CN102605139A

CN102605139A - 基于网络传输的数字式电弧炉电极控制方法及系统

Info

Publication number: CN102605139A
Application number: CN2011103366961A
Authority: CN
Inventors: 张豫川
Original assignee: CISDI Engineering Co Ltd
Current assignee: CISDI Engineering Co Ltd
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2012-07-25
Also published as: WO2013063830A1

Abstract

本发明公开了一种基于网络传输的数字式电弧炉电极控制方法，包括：步骤1：通过电信号采集单元从电极短网系统采集电信号，将采集到的电信号输出；步骤2：前置数据处理模块对电信号进行处理计算，将参数数字化后，通过网络通信的方式将信号输出；步骤3：控制单元对数据进行处理后，向电极驱动单元发出控制信号；步骤4：电极驱动单元根据控制信号，对电极进行调节，该方法采用高速的电力系统监控装置作为调节器的数据处理和传输单元，可减少人工维护量，降低事故发生率，延长电弧炉的使用寿命，同时电极调节器系统整体响应速度的提高，可进一步稳定电弧，节约电耗，降低石墨电极的消耗；本发明的目的之二是提供一种基于网络传输的数字式电弧炉电极控制系统。

Description

基于网络传输的数字式电弧炉电极控制方法及系统

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及采用液压作为驱动单元的电弧炉电极调节系统的电极控制方法，还涉及一种控制系统。

背景技术

电炉炼钢是一种重要的炼钢方法，它通过电弧熔化废钢金属，在冶炼过程中会消耗大量的电能。电极调节器控制技术是电炉炼钢的一个重要分项技术，好的电极调节器它可以大量节省电能，加快冶炼周期，可稳定电炉冶炼时的电弧，并降低电炉工作的噪音，是一种节能环保新技术。目前国际上电极调节器采用的是采用电流电压变送器将电信号转换成模拟量信号（电流电压变送器）传输给控制器进行运算，所有的运算由控制器完成，控制器运算的工作量很大，造成了系统整体的响应时间长；同时只有电流和电压参与运算，参与运算的基础参数不能满足现代调节理论的控制要求，控制精度得不到提高；采用电流、电压变送器时电信号转变模拟量信号的过程所需时间较长，并且变送器本身因自身的特性在转化时就存在一点的信号失真，同时传输模拟量信号的控制电缆容易受到其特殊环境的强电磁干扰，极易再次发生信号失真，导致控制器接受的基础数据误差进一步放大。以上不利因素导致了控制系统的误差放大和整体动态响应时间加长。

这种系统组成方式主要存在如下问题：

1.电信号转化成模拟量信号的转化时间偏长，一般在100mS左右。

2.电信号转化成模拟量信号会发生数据失真，而且在模拟量传输过程中会因为所在强电磁环境的影响造成电磁干扰，造成模拟量信号的幅值变化，信号失真度放大。

3.控制单元所参与运算的数据分析量很大，常常需要采用除了调节计算中所需PID调节以外的积分和微分运算，数据处理的时间偏长。

4.参与运算的基础数据只有电流和电压信号，无法适应新的控制理论，调节精度得不到提升。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种基于网络传输的数字式电弧炉电极控制方法，该方法采用高速的电力系统监控装置作为调节器前置的数据处理和传输单元，可减少人工维护量，降低事故发生率，延长电弧炉的使用寿命，同时电极调节器系统整体响应速度的提高，可进一步稳定电弧，节约电耗，降低石墨电极的消耗，提高了数据的可靠性和较高的传输速率，保证了数据的可靠性；本发明的目的之二是提供一种基于网络传输的数字式电弧炉电极控制系统。

本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：

该种基于网络传输的数字式电弧炉电极控制方法，包括以下步骤：

步骤1：通过电信号采集单元从电极短网系统采集电信号，并将采集到的电信号输出至前置数据处理模块；

步骤2：前置数据处理模块对电信号进行处理计算，将参数数字化后，通过网络通信的方式将信号传输给控制单元；

步骤3：控制单元对数据进行处理后，向电极驱动单元发出控制信号；

步骤4：电极驱动单元根据控制信号，对电极进行调节。

进一步，所述电信号为电压信号和电流信号。

进一步，所述方法形成一个闭环的PI或者PID调节控制系统。

本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的：

该种基于网络传输的数字式电弧炉电极控制系统包括：

电信号采集单元，用于从电极短网系统采集所需的电信号；

前置数据处理模块，用于接收电信号采集单元所采集的电信号，并对电信号进行前置运算后，将所需数据转换为数字信号；

控制单元，通过网络接收前置数据处理模块输出的数字信号，经过二次运算后向外输出控制指令；

电极驱动单元，接收控制指令，对电极进行调节。

进一步，所述电信号采集单元从电极短网系统采集的电信号为电压信号和电流信号；

进一步，所述前置数据处理模块与控制单元的的数据传输方式为网络传输；

进一步，所述控制单元为PLC系统、单片机系统或者工业控制计算机系统。

本发明的有益效果是：

1．本发明的系统简单可靠，可减少人工维护量，降低事故发生率，延长电弧炉的使用寿命；

2.本发明的方法和系统采用高速的电力系统监控装置作为调节器的数据处理和传输单元，采用高速和可靠的算法，提高了数据的可靠性和较高的传输速率。从控制器发送请求到接受到数据只需70mS比传统的电流电压变送器速度提高了20~30mS，而且所传输数据通过网络传输不会受到所在强电磁环境的干扰进一步保证了数据的可靠性；

3.本发明的整个系统采用闭环控制，电信号的分析处理放在了前置数据处理和传输模块，控制器只需完成其控制所需的PI或者PID调解算法，减轻了控制器的运行负荷，提高了系统的整体动态响应时间；

4.本发明摆脱了对控制器运算速度高度依赖的缺点，现在电极调节器均选用高性能的PLC系统或者工业控制计算机，采用本发明的方法因为控制单元处理数据的工作被前置数据处理模块分担，控制器的负荷减轻，可采用运算速度满足要求的低配置PLC系统，特别适用于小吨位的电弧炉或者钢包精炼LF炉这种投资较紧的项目，节省了系统投资。满足不同工程项目的需求。

5.由于电极调节器系统整体响应速度的提高，可进一步稳定电弧，节约电耗，降低石墨电极的消耗，降低噪音，同时升温速度的提高也达到了降低电炉的生产过程的费用。

综上所述，本发明具有简单可靠，控制精度高，系统的整体响应快、不受电磁环境干扰和易于维护等优点，有效的提高了电能的利用率，达到节约电能，稳定电弧，减少电极消耗，降低电炉的生产过程的费用的目的；本发明具有较好的节能环保效果和较高的经济效益，本发明不仅适用于传统的全废钢的电弧炉和熔炼海绵铁的电炉，也适用于带废钢预热的电弧炉。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为实施例一的系统硬件结构示意图；

图2为实施例二的系统硬件结构示意图；

图3为本发明的硬件功能流程图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

实施例一

图1为本发明实施例一的系统硬件结构示意图，图3为本发明的硬件功能流程示意图。如图所示，本发明基于网络传输的数字式电弧炉电极控制系统，包括电信号采集单元1、前置数据处理模块2、控制单元3和电极驱动单元4，其中电信号采集单元1用于从电弧炉电极短网系统采集所需的电信号，电信号包括电压信号和电流信号，其中电压信号采用电压互感器进行采集，电流信号采用罗氏线圈进行采集；前置数据处理模块2用于接收电信号采集单元1所采集的电信号，并对电信号进行前置运算，得到电流、电压、功率、功率因素、能量以及电源谐波畸变率等电参数，将所需数据转换为数字信号，并实时向控制单元传输参数数据；控制单元3通过网络接收前置数据处理模块2输出的数字信号，经过二次运算后向外输出控制指令；电极驱动单元4用于接收控制指令，对电极进行调节。

该系统中，传输的所有信号均采用计算机网络数字式信号，通讯协议可根据所采用的控制设备或者协议转换器进行转换传输。

实施例二

图2为本发明实施例二的系统硬件结构示意图，本实施例与实施例一的不同之处在于：本实施例中，电流信号采用二次附加绕组的电流互感器进行采集。

如图3所示，本发明的基于网络传输的数字式电弧炉电极控制方法可以通过上述的控制系统得以实现，包括以下步骤：

步骤4：电极驱动单元根据控制信号，对电极进行调节。

为更直观地对本方法进行表述，图2为本发明的硬件功能流程图，如图所示，电压和电流信号经过PT和罗氏线圈（或CT）变换将电压变化为100V信号，电流变换为5A电信号后，传输给前置数据处理模块，前置数据处理模块将采集到的电压和电流信号经过高速的处理器计算出所需的每相的功率因素、瞬时电功率（有功功率、无功功率）等关键数据后，通过网络传输给电极调节器（即电极驱动单元）的控制单元（即图中PLC系统），在控制器中将网络得到的数据进行PID运算后发出调节信号给电极驱动单元，PID运算采用P、PI和PID调节均可，驱动单元根据所得到的信号进行电极的调节；因为电极的调节导致了电流、电压的变化（电源的变化），变化后的数据又通过采集单元传输给前置数据处理模块，以此形成一个闭环的调节。

具体应用实例：

下面结合具体实例对本发明的一些关键实验数据进行说明，该试验中，采用Rockwell公司的PM3000系列电力监控仪表和Rockwell公司的Rslogix5000 PLC系统，本发明应用的电源条件：

控制电压输入：120V…240V、AC 50~60Hz或者125V…250V DC

检测电压输入范围：15…399V、L-N RMS

26…691V、L-L RMS

检测电流输入范围: 50 mA…10.6A、RMS

本发明经过测试，可以达到以下的技术参数：

测量精度：电压、电流、频率 ±0.05% 能量 ±0.1%；

前置模块数据处理后传输到PLC周期≤70ms；

系统整体响应时间（加上PLC扫描周期）≤90ms；

以80ms请求周期为前提条件连续运行48小时，网络通讯没有发生过丢失数据。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.基于网络传输的数字式电弧炉电极控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤2：前置数据处理模块对电信号进行分析处理计算，将参数数字化后，通过网络通信的方式将信号传输给控制单元；

步骤3：控制单元对接受到的数据进行计算处理后，向电极驱动单元发出控制信号；

步骤4：电极驱动单元根据控制信号，对电极进行调节。

2.根据权利要求1所述的基于网络传输的数字式电弧炉电极控制方法，其特征在于：所述电信号为电压信号和电流信号。

3.根据权利要求1所述的基于网络传输的数字式电弧炉电极控制方法，其特征在于：所述方法形成一个闭环的PI或者PID调节控制系统。

4.基于网络传输的数字式电弧炉电极控制系统，其特征在于：所述系统包括：

电信号采集单元（1），用于从电极短网系统采集所需的电信号；

前置数据处理模块（2），用于接收电信号采集单元（1）所采集的电信号，并对电信号进行前置运算后，将所需数据转换为数字信号；

控制单元（3），通过网络接收前置数据处理模块（2）输出的数字信号，经过二次运算后向外输出控制指令；

电极驱动单元（4），接收控制指令，对电极进行调节。

5.根据权利要求4所述的基于网络传输的数字式电弧炉电极控制系统，其特征在于：所述电信号采集单元（1）从电极短网系统采集的电信号为电压信号和电流信号。

6.根据权利要求4或5所述的基于网络传输的数字式电弧炉电极控制系统，其特征在于：所述前置数据处理模块（2）与控制单元的数据传输方式为网络传输。

7.根据权利要求6所述的基于网络传输的数字式电弧炉电极控制系统，其特征在于：所述控制单元（4）为PLC系统、单片机系统或者工业控制计算机系统。