CN103471412B - 电炉的电极功率控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电炉的电极功率控制方法，包括以下步骤：检测电炉的电极的实际功率；根据电炉的电极的设定功率和实际功率得到设定功率和实际功率之间的控制误差和误差变化率；根据最近一段时间的控制误差（取均值）对控制参数进行修正；根据修正后的控制参数调整电极的升/降幅值以使电极的实际功率达到设定功率。根据本发明实施例的电炉的电极功率控制方法，根据控制误差实时地修正控制参数，进而对电极的升/降幅值进行实时地调整以使电极的实际功率达到设定功率，可在炉况波动较大时，具有调整精度高，适应性强的优点，控制效果精确，避免频繁的手动干预，降低人力成本。本发明还提出了一种电炉的电极功率控制系统。

Description

电炉的电极功率控制方法及系统

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种电炉的电极功率控制方法及系统。

背景技术

目前，电炉在冶炼工艺中具有广泛的应用，如铅锌冶炼中的保温电炉，铜冶炼中的贫化、沉降电炉，镍铁冶炼中的熔炼电炉等。电炉运行是否平稳，常常对整个工艺流程及最终产品有着至关重要的影响。

然而电炉作为被控制对象，由于其具有强非线性、时变形和多变量特性，因此建模困难，控制非常复杂。目前一些冶炼厂采用常规的反响调节结合死区方法进行控制，但是其算法比较简单，虽然在一定程度上实现了功率的自动调节，但是在炉况波动较大时，该方法的适应性差，控制效果难以保障，手动干预操作频繁。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种电炉的电极功率控制方法。该方法具有控制精度高、抗干扰能力强的优点。

本发明的另一目的在于提出一种电炉的电极功率控制系统。

为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种电炉的电极功率控制方法，包括以下步骤：检测所述电炉的电极的实际功率；根据所述电炉的电极的设定功率和所述实际功率得到所述设定功率和所述实际功率之间的控制误差和误差变化率；根据预设时间段内的所述控制误差的均值对控制参数进行修正；以及根据修正后的控制参数调整所述电极的升/降幅值以使所述电极的实际功率达到所述设定功率。

根据本发明实施例的电炉的电极功率控制方法，通过设定功率和电极实际功率之间的控制误差，评估控制效果，并可根据控制效果修正控制参数，进而根据修正后的控制参数对电极的升/降幅值进行实时地调整以使电极的实际功率达到设定功率，该方法可在炉况波动较大时，具有调整精度高，适应性强的优点，控制效果精确，避免频繁的手动干预，降低人力成本。

另外，根据本发明上述实施例的电炉的电极功率控制方法还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述控制参数包括第一控制参数和第二控制参数，其中，根据预设时间段内的所述控制误差的均值对控制参数进行修正，进一步包括：如果所述控制误差的均值大于第一阈值，则将修正后的第一控制参数调整为修正前的第一控制参数与第一修正参数之和，将修正后的第二控制参数调整为修正前的第二控制参数与第二修正参数之和；如果所述控制误差的均值小于第二阈值，则将修正后的第一控制参数调整为修正前的第一控制参数与第一修正参数之差，将修正后的第二控制参数调整为修正前的第二控制参数与第二修正参数之差。

在一些示例中，所述第一修正参数和所述第二修正参数的值根据经验值得到。

在一些示例中，所述电极的升/降幅值为所述修正后的第一控制参数和控制误差之积以及所述修正后的第二控制参数和误差变化率之积的和。

本发明第二方面的实施例提供了一种电炉的电极功率控制系统，包括：用于检测电炉的电极的实际功率的电极功率检测装置；处理器，所述处理器与所述电极功率检测装置相连，以根据所述电炉的电极的设定功率和所述实际功率得到所述设定功率和所述实际功率之间的控制误差和误差变化率；调整装置，用于根据预设时间段内的所述控制误差的均值对控制参数进行修正；以及控制器，用于根据修正后的控制参数调整所述电极的升/降幅值以使所述电极的实际功率达到所述设定功率。

根据本发明实施例的电炉的电极功率控制系统，通过设定功率和电极实际功率之间的控制误差的均值，评估控制效果，并可根据控制效果修正控制参数，进而根据修正后的控制参数对电极的升/降幅值进行实时地调整以使电极的实际功率达到设定功率，该系统可在炉况波动较大时，具有调整精度高，适应性强的优点，控制效果精确，避免频繁的手动干预，降低人力成本。

另外，根据本发明上述实施例的电炉的电极功率控制系统还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述控制参数包括第一控制参数和第二控制参数，其中，所述调整装置用于在所述控制误差的均值大于第一阈值时，将修正后的第一控制参数调整为修正前的第一控制参数与第一修正参数之和，将修正后的第二控制参数调整为修正前的第二控制参数与第二修正参数之和，并在所述控制误差的均值小于第二阈值时，将修正后的第一控制参数调整为修正前的第一控制参数与第一修正参数之差，将修正后的第二控制参数调整为修正前的第二控制参数与第二修正参数之差。

在一些示例中，所述第一修正参数和所述第二修正参数的值根据现场调试经验得到。

在一些示例中，所述电极的升/降幅值为所述修正后的第一控制参数和控制误差之积以及所述修正后的第二控制参数和误差变化率之积的和。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的电炉的电极功率控制方法的流程图；

图2是根据本发明另一个实施例的电炉的电极功率控制方法的流程图；以及

图3是根据本发明一个实施例的电炉的电极功率控制系统的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图描述根据本发明实施例的电炉的电极功率控制方法及系统。

图1是根据本发明一个实施例的电炉的电极功率控制方法的流程图。如图1所示，根据本发明一个实施例的电炉的电极功率控制方法，包括如下步骤：

步骤S101：检测电炉（例如电弧炉）的电极的实际功率，实际功率记为：P(t)。

步骤S102：根据电炉的电极的设定功率和实际功率得到设定功率和实际功率之间的控制误差和误差变化率。其中，设定功率记为：Ps(t)。

具体地说，在设定电炉的电极的功率值之后，可根据设定功率Ps(t)和上述检测到的电炉的电极的实际功率P(t)得到两者之间的控制误差e(t)和误差变化率de(t)。

例如可通过如下公式计算得到控制误差e(t)和误差变化率de(t)。

即：e(t)=Ps(t)-P(t)，de(t)=ei(t)-ei(t-1)，其中，t表示时间，例如每隔1分钟计算一次控制误差e(t)和误差变化率de(t)，则ei(t-1)表示ei(t)在上一个1分钟之前的控制误差，de(t)表示这个1分钟内的误差变化率。

步骤S103：根据预设时间段内的所述控制误差的均值对控制参数进行修正，即根据控制误差e(t)在最近一段时间内的均值ea(t)对控制参数进行修正。

作为一个具体的示例，控制参数包括第一控制参数和第二控制参数，第一控制参数记为：k1，第二控制参数记为：k2，则根据控制误差e(t)在最近一段时间内（如2个小时）的均值ea(t)，对控制参数进行修正，进一步包括：

如果控制误差的均值（即误差均值ea(t)）大于第一阈值，记为-a，则将修正后的第一控制参数k1调整为修正前的第一控制参数k1与第一修正参数Δk1之和，将修正后的第二控制参数k2调整为修正前的第二控制参数k2与第二修正参数Δk2之和。

如果控制误差的均值（即误差均值ea(t)）小于第二阈值，记为a，则将修正后的第一控制参数k1调整为修正前的第一控制参数k1与第一修正参数Δk1之差，将修正后的第二控制参数k2调整为修正前的第二控制参数k2与第二修正参数Δk2之差。

也就是说，根据控制误差均值ea(t)评估对电炉的电极的控制效果，从而根据控制效果实时修正控制参数。例如：可以按照表1确定第一修正参数Δk1和第二修正参数Δk2，其中，如果误差均值ea(t)大于第一阈值-a，则将k1=k1+a1，k2=k2+b1。如果误差均值ea(t)小于第二阈值a，则k1=k1-a1，k2=k2-b1。

表1

e a(t)	Δk1	Δk2
			>-a	a1	b1
a>ea(t)>-a	0	0
			<a	-a1	-b1

其中，阈值a以及修正幅度a1和b1可根据现场调试经验得到。阈值a越小，调整越频繁，跟踪炉况变化越灵敏，但系统稳定性越差。修正幅度a1和b1越大，调整幅度越大，跟踪炉况变化越快速，但系统稳定性越差。均值ea(t)求取的时间段要足够大，以克服随机扰动的影响。此外，k1和k2，是控制率d=k1·e+k2·de的参数，犹如PID控制中的P和D参数。

步骤S104：根据修正后的控制参数调整电极的升/降幅值以使电极的实际功率达到设定功率。

具体而言，电极的升/降幅值为修正后的第一控制参数和控制误差之积以及修正后的第二控制参数和误差变化率之积的和。例如：可通过如下公式计算得到电极的升/降幅值。

即根据下式确定电极的升/降幅值d，即电极插深动作幅值。

d=k1·e+k2·de，其中，e表示一段时间内的控制误差，de表示一段时间内的误差变化率。

接着，在确定电极的升/降幅值d之后，可根据电极的升/降幅值d驱动电极升降，从而控制电极的实际功率达到设定功率，即达到设定值。

由上控制，本发明实施例的电炉的电极功率控制方法的整体流程如图2所示，包括：

步骤S201：设定功率值Ps。

步骤S202：求取控制误差及误差变化率e(t),Δe(t)，如果存在控制误差，则根据上述表1判断执行步骤S203还是步骤S204。

步骤S203：控制参数修正k1,k2，并执行步骤S204。

步骤S204：计算电极的升/降幅值d。

步骤S205：驱动电极提升/下降。

步骤S206：实际功率测量Pi(t)，并转至步骤S202。

根据本发明实施例的电炉的电极功率控制方法，通过设定功率和电极实际功率之间实时地控制误差和误差变化率，可以评估控制效果，并可根据控制效果修正控制参数，进而根据修正后的控制参数对电极的升/降幅值进行实时地调整以使电极的实际功率达到设定功率，该方法可在炉况波动较大时，具有调整精度高，适应性强的优点，控制效果精确，避免频繁的手动干预，降低人力成本。

图3是根据本发明一个实施例的电炉的电极功率控制系统的结构框图。如图3所示，根据本发明一个实施例的电炉的电极功率控制系统300，包括：电极功率检测装置310、处理器320、调整装置330和控制器340。

其中，电极功率检测装置310用于检测电炉的电极的实际功率。处理器320与电极功率检测装置310相连，以根据电炉的电极的设定功率和实际功率得到设定功率和实际功率之间的控制误差和误差变化率。调整装置330用于根据预设时间段内的控制误差的均值对控制参数进行修正，即即根据控制误差e(t)在最近一段时间内的均值ea(t)对控制参数进行修正。控制器340用于根据修正后的控制参数调整电极的升/降幅值以使电极的实际功率达到设定功率。

具体地说，实际功率记为：P(t)。设定功率记为：Ps(t)。

在设定电炉的电极的功率值之后，可根据设定功率Ps(t)和上述检测到的电炉的电极的实际功率P(t)得到两者之间的控制误差e(t)和误差变化率de(t)。

例如可通过如下公式计算得到控制误差e(t)和误差变化率de(t)。

即：e(t)=Ps(t)-P(t)，de(t)=ei(t)-ei(t-1)，其中，t表示时间，例如每隔1分钟计算一次控制误差e(t)和误差变化率de(t)，则ei(t-1)表示ei(t)在上一个1分钟之前的控制误差，de(t)表示这个1分钟内的误差变化率。

控制参数包括第一控制参数和第二控制参数，第一控制参数记为：k1，第二控制参数记为：k2，调整装置330用于在控制误差的均值（即误差均值ea(t)）大于第一阈值时，记为-a，将修正后的第一控制参数k1调整为修正前的第一控制参数k1与第一修正参数Δk1之和，将修正后的第二控制参数k2调整为修正前的第二控制参数k2与第二修正参数Δk2之和；在控制误差的均值（即误差均值ea(t)）小于第二阈值时，记为a，将修正后的第一控制参数k1调整为修正前的第一控制参数k1与第一修正参数Δk1之差，将修正后的第二控制参数k2调整为修正前的第二控制参数k2与第二修正参数Δk2之差。

也就是说，根据控制误差e(t)和误差变化率de(t)评估对电炉的电极的控制效果，从而根据控制效果实时修正控制参数。例如：可以按照上述表1确定第一修正参数Δk1和第二修正参数Δk2，其中，如果误差变化率k1大于第一阈值-a，则将k1=k1+a1，k2=k2+b1。如果误差变化率小于第二阈值a，则k1=k1-a1，k2=k2-b1。

其中，阈值a以及修正幅度a1和b1可根据现场调试经验得到。阈值a越小，调整越频繁，跟踪炉况变化越灵敏，但系统稳定性越差。修正幅度a1和b1越大，调整幅度越大，跟踪炉况变化越快速，但系统稳定性越差。均值ea(t)求取的时间段要足够大，以克服随机扰动的影响。此外，k1和k2，是控制率d=k1·e+k2·de的参数，犹如PID控制中的P和D参数。

电极的升/降幅值为修正后的第一控制参数和控制误差之积以及修正后的第二控制参数和误差变化率之积的和。例如：控制器340可通过如下公式计算得到电极的升/降幅值。

即根据下式确定电极的升/降幅值d，即电极插深动作幅值。

d=k1·e+k2·de，其中，e表示一段时间内的控制误差，de表示一段时间内的误差变化率。

接着，在确定电极的升/降幅值d之后，可根据电极的升/降幅值d驱动电极升降，从而控制电极的实际功率达到设定功率，即达到设定值。

由上控制，本发明实施例的电炉的电极功率控制系统的处理过程如图2所示，包括：

步骤S201：设定功率值Ps。

步骤S202：求取控制误差及误差变化率e(t),Δe(t)，如果存在控制误差，则根据上述表1判断执行步骤S203还是步骤S204。

步骤S203：控制参数修正k1,k2，并执行步骤S204。

步骤S204：计算电极的升/降幅值d。

步骤S205：驱动电极提升/下降。

步骤S206：实际功率测量Pi(t)，并转至步骤S202。

根据本发明实施例的电炉的电极功率控制系统，通过设定功率和电极实际功率之间实时地控制误差和误差变化率，可以评估控制效果，并可根据控制效果修正控制参数，进而根据修正后的控制参数对电极的升/降幅值进行实时地调整以使电极的实际功率达到设定功率，该系统可在炉况波动较大时，具有调整精度高，适应性强的优点，控制效果精确，避免频繁的手动干预，降低人力成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (6)

1.一种电炉的电极功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测所述电炉的电极的实际功率；

根据所述电炉的电极的设定功率和所述实际功率得到所述设定功率和所述实际功率之间的控制误差和误差变化率；

根据预设时间段内的所述控制误差的均值对控制参数进行修正，所述控制参数包括第一控制参数和第二控制参数，其中，根据预设时间段内的所述控制误差的均值对控制参数进行修正，进一步包括：

如果所述控制误差的均值大于第一阈值，则将修正后的第一控制参数调整为修正前的第一控制参数与第一修正参数之和，将修正后的第二控制参数调整为修正前的第二控制参数与第二修正参数之和，

如果所述控制误差的均值小于第二阈值，则将修正后的第一控制参数调整为修正前的第一控制参数与第一修正参数之差，将修正后的第二控制参数调整为修正前的第二控制参数与第二修正参数之差；以及

根据修正后的控制参数调整所述电极的升/降幅值以使所述电极的实际功率达到所述设定功率。

2.根据权利要求1所述的电炉的电极功率控制方法，其特征在于，所述第一修正参数和所述第二修正参数的值根据经验值得到。

3.根据权利要求1或2所述的电炉的电极功率控制方法，其特征在于，所述电极的升/降幅值为所述修正后的第一控制参数和控制误差之积以及所述修正后的第二控制参数和误差变化率之积的和。

4.一种电炉的电极功率控制系统，其特征在于，包括：

用于检测电炉的电极的实际功率的电极功率检测装置；

处理器，所述处理器与所述电极功率检测装置相连，以根据所述电炉的电极的设定功率和所述实际功率得到所述设定功率和所述实际功率之间的控制误差和误差变化率；

调整装置，用于根据预设时间段内的所述控制误差的均值对控制参数进行修正，所述控制参数包括第一控制参数和第二控制参数，其中，所述调整装置用于在所述控制误差的均值大于第一阈值时，将修正后的第一控制参数调整为修正前的第一控制参数与第一修正参数之和，将修正后的第二控制参数调整为修正前的第二控制参数与第二修正参数之和，并在所述控制误差的均值小于第二阈值时，将修正后的第一控制参数调整为修正前的第一控制参数与第一修正参数之差，将修正后的第二控制参数调整为修正前的第二控制参数与第二修正参数之差；以及

控制器，用于根据修正后的控制参数调整所述电极的升/降幅值以使所述电极的实际功率达到所述设定功率。

5.根据权利要求4所述的电炉的电极功率控制系统，其特征在于，所述第一修正参数和所述第二修正参数的值根据现场调试经验得到。

6.根据权利要求4或5所述的电炉的电极功率控制系统，其特征在于，所述电极的升/降幅值为所述修正后的第一控制参数和控制误差之积以及所述修正后的第二控制参数和误差变化率之积的和。