CN107062890A - 一种带全方位控制点的矿热炉治炼专家系统 - Google Patents

一种带全方位控制点的矿热炉治炼专家系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种带全方位控制点的矿热炉治炼专家系统，属于矿热式电阻电弧炉技术领域；所述电极底部的外壁设有补偿铜管；所述补偿铜管的下方设有导电板；所述电极中部外壁的集电环分别连接有补偿铜管和主变铜管；所述补偿铜管和主变铜管分别与电压调整装置、主变连接；所述电极的上半段与承重座相互配合；所述上抱紧结构套设在电极的外壁，所述上抱紧结构的下方设有小立缸；所述承重座与大立缸相互配合；所述炉体的外壁设有电极位置检测装置；所述电极位置检测装置与电极的底面相互对应；旨在实现对电炉电极插入炉料深度、三相电极入炉有功功率平衡、电极压放等目标参数的自动控制，同时对电炉运行及操作人员安全有关联的参数进行先期监测。

Description

一种带全方位控制点的矿热炉治炼专家系统
技术领域
本发明涉及一种带全方位控制点的矿热炉治炼专家系统，属于矿热式电阻电弧炉技术领域。
背景技术
目前对矿热炉的生产控制及安全管控技术，受限于行业技术人员对自动控制的研究参与度低，自控技术使用和工艺控制融合不够深入，现有方案简单、单一，无法满足生产过程控制与安全生产的要求。只解决了对一次电流的控制，而不能解决电极电流的控制，不能有效的调节三相有功平衡的问题，也不能解决三相电极发热分散的问题。解决了电极自动压放的问题，不能解决测量电极压放量的问题，也不能解决测量电极消耗量的问题。且采用plc（可编程逻辑控制器）作为控制核心，各个系统不能统一使用核心资源，造成投资浪费。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，设计合理、使用方便的带全方位控制点的矿热炉治炼专家系统。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明的矿热炉治炼专家系统采用DCS中控，所述DCS中控分别与各炉体I/O连接；各个炉体I/O分别与对应的仪表、开关、控制器、调节器、视频监控以及视频服务器连接；所述DCS中控与各炉操作台以及对应的原料操作台、中心化验操作台、能源管理操作台、产品销售操作台连接；所述DCS中控与工业隔离网关连接；所述工业隔离网关与PIMS服务器连接；所述PIMS服务器分别与中控显示屏和局域服务器连接；所述局域服务器连接与管理层操作台和网络服务器连接；所述网络服务器与后台值守和pc/手机APP端连接。
所述的电压调整装置在功率平衡系统中，超出电极位置后的电炉功率调控必须调整电极端头电压来实现电极位置在炉内的稳定。通过控制无功容性电流，就会得到需要的电极工作电压。
控制矿热炉三相功率平衡的方法为：根据电极位置检测装置数据，设定电极在炉内的位置范围，当出料后位置低于设定值时，说明电炉反应区增大了，可以通过电压调整装置自动提高电极端头电压，以提高电炉电效率。当出料前位置高于设定值时，说明电炉反应区减小了，则需要通过电压调整装置降低电极端头电压，以提高热效率，而当电压调整装置不能满足需要的电压时，系统自动的调整变压器档位来满足电压调整需求；根据测得每相有功功率，调整电极插入深度，达到三相功率平衡。
本发明是一种基于DCS框架下的综合控制系统，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统；采用最新单项特种检测仪表装置，解决了矿热炉工艺操作自动控制、电极系统自动控制、原料配料上料下料系统自动控制、冷却水系统自动检测监视安全保护、液压系统自动控制、视频监控系统及两化融合信息采集上传等问题；对超出自动控制范围的炉况，可自动为操作员提出综合解决办法，显示在现场控制单元上；对于操作员无法解决的炉况，提供了后台专家分析指导意见，远程解决问题。
本发明所述的DCS中控根据采集的原料成分、配比、一次电压、变压器工作档位、电极电流、电极电压、端头电压调整装置、电极压放参数、电极消耗量、电极插入深度、铁水温度、炉底温度、烟气温度等工艺设备参数，自动判断炉况，通过人机界面给出操作提示；特殊情况下，操作员可以通过远程通讯咨询后台值守专家，指导解决现场操作，为自动控炉提供人工经验干预，在较短时间内解决电炉操作出现的问题；充分利用现有高科技仪表和信息处理技术，将电炉操作过程中所有的工艺设备参数采集到主控设备中，连续的实时采集和储存，提供实时数据和过往数据，以及数据曲线和发展趋势。
本发明的DCS中控对出入水流量进行计算，当流量差超过定额，说明有冷却水管道或设备漏水了，立即报警或停炉；对炉温超标，立即报警；当电极入炉太短，有可能发生喷炉，通过炉内温度测量，超标立即报警；当电极发生软硬断时，容易发生喷炉和燃爆，通过电极电流突变为零时，立即停炉并报警；通过对炉底和炉墙的温度测量，及时监测数据发展趋势，及时提示防止设备烧坏；将变压器的参数引入系统，进行冗余保护；可以扩展到一些特殊产品矿热炉上，对其他引起生产安全的因素进行测量和控制；对电极内电极糊高度自动进行测量，保证糊柱高度；对电极外套高度进行自动测量，间接测得电极消耗量，为电极在炉内插入深度提供修改参数；对电极压放量进行自动测量，间接测得电极消耗量，为电极在炉内插入深度提供修改参数；取得这些数据的历史数据曲线，得到电极消耗量的发展趋势，最终为电极位置测量提供修正数据。
它的系统设备包含钢水包、电极、出铁口、炉体、压力环、导电板、保护套、导电铜管、补偿铜管、电压调整装置、承重座、小立缸、上抱紧结构、大立缸、电极位置检测装置、小料管、主变铜管、主变、下料仓、自动下料小车、上料仓、上料皮带、配料仓；所述炉体外壁的下方设有数个出铁口，且所述出铁口的下方设有钢水包；电极的下半段插设在炉体的炉料中；所述电极底部的外壁设有补偿铜管；所述补偿铜管的下方设有导电板；所述导电板的外壁设有压力环；所述导电铜管的外壁设有保护套；所述电极中部外壁的集电环分别连接有补偿铜管和主变铜管；所述补偿铜管和主变铜管分别与电压调整装置、主变连接；所述电压调整装置与电压调整电容连接；所述电极的上半段与承重座相互配合；所述上抱紧结构套设在电极的外壁，所述上抱紧结构的下方设有小立缸；所述承重座与大立缸相互配合；所述炉体的外壁设有电极位置检测装置；所述电极位置检测装置与电极的底面相互对应；所述下料管的底部设置在电极底部的一侧，所述下料管的顶部与下料仓连接；所述下料仓与自动下料小车相互配合；所述自动下料小车的外端与上料仓相互配合；所述上料仓与配料仓之间通过上料皮带连接。
采用上述结构后，本发明有益效果为：本发明所述的一种带全方位控制点的矿热炉治炼专家系统，应用于矿热式电阻电弧炉上，对电炉生产过程进行自动监测和控制。旨在实现对电炉电极插入炉料深度、三相电极入炉有功功率平衡、电极压放等目标参数的自动控制，同时对电炉运行及操作人员安全有关联的参数进行先期监测，超标报警及联锁停车。使电炉能够连续、高效、满负荷在最佳状态生产，达到安全、高产、低耗的生产目的。同时利用DCS控制系统的无限扩展特性，对电炉的辅助生产系统如配料加料下料系统、冷却水系统、液压系统、电极压放系统、视频监控系统、两化融合信息采集上传等进行监测和自控。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明中系统设备的示意图；
图2是本发明的电气原理图；
图3是本发明中具体实施方式的示意图；
附图标记说明：
钢水包1、电极2、出铁口3、炉体4、压力环5、导电板6、保护套7、导电铜管8、补偿铜管9、电压调整装置10、承重座11、小立缸12、上抱紧结构13、大立缸14、电极位置检测装置15、小料管16、主变铜管17、主变18、下料仓19、自动下料小车20、上料仓21、上料皮带22、配料仓23、电压调整电容24、集电环25。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
参看如图1-图3所示，本具体实施方式的系统设备包含钢水包1、电极2、出铁口3、炉体4、压力环5、导电板6、保护套7、导电铜管8、补偿铜管9、电压调整装置10、承重座11、小立缸12、上抱紧结构13、大立缸14、电极位置检测装置15、小料管16、主变铜管17、主变18、下料仓19、自动下料小车20、上料仓21、上料皮带22、配料仓23；所述炉体4外壁的下方设有数个出铁口3，且所述出铁口3的下方设有钢水包1；电极2的下半段插设在炉体4的炉料中；所述电极2底部的外壁设有补偿铜管8；所述补偿铜管8的下方设有导电板6；所述导电板6的外壁设有压力环5；所述导电铜管8的外壁设有保护套7；所述电极2中部外壁的集电环25分别连接有补偿铜管9和主变铜管17；所述补偿铜管9和主变铜管17分别与电压调整装置10、主变18连接；所述电压调整装置10与电压调整电容24连接；所述电极2的上半段与承重座11相互配合；所述上抱紧结构13套设在电极2的外壁，所述上抱紧结构13的下方设有小立缸12；所述承重座11与大立缸14相互配合；所述炉体4的外壁设有电极位置检测装置15；所述电极位置检测装置15与电极的底面相互对应；所述下料管16的底部设置在电极2底部的一侧，所述下料管的顶部与下料仓19连接；所述下料仓19与自动下料小车20相互配合；所述自动下料小车20的外端与上料仓21相互配合；所述上料仓21与配料仓23之间通过上料皮带22连接。
本具体实施方式的矿热炉治炼专家系统采用DCS中控，所述DCS中控分别与各炉体I/O连接；各个炉体I/O分别与对应的仪表、开关、控制器、调节器、视频监控以及视频服务器连接；所述DCS中控与各炉操作台以及对应的原料操作台、中心化验操作台、能源管理操作台、产品销售操作台连接；所述DCS中控与工业隔离网关连接；所述工业隔离网关与PIMS服务器连接；所述PIMS服务器分别与中控显示屏和局域服务器连接；所述局域服务器连接与管理层操作台和网络服务器连接；所述网络服务器与后台值守和pc/手机APP端连接（如图3所示）。
其中，所述的电压调整装置10在功率平衡系统中，超出电极位置后的电炉功率调控必须调整电极端头电压来实现电极位置在炉内的稳定。调整此电压有两种方式，一是传统的调整炉变的档位开关实现，这种方式存在明显的缺陷就是调整电压变化幅度大，对电炉操作稳定性产生较大的影响；二是最新的技术，通过在电炉电极上提供无功容性电流，减少了对电源的无功电流需求，就会使得电炉短网上视在电流下降，同时短网上的电压降也会降低，那么电极端头的电压就会上升。通过控制无功容性电流，就会得到需要的电极工作电压。采用两种方法相结合的办法，利用DCS中控强大的扩展功能，判断电极位置离开范围的数据，首先调整无功容性电流，当无功容性电流超出电压要求的范围时，自动切换方法至主变18档位进行调制，实现两种方法无缝转换，平稳调整。
本具体实施方式为了使三相电极2位于一个物理水平面上、深插于炉料中，从而使三相电极发热量集中、提高炉内反应温度，则必须要达到三相电极输出功率平衡，最终使电炉有最高的热效率和较高的电效率；这样就需要解决电极位置检测装置15、电极功率的测量、电极功率因数的测量，控制矿热炉三相功率平衡的方法为：根据电极位置检测装置15数据，设定电极在炉内的位置范围（一定范围，由电炉出产品前和出产品后的电极位置决定），当出料后位置低于设定值时，说明电炉反应区增大了，可以通过电压调整装置自动提高电极端头电压，以提高电炉电效率。当出料前位置高于设定值时，说明电炉反应区减小了，则需要通过电压调整装置降低电极端头电压，以提高热效率，而当电压调整装置不能满足需要的电压时，系统自动的调整变压器档位来满足电压调整需求；根据测得每相有功功率，调整电极插入深度，达到三相功率平衡。
本具体实施方式所述的DCS中控根据采集的原料成分、配比、一次电压、变压器工作档位、电极电流、电极电压、端头电压调整装置、电极压放参数、电极消耗量、电极插入深度、铁水温度、炉底温度、烟气温度等工艺设备参数，自动判断炉况，通过人机界面给出操作提示。特殊情况下，操作员可以通过远程通讯咨询后台值守专家，指导解决现场操作，为自动控炉提供人工经验干预，在较短时间内解决电炉操作出现的问题。充分利用现有高科技仪表和信息处理技术，将电炉操作过程中所有的工艺设备参数采集到主控设备中，连续的实时采集和储存，提供实时数据和过往数据，以及数据曲线和发展趋势。其中包括主变电气数据和保护、电极端头电气数据、电压调整装置电气数据、档位控制器数据、电极状态数据、炉面状态数据、炉体状态数据。冷却水压力温度流量数据、环保收尘设备数据、自动配料上料下料数据、全炉物料能源出入量数据、各用电设备参数及消耗电量数据等代表电炉工作状态的各种参数
本具体实施方式采用先进仪表对入炉冷却水流量进行测量，DCS中控对出入水流量进行计算，当流量差超过定额，说明有冷却水管道或设备漏水了，立即报警或停炉；对炉温超标，立即报警；当电极入炉太短，有可能发生喷炉，通过炉内温度测量，超标立即报警；当电极发生软硬断时，容易发生喷炉和燃爆，通过电极电流突变为零时，立即停炉并报警；通过对炉底和炉墙的温度测量，及时监测数据发展趋势，及时提示防止设备烧坏；将变压器的参数引入系统，科学设定，进行冗余保护；可以扩展到一些特殊产品矿热炉上，对其他引起生产安全的因素进行测量和控制。这些技术的引入为电炉安全运行提供了保障。对电极内电极糊高度自动进行测量，保证糊柱高度；对电极外套高度进行自动测量，间接测得电极消耗量，为电极在炉内插入深度提供修改参数；对电极压放量进行自动测量，间接测得电极消耗量，为电极在炉内插入深度提供修改参数；取得这些数据的历史数据曲线，得到电极消耗量的发展趋势，最终为电极位置测量提供修正数据，从而使得电极在炉内的位置更加准确
本具体实施方式所述的一种带全方位控制点的矿热炉治炼专家系统，具有以下有益效果：
1、应用于矿热式电阻电弧炉上，对电炉生产过程进行自动监测和控制；旨在实现对电炉电极插入炉料深度、三相电极入炉有功功率平衡、电极压放等目标参数的自动控制，同时对电炉运行及操作人员安全有关联的参数进行先期监测，超标报警及联锁停车；
2、使电炉能够连续、高效、满负荷在最佳状态生产，达到安全、高产、低耗的生产目的；
3、利用DCS控制系统的无限扩展特性，对电炉的辅助生产系统如配料加料下料系统、冷却水系统、液压系统、电极压放系统、视频监控系统、两化融合信息采集上传等进行监测和自控；
4、矿热炉安全预警控制系统解决了多年来电炉安全运行的痼疾；
5、矿热炉电极端头电压动态调整系统解决了调节手段单一，调节范围过大的问题，用崭新的方法解决了问题。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种带全方位控制点的矿热炉治炼专家系统，其特征在于：它采用DCS中控，所述DCS中控分别与各炉体I/O连接；各个炉体I/O分别与对应的仪表、开关、控制器、调节器、视频监控以及视频服务器连接；所述DCS中控与各炉操作台以及对应的原料操作台、中心化验操作台、能源管理操作台、产品销售操作台连接；所述DCS中控与工业隔离网关连接；所述工业隔离网关与PIMS服务器连接；所述PIMS服务器分别与中控显示屏和局域服务器连接；所述局域服务器连接与管理层操作台和网络服务器连接；所述网络服务器与后台值守和pc/手机APP端连接。
2.根据权利要求1所述的一种带全方位控制点的矿热炉治炼专家系统，其特征在于：它是一种基于DCS框架下的综合控制系统，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统；采用最新单项特种检测仪表装置，解决了矿热炉工艺操作自动控制、电极系统自动控制、原料配料上料下料系统自动控制、冷却水系统自动检测监视安全保护、液压系统自动控制、视频监控系统及两化融合信息采集上传等问题；对超出自动控制范围的炉况，可自动为操作员提出综合解决办法，显示在现场控制单元上；对于操作员无法解决的炉况，提供了后台专家分析指导意见，远程解决问题。
3.根据权利要求1所述的一种带全方位控制点的矿热炉治炼专家系统，其特征在于：所述的DCS中控根据采集的原料成分、配比、一次电压、变压器工作档位、电极电流、电极电压、端头电压调整装置、电极压放参数、电极消耗量、电极插入深度、铁水温度、炉底温度、烟气温度等工艺设备参数，自动判断炉况，通过人机界面给出操作提示；特殊情况下，操作员可以通过远程通讯咨询后台值守专家，指导解决现场操作，为自动控炉提供人工经验干预，在较短时间内解决电炉操作出现的问题；充分利用现有高科技仪表和信息处理技术，将电炉操作过程中所有的工艺设备参数采集到主控设备中，连续的实时采集和储存，提供实时数据和过往数据，以及数据曲线和发展趋势。
4.根据权利要求1所述的一种带全方位控制点的矿热炉治炼专家系统，其特征在于：所述DCS中控对出入水流量进行计算，当流量差超过定额，说明有冷却水管道或设备漏水了，立即报警或停炉；对炉温超标，立即报警；当电极入炉太短，有可能发生喷炉，通过炉内温度测量，超标立即报警；当电极发生软硬断时，容易发生喷炉和燃爆，通过电极电流突变为零时，立即停炉并报警；通过对炉底和炉墙的温度测量，及时监测数据发展趋势，及时提示防止设备烧坏；将变压器的参数引入系统，进行冗余保护；可以扩展到一些特殊产品矿热炉上，对其他引起生产安全的因素进行测量和控制。
5.根据权利要求1所述的一种带全方位控制点的矿热炉治炼专家系统，其特征在于：它对电极内电极糊高度自动进行测量，保证糊柱高度；对电极外套高度进行自动测量，间接测得电极消耗量，为电极在炉内插入深度提供修改参数；对电极压放量进行自动测量，间接测得电极消耗量，为电极在炉内插入深度提供修改参数；取得这些数据的历史数据曲线，得到电极消耗量的发展趋势，最终为电极位置测量提供修正数据。
6.根据权利要求1所述的一种带全方位控制点的矿热炉治炼专家系统，其特征在于：在功率平衡系统中，超出电极位置后的电炉功率调控必须调整电极端头电压来实现电极位置在炉内的稳定；调整此电压有两种方式，一是传统的调整炉变的档位开关实现，这种方式存在明显的缺陷就是调整电压变化幅度大，对电炉操作稳定性产生较大的影响；二是最新的技术，通过在电炉电极上提供无功容性电流，减少了对电源的无功电流需求，就会使得电炉短网上视在电流下降，同时短网上的电压降也会降低，那么电极端头的电压就会上升；通过控制无功容性电流，就会得到需要的电极工作电压；采用两种方法相结合的办法，利用DCS中控强大的扩展功能，判断电极位置离开范围的数据，首先调整无功容性电流，当无功容性电流超出电压要求的范围时，自动切换方法至主变档位进行调制，实现两种方法无缝转换，平稳调整。
7.根据权利要求1所述的一种带全方位控制点的矿热炉治炼专家系统，其特征在于：控制矿热炉三相功率平衡的方法为：根据电极位置检测装置数据，设定电极在炉内的位置范围，当出料后位置低于设定值时，说明电炉反应区增大了，可以通过电压调整装置自动提高电极端头电压，以提高电炉电效率。
8.当出料前位置高于设定值时，说明电炉反应区减小了，则需要通过电压调整装置降低电极端头电压，以提高热效率，而当电压调整装置不能满足需要的电压时，系统自动的调整变压器档位来满足电压调整需求；根据测得每相有功功率，调整电极插入深度，达到三相功率平衡。
9.根据权利要求1所述的一种带全方位控制点的矿热炉治炼专家系统，其特征在于：它的系统设备包含钢水包(1)、电极(2)、出铁口(3)、炉体(4)、压力环(5)、导电板(6)、保护套(7)、导电铜管(8)、补偿铜管(9)、电压调整装置(10)、承重座(11)、小立缸(12)、上抱紧结构(13)、大立缸(14)、电极位置检测装置(15)、小料管(16)、主变铜管(17)、主变(18)、下料仓(19)、自动下料小车(20)、上料仓(21)、上料皮带(22)、配料仓(23)；所述炉体(4)外壁的下方设有数个出铁口(3)，且所述出铁口(3)的下方设有钢水包(1)；电极(2)的下半段插设在炉体(4)的炉料中；所述电极(2)底部的外壁设有补偿铜管(8)；所述补偿铜管(8)的下方设有导电板(6)；所述导电板(6)的外壁设有压力环(5)；所述导电铜管8)的外壁设有保护套(7)；所述电极(2)中部外壁的集电环(25)分别连接有补偿铜管(9)和主变铜管(17)；所述补偿铜管(9)和主变铜管(17)分别与电压调整装置(10)、主变(18)连接；所述电压调整装置(10)与电压调整电容(24)连接；所述电极(2)的上半段与承重座(11)相互配合；所述上抱紧结构(13)套设在电极(2)的外壁，所述上抱紧结构(13)的下方设有小立缸(12)；所述承重座(11)与大立缸(14)相互配合；所述炉体(4)的外壁设有电极位置检测装置(15)；所述电极位置检测装置(15)与电极的底面相互对应；所述下料管(16)的底部设置在电极(2)底部的一侧，所述下料管的顶部与下料仓(19)连接；所述下料仓(19)与自动下料小车(20)相互配合；所述自动下料小车(20)的外端与上料仓(21)相互配合；所述上料仓(21)与配料仓(23)之间通过上料皮带(22)连接。
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