CN104596315B - 适于泡沫渣炉况的电炉功率控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种适于泡沫渣炉况的电炉功率控制装置，包括：功率设定模块，设定电炉的功率设定值P_set；功率获取模块，获取电炉的实际功率值P_act；电流设定值计算模块，计算电炉的电流设定值I_set；实际电流计算模块，计算电炉的电流测量值I_act；判断模块，用于判断电炉是否产生泡沫渣；升降幅值计算模块，用于在不产生泡沫时，根据电炉的电流设定值I_set和电流测量值I_act计算电极的升降幅值；控制模块，与判断模块相连，用于在电炉产生泡沫渣时，以第一行程设定值提升电极，以及在电炉不产生泡沫渣时，根据升降幅值对电极进行控制。本发明的装置能够对泡沫渣的发生进行预测和识别，并控制电极提升，使炉况快速恢复正常，提高了电炉运行的安全性。

Description

适于泡沫渣炉况的电炉功率控制装置

技术领域

本发明涉及冶炼工艺技术领域，特别涉及一种适于泡沫渣炉况的电炉功率控制装置。

背景技术

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，往往对整个工艺流程及最终产品的质量有着至关重要的影响。然而由于电炉控制对象的强非线性，使得其功率自动控制极易失去稳定。泡沫渣是电炉运行中经常出现的情况，其表现为电极电流迅速上升，此时如不能及时控制电极提升，将造成炉料喷出的严重后果。而对于泡沫渣炉况下的这种随机跳跃性变化，常规自动控制方法难以适应，需要人工判断并手动调节。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种适于泡沫渣炉况的电炉功率控制装置，该装置能够对泡沫渣的发生进行预测和识别，并控制电极提升，使炉况快速恢复正常，提高了电炉运行的安全性。

为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种适于泡沫渣炉况的电炉功率控制装置，包括：功率设定模块，用于设定电炉的功率设定值P_set；功率获取模块，用于获取所述电炉的实际功率值P_act；电流设定值计算模块，用于根据所述电炉的功率设定值P_set计算所述电炉的电流设定值I_set；实际电流计算模块，用于根据所述电炉的实际功率值P_act计算所述电炉的电流测量值I_act；判断模块，所述判断模块分别与所述电流设定值计算模块和实际电流计算模块相连，用于根据所述电流设定值I_set和电流测量值I_act判断所述电炉是否产生泡沫渣；升降幅值计算模块，用于在不产生泡沫时，根据所述电炉的电流设定值I_set和电流测量值I_act计算电极的升降幅值；以及控制模块，所述控制模块与所述判断模块相连，用于在所述判断模块判定电炉产生泡沫渣时，以第一行程设定值提升电极，以及在所述电炉不产生泡沫渣时，根据所述升降幅值对所述电极进行控制。

根据本发明实施例的适于泡沫渣炉况的电炉功率控制装置，通过对电流设定值I_set和电流测量值I_act进行监控，以判断电炉是否产生泡沫渣，当监控到产生泡沫渣时，退出常规控制规律，通过提升电极使电流迅速降低，以使泡沫渣快速地得到缓解和恢复，在不产生泡沫渣时，根据计算得到的升降幅值对电极进行控制。综上，该装置能够对泡沫渣的发生进行预测和识别，并控制电极提升，使炉况快速恢复正常，提高了电炉运行的安全性。

另外，根据本发明上述实施例的适于泡沫渣炉况的电炉功率控制装置还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，通过以下公式计算所述电炉的电流设定值I_set和电流测量值I_act：

$I_{\mathrm{set}}=\frac{P_{\mathrm{set}}}{U},$

$I_{\mathrm{act}}=\frac{P_{\mathrm{act}}}{U},$

其中，U为电极电压。

在一些示例中，所述根据所述电流设定值I_set和电流测量值I_act判断所述电炉是否产生泡沫渣具体包括：根据所述电炉的电流设定值I_set和电流测量值I_act计算t时刻控制误差e(t)及误差变化率Δe(t)；如果e(t)＜e_set且Δe(t)＜Δe_set，则判断产生泡沫渣；如果e(t)≥e_set或Δe(t)≥Δe_set，则判断不产生泡沫渣。

在一些示例中，根据以下公式计算t时刻控制误差e(t)及误差变化率Δe(t)：

e(t)＝I_set(t)-I_act(t)，

Δe(t)＝e(t)-e(t-1)，

其中，I_set(t)为t时刻的电流设定值，I_act(t)为t时刻的电流测量值，e(t-1)为t-1时刻的控制误差。

在一些示例中，通过以下公式计算所述电极的升降幅值：

d(t)＝KP·e(t)+KI·de(t)，

其中，KP为比例控制系数，KI为微分控制系数。

在一些示例中，所述判断模块还用于在I_act(t)≥k·I_trip时，判断接近跳闸，则所述控制模块以第二行程设定值提升所述电极，其中，k＜1为保险系数，I_trip为断路器跳闸整定值。

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适于泡沫渣炉况的电炉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适于泡沫渣炉况的电炉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适于泡沫渣炉况的电炉功率控制方法的结构框图。

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。

以下结合附图描述根据本发明实施例的适于泡沫渣炉况的电炉功率控制方法及装置。

图1是根据本发明一个实施例的适于泡沫渣炉况的电炉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适于泡沫渣炉况的电炉功率控制方法的流程图。结合图1和图2所示，该方法包括以下步骤：

步骤S101，设定电炉的功率设定值P_set，并获取电炉的实际功率值P_act。

步骤S102，根据电炉的功率设定值P_set和实际功率值P_act计算电炉的电流设定值I_set和电流测量值I_act。

在本发明的一个实施例中，例如通过以下公式计算电炉的电流设定值I_set和电流测量值I_act：

$I_{\mathrm{set}}=\frac{P_{\mathrm{set}}}{U},$

$I_{\mathrm{act}}=\frac{P_{\mathrm{act}}}{U},$

其中，U为电极电压。

步骤S103，根据电流设定值I_set和电流测量值I_act判断电炉是否产生泡沫渣。具体地说，泡沫渣发生时的特征为电极电流迅速增大，控制误差e(t)和误差变化率Δe(t)呈现负的较大值(相对于正常炉况)，由此，可通过对e(t)和Δe(t)进行监控并判断电炉是否产生泡沫渣。当监控到泡沫渣发生时，退出常规控制规律，通过提升电极使电流迅速降低，促使泡沫渣得到尽快缓解和恢复。

在本发明的一个实施例中，步骤S103具体包括：

步骤1：根据电炉的电流设定值I_set和电流测量值I_act计算t时刻控制误差e(t)及误差变化率Δe(t)。更为具体地，在一些示例中，根据以下公式计算t时刻控制误差e(t)及误差变化率Δe(t)：

e(t)＝I_set(t)-I_act(t)，

Δe(t)＝e(t)-e(t-1)，

其中，I_set(t)为t时刻的电流设定值，I_act(t)为t时刻的电流测量值，e(t-1)为t-1时刻的控制误差。

步骤2：如果e(t)＜e_set且Δe(t)＜Δe_set，则判断产生泡沫渣，即电炉为危险泡沫渣状态。

步骤3：如果e(t)≥e_set或Δe(t)≥Δe_set，则判断不产生泡沫渣，即电炉为正常状态。其中，e_set和Δe_set可根据运行历史发生塌料时观察到的控制误差e(t)和误差变化率Δe(t)的数据确定，为了保证识别的准确性，在该示例中，e_set和Δe_set例如可设为处于正常状态与危险泡沫渣状态之间的一个中间值。

步骤S104，如果产生泡沫渣，则以第一行程设定值提升电极。在一些示例中，第一行程设定值例如为dmax1，其中，dmax1为电极向上做提升运动的行程设定值，其依据工程实际工况而定。

步骤S105，如果不产生泡沫渣，则根据电炉的电流设定值I_set和电流测量值I_act计算电极的升降幅值，并根据升降幅值对电极进行控制，以驱动电极升降，进而使电炉功率得到调节。更为具体地，在本发明的一个实施例中，例如通过以下公式计算电极的升降幅值：

d(t)＝KP·e(t)+KI·de(t)，

其中，KP为比例控制系数，KI为微分控制系数，KP和KI的值例如可依据实际控制效果调节。de(t)为误差变化量的值。

进一步地，在电炉的实际运行过程中，泡沫渣炉况往往伴随着大的电流波动，为避免发生过流跳闸，当电极电流接近跳闸值时采用提升电极来降低电流。具体而言，在本发明的一个实施例中，如果I_act(t)≥k·I_trip，则判断接近跳闸，则以第二行程设定值提升所述电极，其中，k＜1为保险系数，在具体示例中，k一般取值为0.7～0.8。I_trip为断路器跳闸整定值。第二行程设定值例如为dmax2，其中，dmax2为电极提升的设定值，其依据工程实际工况而定。

综上，根据本发明实施例的适于泡沫渣炉况的电炉功率控制方法，通过对电流设定值I_set和电流测量值I_act进行监控，以判断电炉是否产生泡沫渣，当监控到产生泡沫渣时，退出常规控制规律，通过提升电极使电流迅速降低，以使泡沫渣快速地得到缓解和恢复，在不产生泡沫渣时，根据计算得到的升降幅值对电极进行控制。综上，该方法能够对泡沫渣的发生进行预测和识别，并控制电极提升，使炉况快速恢复正常，提高了电炉运行的安全性。

本发明进一步实施例还提供了一种适于泡沫渣炉况的电炉功率控制装置。

图3是根据本发明一个实施例的适于泡沫渣炉况的电炉功率控制装置的结构框图。如图3所示，该装置300包括：功率设定模块310、功率获取模块320、电流设定值计算模块330、实际电流计算模块340判断模块350、升降幅值计算模块360和控制模块370。

具体地，功率设定模块310用于设定电炉的功率设定值P_set。

功率获取模块320用于获取电炉的实际功率值P_act。

电流设定值计算模块330用于根据电炉的功率设定值P_set计算电炉的电流设定值I_set。

实际电流计算模块340用于根据电炉的实际功率值P_act计算电炉的电流测量值I_act。

在本发明的一个实施例中，电流设定值计算模块330和实际电流计算模块340例如通过以下公式分别计算电炉的电流设定值I_set和电流测量值I_act：

$I_{\mathrm{set}}=\frac{P_{\mathrm{set}}}{U},$

$I_{\mathrm{act}}=\frac{P_{\mathrm{act}}}{U},$

其中，U为电极电压。

判断模块350分别与电流设定值计算模块330和实际电流计算模块340相连，用于根据电流设定值I_set和电流测量值I_act判断电炉是否产生泡沫渣。具体地说，泡沫渣发生时的特征为电极电流迅速增大，控制误差e(t)和误差变化率Δe(t)呈现负的较大值(相对于正常炉况)，由此，可通过对e(t)和Δe(t)进行监控并判断电炉是否产生泡沫渣。当监控到泡沫渣发生时，退出常规控制规律，通过提升电极使电流迅速降低，促使泡沫渣得到尽快缓解和恢复。

在本发明的一个实施例中，判断模块350根据电流设定值I_set和电流测量值I_act判断电炉是否产生泡沫渣，具体包括：

步骤1：根据电炉的电流设定值I_set和电流测量值I_act计算t时刻控制误差e(t)及误差变化率Δe(t)。更为具体地，在一些示例中，根据以下公式计算t时刻控制误差e(t)及误差变化率Δe(t)：

e(t)＝I_set(t)-I_act(t)，

Δe(t)＝e(t)-e(t-1)，

其中，I_set(t)为t时刻的电流设定值，I_act(t)为t时刻的电流测量值，e(t-1)为t-1时刻的控制误差。

步骤2：如果e(t)＜e_set且Δe(t)＜Δe_set，则判断产生泡沫渣，即电炉为危险泡沫渣状态。

步骤3：如果e(t)≥e_set或Δe(t)≥Δe_set，则判断不产生泡沫渣，即电炉为正常状态。其中，e_set和Δe_set可根据运行历史发生塌料时观察到的控制误差e(t)和误差变化率Δe(t)的数据确定，为了保证识别的准确性，在该示例中，e_set和Δe_set例如可设为处于正常状态与危险泡沫渣状态之间的一个中间值。

升降幅值计算模块360用于在不产生泡沫时，根据电炉的电流设定值I_set和电流测量值I_act计算电极的升降幅值。在本发明的一个实施例中，如通过以下公式计算电极的升降幅值：

d(t)＝KP·e(t)+KI·de(t)，

其中，KP为比例控制系数，KI为微分控制系数，KP和KI的值例如可依据实际控制效果调节。de(t)为误差变化量的值。

控制模块370与所述判断模块350相连，用于在判断模块350判定电炉产生泡沫渣时，以第一行程设定值提升电极，以及在电炉不产生泡沫渣时，根据升降幅值对电极进行控制，以驱动电极升降，进而使电炉功率得到调节。具体地，在一些示例中，第一行程设定值例如为dmax1，其中，dmax1为电极向上做提升运动的行程设定值，其依据工程实际工况而定。

进一步地，在电炉的实际运行过程中，泡沫渣炉况往往伴随着大的电流波动，为避免发生过流跳闸，当电极电流接近跳闸值时采用提升电极来降低电流。具体而言，在本发明的一个实施例中，判断模块350还用于当I_act(t)≥k·I_trip时，判断接近跳闸，此时，控制模块370以第二行程设定值提升所述电极，其中，k＜1为保险系数，在具体示例中，k一般取值为0.7～0.8。I_trip为断路器跳闸整定值。第二行程设定值例如为dmax2，其中，dmax2为电极提升的设定值，其依据工程实际工况而定。

综上，根据本发明实施例的适于泡沫渣炉况的电炉功率控制装置，通过对电流设定值I_set和电流测量值I_act进行监控，以判断电炉是否产生泡沫渣，当监控到产生泡沫渣时，退出常规控制规律，通过提升电极使电流迅速降低，以使泡沫渣快速地得到缓解和恢复，在不产生泡沫渣时，根据计算得到的升降幅值对电极进行控制。综上，该装置能够对泡沫渣的发生进行预测和识别，并控制电极提升，使炉况快速恢复正常，提高了电炉运行的安全性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种适于泡沫渣炉况的电炉功率控制装置，其特征在于，包括：

功率设定模块，用于设定电炉的功率设定值P_set；

功率获取模块，用于获取所述电炉的实际功率值P_act；

电流设定值计算模块，用于根据所述电炉的功率设定值P_set计算所述电炉的电流设定值I_set；

实际电流计算模块，用于根据所述电炉的实际功率值P_act计算所述电炉的电流测量值I_act；

判断模块，所述判断模块分别与所述电流设定值计算模块和实际电流计算模块相连，用于根据所述电流设定值I_set和电流测量值I_act判断所述电炉是否产生泡沫渣；

升降幅值计算模块，用于在不产生泡沫渣时，根据所述电炉的电流设定值I_set和电流测量值I_act计算电极的升降幅值；以及

控制模块，所述控制模块与所述判断模块相连，用于在所述判断模块判定电炉产生泡沫渣时，以第一行程设定值提升电极，以及在所述电炉不产生泡沫渣时，根据所述升降幅值对所述电极进行控制。

2.如权利要求1所述的适于泡沫渣炉况的电炉功率控制装置，其特征在于，通过以下公式计算所述电炉的电流设定值I_set和电流测量值I_act：

$I_{set}=\frac{P_{set}}{U},$

$I_{act}=\frac{P_{act}}{U},$

其中，U为电极电压。

3.如权利要求1或2所述的适于泡沫渣炉况的电炉功率控制装置，其特征在于，所述根据所述电流设定值I_set和电流测量值I_act判断所述电炉是否产生泡沫渣，具体包括：

根据所述电炉的电流设定值I_set和电流测量值I_act计算ι时刻控制误差e(t)及误差变化率△e(t)；

如果e(t)<e_set且△e(t)<△e_set，则判断产生泡沫渣；

如果e(t)≥e_set或△e(t)≥△e_set，则判断不产生泡沫渣，

其中，e_set为控制误差设定值，△e_set为误差变化率设定值。

4.如权利要求3所述的适于泡沫渣炉况的电炉功率控制装置，其特征在于，根据以下公式计算t时刻控制误差e(t)及误差变化率△e(t)：

e(t)＝I_set(t)-I_act(t)，

△e(t)＝e(t)-e(t-1)，

其中，I_set(t)为t时刻的电流设定值，I_act(t)为t时刻的电流测量值，e(t-1)为t-1时刻的控制误差。

5.如权利要求3所述的适于泡沫渣炉况的电炉功率控制装置，其特征在于，通过以下公式计算所述电极的升降幅值：

d(t)＝KP·e(t)+KI·de(t)，

其中，KP为比例控制系数，KI为微分控制系数，d(t)为所述电极的升降幅值，de(t)为误差变化量的值。

6.如权利要求1-5任一项所述的适于泡沫渣炉况的电炉功率控制装置，其特征在于，所述判断模块还用于在I_act(t)≥k·I_trip时，判断接近跳闸，则所述控制模块以第二行程设定值提升所述电极，其中，k<1为保险系数，I_trip为断路器跳闸整定值。