CN109737754B - 矿热炉自动操作系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种矿热炉自动操作系统，包括数据采集系统、数据处理系统和自动控制系统，所述数据采集系统还用于采集电极入料深度的电气参数并发送到所述数据处理单元；所述数据处理系统用于利用所述数据采集系统采集的电气参数、矿热炉设置参数和电炉用变压器参数进行建模运算得到所需的控炉参数，并输出控制开关量给所述自动控制系统；所述自动控制系统用于根据接收的所述数据处理系统的数据自动控制电极升降、电极压放及变压器档位调节。采用本发明矿热炉自动操作系统解决了矿热炉功率低、能耗高的问题。

Description

矿热炉自动操作系统

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，具体涉及一种矿热炉自动操作系统。

背景技术

目前操作系统为电脑和人工操作，人工控制电流波动、人工压放电极、控制电极上下活动，人工判断炉况波动，采用人工判断和操作存在以下几点不足：

1、容易造成误判，因为人工带有强烈的个人思路、主观判断、情绪等因素。

2、人工对数据的收集整理，判断分析会有遗漏，对大数据分析不够全面。

3、如果人工操作不及时，易造成漏操作或误操作等情况。

4、现有控炉时只能根据二次电流及有功功率控炉，往往为了保有功而使得电极入料越来越浅。电极变浅以后，想将电极插下去，就必须降低功率，但又不愿功率下降太多，结果导致电极总下不去。在电流变大时，人工不知道是提电极还是降压？在电流变小时，是下电极还是升压？因此现有的炉况不稳定、效率低、能耗高。

发明内容

本发明目的是为了解决矿热炉功率低、能耗高的问题，提供一种矿热炉自动操作系统。

依据本发明目的提供一种矿热炉自动操作系统，包括数据采集系统、数据处理系统和自动控制系统，所述数据采集系统还用于采集电极入料深度的电气运行参数并发送到所述数据处理单元；

所述数据处理系统用于利用所述数据采集系统采集的电气运行参数、矿热炉设置参数和电炉用变压器参数进行建模运算得到所需的控炉参数，并输出控制开关量给所述自动控制系统；

所述自动控制系统用于根据接收的所述数据处理系统的数据自动控制电极升降、电极压放及变压器档位调节。

可选地，本发明矿热炉自动操作系统，所述电极入料深度的电气运行参数采用炉外磁场法，通过电磁传感器测得电极工作时在炉体外产生的磁场信号。

可选地，本发明矿热炉自动操作系统，所述电极入料深度还通过调整基准磁阻抗系数进行电极入料深度校验。

可选地，本发明矿热炉自动操作系统，所述数据采集系统包括一次电流电压测量单元、二次电压测量单元、二次电流测量单元、电极压放测量单元、中压补电流测量单元、低压补电流测量单元、短网电流测量单元、大力缸位移智能表和电磁智能测量单元；所述一次电流电压测量单元用于采集一次电压和一次电流；所述二次电压测量单元用于采集二次电压；所述电极压放测量单元用于采集电极压放信息；电极位移拉绳计米器用于采集矿热炉的电极位移；所述电磁智能测量单元用于采集电磁传感器信号获得电极入料深度；所述中压补电流测量单元用于采集中压补偿电流；所述低压补电流测量单元用于采集低压补偿电流，所述短网电流测量单元用于采集短网电流。

可选地，本发明矿热炉自动操作系统，所述数据处理系统用于对矿热炉自动操作系统的各电气运行参数进行调试。

可选地，本发明矿热炉自动操作系统，所述矿热炉设置参数包括有功功率上限、有功功率下限、电极允许电流、最长压放时间、最短压放时间、电极浅位限值、电极深位限值、电极位移上行限值、电极位移下行限值、电极电流电流密度、电弧电压控制值、电极消耗、炉变过载保护倍数、压放一次下移量、电极长度控制值、标准电阻率、标准出炉电量及分段控制设置。

可选地，本发明矿热炉自动操作系统，所述数据处理系统还用于对历史数据进行能耗分析，结合产量单耗优化控炉参数。

可选地，本发明矿热炉自动操作系统，所述数据处理系统用于以动画的形式动态显示电极在矿热炉内位置。

可选地，本发明矿热炉自动操作系统，还包括储存系统，所述储存系统用于存储矿热炉自动操作系统的运行数据，并对所述数据进行备份。

与现有技术相比，本发明的效果如下：在引入电极深度参数以后，控制系统能够自动根据电气运行参数进行调节，从而实现电极自动升降、电极自动压放、变压器档位的自动调节。解决了炉况不稳定、效率低、能耗高的问题。与之前人工控炉方式相比，在同等炉料炉况条件下，电炉运行更稳定，单位电耗下降，产量提高，实现了增产节电的目的。还能够对电炉基础数据进行查询。并且进行能耗分析：分析每天每班的用电量、吨电耗以及对应的控炉参数，从中找出最佳的控炉参数。

本发明以动画的形式动态显示电极在炉内位置，便于实时观察。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

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是本发明系统的原理框图。

具体实施方式

下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种矿热炉自动操作系统，包括数据采集系统1、数据处理系统2和自动控制系统3，

所述数据采集系统1用于采集电极入料深度等的电气运行参数并发送到所述数据处理单元；所述数据采集系统1采集的电气运行参数即数据采集系统的仪表通信参数。所述数据采集系统采集的电气运行参数包括：电极电流、电弧电压、有功功率、操作电阻、电极长度及电极入料深度等。

本发明具体实施例中：所述电极入料深度的电气运行参数采用炉外磁场法，通过电磁传感器测得电极工作时在炉体外产生的磁场信号。因为电极工作时的大电流会在炉体外产生磁场，电极下插深度的不同，磁场强度会产生变化，通过电磁传感器测得磁场信号，利用磁场来得到电极在矿热炉中的位置。电极入料深度是经一段时间的运行数据分析而来，而且与冶炼周期有关，因此无论自动还是手动操作，都必须堵眼。

进一步地：所述电极入料深度还通过调整基准磁阻抗系数进行电极入料深度校验。矿热炉全自动操作系统可以实时显示电极入料深度，但在系统刚投入运行时，需要对电极入料深度进行校验，达到显示值与实际值相匹配。如果运行一段时间后，显示值与实际值仍有偏差，也可以通过调整基准磁阻抗系数提高电极入料深度测量的准确度。

本发明具体实施例中：所述数据采集系统包括智能数据采集柜和设置在该智能数据采集柜中的一次电流电压测量单元、二次电压测量单元、二次电流测量单元、电极压放测量单元、中压补电流测量单元、低压补电流测量单元、短网电流测量单元、电极位移拉绳计米器和电磁智能测量单元等；所述一次电流电压测量单元用于采集一次电压和一次电流；所述二次电压测量单元用于采集二次电压；所述电极压放测量单元用于采集电极压放信息；所述电极位移拉绳计米器用于采集矿热炉的电极位移；进一步地：所述电极位移还需要进行位移校验，电极位移拉绳计米器采集的信号经模数转换后显示在工业计算机上，但显示数据往往与实际位移有偏差，此时可以通过校正电极位移显示值与实际匹配。如：修正后显示数据等于通讯原始数据减修正数据。所述电磁智能测量单元用于采集电磁传感器信号得出电极入料深度；所述中压补电流测量单元用于采集中压补偿电流；所述低压补电流测量单元用于采集低压补偿电流，所述短网电流测量单元用于采集短网电流。可以根据采集的电气信息需求进行增减调整。

所述数据处理系统2用于利用所述数据采集系统采集的电气运行参数、矿热炉设置参数和电炉用变压器参数进行建模运算得到所需的控炉参数，并输出控制开关量给所述自动控制系统。本实施例中：所述数据处理系统采用工业计算机，通过工业计算机的显示屏显示各种电气运行参数。数据采集系统的智能数据采集柜将数据处理成数字信号并实时上传到数据处理系统的工业计算机中。所述工业计算机还具有互联网功能，以便远程控制。本发明具体实施例中，所述数据处理系统设有系统管理模块、历史记录模块、单相曲线模块、数据采集柜的仪表参数设置模块、三相曲线模块、手动控炉模块、控制值设定模块和调试模块。数据采集柜的仪表参数设置模块包括输出模块设置、仪表量程设置、仪表地址、仪表通信测试，可以对整个数据采集柜安装的仪表、模块进行通信是否正常检测，并可以对模块的关断时间、地址进行设置。

所述矿热炉设置参数通过数据采集柜的仪表参数设置模块设置，矿热炉设置参数包括有功功率上限、有功功率下限、电极电流允许值、最长压放时间、最短压放时间、电极浅位限值、电极深位限值、电极位移上行限值、电极位移下行限值、电极电流电流密度、电弧电压控制值、电极消耗、炉变过载保护倍数、压放一次下移量、电极长度控制值、标准电阻率、标准出炉电量及分段控制设置。在自动化控炉过程中，根据不同的炉况设置不同的参数，矿热炉自动操作系统根椐设置的电气运行参数进行自动控炉。其中、电极电流允许值、电极入料深度及有功功率上下限的设定是整个矿热炉自动操作系统成功与否的关键，因为：

1.有功设置值大，电极工作浅，有功设置的低，电极工作深；

2.电极下得深，有利于加厚固体物料层，减少炉面散热，但电极下得过深功率下降太多，产量会减少，因此设定合理的电极上下限很关键，可以从历史曲线，找出炉况好的阶段对应的电极工作范围，以此做为电极入料深度的设定值。

3.确保熔池温度够高很重要，延长出铁时间可以提高炉温，调整出炉电量或出炉时间应使每一炉铁水包基本上装满。打个比方，铁水包可装32吨，如果出一炉才装29吨，下一炉可增加2吨的电量出炉。

电极入料深度上下限的设定原则是电极入料深度上下限之间差距为100～120mm；当观察炉温偏高时，将深度限值统一调深一些，反之调浅一些。上下限设定得浅，则有功就高，但料面温度会偏高，散热损失大；反之有功就偏低，应根据一段时间运行逐步调整到合适值。

电极自动调节的原理为：

优先调平三相电流，最大一相的电极电流大于允许值时，三相同步提电极，提到三相平均深度小于深度上限值时，电极不再提，此时如果电极电流还超，则三相同步降压；

电极电流小于允许值的0.97倍时，三相同步下电极，下到深度下限值时不再下电极，此时电流还小则三相同步升压。

电流调平过程中，最大电极入料深度与最小电极入料深度偏差不大于120mm，，本实施例最大电极入料深度与最小电极入料深度偏差为100mm，例如某一电极最浅电极入料深度为1100，如果判断最深一相需要下插调平电流，但最大入料已超过1200mm，此时就不能下插。

所述电极电流允许值的设定原则：在保证不发生电极故障的前提下尽量设定大一些的允许值，经过验证安全的允许值不需要改小，允许值设定得高，则有功就高，但受水温的限制，该值以水温不超，电极不过烧为判断依据，一般电流允许值定好后尽量不要改动(无低压补偿时，电极允许电流的设定还要考虑炉变二次及一次电流不超负荷)。

所述有功上下限的设定原则：实际有功超过上限有功设置值时，自动降压；有功低于下限有功设置值时，同时电极电流小于允许值的0.98倍时，才会升压。

所述数据处理系统2的三相曲线模块，用于查看一年内任一时段的三相电极运行曲线，包括深度位移、电极深度、电极位移、电极电流、电阻率和电极功率。

所述数据处理系统2的单相曲线模块，用于查看单相一年内任一时段的电流、功率、电极深度、操作电阻等运行曲线。

所述手动控炉模块，用于在手动控炉的状态下，可以通过矿热炉全自动操作系统完成对矿热炉电极升降、变压器档位调节和电极压放操作。该工业计算机的显示屏还显示每相电极的压放量、消耗量、本炉用电量和堵眼时间。

通过工业计算机还能够根据显示器分辨率自动调整显示画面，使整个设计的界面完整的显示在不同的屏幕上。

在数据处理系统2中录入每一炉的产量，以便系统进行每一炉的能耗分析。如果在运行期间，忘记输入单炉产量或者输入不正确时，可以对产量和冶炼时间进行修改，修改完成后，矿热炉自动操作系统会自动重新进行数据运算，得出新的单炉能耗数据。

运行中重启矿热炉自动操作系统时，请记录停止程序前的电极入料深度，重启后按此深度校验，或按实测深度校验，同时输入本炉用电量。

长时间不用再次启动矿热炉自动操作系统时，先在手动下运行一天，期间请务必按时堵眼，一天以后电极入料深度会逐渐自动校验到较准确数值。

当确认电极偏浅时，由于熔池已经上移，需调小有功上下限，电极上下限逐步下调，不要一步调太大，以下电极时能下到底线为准，如本炉能到底线了，下一炉再把下限加大20，逐步把电极养下去。这个过程可能要数天，当把电极下到合适位置后，再把有功逐步调大，每次调大的值以电极平均深度能下到底线为准。

可能地；所述数据处理系统2用于对矿热炉自动操作系统的各电气运行参数进行调试。利用调试模块进行调试，方便现场工程人员对整个矿热炉全自动操作系统的各参数进行查看。

进一步地：所述数据处理系统还用于以动画的形式动态显示电极在炉内位置。电极在炉内位置采用动画显示，便于工作人员实时观察电极深度。

本发明又一具体实施例：所述数据处理系统还用于对历史数据进行能耗分析，结合产量单耗优化控炉参数。所述数据处理系统可以分析每天每班的用电量、吨电耗以及对应的控炉参数，从中找出最佳的控炉参数。从而提高了矿热炉自动操作系统的功率，降低能耗。

所述自动控制系统3用于根据接收的所述数据处理系统的数据自动控制电极升降、电极压放及变压器档位调节。本发明实施例中，所述自动控制系统由数模转换继电器及控制柜组成，控制柜可以使用现有的控制柜。具体的，所述矿热炉自动操作系统根据入炉有功、电极电流大小自动控制电极升降，使电极电流达到三相平衡，入炉有功控制在设定范围之内。所述矿热炉自动操作系统依据计算电极长度，小于设定值，则按较短时间压放一次；大于设定值，则按较长时间压放一次进行电极压放控制，本实施例中较长时间为120分钟，较短时间为50分钟，从而使将电极长度控制在设定范围之内。所述矿热炉自动操作系统依据入炉有功和电极电流自动控制变压器档位升降，从而使入炉有功在设定范围之内；变压器不过载；电极电流不过载。

本发自动操作系统的自动控制原则如下：

1.电极到顶了，电极还大时，

如果炉温不高，则把深度上限值改小一点，让电极经继续提而不是降压。

如果炉温比正常偏高，说明电极过浅，只能降压降负荷；

2.电极下得慢，等电流小到可以下电极了，但又过了下电极阶段，此时如果电极未过中间值，可以把电极结束电量加大，让电极继续下。

3.只要电流够小，有功也够大，就可以争取电极多插下去，此时即使电极已下到下限，也可以把下限入料深度调大。

4.不是说提电极阶段必须提电极，下电极阶段不能提电极，提电极是因为电流超了，如不提只能降压减小有功，只需把握一个原则，冶炼的后半段必须使电极工作在深位至少在设定上下限的中间线以下。因为后半段炉温最高，需要的保温层也越厚。

5.电极浅于控制范围且电流大；不能提电极，只能降压。

6.电极深于控制范围且电流小；不能插电极，只能升压。

本发明具体实施例中：所述矿热炉自动操作系统还包括储存系统，所述储存系统用于存储矿热炉自动操作系统的运行数据，并对所述数据进行备份。一分钟一个记录点，储存一年的运行数据。储存系统可以对数据库进行备份。以防数据库损坏。

本发明矿热炉自动操作系统的操作方法：

①.电流三相偏差大于3％，用带相原理调平电流；调平过程中，最深最浅电极入料深度差不超过130mm；

②电流大，提电极，提到电极平均深度小于上限值时，电流还大则降压；

③电流小，下电极，下到电极平均深度大于下限，电流还小则升压；

④分五个阶段控，每个阶段开始与结束的时间由人工设定的电量决定。想提前开始，则把起点电量减小，想晚一点结束，则把结束点电量加大。

⑤有功大于上限值时，会降压，不想功率那么高，则把有功上限值减小，否则加大。

⑥有功小于下限值时，如果电流允许，则优先升压。

⑦在下电极阶段，如果电极下不到中间线(比如上限为1100mm,下限为1400mm，则中间值为1250mm),系统会强行下电极，如果电流超过设定电流会降压，为了保证电极必须下到一定深度。

⑧电极总长大于设定值时，按最长时间间隔压放；电极总长小于设定值时，按最短时间压放。

本发明利用数据采集系统采集的数据上传至数据处理系统，再综合采用电极电流测量技术、操作电阻测量技术，再结合矿热炉工艺技术，实现了矿热炉的自动操作控制。

Claims (8)

1.一种矿热炉自动操作系统，包括数据采集系统、数据处理系统和自动控制系统，其特征在于：所述数据采集系统还用于采集电极入料深度的电气运行参数并发送到所述数据处理系统；

所述数据处理系统用于利用所述数据采集系统采集的电气运行参数、矿热炉设置参数和电炉用变压器参数进行建模运算得到所需的控炉参数，并输出控制开关量给所述自动控制系统；所述矿热炉设置参数包括有功功率上限、有功功率下限、电极允许电流、最长压放时间、最短压放时间、电极浅位限值、电极深位限值、电极位移上行限值、电极位移下行限值、电极电流密度、电弧电压控制值、电极消耗、炉变过载保护倍数、压放一次下移量、电极长度控制值、标准电阻率、标准出炉电量及分段控制设置；所述有功功率上限、有功功率下限的设定原则：实际有功功率超过有功功率上限设置值时，自动降压；有功功率低于有功功率下限设置值时，同时电极电流小于允许值的0.98倍时，才会升压；电极入料深度上下限的设定原则是电极入料深度上下限之间差距为100～120mm；

所述自动控制系统用于根据接收的所述数据处理系统的数据自动控制电极升降、电极压放及变压器档位调节；电极自动调节的原理为：

优先调平三相电流，最大一相的电极电流大于允许值时，三相同步提电极，提到三相平均深度小于深度上限值时，电极不再提，此时如果电极电流还超，则三相同步降压；

电极电流小于允许值的0.97倍时，三相同步下电极，下到深度下限值时不再下电极，此时电流还小则三相同步升压；冶炼的后半段必须使电极工作在深位至少在设定上下限的中间线以下；

本发明矿热炉自动操作系统的操作方法：

①电流三相偏差大于3%，用带相原理调平电流；调平过程中，最深最浅电极入料深度差不超过130mm；

② 电流大，提电极，提到电极平均深度小于上限值时，电流还大则降压；

③ 电流小，下电极，下到电极平均深度大于下限，电流还小则升压；

④ 分五个阶段控，每个阶段开始与结束的时间由人工设定的电量决定；

⑤ 有功功率大于有功功率上限值时，会降压，则把有功功率上限值减小，否则加大；

⑥ 有功功率小于有功功率下限值时，如果电流允许，则优先升压；

⑦ 在下电极阶段，如果电极下不到中间线,系统会强行下电极，如果电流超过设定电流会降压，为了保证电极必须下到一定深度；

⑧ 电极总长大于设定值时，按最长时间间隔压放；电极总长小于设定值时，按最短时间压放。

2.如权利要求1所述的矿热炉自动操作系统，其特征在于：所述电极入料深度的电气运行参数采用炉外磁场法，通过电磁传感器测得电极工作时在炉体外产生的磁场信号。

3.如权利要求1或2所述的矿热炉自动操作系统，其特征在于：所述电极入料深度还通过调整基准磁阻抗系数进行电极入料深度校验。

4.如权利要求1所述的矿热炉自动操作系统，其特征在于：所述数据采集系统包括一次电流电压测量单元、二次电压测量单元、二次电流测量单元、电极压放测量单元、中压补电流测量单元、低压补电流测量单元、短网电流测量单元、电极位移拉绳计米器和电磁智能测量单元；所述一次电流电压测量单元用于采集一次电压和一次电流；所述二次电压测量单元用于采集二次电压；所述电极压放测量单元用于采集电极压放信息；所述电极位移拉绳计米器用于采集矿热炉的电极位移；所述电磁智能测量单元用于采集电磁传感器信号获得电极入料深度；所述中压补电流测量单元用于采集中压补偿电流；所述低压补电流测量单元用于采集低压补偿电流，所述短网电流测量单元用于采集短网电流。

5.如权利要求1所述的矿热炉自动操作系统，其特征在于：所述数据处理系统用于对矿热炉自动操作系统的各电气运行参数进行调试。

6.如权利要求1或5所述的矿热炉自动操作系统，其特征在于：所述数据处理系统还用于对历史数据进行能耗分析，结合产量单耗优化控炉参数。

7.如权利要求1所述的矿热炉自动操作系统，其特征在于：所述数据处理系统用于以动画的形式动态显示电极在矿热炉内位置。

8.如权利要求1所述的矿热炉自动操作系统，其特征在于：还包括储存系统，所述储存系统用于存储矿热炉自动操作系统的运行数据，并对所述数据进行备份。