一種礦熱爐電極升降閉環控制系統的製作方法
2023-12-04 11:32:21
一種礦熱爐電極升降閉環控制系統的製作方法
【專利摘要】本專利涉及電極控制裝置，具體為一種礦熱爐電極升降閉環控制系統。電壓測量端、功率測量端、電流測量端分別連接諧波檢測裝置，諧波檢測裝置連接工控機，工控機的數據輸入端另分連接別溫度測量端、壓力測量端，工控機的數據輸出端連接PLC控制器，PLC控制器的數據輸入端連接光電編碼器，光電編碼器連接電極升降結構，電極升降結構連接交流力矩電機，交流力矩電機另連接變頻器，變頻器分別連接PLC控制器和主電路。本專利可解決礦熱爐冶煉過程中三相電極的位置問題，並給冶煉生產操作提供了多種不同的操作模式，從而實現節能降耗、穩定生產。
【專利說明】一種礦熱爐電極升降閉環控制系統
【技術領域】
[0001]本專利涉及電極控制裝置，具體為一種礦熱爐電極升降閉環控制系統。
【背景技術】
[0002]在礦熱爐冶煉過程中，由於系統的時變性和複雜性，三相電極的最優位置會經常改變。為了讓電極工作於最優位置區域內，必須通過電極升降控制系統調節電極的位置，以期降低三相熔池功率的不平衡度。原電極升降系統主要存在以下問題:(I)三相電極插入位置無法檢測，目前，該電爐有一簡易的電極位置顯示裝置，雖然這一裝置可直觀地顯示電極上端的移動距離，但由於沒有設定電極的初始位置，沒有一個合理的方法推斷電極在工作過程中的損耗量，只能靠人工憑經驗估計電極的消耗量，並以此為標準來控制電極的提升、下降或壓放，調整電極的位置，這種方法無法獲得三相電極的實際插入位置，難以保證礦熱爐穩定持續地工作在最佳工作範圍內。(2)電極升降控制的自動化程度低，控制效果不佳，礦熱爐電極的升降控制主要靠人工手動控制三相一次電流平衡來調節三相功率平衡，由於操作人員的經驗、技術水平和熟練程度不同，難以保證礦熱爐持續滿負荷運行。該方法調節過程滯後、工人操作強度大、工作效率低、耗電量大、爐況不穩定、難以保證產品產量和質量。(3)三相一次電流達到了平衡，並不代表熔池內三相有功功率達到平衡，同時，因三相電極電流之間有一定的耦合關係，若有一相電流發生變化，其餘兩相電流必然受到影響，很難保證三相電流平衡。(4)通過將三相一次電流控制在900A左右可使電爐達到正常的冶煉效果，但是由於三相短網不平衡，三相電極的最佳工作範圍不一樣，如果都米取900A,並不一定能達到最佳的冶煉效果。(5)電極的傳動機構為交流力矩電機，其升降速度是恆定的。但當需要調節的量較小時，要適當減小升降速度，使電極升降對周圍爐料及坩堝的影響較小；當出現事故、所需調節的量較大時，要適當增大升降速度，使得電極快速升降，以避免事故惡化。這樣，電機長期處於頻繁正反轉衝擊負荷下，壽命短，難於維護；電極頻繁串動，升降不穩，使得力矩電機燒壞和電極折斷現象發生的可能性增大。(6)人工依據爐況和電壓電流的變化來調節電壓等級，這一方法由於受到操作人員崗位流動性的影響，使得工程師很難及時了解爐況與電壓電流的變化，無法及時調整電壓等級以使冶煉效果達到最佳；當出現故障時，也無法及時調整電壓等級，對故障的處理不利。
【發明內容】
[0003]本專利針對以上技術問題，提供一種礦熱爐電極升降閉環控制系統，目的在於:解決礦熱爐冶煉過程中三相電極的位置問題，並給冶煉生產操作提供了多種不同的操作模式，從而實現節能降耗、穩定生產。
[0004]本專利的具體技術方案如下:
[0005]一種礦熱爐電極升降閉環控制系統，由電壓測量端、功率測量端、電流測量端、諧波檢測裝置、工控機、溫度測量端、壓力測量端、PLC控制器、光電編碼器、電極升降結構、交流力矩電機、變頻器組成，其特徵在於:電壓測量端、功率測量端、電流測量端分別連接諧波檢測裝置，諧波檢測裝置連接工控機，工控機的數據輸入端另分連接別溫度測量端、壓力測量端，工控機的數據輸出端連接PLC控制器，PLC控制器的數據輸入端連接光電編碼器，光電編碼器連接電極升降結構，電極升降結構連接交流力矩電機，交流力矩電機另連接變頻器，變頻器分別連接PLC控制器和主電路。
[0006]礦熱爐電極升降閉環控制系統是利用PLC控制器作為下位控制機，工業控制計算機作為上位機，光電編碼器檢測到的電極升降位移作為一個反饋，構成一個閉環控制系統，並且利用電極位置優化控制策略對電極進行控制。通過採集現場數據，利用最小二乘支持向量機建立了電極位置與三相熔池功率、電極電流的軟測量模型。由於升降電極的直接目的是為了降低三相熔池功率的不平衡度，通過分析電爐的電氣系統與爐膛內部電路，利用電路電極位置與熔池功率、電極電流的關係，為電極位置優化控制提供了依據。
[0007]本專利的技術優勢體現在:(I)爐況正常時，採用電極位置優化控制。(2)當電流下降或上升幅度過大時，採用恆電流控制。控制信號由一次側電流決定，以便使電路中的電流快速地恢復到正常工作範圍之內。(3)不可抬升電極的情況處理。出鐵時，為防止出現塌料，出鐵口附近的電極不能上抬；電極出現異常時，如中間凹陷，則一般不能抬升。(4)故障情況下電極的處理當礦熱爐自動控制系統出現故障時，系統給出相關狀態信息並報警，提示操作人員切換到手動控制，以保證礦熱爐的正常生產。本礦熱爐電極升降閉環控制系統的建立，可以解決礦熱爐冶煉過程中三相電極的位置問題，並給冶煉生產操作提供了多種不同的操作模式，從而實現節能降耗、穩定生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為本專利結構示意圖。
[0009]其中，I—電壓測量端、2—功率測量端、3—電流測量端、4—諧波檢測裝置、5——工控機、6——溫度測量端、7——壓力測量端、8——PLC控制器、9——光電編碼器、10—電極升降結構、11—交流力矩電機、12—變頻器、13—主電路。
【具體實施方式】
[0010]下面結合【具體實施方式】和說明書附圖對本專利作進一步說明。
[0011]一種礦熱爐電極升降閉環控制系統，由電壓測量端、功率測量端、電流測量端、諧波檢測裝置、工控機、溫度測量端、壓力測量端、PLC控制器、光電編碼器、電極升降結構、交流力矩電機、變頻器組成，電壓測量端、功率測量端、電流測量端分別連接諧波檢測裝置，諧波檢測裝置連接工控機，工控機的數據輸入端另分連接別溫度測量端、壓力測量端，工控機的數據輸出端連接PLC控制器，PLC控制器的數據輸入端連接光電編碼器，光電編碼器連接電極升降結構，電極升降結構連接交流力矩電機，交流力矩電機另連接變頻器，變頻器分別連接PLC控制器和主電路。
[0012]礦熱爐電極升降閉環控制系統是利用PLC控制器作為下位控制機，工業控制計算機作為上位機，光電編碼器檢測到的電極升降位移作為一個反饋，構成一個閉環控制系統，並且利用電極位置優化控制策略對電極進行控制。通過採集現場數據，利用最小二乘支持向量機建立了電極位置與三相熔池功率、電極電流的軟測量模型。由於升降電極的直接目的是為了降低三相熔池功率的不平衡度，通過分析電爐的電氣系統與爐膛內部電路，利用電路電極位置與熔池功率、電極電流的關係，為電極位置優化控制提供了依據。工控機，在整個電極升降控制系統中，工控機的主要任務是根據電極位置測量模型與電極位置優化設定模型計算出最佳電極升降量，並將其作為反饋信號，實現對電極的位置優化控制。作為整個礦熱爐優化控制系統的上位機，工控機還承擔著過程監控、數據存檔、流程顯示以及人工交互等任務。考慮到現場工藝條件以及性價比，本控制系統選擇研華原裝整機作為工控機。PLC控制器，PLC控制器的主要功能是採集各種現場信號，並對變頻器進行啟動、正轉、反轉等命令控制。採用模塊化及無風扇的設計，堅固耐用，容易擴展和廣泛的通訊能力，容易實現的分布式結構以及用戶友好的操作，因此，電極升降控制系統選擇SIMATIC S7-400系列的PLC作為下位機，具體的模塊選擇如下:①I個CPU412H系統套件(包括2個CPU412-3H ；I個18槽機架；2個輸入為220VAC、輸出為IOA的PS407電源模塊；2個IMB存儲卡；2個Profibus DP 口，4個同步模塊，2根I米的同步電纜，4個備用電池)；②I個不停電電源(功率為10KVA，後備時間為30分鐘)3個16點數字量輸入的120~230VAC交流電壓輸入模塊；(!)2個32點數字量輸入的24VDC直流電壓輸入模塊逾I個32點數字量輸出的24VDC直流電壓輸出模塊；⑥3個16點繼電器輸出的220VAC交流電壓輸出模塊；⑦2個16點模擬量輸入模塊，信號範圍為:±25mV，±50mV，±5V或4_20mA ;(D I個8點模擬量輸出模塊，信號範圍為:±10V，±20mA，0-10V, 4-20mA 11隻48針螺釘型端子的前連接器；⑩I根帶有PC適配器和USB接口的編程電纜；(3)變頻器，選擇變頻器的主要根據是變頻器所驅動的電動機電氣參數，電流波形的修正係數(一般取1.0~1.1)，為變頻器的額定容量，為變頻器的額定電流。本電極升降控制系統中所用的交流異步電極型號為Y160L-8-7.5W。變頻器應選用西門子MM6SE6440-2UD31-1CA1。光電編碼器，光電編碼器在電極升降控制系統中的作用是檢測電極升降量，作為整個閉環控制系統的反饋量。光電編碼器是集光、機、電技術於一體的數位化傳感器，可以高精度測量被測物的轉角或直線位移量。按測量方式可分為旋轉編碼器和直尺編碼器，按編碼方式可分為絕對式編碼器、增量式編碼器和混合式編碼器，絕對式旋轉光電編碼器有以下優點:在一個檢測周期內對不同的角度有不同的格雷碼編碼，因此編碼器輸出的位置數據是唯一的；因使用機械連接的方式，在掉電時編碼器的位置不會改變，上電後立即可以取得當前位置數據；檢測到的數據為格雷碼，因此不存在模擬量信號的 檢測誤差。因此，本系統選擇絕對式旋轉光電編碼器，由於測量角度可能要大於360度，選擇多圈絕對式旋轉光電編碼器。
[0013]所選光電編碼器的具體型號為:倍加福PVM581-011AGR0BN-1213。選擇的配件有彈性聯軸器和安裝支架。(5)空氣斷路器，空氣斷路器的主要作用是保護電路，所以選型的主要參量是額定電流。根據位置的不同，本系統選擇了三種空氣短路器:QFl用來保護三相主電路，型號為施耐德NSC100B3060，額定電流為60A ； 4用來保護控制電路，型號為施耐德0SMC32N2C6，允額定電流為6A ;中的QF5用來保護電機，所以選擇電機專用保護的空氣斷路器，根據電機的最大電流，所選的型號為施耐德GV2-M21C。光電編碼器倍
加福PVM581-011AGR0BN-1213。(6)交流接觸器，交流接觸器主要用來控制電路，最大允許電流也是對其選型的主要參數。在主電路中，選擇的型號為施耐德LC1-D32M7。
【權利要求】
1.一種礦熱爐電極升降閉環控制系統，由電壓測量端、功率測量端、電流測量端、諧波檢測裝置、工控機、溫度測量端、壓力測量端、PLC控制器、光電編碼器、電極升降結構、交流力矩電機、變頻器組成，其特徵在於:電壓測量端、功率測量端、電流測量端分別連接諧波檢測裝置，諧波檢測裝置連接工控機，工控機的數據輸入端另分連接別溫度測量端、壓力測量端，工控機的數據輸出端連接PLC控制器，PLC控制器的數據輸入端連接光電編碼器，光電編碼器連接電極升降結構，電極升降結構連接交流力矩電機，交流力矩電機另連接變頻器，變頻器分別連接PLC控制器和主電路。
【文檔編號】F27D19/00GK203454820SQ201320504214
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年8月19日 優先權日:2013年8月19日
【發明者】於景定, 景滿德, 翟小煜, 楊峻, 李春元 申請人:國網青海電力節能服務有限公司, 成都市中朋達電氣有限公司