DE102006044837A1

DE102006044837A1 - Vorrichtung zur Steuerung einer Lichtbogenofenanlage

Info

Publication number: DE102006044837A1
Application number: DE102006044837A
Authority: DE
Inventors: Martin Biermann; Arno DÖBBELER; Thomas Dr. Matschullat; Johannes Scharf; Gerd Schelbert; Uwe STÜRMER
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2008-04-03
Also published as: RU2009115199A; RU2475800C2; US20100106341A1; US8254427B2; CN101517502A; WO2008034701A2; EP2064602A2

Abstract

Vorrichtung zur Steuerung einer Lichtbogenofenanlage, umfassend ein automatisches Steuergerät (3), wobei eine Funktionseinheit (6) zur Ofensteuerung, eine Funktionseinheit (7) zur Elektrodenregelung und eine Funktionseinheit (8) zur Einschmelzsteuerung in das Steuergerät (3) integriert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer Lichtbogenofenanlage, umfassend ein automatisches Steuergerät.
Lichtbogenöfen werden häufig in der Stahlindustrie eingesetzt, um beispielsweise Schrott oder Eisenschwamm zu schmelzen, wobei auch andere Metalle in einem Lichtbogenofen erschmolzen werden können. Ein Lichtbogenofen beruht auf der Umsetzung elektrischer Energie in thermische Energie, wobei das Prinzip des Lichtbogens genutzt wird. Dabei werden Leistungen bis zu 200 MW und mehr erzeugt.
Ein Lichtbogenofen kann als Gleichstromofen (in der Regel mit einer Elektrode) oder als Drehstromofen (in der Regel mit drei Elektroden) ausgeführt sein.
Eine Stahlaufbereitungsanlage kann auch mehrere solcher Lichtbogenöfen umfassen. Beispielsweise wird häufig dem eigentlichen Lichtbogenofen, in dem die Erschmelzung erfolgt, ein Pfannenofen nachgeschaltet, der auch als Lichtbogenofen ausgeführt ist. Die Pfanne ist der Transportbehälter, in den das flüssige Metall aus dem Lichtbogenschmelzofen eingefüllt wird. Im Pfannenofen werden beispielsweise qualitätsteigernde Additive zugefügt oder es wird eine weitere Behandlung durchgeführt.
Die Automatisierung einer Lichtbogenofenanlage erfordert die Berücksichtigung vieler Funktionen. Beispielhaft seien hier die Ofensteuerung zum Ansteuern der Grundfunktionen des Ofens, die Elektrodenregelung, über die letztendlich Länge und Leistung des Lichtbogens einstellt wird, und die Einschmelzsteuerung genannt. Für alle diese Funktionen ist jeweils ein Automatisierungsgerät vorgesehen. Diese Automatisierungsgeräte müssen bei der Realisierung einer Lichtbogen ofenanlage jedes Mal aufwändig hinsichtlich Schnittstellen und einwandfreien Zusammenwirkens getestet und aneinander angepasst werden. Der damit verbundene Hardwareaufwand ist relativ hoch und es entsteht ein höherer Montage- sowie Inbetriebnahmeaufwand, da mehrere Automatisierungsgeräte mit eigenen Schaltschränken installiert werden müssen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Steuerung einer Lichtbogenofenanlage anzugeben, die demgegenüber verbessert ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Funktionseinheit zur Ofensteuerung, eine Funktionseinheit zur Elektrodenregelung und eine Funktionseinheit zur Einschmelzsteuerung in das Steuergerät integriert sind.
Das bedeutet, für die Ofensteuerung, die Elektronenregelung und die Einschmelzsteuerung ist aufgrund der vorteilhaften Integration nun nur noch ein Steuergerät erforderlich, welches zentral die Steuerung übernimmt. Aufwändige Schnittstellenanpassung und komplexes Abstimmen der verschieden wirkenden Programmmittel ist nun nicht mehr erforderlich. Die Hardwarekosten werden gesenkt und der Montage- sowie Inbetriebnahmeaufwand wird reduziert.
Die Elektrodenregelung ist dabei zur Steuerung von Form und Lage des Lichtbogens ausgebildet. Hierunter fällt beispielsweise die Ansteuerung der wenigstens einen hydraulisch verfahrbaren Elektrode sowie die Anpassung des Abstands zum Schmelzgut.
Über die Ofensteuerung werden allgemeine Funktionen des Lichtbogenofens angesteuert. Diese umfassen beispielsweise einen hydraulisch verfahrbaren Ofendeckel, die Verkippung des Ofens, beispielsweise beim Abstechen entstehender Schlacke oder beim Abfüllen des geschmolzenen Metalls sowie die Kühlung des Ofens. Ebenso hierin inbegriffen sind Messeinrich tungen sowie das Durchführen von Steuereingriffen über ein Bedienpult, von dem aus eine Bedienperson Einfluss auf den Ofenbetrieb nehmen kann.
Die Schmelzsteuerung ist letztendlich eine Ablaufsteuerung. Hierin wird beispielsweise angesteuert, wie viel Energie zu welchem Zeitpunkt benötigt wird, um die momentan zu schmelzende Menge an Material einzuschmelzen. Ebenso wird hierbei bestimmt, wann beispielsweise ein Additiv hinzugefügt werden soll.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann wenigstens eine weitere Funktionseinheit in das Steuergerät integriert sein. Solche weiteren Funktionseinheiten können beispielsweise eine Funktionseinheit zur Energieoptimierung und/oder eine Funktionseinheit zur Schaumschlackeerkennung und Schaumschlackeregelung und/oder eine Funktionseinheit zur Prozessoptimierung und/oder eine Funktionseinheit zur Regelung der Energiezufuhr im Hinblick auf Bestimmungen eines Energieversorgers und/oder eine Funktionseinheit zur für einen Kunden individuellen Steuerung sein. Idealerweise sind alle diese Komponenten in ein einziges automatisches Steuergerät integriert, so dass nur noch dieses eine Steuergerät benötigt wird. Alle anderen Steuergeräte entfallen dann.
Eine Funktionseinheit zur Energieoptimierung kann insbesondere die Energieoptimierung über ein neuronales Netzwerk steuern. Über eine solche künstliche Intelligenz können die eingesetzten Energien in Bezug auf Verbrauch, Qualität und sonstige Produktionsparameter optimiert werden.
Die Schaumschlacke bezeichnet eine Schlackeschicht, die auf dem geschmolzenen Metall schwimmt und gezielt aufgebaut wird, damit die Hitze nicht an die Ofenwand gelangt, sondern im Schaum absorbiert wird. Zum Aufbau weiterer Schaumschlacke kann beispielsweise Kohlenstoff zugeführt werden. Gleichzeitig wird die Höhe der Schaumschlacke beispielsweise über Körperschaltdetektoren am Ofengefäß bestimmt. Diese Komponenten spricht die Funktionseinheit zur Schaumschlackeerkennung und Schaumschlackeregelung an.
Die Funktionseinheit zur Prozessoptimierung kann beispielsweise einen Modellrechner umfassen, der eine Optimierung des Prozesses auch im übergeordneten Sinne ermöglicht. Beispielsweise kann das flüssige Material unmittelbar an eine Stranggießanlage weitergeleitet werden, die Vorgaben bezüglich der Menge an verarbeitbarem Material gibt.
Eine Regelung der Energiezufuhr im Hinblick auf Bestimmung eines Energieversorgers kann notwendig sein, wenn beispielsweise maximale Abnahmemengen in bestimmten Zeiten vorgesehen sind. Über die entsprechende Funktionseinheit wird geregelt, wo beispielsweise Energie gespart werden kann, welches Aggregat im Moment abschaltbar ist und dergleichen.
Weiterhin kann eine Funktionseinheit zur für einen Kunden individuellen Steuerung in das Steuergerät integriert sein. Eine solche Funktionseinheit umfasst für einen Kunden individuell vorgesehene Parameter, die das Gesamtsystem individualisieren. Es ist jedoch auch denkbar, dass die anderen Funktionseinheiten dermaßen aufgebaut sind, dass sie problemlos auf die Bedürfnisse eines Kunden hin anpassbar sind, so dass die Individualisierung an den anderen integrierten Funktionseinheiten schon stattfinden kann.
Zweckmäßigerweise kann die Vorrichtung eine Montageeinheit umfassen, in welcher die Funktionseinheiten, insbesondere in Steckplätzen, angeordnet sind. Eine solche Montageeinheit kann beispielsweise ein Schaltschrank sein, in dem das Steuergerät, welches üblicherweise eine Recheneinrichtung umfasst, untergebracht ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung können die modular ausgestalteten Funktionseinheiten austauschbar bzw. entnehmbar ausgestaltet sein. Damit ist ein modularer Aufbau beschrieben, der beliebig anpassbar ist. Es können demnach ein zelne Funktionseinheiten hinzugefügt oder entfernt werden, um den Funktionsumfang der Vorrichtung nach individuellen Wünschen anzupassen. Auch ein Austausch defekter Funktionseinheiten gestaltet sich einfach. Zudem ist es problemlos möglich, veraltete Funktionseinheiten beispielsweise durch neu entwickelte Funktionseinheiten zu ersetzen, so dass die Vorrichtung zur Steuerung der Lichtbogenofenanlage immer auf dem neuesten Stand ist.
Bei solchen modular ausgestalteten Funktionseinheiten sind letztendlich zwei Möglichkeiten denkbar, wie und ob eine Konfiguration erfolgen soll. Zunächst kann vorgesehen sein, dass das Steuergerät zum automatischen Erkennen und Konfigurieren einer Funktionseinheit ausgebildet ist. Eine neu eingefügte Funktionseinheit kommuniziert demnach mit dem Steuergerät, wodurch eine automatische Konfiguration erfolgt. Dabei werden der Funktionseinheit auch geeignete Leistungsbereiche zugeordnet, beispielsweise Prozessoren, Speicherplatz und dergleichen.
Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass Steckplätze für Funktionseinheiten vorgesehen sind, wobei jedem Steckplatz ein fester Leistungsbereich einer im Steuergerät enthaltenen Recheneinrichtung zugeordnet ist. Hierbei ist keine besondere Konfiguration mehr nötig, da jedem Steckplatz und somit einer darin eingesteckten Funktionseinheit ohnehin bereits Leistungsbereiche zugeordnet sind, das bedeutet beispielsweise Prozessorleistung, Speicherplatz, Programmmittel und dergleichen. Ein solches System ist unkomplizierter, jedoch weniger flexibel.
Vorteilhafterweise können die Funktionseinheiten individuell konfigurierbar sein. Dann ist eine perfekte Anpassung an Kundenwünsche möglich.
Zur Kommunikation mit dem Steuergerät bzw. der darin enthaltenen Recheneinrichtung können die Funktionseinheiten an ein Bussystem angeschlossen sein. Hierbei bieten sich alle Arten bekannter Bussysteme an, die die nötigen Leistungskriterien erbringen.
In vorteilhafter Ausgestaltung kann zudem vorgesehen sein, dass wenigstens zwei Funktionseinheiten zu einer Funktionseinheit integriert sind. So kann beispielsweise für die Elektrodenregelung und die Energieoptimierung eine einzige Funktionseinheit vorgesehen sein. Dies ist immer dann möglich, wenn die Leistungskriterien einer Funktionseinheit die Aufnahme mehrerer solcher Funktionalitäten ermöglichen. Hierbei werden Steckplätze eingespart und es wird ein noch kompakterer Aufbau erreicht.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden dargestellten Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung.
Dabei zeigt die einzige Figur eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Steuerung einer Lichtbogenofenanlage.
Sie umfasst eine Montageeinheit in Form eines Schaltschrankes 2, in der ein automatisches Steuergerät 3 angeordnet ist. Das automatische Steuergerät 3 umfasst eine Recheneinrichtung 4, die eine oder mehrere Prozessoren sowie eine oder mehrere Speichereinrichtungen enthalten kann. Weiterhin ist eine Mehrzahl von Steckplätzen 5 vorgesehen, von denen einige mit modulartigen Funktionseinheiten 6–13 belegt sind. Die Funktionseinheiten 6–13 sind entnehmbar, insbesondere austauschbar ausgestaltet. Über die Steckplätze 5 sind sie mit einem Bussystem 14 verbunden, das sie an die Recheneinrichtung 4 ankoppelt. Die Funktionseinheiten 6–13 sind individuell konfigurierbar, so dass sie auf spezielle Kundenwünsche angepasst werden können.
Dabei ist in diesem Ausführungsbeispiel jedem Steckplatz 5 ein bestimmter Leistungsbereich zugeordnet, so dass keine weitere Konfiguration nach Einstecken einer Funktionseinheit erforderlich ist. Alternativ ist es natürlich auch möglich, dass das Steuergerät 3 zur automatischen Erkennung und Konfiguration der Funktionseinheiten ausgebildet sein kann.
Insbesondere sind eine Funktionseinheit 6 zur Ofensteuerung, eine Funktionseinheit 7 zur Elektrodenregelung, eine Funktionseinheit 8 zur Einschmelzsteuerung, eine Funktionseinheit 9 zur Energieoptimierung, eine Funktionseinheit 10 zur Schaumschlackeerkennung und Schaumschlackeregelung, eine Funktionseinheit 11 zur Prozessoptimierung, eine Funktionseinheit 12 zur Regelung der Energiezufuhr im Hinblick auf Bestimmung eines Energieversorgers und eine Funktionseinheit 13 zur für einen Kunden individuellen Steuerung vorgesehen. Abgesehen von den notwendigen Funktionseinheiten 6–8 zur Ofensteuerung, Elektrodenregelung und Einschmelzsteuerung sind die anderen Funktionseinheiten 9–13 optional, das bedeutet, sie müssen für eine funktionsfähige Vorrichtung zur Steuerung einer Lichtbogenofenanlage nicht vorliegen oder können gegebenenfalls in Form eines weiteren automatischen Steuergeräts vorliegen. Aufgrund des modulartigen Charakters sind weitere Funktionseinheiten problemlos nachrüstbar, genau wie weitere Funktionseinheiten 9–13 entfernt werden können. Auch die notwendig integrierten Funktionseinheiten 6–8 können – beispielsweise bei Defekt oder Ersetzung durch ein neueres Modell – problemlos ausgetauscht werden.
Insbesondere ist es auch denkbar, dass zwei Funktionseinheiten zu einer Funktionseinheit integriert sind. Beispielsweise wäre es denkbar, die Funktionseinheit 7 zur Elektrodenregelung und die Funktionseinheit 9 zur Energieoptimierung zu einer einzigen Funktionseinheit zusammenzufassen. Die Funktionseinheiten 7 und 9 könnten dann entnommen und durch die neue Funktionseinheit ersetzt werden. Hierdurch sind weniger Funktionseinheiten erforderlich.
Insgesamt ist mit der Vorrichtung zur Steuerung einer Lichtbogenofenanlage eine integrierte Lösung gegeben, die einfach in Aufbau und Wartung zur Steuerung einer Lichtbogenofenanlage ausgebildet ist. Durch den Einbau in nur einen Schalt schrank reduzieren sich Fertigungs-, Montage- und Inbetriebnahmeaufwand.
Insbesondere kann in einer Metallaufbereitungsanlage neben dem eigentlichen Lichtbogenofen zum Schmelzen auch beispielsweise ein Pfannenofen als weiterer Lichtbogenofen vorgesehen sein. Eine solche weitere Lichtbogenofenanlage kann mit der gleichen Vorrichtung 1 angesteuert werden, wobei eine entsprechend modifizierte Parametrierung zu verwenden ist.

Claims

Vorrichtung zur Steuerung einer Lichtbogenofenanlage, umfassend ein automatisches Steuergerät (3), dadurch gekennzeichnet, dass eine Funktionseinheit (6) zur Ofensteuerung, eine Funktionseinheit (7) zur Elektrodenregelung und eine Funktionseinheit (8) zur Einschmelzsteuerung in das Steuergerät (3) integriert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine weitere Funktionseinheit (9, 10, 11, 12, 13), insbesondere eine Funktionseinheit (9) zur Energieoptimierung und/oder eine Funktionseinheit (10) zur Schaumschlackeerkennung und Schaumschlackeregelung und/oder eine Funktionseinheit (11) zur Prozessoptimierung und/oder eine Funktionseinheit (12) zur Regelung der Energiezufuhr im Hinblick auf Bestimmungen eines Energieversorgers und/oder eine Funktionseinheit (13) zur für einen Kunden individuellen Steuerung, in das Steuergerät (3) integriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Montageinheit (2) umfasst, in welcher die Funktionseinheiten (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13), insbesondere in Steckplätzen (5), angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die modular ausgestalteten Funktionseinheiten (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13) austauschbar bzw. entnehmbar ausgestaltet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (3) zum automatischen Erkennen und Konfigurieren einer Funktionseinheit (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Steckplätze (5) für Funktionseinheiten (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13) vorgesehen ist, wobei jedem Steckplatz (5) ein fester Leistungsbereich einer im Steuergerät (3) enthaltenen Recheneinrichtung (4) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionseinheiten (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13) individuell konfigurierbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionseinheiten (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13) an ein Bussystem (14) angeschlossen sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens zwei Funktionseinheiten (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13) zu einer Funktionseinheit (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13) integriert sind.