基於網絡傳輸的數字式電弧爐電極控制方法及系統的製作方法
2023-05-30 03:20:26
專利名稱：基於網絡傳輸的數字式電弧爐電極控制方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及冶金技術領域，尤其涉及採用液壓作為驅動單元的電弧爐電極調節系統的電極控制方法，還涉及一種控制系統。
背景技術：
電爐煉鋼是一種重要的煉鋼方法，它通過電弧熔化廢鋼金屬，在冶煉過程中會消耗大量的電能。電極調節器控制技術是電爐煉鋼的一個重要分項技術，好的電極調節器它可以大量節省電能，加快冶煉周期，可穩定電爐冶煉時的電弧，並降低電爐工作的噪音，是一種節能環保新技術。目前國際上電極調節器採用的是採用電流電壓變送器將電信號轉換成模擬量信號(電流電壓變送器)傳輸給控制器進行運算，所有的運算由控制器完成，控制器運算的工作量很大，造成了系統整體的響應時間長；同時只有電流和電壓參與運算，參與運算的基礎參數不能滿足現代調節理論的控制要求，控制精度得不到提高；採用電流、電壓變送器時電信號轉變模擬量信號的過程所需時間較長，並且變送器本身因自身的特性在轉化時就存在一點的信號失真，同時傳輸模擬量信號的控制電纜容易受到其特殊環境的強電磁幹擾，極易再次發生信號失真，導致控制器接受的基礎數據誤差進一步放大。以上不利因素導致了控制系統的誤差放大和整體動態響應時間加長。這種系統組成方式主要存在如下問題
I.電信號轉化成模擬量信號的轉化時間偏長，一般在IOOmS左右。2.電信號轉化成模擬量信號會發生數據失真，而且在模擬量傳輸過程中會因為所在強電磁環境的影響造成電磁幹擾，造成模擬量信號的幅值變化，信號失真度放大。3.控制單元所參與運算的數據分析量很大，常常需要採用除了調節計算中所需 PID調節以外的積分和微分運算，數據處理的時間偏長。4.參與運算的基礎數據只有電流和電壓信號，無法適應新的控制理論，調節精度得不到提升。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的之一是提供一種基於網絡傳輸的數字式電弧爐電極控制方法，該方法採用高速的電力系統監控裝置作為調節器前置的數據處理和傳輸單元，可減少人工維護量，降低事故發生率，延長電弧爐的使用壽命，同時電極調節器系統整體響應速度的提高，可進一步穩定電弧，節約電耗，降低石墨電極的消耗，提高了數據的可靠性和較高的傳輸速率，保證了數據的可靠性；本發明的目的之二是提供一種基於網絡傳輸的數字式電弧爐電極控制系統。本發明的目的之一是通過以下技術方案實現的
該種基於網絡傳輸的數字式電弧爐電極控制方法，包括以下步驟
步驟I:通過電信號採集單元從電極短網系統採集電信號，並將採集到的電信號輸出至前置數據處理模塊；步驟2 :前置數據處理模塊對電信號進行處理計算，將參數數位化後，通過網絡通信的方式將信號傳輸給控制單元；
步驟3 :控制單元對數據進行處理後，向電極驅動單元發出控制信號；
步驟4 :電極驅動單元根據控制信號，對電極進行調節。進一步，所述電信號為電壓信號和電流信號。進一步，所述方法形成一個閉環的PI或者PID調節控制系統。本發明的目的之二是通過以下技術方案實現的
該種基於網絡傳輸的數字式電弧爐電極控制系統包括
電信號採集單元，用於從電極短網系統採集所需的電信號；
前置數據處理模塊，用於接收電信號採集單元所採集的電信號，並對電信號進行前置運算後，將所需數據轉換為數位訊號；
控制單元，通過網絡接收前置數據處理模塊輸出的數位訊號，經過二次運算後向外輸出控制指令；
電極驅動單元，接收控制指令，對電極進行調節。進一步，所述電信號採集單元從電極短網系統採集的電信號為電壓信號和電流信號;
進一步，所述前置數據處理模塊與控制單元的的數據傳輸方式為網絡傳輸；
進一步，所述控制單元為PLC系統、單片機系統或者工業控制計算機系統。本發明的有益效果是
1.本發明的系統簡單可靠，可減少人工維護量，降低事故發生率，延長電弧爐的使用壽
命;
2.本發明的方法和系統採用高速的電力系統監控裝置作為調節器的數據處理和傳輸單元，採用高速和可靠的算法，提高了數據的可靠性和較高的傳輸速率。從控制器發送請求到接受到數據只需70mS比傳統的電流電壓變送器速度提高了 2(T30mS，而且所傳輸數據通過網絡傳輸不會受到所在強電磁環境的幹擾進一步保證了數據的可靠性；
3.本發明的整個系統採用閉環控制，電信號的分析處理放在了前置數據處理和傳輸模塊，控制器只需完成其控制所需的PI或者PID調解算法，減輕了控制器的運行負荷，提高了系統的整體動態響應時間；
4.本發明擺脫了對控制器運算速度高度依賴的缺點，現在電極調節器均選用高性能的 PLC系統或者工業控制計算機，採用本發明的方法因為控制單元處理數據的工作被前置數據處理模塊分擔，控制器的負荷減輕，可採用運算速度滿足要求的低配置PLC系統，特別適用於小噸位的電弧爐或者鋼包精煉LF爐這種投資較緊的項目，節省了系統投資。滿足不同工程項目的需求。5.由於電極調節器系統整體響應速度的提高，可進一步穩定電弧，節約電耗，降低石墨電極的消耗，降低噪音，同時升溫速度的提高也達到了降低電爐的生產過程的費用。綜上所述，本發明具有簡單可靠，控制精度高，系統的整體響應快、不受電磁環境幹擾和易於維護等優點，有效的提高了電能的利用率，達到節約電能，穩定電弧，減少電極消耗，降低電爐的生產過程的費用的目的；本發明具有較好的節能環保效果和較高的經濟效益，本發明不僅適用於傳統的全廢鋼的電弧爐和熔煉海綿鐵的電爐，也適用於帶廢鋼預熱的電弧爐。本發明的其他優點、目標和特徵在某種程度上將在隨後的說明書中進行闡述，並且在某種程度上，基於對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其他優點可以通過下面的說明書和權利要求書來實現和獲得。
為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中
圖I為實施例一的系統硬體結構示意圖2為實施例二的系統硬體結構示意圖3為本發明的硬體功能流程圖。
具體實施例方式以下將參照附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。應當理解，優選實施例僅為了說明本發明，而不是為了限制本發明的保護範圍。實施例一
圖I為本發明實施例一的系統硬體結構示意圖，圖3為本發明的硬體功能流程示意圖。 如圖所示，本發明基於網絡傳輸的數字式電弧爐電極控制系統，包括電信號採集單元I、前置數據處理模塊2、控制單元3和電極驅動單元4，其中電信號採集單元I用於從電弧爐電極短網系統採集所需的電信號，電信號包括電壓信號和電流信號，其中電壓信號採用電壓互感器進行採集，電流信號採用羅氏線圈進行採集；前置數據處理模塊2用於接收電信號採集單元I所採集的電信號，並對電信號進行前置運算，得到電流、電壓、功率、功率因素、 能量以及電源諧波畸變率等電參數，將所需數據轉換為數位訊號，並實時向控制單元傳輸參數數據；控制單元3通過網絡接收前置數據處理模塊2輸出的數位訊號，經過二次運算後向外輸出控制指令；電極驅動單元4用於接收控制指令，對電極進行調節。該系統中，傳輸的所有信號均採用計算機網絡數字式信號，通訊協議可根據所採用的控制設備或者協議轉換器進行轉換傳輸。實施例二
圖2為本發明實施例二的系統硬體結構示意圖，本實施例與實施例一的不同之處在於本實施例中，電流信號採用二次附加繞組的電流互感器進行採集。如圖3所示，本發明的基於網絡傳輸的數字式電弧爐電極控制方法可以通過上述的控制系統得以實現，包括以下步驟
步驟I :通過電信號採集單元從電極短網系統採集電信號，並將採集到的電信號輸出至前置數據處理模塊；
步驟2 :前置數據處理模塊對電信號進行處理計算，將參數數位化後，通過網絡通信的方式將信號傳輸給控制單元；
步驟3 :控制單元對數據進行處理後，向電極驅動單元發出控制信號；
步驟4 :電極驅動單元根據控制信號，對電極進行調節。CN 102605139 A為更直觀地對本方法進行表述，圖2為本發明的硬體功能流程圖，如圖所示，電壓和電流信號經過PT和羅氏線圈(或CT)變換將電壓變化為100V信號，電流變換為5A電信號後，傳輸給前置數據處理模塊，前置數據處理模塊將採集到的電壓和電流信號經過高速的處理器計算出所需的每相的功率因素、瞬時電功率(有功功率、無功功率)等關鍵數據後，通過網絡傳輸給電極調節器(即電極驅動單元)的控制單元(即圖中PLC系統)，在控制器中將網絡得到的數據進行PID運算後發出調節信號給電極驅動單元，PID運算採用P、PI和PID 調節均可，驅動單元根據所得到的信號進行電極的調節；因為電極的調節導致了電流、電壓的變化(電源的變化)，變化後的數據又通過採集單元傳輸給前置數據處理模塊，以此形成一個閉環的調節。具體應用實例
下面結合具體實例對本發明的一些關鍵實驗數據進行說明，該試驗中，採用Rockwell 公司的PM3000系列電力監控儀表和Rockwell公司的Rslogix5000 PLC系統，本發明應用的電源條件
控制電壓輸入:120V…240V、AC 50 60Hz或者125V…250V DC 檢測電壓輸入範圍15...399V、L-N RMS 26…691V、L-L RMS
檢測電流輸入範圍50 mA…10. 6A、RMS 本發明經過測試，可以達到以下的技術參數
測量精度電壓、電流、頻率±0. 05%能量±0. 1% ；
前置模塊數據處理後傳輸到PLC周期< 70ms ；
系統整體響應時間(加上PLC掃描周期)(90ms ；
以80ms請求周期為前提條件連續運行48小時，網絡通訊沒有發生過丟失數據。最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.基於網絡傳輸的數字式電弧爐電極控制方法，其特徵在於包括以下步驟步驟I:通過電信號採集單元從電極短網系統採集電信號，並將採集到的電信號輸出至前置數據處理模塊；步驟2 :前置數據處理模塊對電信號進行分析處理計算，將參數數位化後，通過網絡通信的方式將信號傳輸給控制單元；步驟3 :控制單元對接受到的數據進行計算處理後，向電極驅動單元發出控制信號；步驟4 電極驅動單元根據控制信號，對電極進行調節。
2.根據權利要求I所述的基於網絡傳輸的數字式電弧爐電極控制方法，其特徵在於 所述電信號為電壓信號和電流信號。
3.根據權利要求I所述的基於網絡傳輸的數字式電弧爐電極控制方法，其特徵在於 所述方法形成一個閉環的PI或者PID調節控制系統。
4.基於網絡傳輸的數字式電弧爐電極控制系統，其特徵在於所述系統包括電信號採集單元(1)，用於從電極短網系統採集所需的電信號；前置數據處理模塊(2)，用於接收電信號採集單元(I)所採集的電信號，並對電信號進行前置運算後，將所需數據轉換為數位訊號；控制單元(3)，通過網絡接收前置數據處理模塊(2)輸出的數位訊號，經過二次運算後向外輸出控制指令；電極驅動單元(4)，接收控制指令，對電極進行調節。
5.根據權利要求4所述的基於網絡傳輸的數字式電弧爐電極控制系統，其特徵在於 所述電信號採集單元(I)從電極短網系統採集的電信號為電壓信號和電流信號。
6.根據權利要求4或5所述的基於網絡傳輸的數字式電弧爐電極控制系統，其特徵在於所述前置數據處理模塊(2)與控制單元的數據傳輸方式為網絡傳輸。
7.根據權利要求6所述的基於網絡傳輸的數字式電弧爐電極控制系統，其特徵在於 所述控制單元(4)為PLC系統、單片機系統或者工業控制計算機系統。
全文摘要
本發明公開了一種基於網絡傳輸的數字式電弧爐電極控制方法，包括步驟1通過電信號採集單元從電極短網系統採集電信號，將採集到的電信號輸出；步驟2前置數據處理模塊對電信號進行處理計算，將參數數位化後，通過網絡通信的方式將信號輸出；步驟3控制單元對數據進行處理後，向電極驅動單元發出控制信號；步驟4電極驅動單元根據控制信號，對電極進行調節，該方法採用高速的電力系統監控裝置作為調節器的數據處理和傳輸單元，可減少人工維護量，降低事故發生率，延長電弧爐的使用壽命，同時電極調節器系統整體響應速度的提高，可進一步穩定電弧，節約電耗，降低石墨電極的消耗；本發明的目的之二是提供一種基於網絡傳輸的數字式電弧爐電極控制系統。
文檔編號C21C5/52GK102605139SQ20111033669
公開日2012年7月25日 申請日期2011年10月31日 優先權日2011年10月31日
發明者張豫川 申請人:中冶賽迪工程技術股份有限公司