される。
つまたは複数の限界値、例えば警告限界値および/また
は欠陥限界値と比較することができる流量測定値を提供
する。警告限界値を上まわると警告信号がオペレータに
送られる。
および圧縮器が停止される。トーチがその使用位置に依
然としてあり、環境からのトーチの汚染を防ぐ最低限の
空気循環値が維持されている場合を除き、弁29も閉じ
られる。
り、トーチ電力調整の枠組みの一部を構成する。本発明
の範囲内で提供される調整は、空気回路に関する外乱
(例えば大気の湿度変化または気圧変化)によってはト
ーチは停止しないという利点を有する。オペレータにも
警告されるが、本発明に基づく調整装置によって、空気
フローに関する外乱に反応し、これを補償することが可
能となる。反対にガス流量が、トーチ内に噴射される前
に、電力、または任意選択で要求されたガスエンタルピ
ーの関数として制御される。
図13に関連させて説明する。同図ではスタータを参照
符号71で示す。
R−8914677に記載されていることを指摘してお
く。このスタータは、ジャッキ液圧活動化回路を加圧さ
れた状態に維持することができる。これはさらに、始動
ジャッキ2(図1)の前後運動を制御する。これはま
た、トーチ内でのアークの点火を確実にする装置でもあ
る。点火前に、これは前進位置に置かれ、上流側電極を
下流側電極と接触させて短絡させる。始動後のアーク電
流の確立中に、前記ジャッキは、上流側電極からすばや
く後方に移動し、二電極間にアークを「引く」。
むタンクを指す。ポンプ76は油の一部を、上部に空気
を含んだ二重畜圧器78に上げる。畜圧器内の圧力が上
昇し、限界値に達すると、プレソスタットすなわち、圧
力調整器80がポンプ電動機76を遮断する。油圧が下
限に達すると、プレソスタット82はポンプを再始動す
る。圧力欠陥プレソスタット84は、油圧が十分でない
場合のトーチの始動を防止する。
連した部分86およびスタータの後退機能に関連した部
分88を有する。図13では分配装置がスタータ後退位
置にあり、そのため、油圧がジャッキの背面に伝えられ
ている。
流量リミッタ89〜90、91〜92が連結されてい
る。それぞれは、逆止め弁89、91および流量リミッ
タ90、92を含む。リミッタは、ジャッキへのおよび
ジャッキからの油の流出入を可能とする機械的調整シス
テムである。タンクへの油のもどりは、オイルフィルタ
93(10μmフィルタ)によって行われる。最後に、
タンク74には空気フィルタ94が取り付けられる。
た界磁コイル8(図1)およびアーク18(図1)に高
電圧システムから電力を供給することを保証する。電源
手段30を図14に示す。この電源手段は、高圧電源1
00、変圧器102(一般に12相)および整流器10
4を含む。これらは、トーチ電極および界磁コイルに直
流電流を供給する。過電圧手段112の平滑チョーク1
14がアークの電流変動を吸収する。
etz)ブリッジ(例えばブリッジあたり6サイリス
タ)から本質的に構成される。ファン型手段110は、
整流器104内の十分な空気の循環を保証する。整流器
は、ロボット34から供給される電流基準値Iarcによ
ってプログラムされる。この基準値の準備については、
トーチ電力調整プロセスに関連してすでに述べた。
4に関して集中される。故障に関する情報の伝達はロボ
ット34に直接に実施される。標準的なセンサで、トー
チ1のアーク電流およびアーク電圧の値を測定すること
ができる。
値を関係付けることができる(例えば警告限界値を50
A、欠陥限界値を100Aとする)。警告限界値では、
これを超えると、アーク電流警告信号が発せられ、欠陥
限界値では、これを超えるとトーチが停止する。
定することができる。すなわち、これ未満では電圧が低
すぎる下限値、警告限界値および欠陥限界値である。電
圧が下限値より低下するか、または警告限界値を上まわ
ると、対応する警告信号がロボット34によって送られ
る。電圧が欠陥限界値を超えると、トーチ1は停止され
る。
れた二つのループ、すなわち電力調整に関係した第一の
ループ、および温度調整に関係した第二のループを有す
るシステムである。トーチシステムのサーボ機構を図1
5に示す。
ある装置の温度)、P(トーチに供給される電力。k
W)、I(電流。A)およびQ(プラズマ生成ガスの流
量。Nm3/h)が示されている。
調整機能のみを選択することができる。さらに、超過圧
下にある炉内でトーチが使用される場合などに、基準値
122によって電力を最低値Pminiにすることができ
る。
る(図15のブロック124)。電流Iおよび流量Qを
それらの固定基準値で抑止する基準値126、128も
提供できることに留意されたい(この場合には電力調整
は実施されない)。空気フローなどに対する外乱131
が考慮されている。関数Fは、トーチの伝達関数を表
す。
る(図15のブロック132)。測定温度と基準温度の
間の偏差Eから、基準電力値は、P=g(T)に従って
変化する(ブロック134)。関数G(T=G(P))
は、トーチと炉の伝達関数を表す。
なる補助システム(プラズマ生成ガス供給、冷却回路、
その他)の状態に基づいて、トーチシステムの動作を認
めたり、または阻止したりすることができる。
2MW、4MWなどの100kWを超える電力のプラズ
マトーチの調整および/または制御に特に適している。
ムを示す図である。
ある。
電圧の変化の一例である。
す図である。
力調整プロセスの諸段階を示す図である。
調整プロセスの諸段階を示す図である。
電力の経時変化を示す図である。
の経時変化を示す図である。
示す図である。
を示す図である。
成ガス供給回路を示す図である。
図である。
示す図である。
を示す図である。
Claims (16)
- 【請求項1】 最適電圧曲線として知られるトーチのア
ーク電圧曲線(C1)をトーチに供給される実電力の関
数として記憶する手段と、 トーチの電力調整を制御する手段であって、ランプ条件
として知られる第一の動作条件に従って動作して、アー
ク電圧を、誤差マージンの範囲内で最適電圧とともに変
化させながら、実電力を、電力基準値と呼ばれる値(C
PUIS)に到達させ、永続条件として知られる第二の
動作条件に従って動作して、誤差マージンの範囲内でア
ーク電圧を最適電圧に等しく維持しながら、基準値(C
PUIS)の付近に実電力を安定させる手段とを有する
プラズマトーチ制御システム。 - 【請求項2】 実電力値と基準電力値の差に応じて、二
つの動作条件のどちらを調整制御手段の動作に使用する
かを決定する手段をさらに有する請求項1に記載のプラ
ズマトーチ制御システム。 - 【請求項3】 実電力およびアーク電圧の値を変更する
ために、トーチ電力調整制御手段が、アーク電流値およ
び/または空気流量を変更する信号を生成する請求項1
または2に記載のプラズマトーチ制御システム。 - 【請求項4】 調整手段が永続条件下で動作していると
きに、基準電力値を変更する手段をさらに有する請求項
1または2に記載のプラズマトーチ制御システム。 - 【請求項5】 トーチがエネルギーを供給する装置の温
度調整を制御する手段をさらに有する請求項1または2
に記載のシステム。 - 【請求項6】 トーチの電力調整を制御する手段が、装
置の温度調整を制御する手段としても使用される請求項
5に記載のシステム。 - 【請求項7】 装置の温度調整を制御する手段が、トー
チ電力の増分または減分の制御を可能にする請求項5に
記載のシステム。 - 【請求項8】 温度調整を制御する手段が、トーチが配
置された装置の動作温度Tfおよび装置の慣性(Cp)の
関数としてトーチ電力変動制御信号を生成する手段を含
む請求項5に記載のシステム。 - 【請求項9】 温度調整手段が、一方では、装置内で測
定した実温度と瞬間基準温度値の偏差に基づいて、他方
では、実温度の変化速度と装置の慣性の差に基づいて、
トーチ電力の増分信号または減分信号を生成する請求項
5に記載のシステム。 - 【請求項10】 プラズマトーチの流体供給手段または
電源手段に故障が発生したときに、オペレータインタフ
ェースに警告信号を供給することができる手段をさらに
有する請求項1または2に記載のシステム。 - 【請求項11】 プラズマトーチの流体供給手段または
電源手段に故障が発生したときに、トーチの動作を停止
させる信号を発することができる手段をさらに有する請
求項1または2に記載のシステム。 - 【請求項12】 流体供給手段が、トーチ冷却流体を循
環させる手段、および/またはプラズマ生成ガスを循環
させる手段、および/またはトーチ始動ジャッキに流体
を供給する手段を含む請求項10に記載のシステム。 - 【請求項13】 流体供給手段が、冷却流体を脱イオン
する手段、流体の脱イオンを監視する手段、ならびに/
あるいはトーチ内での冷却流体の流量、および/または
流体の圧力、および/またはトーチに出入りする際の流
体の温度を監視する手段を含む請求項10に記載のシス
テム。 - 【請求項14】 流体供給手段がさらに、プラズマ生成
ガスを循環させる手段、およびトーチに供給されるプラ
ズマ生成ガスの流量を監視する手段を含む請求項10に
記載のシステム。 - 【請求項15】 流体供給手段が、トーチ始動ジャッキ
に流体を供給する手段、およびジャッキに供給される流
体の圧力を監視する手段を含む請求項10に記載のシス
テム。 - 【請求項16】 電源手段が、アーク電流およびアーク
電圧をトーチに供給し、電源手段がさらに、前記アーク
電流およびアーク電圧を監視する手段を有する請求項1
0に記載のシステム。
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