CN203454820U

CN203454820U - 一种矿热炉电极升降闭环控制系统

Info

Publication number: CN203454820U
Application number: CN201320504214.3U
Authority: CN
Inventors: 于景定; 景满德; 翟小煜; 杨峻; 李春元
Original assignee: CHENGDU ZPD ELECTRIC Co Ltd; STATE GRID QINGHAI ELECTRIC POWER ENERGY SAVING SERVICE Co Ltd
Current assignee: CHENGDU ZPD ELECTRIC Co Ltd; STATE GRID QINGHAI ELECTRIC POWER ENERGY SAVING SERVICE Co Ltd
Priority date: 2013-08-19
Filing date: 2013-08-19
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2023-08-19

Abstract

本专利涉及电极控制装置，具体为一种矿热炉电极升降闭环控制系统。电压测量端、功率测量端、电流测量端分别连接谐波检测装置，谐波检测装置连接工控机，工控机的数据输入端另分连接别温度测量端、压力测量端，工控机的数据输出端连接PLC控制器，PLC控制器的数据输入端连接光电编码器，光电编码器连接电极升降结构，电极升降结构连接交流力矩电机，交流力矩电机另连接变频器，变频器分别连接PLC控制器和主电路。本专利可解决矿热炉冶炼过程中三相电极的位置问题，并给冶炼生产操作提供了多种不同的操作模式，从而实现节能降耗、稳定生产。

Description

一种矿热炉电极升降闭环控制系统

技术领域

本专利涉及电极控制装置，具体为一种矿热炉电极升降闭环控制系统。

背景技术

在矿热炉冶炼过程中，由于系统的时变性和复杂性，三相电极的最优位置会经常改变。为了让电极工作于最优位置区域内，必须通过电极升降控制系统调节电极的位置，以期降低三相熔池功率的不平衡度。原电极升降系统主要存在以下问题：（1）三相电极插入位置无法检测，目前，该电炉有一简易的电极位置显示装置，虽然这一装置可直观地显示电极上端的移动距离，但由于没有设定电极的初始位置，没有一个合理的方法推断电极在工作过程中的损耗量，只能靠人工凭经验估计电极的消耗量，并以此为标准来控制电极的提升、下降或压放，调整电极的位置，这种方法无法获得三相电极的实际插入位置，难以保证矿热炉稳定持续地工作在最佳工作范围内。（2）电极升降控制的自动化程度低，控制效果不佳，矿热炉电极的升降控制主要靠人工手动控制三相一次电流平衡来调节三相功率平衡，由于操作人员的经验、技术水平和熟练程度不同，难以保证矿热炉持续满负荷运行。该方法调节过程滞后、工人操作强度大、工作效率低、耗电量大、炉况不稳定、难以保证产品产量和质量。（3）三相一次电流达到了平衡，并不代表熔池内三相有功功率达到平衡，同时，因三相电极电流之间有一定的耦合关系，若有一相电流发生变化，其余两相电流必然受到影响，很难保证三相电流平衡。（4）通过将三相一次电流控制在900A左右可使电炉达到正常的冶炼效果，但是由于三相短网不平衡，三相电极的最佳工作范围不一样，如果都采取900A，并不一定能达到最佳的冶炼效果。（5）电极的传动机构为交流力矩电机，其升降速度是恒定的。但当需要调节的量较小时，要适当减小升降速度，使电极升降对周围炉料及坩埚的影响较小；当出现事故、所需调节的量较大时，要适当增大升降速度，使得电极快速升降，以避免事故恶化。这样，电机长期处于频繁正反转冲击负荷下，寿命短，难于维护；电极频繁串动，升降不稳，使得力矩电机烧坏和电极折断现象发生的可能性增大。（6）人工依据炉况和电压电流的变化来调节电压等级，这一方法由于受到操作人员岗位流动性的影响，使得工程师很难及时了解炉况与电压电流的变化，无法及时调整电压等级以使冶炼效果达到最佳；当出现故障时，也无法及时调整电压等级，对故障的处理不利。

发明内容

本专利针对以上技术问题，提供一种矿热炉电极升降闭环控制系统，目的在于：解决矿热炉冶炼过程中三相电极的位置问题，并给冶炼生产操作提供了多种不同的操作模式，从而实现节能降耗、稳定生产。

本专利的具体技术方案如下：

一种矿热炉电极升降闭环控制系统，由电压测量端、功率测量端、电流测量端、谐波检测装置、工控机、温度测量端、压力测量端、PLC控制器、光电编码器、电极升降结构、交流力矩电机、变频器组成，其特征在于：电压测量端、功率测量端、电流测量端分别连接谐波检测装置，谐波检测装置连接工控机，工控机的数据输入端另分连接别温度测量端、压力测量端，工控机的数据输出端连接PLC控制器，PLC控制器的数据输入端连接光电编码器，光电编码器连接电极升降结构，电极升降结构连接交流力矩电机，交流力矩电机另连接变频器，变频器分别连接PLC控制器和主电路。

矿热炉电极升降闭环控制系统是利用PLC控制器作为下位控制机，工业控制计算机作为上位机，光电编码器检测到的电极升降位移作为一个反馈，构成一个闭环控制系统，并且利用电极位置优化控制策略对电极进行控制。通过采集现场数据，利用最小二乘支持向量机建立了电极位置与三相熔池功率、电极电流的软测量模型。由于升降电极的直接目的是为了降低三相熔池功率的不平衡度，通过分析电炉的电气系统与炉膛内部电路，利用电路电极位置与熔池功率、电极电流的关系，为电极位置优化控制提供了依据。

本专利的技术优势体现在：（1）炉况正常时，采用电极位置优化控制。（2）当电流下降或上升幅度过大时，采用恒电流控制。控制信号由一次侧电流决定，以便使电路中的电流快速地恢复到正常工作范围之内。（3）不可抬升电极的情况处理。出铁时，为防止出现塌料，出铁口附近的电极不能上抬；电极出现异常时，如中间凹陷，则一般不能抬升。（4）故障情况下电极的处理当矿热炉自动控制系统出现故障时，系统给出相关状态信息并报警，提示操作人员切换到手动控制，以保证矿热炉的正常生产。本矿热炉电极升降闭环控制系统的建立，可以解决矿热炉冶炼过程中三相电极的位置问题，并给冶炼生产操作提供了多种不同的操作模式，从而实现节能降耗、稳定生产。

附图说明

图1为本专利结构示意图。

其中，1——电压测量端、2——功率测量端、3——电流测量端、4——谐波检测装置、5——工控机、6——温度测量端、7——压力测量端、8——PLC控制器、9——光电编码器、10——电极升降结构、11——交流力矩电机、12——变频器、13——主电路。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和说明书附图对本专利作进一步说明。

一种矿热炉电极升降闭环控制系统，由电压测量端、功率测量端、电流测量端、谐波检测装置、工控机、温度测量端、压力测量端、PLC控制器、光电编码器、电极升降结构、交流力矩电机、变频器组成，电压测量端、功率测量端、电流测量端分别连接谐波检测装置，谐波检测装置连接工控机，工控机的数据输入端另分连接别温度测量端、压力测量端，工控机的数据输出端连接PLC控制器，PLC控制器的数据输入端连接光电编码器，光电编码器连接电极升降结构，电极升降结构连接交流力矩电机，交流力矩电机另连接变频器，变频器分别连接PLC控制器和主电路。

矿热炉电极升降闭环控制系统是利用PLC控制器作为下位控制机，工业控制计算机作为上位机，光电编码器检测到的电极升降位移作为一个反馈，构成一个闭环控制系统，并且利用电极位置优化控制策略对电极进行控制。通过采集现场数据，利用最小二乘支持向量机建立了电极位置与三相熔池功率、电极电流的软测量模型。由于升降电极的直接目的是为了降低三相熔池功率的不平衡度，通过分析电炉的电气系统与炉膛内部电路，利用电路电极位置与熔池功率、电极电流的关系，为电极位置优化控制提供了依据。工控机，在整个电极升降控制系统中，工控机的主要任务是根据电极位置测量模型与电极位置优化设定模型计算出最佳电极升降量，并将其作为反馈信号，实现对电极的位置优化控制。作为整个矿热炉优化控制系统的上位机，工控机还承担着过程监控、数据存档、流程显示以及人工交互等任务。考虑到现场工艺条件以及性价比，本控制系统选择研华原装整机作为工控机。PLC控制器，PLC控制器的主要功能是采集各种现场信号，并对变频器进行启动、正转、反转等命令控制。采用模块化及无风扇的设计，坚固耐用，容易扩展和广泛的通讯能力，容易实现的分布式结构以及用户友好的操作，因此，电极升降控制系统选择SIMATIC S7-400系列的PLC作为下位机，具体的模块选择如下：① 1个CPU412H系统套件（包括2个CPU412-3H；1个18槽机架；2个输入为220VAC、输出为10A的PS407电源模块； 2个1MB存储卡；2个Profibus DP口,4个同步模块，2根1米的同步电缆，4个备用电池）；② 1个不停电电源（功率为10KVA，后备时间为30分钟）；③ 3个16点数字量输入的120～230VAC交流电压输入模块；④ 2个32点数字量输入的24VDC直流电压输入模块；⑤ 1个32点数字量输出的24VDC直流电压输出模块；⑥ 3个16点继电器输出的220VAC交流电压输出模块；⑦ 2个16点模拟量输入模块，信号范围为：±25mV,±50mV, ±5V或4-20mA；⑧ 1个8点模拟量输出模块，信号范围为：±10V,±20mA,0-10V,4-20mA；⑨ 11只48针螺钉型端子的前连接器；⑩ 1根带有PC适配器和USB接口的编程电缆；（3）变频器，选择变频器的主要根据是变频器所驱动的电动机电气参数，电流波形的修正系数（一般取1.0～1.1），为变频器的额定容量，为变频器的额定电流。本电极升降控制系统中所用的交流异步电极型号为Y160L-8-7.5W。变频器应选用西门子MM6SE6440-2UD31-1CA1。光电编码器，光电编码器在电极升降控制系统中的作用是检测电极升降量，作为整个闭环控制系统的反馈量。光电编码器是集光、机、电技术于一体的数字化传感器，可以高精度测量被测物的转角或直线位移量。按测量方式可分为旋转编码器和直尺编码器，按编码方式可分为绝对式编码器、增量式编码器和混合式编码器，绝对式旋转光电编码器有以下优点：在一个检测周期内对不同的角度有不同的格雷码编码，因此编码器输出的位置数据是唯一的；因使用机械连接的方式，在掉电时编码器的位置不会改变，上电后立即可以取得当前位置数据；检测到的数据为格雷码，因此不存在模拟量信号的检测误差。因此，本系统选择绝对式旋转光电编码器，由于测量角度可能要大于360度，选择多圈绝对式旋转光电编码器。

所选光电编码器的具体型号为：倍加福PVM58I-011AGROBN-1213。选择的配件有弹性联轴器和安装支架。（5）空气断路器，空气断路器的主要作用是保护电路，所以选型的主要参量是额定电流。根据位置的不同，本系统选择了三种空气短路器： QF1用来保护三相主电路，型号为施耐德NSC100B3060，额定电流为60A； 4用来保护控制电路，型号为施耐德OSMC32N2C6，允额定电流为6A；中的QF5用来保护电机，所以选择电机专用保护的空气断路器，根据电机的最大电流，所选的型号为施耐德GV2-M21C。光电编码器倍加福PVM58I-011AGROBN-1213。（6）交流接触器，交流接触器主要用来控制电路，最大允许电流也是对其选型的主要参数。在主电路中，选择的型号为施耐德LC1-D32M7。

Claims

1. 一种矿热炉电极升降闭环控制系统，由电压测量端、功率测量端、电流测量端、谐波检测装置、工控机、温度测量端、压力测量端、PLC控制器、光电编码器、电极升降结构、交流力矩电机、变频器组成，其特征在于：电压测量端、功率测量端、电流测量端分别连接谐波检测装置，谐波检测装置连接工控机，工控机的数据输入端另分连接别温度测量端、压力测量端，工控机的数据输出端连接PLC控制器，PLC控制器的数据输入端连接光电编码器，光电编码器连接电极升降结构，电极升降结构连接交流力矩电机，交流力矩电机另连接变频器，变频器分别连接PLC控制器和主电路。