CN2302260Y

CN2302260Y - 直流电弧－电渣加热钢包炉计算机控制装置

Info

Publication number: CN2302260Y
Application number: CN 97219046
Authority: CN
Inventors: 孙民生; 伦怡馨; 康云峰; 王长松; 黄志伟; 付杰; 张玉军; 陈庆海
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB; Anyang Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Anyang Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 1997-06-25
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 1998-12-30
Anticipated expiration: 2007-06-25

Abstract

本实用新型为一种直流电弧－电渣加热钢包炉计算机控制装置,属于炉外精炼技术。本实用新型由过程计算机和基础计算机两级组成。过程计算机包括IPC－610工业微机2、高分辨率大屏幕彩色显示器1、键盘3和打印机5,基础级计算机亦即PLC控制系统包括CPU模块21、D/A输出模块22、高速计数模块23和24、A/D输入模块25、数字量输出模块26、27和29、数字量输入模块28、30以及相应的中央基板和扩展基板,PC转换专用通信接口4用来连接两级计算机。

Description

直流电弧-电渣加热钢包炉计算机控制装置

本实用新型为一种计算机控制装置，用于一种新型的直流电弧-电渣加热钢包炉的计算机控制，属于炉外精炼技术。

直流电弧-电渣加热钢包炉组成如图1所示。两根石墨阳极44和47位于石墨阴极45两侧，三根电极处于与变压器纵向剖面平行的同一平面内。三根电极由电极把持器夹持通过液压伺服系统分别沿立柱导轨上下移动。预埋在钢包炉41的耐火炉衬内与钢液42相连接的信号极46作为控制系统控制精炼过程的电压参考点。由控制系统精确控制三个电极在钢包炉内的位置，实现阳极初始定位、阴极引弧以及整个精炼过程中电弧电压、电极电流的调节，图中43为渣液。

钢包炉控制系统电参数有以下关系：

U＝U_ARC+U_ES

I_ARC＝I_ES1+I_ES2

P＝U_ARC×I_ARC+U_ES(I_ES1+I_ES2)

其中：U-负载电压 U_ARC-电弧电压 U_ES-电渣电压

I_ARC-阴极电流 I_ES1-阳极44电流 I_ES2-阳极47电流

P-加热的功率

由参数关系式可以看出冶炼过程的热源主要为电弧加热和电渣加热，因此需要一个计算机控制装置根据这一原理按工艺要求精确控制阳极和阴极在钢包炉内的位置，灵活调节U_ARC和U_ES的大小和比例，达到提高冶炼过程热效率、使钢液温度及成分均匀的目的，同时有效地避免增碳。

本实用新型专利的目的是给出一种直流电弧-电渣加热钢包炉计算机控制装置。该装置在炉外精炼过程中，实施阳极定位，阴极引弧，在整个精炼过程中自动控制电弧电压和电极电流，以缩短冶炼时间、提高热效率、避免增碳，并实现钢液温度及成分的最佳控制。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型的计算机控制装置由过程计算机和基础级计算机两级组成，如图2所示。

1.过程计算机的构成

过程机由工业微机IPC-610、工业键盘、高分辨率大屏幕彩色显示器和打印机组成。通过串行口COM2经由PC转换专用通信接口与基础级计算机实现通信。

2.基础级计算机的构成

基础级计算机采用抗干扰能力强、可靠性高的可编程控制器系列模块组成。主要有电源模块、CPU模块、高速计数模块、模拟量输入输出模块、数字量输入输出模块以及中央基板与扩展板连接模块。

控制装置的主要功能：

1.过程机的主要功能

i)精炼过程热交换、热平衡数学模型计算及在线操作指导

ii)精炼过程人机对话(MMI)

◆将精炼过程的工艺参数、控制参数、报警信号和参数趋势实时显示在彩色显示器CRT上

◆通过工业键盘的按钮功能键和程序功能键可随时参与对生产过程的控制和进行人机对话，提高系统的可靠性和控制过程的透明度。

iii)设定与修改精炼过程控制参数数值

主要参数有：

◆阳极电压给定与修改

◆阴极电压给定与修改

◆阳极在渣层初始位置值的给定与修改

iv)生产过程数据采集及原始数据存储

每炉生产过程中的重要数据由计算机控制装置实时采集，主要有阳极电压、阳极电流、阴极电流、电极位置、故障情况、加热速度、冶炼时间等。采集的数据按顺序存盘，作为精炼过程的历史资料永久保存。

v)生产数据报表打印

精炼过程的重要数据可根据生产需要整理列表打印。

2.基础级计算机的主要功能

基础级计算机在精炼过程中实现对生产过程的直接控制。主要功能有：

◆阳极自动定位

冶炼时各炉钢水数量不尽相同，阳极定位功能准确地找出每炉的渣面位置，确保阳极初始位置处于渣层之中，并且在整个精炼过程中能避免阳极插入钢液引起增碳。

◆阴极自动引弧

当阳极初始位置确定之后，控制阴极下降，实现自动引弧过程。

◆恒渣阻控制

在精炼过程中按照阳极电压给定参数调节阳极在渣层中的位置，使电渣压降保持在规定的范围内，并使两根阳极电流基本均衡，实现恒渣阻控制。

◆阴极电流控制

◆阳极电压控制

◆电极位置控制

◆故障报警处理

◆升温速度控制

◆工艺参数及控制参数采集

下面结合附图对本实用新型进行详细描述：

图1是直流电弧-电渣加热钢包炉原理图。

图2是本实用新型的计算机控制装置布置图。

图3是本实用新型的主要输入输出信号系统图。

图4是本实用新型的计算机控制装置的软件框图。

图2所示为计算机控制装置的结构。其中：

1——高分辨率大屏幕彩色显示器，2——IPC—610工业微机，3——标准键盘，4——PC转换专用通信接口，5——打印机，6—北阳极，7——阴极，8——南阳极，9——液压缸(I)，10——伺服阀(I)，11——功放(I)，12——旋转编码器(I)，13——液压缸(II)，14——伺服阀(II)，15——功放(II)，16——旋转编码器(II)，17——液压缸(III)，18——伺服阀(III)，19——功放(III)，20——旋转编码器(III)，21——CPU模块，22——D/A输出模块，23——高速计数模块(I)，24——高速计数模块(II)，25——A/D输入模块，26——数字量输出模块(I)，27——数字量输出模块(II)，28——数字量输入模块(I)，29——数字量输出模块(III)30——数字量输入模块(II)，31——电流电压反馈，32——南阳极位置显示屏，33——阴极位置显示屏，34——北阳极位置显示屏，35——故障报警屏，36——钢水测温仪，37——精炼操作台。

过程计算机包括IPC-610工业微机2、高分辨率大屏幕彩色显示器1、键盘3和打印机5。

基础级计算机亦即PLC控制系统包括CPU模块21、D/A输出模块22、高速计数模块23和24、A/D输入模块25、数字量输出模块26、27和29、数字量输入模块28、30以及相应的中央基板和扩展基板。

PC转换专用通信接口4用来连接两级计算机。

本实用新型计算机控制装置的各部件连接如下：

(1)过程级计算机IPC-610工业微机2通过其显示器接口与彩色显示器1相连，通过其键盘接口与键盘3相连，通过其并行接口与打印机5相连。过程级计算机与基础级计算机之间靠PC转换专用通信接口4建立通信联系，专用通信接口4的一端通过9针D型插头连在IPC-610计算机的串行口上，另一端通过电缆和15针D型插头与PLC系统的CPU模块21的异步通信插口相连。

(2)基础级计算机即PLC系统的CPU模块21、D/A模拟量输出模块22、高速计数模块23、24和A/D模拟量输入模块25固定在中央基板上，数字量输出模块26、27、29和数字量输入模块28、30固定在扩展基板上。中央基板和扩展基板之间由专用连接模块和电缆连接。

(3)PLC系统的D/A模拟量输出模块22通过4芯电缆与三个电极的功率放大板11、15、19的输入端连接，放大后的信号分别通过三根两芯屏蔽电缆与三个电极的液压伺服系统的伺服阀10、14、18连接，驱动液压缸9、13、17，控制三根电极6、7、8的升降。

(4)PLC系统的高速计数模块23的两个15针D型插头通过两根4芯屏蔽电缆与安装在北阳极、阴极升降架上的旋转编码器12、16连接。高速计数模块24的一个15针D型插头通过一根4芯屏蔽电缆与安装在南阳极升降架上的旋转编码器20连接。

(5)PLC系统的A/D输入模块25通过两根8芯屏蔽电缆与隔离放大器GFD-4E和GFD-4F输出端连接、隔离放大器的输入端通过两根8芯屏蔽电缆与操作台接线端子排连接，测取精炼炉三个电极的电流、电压反馈信号。

(6)PLC系统的数字量输出模块26、27通过三根18芯屏蔽电缆分别与悬挂在操作室上方的三个电极位置显示屏32、33、34连接。

(7)PLC系统的数字量输入模块28通过20芯屏蔽电缆与精炼操作台的按钮和过程指示灯的接线端子排相连。

(8)PLC系统的数字量输出模块29通过15芯屏蔽电缆与操作室的故障报警显示屏35连接。

(9)PLC系统的数字量输入模块30通过15芯屏蔽电缆与KWZ-300C2钢水测温仪36连接。

本实用新型计算机控制装置的工作过程如下：

基础级计算机担负对生产过程的直接控制，它的各个模块与精炼炉各环节机构连接，实现现场数据采集、电流电压调节、工艺流程控制。

可靠地准确测量阴极电弧压降和阳极渣阻压降对精炼过程的控制是至关紧要的。计算机控制系统主要输入输出信号系统如图3所示。预埋在钢包炉衬内与钢液相连接的信号极作为电压测量的参考点。阴极电弧压降U_ARC和阳极渣阻压降U_ES通过两个采样电阻R₄、R₅获得。阴极和阳极的电流信号由电流互感器LZ₂、LZ₁、LZ₃和采样电阻R₂、R₁、R₃获得。电压和电流信号送入隔离放大器GFD-4E及GFD-4F。隔离放大器采用变压器隔离技术，输入对输出隔离电压峰峰值为±1000V，精度为0.5％。隔离放大器对隔离外界干扰信号、保护计算机系统起着重要的作用。信号经隔离放大器处理输出至PLC系统的模拟量输入模块25，作为精炼过程中自动控制的重要参数。中央处理器对各有关参量进行处理和运算，通过D/A输出模块22向各电极的伺服控制系统输出模拟量信号。功放(I)11、功放(II)15、功放(III)19分别是三个电极的功率放大环节，接收来自D/A模块22的模拟量信号，经过功率放大后分别接到各电极的伺服阀(I)10、伺服阀(II)14、伺服阀(III)18，驱动液压缸(I)9、液压缸(II)13、液压缸(III)17，控制三根电极6、7、8的上升和下降。

电极的位置信号由与电极升降装置相连接的旋转编码器12、16和20取得。通过机械装置把电极的上下升降运动转换成旋转运动。旋转编码器在转动中发出相应的光电脉冲信号。由于电极升降装置与计算机控制系统相距较远，采用位移信号调理器WST-3将旋转编码器的脉冲信号整形处理，然后送入PLC系统的高速计数模块23、24进行方向判别及脉冲计数。经计算后的电极位置值作为控制系统的位置反馈信号，并由数字量输出模块26、27将电极位置当前值送到操作台显示。位置值在整个精炼过程中作为系统控制的另一个重要参量。

数字量输入模块30与钢水测温仪36连接，实现温度信号的采集。

数字量输入模块28与精炼操作台37的有关接点连接，对整个精炼过程实施监控。

计算机控制装置在精炼过程中不断检测、判断各种参数是否正常，故障报警信号通过数字量输出模块29送至操作现场的故障报警屏35。

过程级计算机不直接与现场各种信号连接，由串行口COM2通过PC转换专用通信接口4与基础级计算机相连接，实现精炼过程控制参数数值设定与修改、在线操作指导、人机对话等功能。

图4描述计算机控制系统软件构成

本装置软件由上、下位机两大部分软件组成，见图4。IPC-610主控程序实现对上位机功能程序的调度运行。下位机PLC系统主控程序实现对PLC功能模块的运行调度。通过PRODAVE程序实现上、下位机间的数据交换通讯。

4.本实用新型特点

(1)在精炼过程中与钢液相连接的信号极是检测阴极电弧电压和阳极渣阻电压的稳定可靠的参考点。它为精炼过程的控制提供了可靠的控制参数。独到的电压信号获取方法使精炼过程中阴极电压和阳极电压具有良好的可控性与可观性。

(2)利用阳极定位装置的辅助电源精确测得钢包内的渣层厚度，结合电极位置变化可以找出阴极弧长与电弧压降的关系，以及阳极电压与渣层厚度的关系。适当改变阳极电压参数的给定值即可灵活调节阴极电弧加热和阳极电渣加热的比例以适应不同精炼工艺的要求。

(3)由于能够准确测量阳极电压以及伺服系统反应迅速，因此即使在较大流量的吹氩过程中亦能控制阳极保证埋在渣层里面，有效避免了因阳极伸入钢液而引起增碳。

(4)计算机控制装置精确测量与可靠控制使精炼过程中两阳极电流基本均衡。

(5)位置检测信号使电极定位快速、准确，缩短了操作时间，位置信号的实时显示使炉内工况一目了然，利于操作工人根据自己的生产经验在必要时对精炼过程进行人工智能控制。

(6)本装置通过电极位置反馈信号提供了电极位置控制方式手段。强制的位置限位控制软件避免由于装置内测量仪表故障引起失控。增强了可靠性。

Claims

1.一种直流电弧电渣加热钢包炉计算机控制装置，利用预埋在钢包炉的耐火衬内与钢液相连接的信号极作为阳极渣阻电压及阴极电弧电压的参考点，其特征在于所说的计算机控制装置由过程计算机和基础级计算机两级组成，所说的过程计算机包括IPC-610工业微机(2)、高分辨率大屏幕彩色显示器(1)、键盘(3)和打印机(5)，所说的基础级计算机亦即PLC控制系统包括CPU模块(21)、D/A输出模块(22)、高速计数模块(23)和(24)、A/D输入模块(25)、数字量输出模块(26)、(27)和(29)、数字量输入模块(28)、(30)以及相应的中央基板和扩展基板，PC转换专用通信接口(4)用来连接两级计算机。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所说的计算机控制装置各部件的连接如下：

(1)过程级计算机IPC-610工业微机2通过其显示器接口与彩色显示器(1)相连，通过其键盘接口与键盘(3)相连，通过其并行接口与打印机(5)相连，过程级计算机与基础级计算机之间靠PC转换专用通信接口(4)建立通信联系，专用通信接口(4)的一端通过(9)针D型插头连在IPC-610计算机的串行口上，另一端通过电缆和(15)针D型插头与PLC系统的CPU模块(21)的异步通信插口相连，

(2)基础级计算机即PLC系统的CPU模块(21)、D/A模拟量输出模块(22)、高速计数模块(23)、(24)和A/D模拟量输入模块(25)固定在中央基板上，数字量输出模块(26)、(27)、(29)和数字量输入模块(28)、(30)固定在扩展基板上，中央基板和扩展基板之间由专用连接模块和电缆连接，

(3)PLC系统的D/A模拟量输出模块(22)通过(4)芯电缆与三个电极的功率放大板(11)、(15)、(19)的输入端连接，放大后的信号分别通过三根两芯屏蔽电缆与三个电极的液压伺服系统的伺服阀(10)、(14)、(18)连接，驱动液压缸(9)、(13)、(17)，控制三根电极(6)、(7)、(8)的升降，

(4)PLC系统的高速计数模块(23)的两个(15)针D型插头通过两根(4)芯屏蔽电缆与安装在北阳极、阴极升降架上的旋转编码器(12)、(16)连接，高速计数模块(24)的一个(15)针D型插头通过一根(4)芯屏蔽电缆与安装在南阳极升降架上的旋转编码器(20)连接，

(5)PLC系统的A/D输入模块(25)通过两根(8)芯屏蔽电缆与隔离放大器GFD-4E和GFD-4F输出端连接、隔离放大器的输入端通过两根(8)芯屏蔽电缆与操作台接线端子排连接，测取精炼炉三个电极的电流、电压反馈信号，

(6)PLC系统的数字量输出模块(26)、(27)通过三根(18)芯屏蔽电缆分别与悬挂在操作室上方的三个电极位置显示屏(32)、(33)、(34)连接。

(7)PLC系统的数字量输入模块(28)通过(20)芯屏蔽电缆与精炼操作台的按钮和过程指示灯的接线端子排相连，

(8)PLC系统的数字量输出模块(29)通过(15)芯屏蔽电缆与操作室的故障报警显示屏(35)连接，

(9)PLC系统的数字量输入模块(30)通过(15)芯屏蔽电缆与KWZ-300C2钢水测温仪(36)连接，

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于采用旋转编码器与电极提升装置连接，脉冲信号经信号调理器进入PLC系统的高速计数模块，作为位置反馈信号，实现电极的位置控制，操作台电机位置显示屏分别显示三根电极的端部与金属液面的距离。