CN104048517B - 一种中碳锰铁精炼电炉电气控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中碳锰铁精炼电炉电气控制系统，包括PLC控制系统、变压器综合保护控制系统、变频传动系统和上位机操作系统，PLC控制系统采集电炉工作状态下的生产状况信息对采集到的数据信息进行数据分析和数据处理控制电炉的正常工作；变压器综合保护控制系统对电炉变压器的电压档位进行调节和控制、对电炉变压器的一次侧和二次侧进行监测并将变压器的工作状态信息传送至上位机操作系统，上位机操作系统对电炉变压器的工作进行远程调控；变频传动系统接收所述PLC控制系统传送的控制指令信息、采用变频方式控制电炉的工作、采用矢量闭环控制的方式控制摇包的旋转，上位机操作系统对电炉的冶炼生产过程、运行状态进行远程监控和控制。

Description

一种中碳锰铁精炼电炉电气控制系统

技术领域

本发明涉及电气控制领域，尤其涉及一种中碳锰铁精炼电炉电气控制系统。

背景技术

中碳锰铁精炼炉是一种冶炼设备，多用于黑色冶金，现有中碳锰铁精炼电炉电气控制系统自动化控制水平偏低，采用手动控制或者只能做到电极的自动控制，并且对冶炼设备的故障检测和故障保护不够及时和全面，导致冶炼设备尤其是电炉经常出现故障或者严重影响电炉以及其他设备的使用寿命。现有技术中关于中碳锰铁精炼电炉电气控制系统只以电流和变压器档位作为调节对象，不能精确实时检测电炉的工作状态信息实时控制电炉的工作，因此不能满足当炉料成分等工艺条件变化时对电炉的控制。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种中碳锰铁精炼电炉电气控制系统，包括：PLC控制系统、变压器综合保护控制系统、变频传动系统和上位机操作系统；

所述PLC控制系统采集电炉工作状态下的生产状况信息、电极的位置信息、电炉的弧流和弧压信息以及电炉内的压力信息等，对采集到的数据信息进行数据分析和数据处理控制电炉的正常工作，所述PLC控制系统与上位机操作系统进行实时数据通信；

所述变压器综合保护控制系统对电炉变压器的电压档位进行调节和控制、对电炉变压器的一次侧和二次侧进行监测并将变压器的工作状态信息传送至上位机操作系统，所述上位机操作系统对电炉变压器的工作进行远程调控；

所述变频传动系统接收所述PLC控制系统传送的控制指令信息、采用变频方式控制电炉的工作、采用矢量闭环控制的方式控制摇包的旋转；

所述上位机操作系统对电炉的冶炼生产过程、运行状态进行远程监控和控制。

进一步的，所述PLC控制系统至少包括循环水控制单元、电炉本体控制单元和除尘及炉压调节单元，所述电炉本体控制单元与变频传动系统相连接；

所述电炉本体控制单元至少包括配料单元、电极控制单元、变压器保护单元、液压站控制单元、水分配单元和低压配电单元；

所述除尘及炉压调节单元包括炉气除尘单元和炉压调节单元；所述炉气除尘单元位于电炉车间内将电炉排放出的烟气捕集后进行除尘使处理后的烟气达到煤气的回用标准；所述炉压调节单元检测电炉内的压力信息、根据电炉内压力信息调节安装在烟道上的调节阀使电炉内压力保持在一个微正压范围内；当电炉内的压力信号的平均值不在设定的区间值内时，所述PLC控制系统调节安装在除尘管路上的调节阀使其开度增大或开度减小；

所述配料单元位于配料站内电炉的顶部为电炉生产所需要的混合原料进行自动称量和变频给料、对生产过程中原料供给信息进行数据存储和数据显示、对称量原料过程中产生的误差进行记忆补偿以及对生产过程产生报表信息并进行信息输出；

所述电极控制单元位于电炉主车间内对电炉的弧流信息、电炉的弧压信息、变压器档位信息以及电炉的电极位置信息进行信息采集和数据处理并将处理结果传送至电炉本体控制单元对电极的升降进行自动控制；

所述循环水控制单元为电炉的生产过程提供循环水源、对循环水进行冷却回流处理以及控制循环水泵的工作；

变压器保护单元(采集电炉变压器的工作状态信息控制电炉变压器的工作；

所述液压站控制单元采集电炉的液压参数信息控制电炉的液压系统保持正常的工作状态；

所述水分配单元对电炉的生产过程的冷却水管路进行监测；

所述低压配电单元检测电炉在工作时多个需要受电单元的工作状态信息使其保持正常的被供电及受控状态。

进一步的，设置于电炉车间高压配电室内的变压器综合保护控制系统包括后台控制单元、多个高压保护单元和高压电能计量单元，

所述后台控制单元采集电炉变压器的工作状态信息将采集到的数据信息传送至上位机操作系统并接收所述上位机操作系统对电炉变压器的控制指令信息控制电炉变压器的工作；

所述高压保护单元采集电炉变压器的工作电压信息，当电炉变压器的运行电压超过或低于额定电压或处于缺相、过流现象时所述高压保护单元发出报警信息并将该信息传送至后台控制单元；

所述高压电能计量单元采集电炉变压器的工作电压和电流数值，计算电炉变压器的工作时消耗的电能。

进一步的，所述变频传动系统位于电炉车间内包括炉体旋转变频控制单元和摇包变频控制单元，所述炉体旋转变频控制单元和摇包变频控制单元接收所述PLC控制系统传送的指令信息分别控制电炉体的旋转速度和摇包的旋转速度。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种中碳锰铁精炼电炉电气控制系统，将网络、计算机和PLC控制系统相结合，实时采集电炉等设备的工作状态信息对电炉的工作进行实时监控和控制。提高了中碳锰铁精炼电炉的工作安全性和可靠性，实现了整个冶炼过程的自动化控制，具体还包括以下有益效果：本发明采用电气-计算机-仪表三电一体化、综合保护、有载调压等先进的控制方案，应用电流、功率和电阻调节三种控制方法，实现了包括电极、配料、除尘、炉体旋转、水循环等整个电炉冶炼过程的自动化控制，完善了故障保护，节省了人力资源。提高设备运行的安全性、可靠性及自动化水平。具有操作简单、运行安全可靠、降低能耗、生产效率高的优点，同时提高了精炼电炉的生产效益。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的电炉电气控制系统的结构示意图；

图2为本发明的电炉电气控制系统的结构示意图；

图3为本发明中炉压调节单元工作流程图；

图4为本发明中变压器综合保护控制系统的工作示意图；

图5为本发明中变频传动系统的电路示意图；

图6为本发明中电炉电气控制系统控制电炉工作的示意图；

图7为本发明中电炉电气控制系统控制电炉工作的示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1和图2所示的中碳锰铁精炼电炉电气控制系统，包括PLC控制系统1、变压器综合保护控制系统2、变频传动系统3和上位机操作系统4，所述上位机操作系统4分别与变压器综合保护控制系统2和PLC控制系统1进行数据通信。PLC控制系统1采集电炉工作状态下的生产状况信息、电炉的位置信息、电炉的弧流和弧压信息以及电炉内的压力信息、电炉生产过程中的温度信息，对采集到的数据信息进行数据分析和数据处理控制电炉的正常工作，所述PLC控制系统1与上位机操作系统4通过进行实时数据通信。实际应用中PLC控制系统1与上位机操作系统4通过工业以太网进行通讯。变压器综合保护控制系统2对电炉变压器的电压档位进行调节和控制、对电炉变压器的一次侧和二次侧进行监测并将变压器的工作状态信息传送至上位机操作系统4，所述上位机操作系统4对电炉变压器的工作进行远程调控。变频传动系统3接收所述PLC控制系统1传送的控制指令信息、采用变频方式控制电炉的工作，采用矢量闭环控制的方式控制摇包的旋转工作。上位机操作系统4位于监控室内对电炉的冶炼的整个生产过程进行监控和操作。上位机操作系统4包括多个上位机通过环形网络挂接在工业以太网上，并预留与用户组网时用的网络接口，以便于工厂的管理系统接入。上位机中的监控软件采用拥有开放协议、集成SQL数据库的组态软件。

进一步的，如图2所示：PLC控制系统1包括多个子单元来分项目或者分类别控制电炉的工作情况。PLC控制系统1至少包括循环水控制单元1.4、电炉本体控制单元1.0和除尘及炉压调节单元1.3，其中电炉本体控制单元1.0与变频传动系统3相连接。也就是说PLC控制系统1可以控制电炉的炉体旋转频率和摇包旋转频率。电炉本体控制单元1.0至少包括配料子单元1.1、电极控制子单元1.2、变压器保护单元1.5、液压站控制子单元1.9、水分配子单元1.8和低压配电子单元1.6。

进一步的，所述除尘及炉压调节单元1.3包括炉气除尘单元1.31和炉压调节单元1.32；所述炉气除尘单元1.31位于电炉车间内将电炉排放出的烟气捕集后进行除尘使处理后的烟气达到煤气的回用标准。在实际应用中：炉气除尘单元1.31可以包括流量检测仪表、压力检测仪表、阀门电动执行机构、除尘器等设备构成，位于电炉车间内，将电炉排放出的烟气捕集后进行除尘，使处理后的烟气达到煤气的回用标准。

所述炉压调节单元1.32在实际应用中可以包括微差压变送器，将其安装在炉盖上。如图3所示：所述微差压变送器检测电炉内的压力信息、根据电炉内压力信息来调节安装在烟道上的调节阀使电炉内压力始保持在一个微正压范围内；当所述微差压变送器检测到电炉内的负压信号在短时间内的平均值不在设定的区间值内时，所述PLC控制系统1在短时间内调节安装在除尘管路上的调节阀使其开度增大或开度减小。

进一步的，配料单元1.1位于配料站内电炉的顶部为电炉生产所需要的混合原料进行自动称量和变频给料、对生产过程中原料供给信息进行数据存储和数据显示、对称量原料过程中产生的误差进行记忆补偿以及对生产过程产生报表信息并进行信息输出。即配料单元1.1在实际应用中可以包括物料输送皮带、称量仪表、变频给料器、环形加料机构等为电炉生产提供自动配料比的混合原料。配料单元1.1具有自动称量、变频给料，数据显示、数据储存、称量误差记忆补偿、生产统计记录和统计报表输出打印等功能。具体实施例如图6所示。

进一步的，电极控制单元1.2位于电炉主车间内对电炉的弧流信息、电炉的弧压信息、变压器档位信息以及电炉的电极位置信息进行信息采集和数据处理并将处理结果传送至电炉本体控制单元1.0对电极的升降进行自动控制。在实际应用中:电极控制单元1.2可以包括检测仪表、液压执行机构等部分构成，位于电炉主车间内，该子系统根据弧流、弧压、变压器档位、电极位置等信号采样，按照功率或电流或电阻控制的原理进行运算处理，将最终结果输出到液压控制系统来实现电极升降的自动控制。在冶炼初期，电极下部埋在炉料中，电流从零逐渐上升，电流变化快，电流控制较难实现，此时采用功率控制模式，使电极功率按给定曲线运行。当冶炼进入稳定期，采用电流控制模式，通过调节电极的升降，控制电炉稳定生产。在冶炼终点出炉时，需要稳定电极随熔融物料液面下降，此时采用电阻控制模式至出炉结束，一个冶炼周期完成，电炉按预设程序进入下一循环。在自动控制过程中，随时可以人为干预，通过按键增大或减少输入功率、电流、阻抗或直接修改控制参数，也可以手动控制电极的工作。电极压放功能：自动完成电极消耗的控制，根据操作员在HMI中设定的时间来计时，预定的时间到达时系统发出压放动作指令，将指令输出到液压系统中的压放单元，控制其依次动作来完成电极压放的自动控制。压放时间在工况条件变化时允许修改。压放量通过编码器监测传送给PLC控制系统1。液压系统的全部动作要求在1min内全部完成。具体实施例如图7所示。

进一步的，所述循环水控制单元1.4为电炉的生产过程提供循环水源、对循环水进行冷却回流处理以及控制循环水泵的工作；

进一步的，变压器保护单元1.5采集电炉变压器的工作状态信息控制电炉变压器的工作。

进一步的，所述液压站控制单元1.9采集电炉的液压参数信息控制电炉的液压系统保持正常的工作状态。

进一步的，所述水分配单元1.8对电炉的生产过程的冷却水管路进行监测。

进一步的，低压配电单元1.6检测电炉在工作时多个需要受电单元的工作状态信息使其保持正常的被供电及受控状态。

进一步的，变压器综合保护控制系统2设置于电炉车间高压配电室内部，包括后台控制单元2.1、多个高压保护单元2.2和高压电能计量单元2.3，所述后台控制单元2.1与多个高压保护单元2.2和高压电能计量单元2.3相连接接收高压保护单元2.2和高压电能计量单元2.3传送的数据信息控制其工作。并且后台控制单元2.1采集电炉变压器的工作状态信息将采集到的数据信息传送至上位机操作系统4并接收所述上位机操作系统4对电炉变压器的控制指令信息控制电炉变压器的工作。所述高压保护单元2.2采集电炉变压器的工作电压信息，当电炉变压器的运行电压超过或低于额定电压时所述高压保护单元2.2发出报警信息并将该信息传送至后台控制单元2.1。所述高压电能计量单元2.3采集电炉变压器的工作电压和电流数值，计算电炉变压器的工作时消耗的电能。如图4所示，具体变压器综合保护控制系统2中后台控制单元2.1和高压保护单元2.2互相配合连接的工作示意图。

进一步的，：所述变频传动系统3位于电炉车间内,包括炉体旋转变频控制单元3.1和摇包变频控制单元3.2，炉体旋转变频控制单元3.1接收所述PLC控制系统1传送的指令信息控制电炉体的旋转频率，摇包变频控制单元3.2接收所述PLC控制系统1传送的指令信息控制摇包的旋转速度。变频传动系统3在实际工作中包括矢量变频器和光电编码器等器件，如图5所示。

本发明公开的中碳锰铁精炼电炉电气控制系统，操作员通过上位机操作系统对中碳锰铁精炼电炉进行日常的生产操作，同时采集生产过程中的数据信息，对整个电炉系统的运行状况进行监视与控制，实时显示工艺参数及设备运行状态，实现历史数据的查询、生产报表和各种故障报警的打印，完成原料配比等数据的设定。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种中碳锰铁精炼电炉电气控制系统，其特征在于包括：

PLC控制系统(1)、变压器综合保护控制系统(2)、变频传动系统(3)和上位机操作系统(4)；

所述PLC控制系统(1)采集电炉工作状态下的生产状况信息、电极的位置信息、电炉的弧流和弧压信息以及电炉内的压力信息，对采集到的数据信息进行数据分析和数据处理控制电炉的正常工作，所述PLC控制系统(1)与上位机操作系统(4)进行实时数据通信；

所述变压器综合保护控制系统(2)对电炉变压器的电压档位进行调节和控制、对电炉变压器的一次侧和二次侧进行监测并将变压器的工作状态信息传送至上位机操作系统(4)，所述上位机操作系统(4)对电炉变压器的工作进行远程调控；

所述变频传动系统(3)接收所述PLC控制系统(1)传送的控制指令信息、采用变频方式控制电炉的工作、采用矢量闭环控制的方式控制摇包的旋转；

所述上位机操作系统(4)对电炉的冶炼生产过程、运行状态进行远程监控和控制。

2.根据权利要求1所述的一种中碳锰铁精炼电炉电气控制系统，其特征还在于：所述PLC控制系统(1)至少包括循环水控制单元(1.4)、电炉本体控制单元(1.0)和除尘及炉压调节单元(1.3)，所述电炉本体控制单元(1.0)与变频传动系统(3)相连接；

所述电炉本体控制单元(1.0)至少包括配料单元(1.1)、电极控制单元(1.2)、变压器保护单元(1.5)、液压站控制单元(1.9)、水分配单元(1.8)和低压配电单元(1.6)；

所述除尘及炉压调节单元(1.3)包括炉气除尘单元(1.31)和炉压调节单元(1.32)；所述炉气除尘单元(1.31)位于电炉车间内将电炉排放出的烟气捕集后进行除尘使处理后的烟气达到煤气的回用标准；所述炉压调节单元(1.32)检测电炉内的压力信息、根据电炉内压力信息调节安装在烟道上的调节阀使电炉内压力保持在一个微正压范围内；当电炉内的压力信号的平均值不在设定的区间值内时，所述PLC控制系统(1)调节安装在除尘管路上的调节阀使其开度增大或开度减小；

所述配料单元(1.1)位于配料站内电炉的顶部为电炉生产所需要的混合原料进行自动称量和变频给料、对生产过程中原料供给信息进行数据存储和数据显示、对称量原料过程中产生的误差进行记忆补偿以及对生产过程产生报表信息并进行信息输出；

所述电极控制单元(1.2)位于电炉主车间内对电炉的弧流信息、电炉的弧压信息、变压器档位信息以及电炉的电极位置信息进行信息采集和数据处理并将处理结果传送至电炉本体控制单元(1.0)对电极的升降进行自动控制；

所述循环水控制单元(1.4)为电炉的生产过程提供循环水源、对循环水进行冷却回流处理以及控制循环水泵的工作；

变压器保护单元(1.5)采集电炉变压器的工作状态信息控制电炉变压器的工作；

所述液压站控制单元(1.9)采集电炉的液压参数信息控制电炉的液压系统保持正常的工作状态；

所述水分配单元(1.8)对电炉的生产过程的冷却水管路进行监测；

所述低压配电单元(1.6)检测电炉在工作时多个需要受电单元的工作状态信息使其保持正常的被供电及受控状态。

3.根据权利要求1所述的一种中碳锰铁精炼电炉电气控制系统，其特征还在于：设置于电炉车间高压配电室内的变压器综合保护控制系统(2)包括后台控制单元(2.1)、多个高压保护单元(2.2)和高压电能计量单元(2.3)，

所述后台控制单元(2.1)采集电炉变压器的工作状态信息将采集到的数据信息传送至上位机操作系统(4)并接收所述上位机操作系统(4)对电炉变压器的控制指令信息控制电炉变压器的工作；

所述高压保护单元(2.2)采集电炉变压器的工作电压信息，当电炉变压器的运行电压超过或低于额定电压或处于缺相、过流现象时所述高压保护单元(2.2)发出报警信息并将该信息传送至后台控制单元(2.1)；

所述高压电能计量单元(2.3)采集电炉变压器的工作电压和电流数值，计算电炉变压器的工作时消耗的电能。

4.根据权利要求1所述的一种中碳锰铁精炼电炉电气控制系统，其特征还在于：所述变频传动系统(3)位于电炉车间内包括炉体旋转变频控制单元(3.1)和摇包变频控制单元(3.2)，所述炉体旋转变频控制单元(3.1)和摇包变频控制单元(3.2)接收所述PLC控制系统(1)传送的指令信息分别控制电炉体的旋转速度和摇包的旋转速度。