RU176886U1 - Electric arc furnace impedance control device - Google Patents

Electric arc furnace impedance control device Download PDF

Info

Publication number
RU176886U1
RU176886U1 RU2017132819U RU2017132819U RU176886U1 RU 176886 U1 RU176886 U1 RU 176886U1 RU 2017132819 U RU2017132819 U RU 2017132819U RU 2017132819 U RU2017132819 U RU 2017132819U RU 176886 U1 RU176886 U1 RU 176886U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
output
input
impedance
linearization
Prior art date
Application number
RU2017132819U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Аркадьевич Николаев
Платон Гарриевич Тулупов
Евгений Вячеславович Повелица
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им.Г.И.Носова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им.Г.И.Носова" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им.Г.И.Носова"
Priority to RU2017132819U priority Critical patent/RU176886U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU176886U1 publication Critical patent/RU176886U1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00—Heating by electric discharge
    • H05B7/02—Details
    • H05B7/144—Power supplies specially adapted for heating by electric discharge; Automatic control of power, e.g. by positioning of electrodes
    • H05B7/148—Automatic control of power
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Discharge Heating (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к системам автоматического управления гидравлическим приводом перемещения электродов дуговых сталеплавильных печей и установок ковш-печь. Техническая проблема заключается в повышении эффективности регулирования импеданса, а также повышении общей энергетической эффективности сталеплавильного комплекса. Проблема решается тем, что устройство дополнительно снабжено блоком линеаризации электрического контура, блоком вычисления обратного значения результирующего коэффициента усиления, блоком деления, блоком умножения, блоком фильтрации и блоком линеаризации характеристики сервоклапана, выход которого соединен с входом блока формирования сигнала задания исполнительного механизма, а вход подключен к выходу блока умножения, причем первый вход последнего подключен к выходу блока вычисления обратного значения результирующего коэффициента усиления, второй вход соединен с выходом блока изменения коэффициента усиления, третий вход блока умножения подключен к выходу блока деления, а четвертый вход подключен к выходу блока формирования сигнала задания импеданса, при этом двенадцать выходов блока линеаризации электрического контура подключены к соответствующим двенадцати входам блока изменения коэффициента усиления, тринадцатый вход последнего соединен с выходом блока определения текущей ступени печного трансформатора и реактора, выход блока расчета действующего значения импеданса соединен с входом блока фильтрации, выход которого соединен с блоком линеаризации электрического контура и блоком сравнения, при этом первый вход блока деления соединен с выходом блока сравнения, второй вход подключен к выходу блока формирования сигнала задания импеданса. 1 ил.The utility model relates to the field of electrical engineering, in particular to systems for automatic control of a hydraulic drive for moving electrodes of arc steel-smelting furnaces and ladle-furnace plants. The technical problem is to increase the efficiency of impedance regulation, as well as to increase the overall energy efficiency of the steelmaking complex. The problem is solved in that the device is additionally equipped with a linearization unit for the electric circuit, a unit for calculating the reciprocal of the resulting gain, a division unit, a multiplication unit, a filtration unit and a linearization unit for the characteristics of the servo valve, the output of which is connected to the input of the actuator reference signal generating unit, and the input is connected to the output of the multiplication unit, the first input of the latter being connected to the output of the unit for calculating the inverse of the resulting coefficient and amplification, the second input is connected to the output of the gain changing unit, the third input of the multiplication unit is connected to the output of the division unit, and the fourth input is connected to the output of the impedance reference signal generating unit, while the twelve outputs of the linearization block of the electric circuit are connected to the corresponding twelve inputs of the change unit gain, the thirteenth input of the latter is connected to the output of the unit for determining the current stage of the furnace transformer and reactor, the output of the unit for calculating the current value Nia impedance connected to an input filter unit, whose output is coupled to a linearization loop and the comparison unit, the first input of the divider coupled to the output of the comparator, a second input connected to the output of the block forming the impedance reference signal. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, в частности, к системам автоматического управления гидравлическим приводом перемещения электродов дуговых сталеплавильных печей (ДСП) и установок ковш-печь (УКП) и предназначена для поддержания заданного значения импеданса ДСП и УКП в соответствии с набором уставок, однозначно определяемых профилем плавки для поддержания заданного технологического режима горения дуг. The utility model relates to the field of electrical engineering, in particular, to automatic control systems for a hydraulic drive for moving electrodes of arc steel-smelting furnaces (EAF) and ladle furnace (UKP) plants and is designed to maintain a given value of the impedance of chipboard and UKP in accordance with a set of settings uniquely determined smelting profile to maintain a given technological mode of arc burning.

Известно устройство регулирования импеданса, описанное в системе управления электрическим режимом ARCOS, содержащее матрицу уставок импеданса, таблицу коэффициентов нелинейного регулятора, пропорционально-интегральный регулятор, блок вычисления и фильтрации сигналов обратной связи, блок ограничения, задатчик интенсивности, блок переключения на ручное управление, блоки вычитания, умножения и деления («Оптимизация электрических режимов сверхмощных дуговых сталеплавильных печей», А.А. Николаев, Г.П. Корнилов, А.В. Ануфриев, С.В. Пехтерев, Е.В. Повелица, Сталь, №4, 2014, с.37-47). A device for controlling the impedance described in the ARCOS electric control system is known, which contains a matrix of impedance settings, a table of coefficients of a nonlinear controller, a proportional-integral controller, a unit for calculating and filtering feedback signals, a limiting unit, an intensity adjuster, a manual switching unit, and subtracting units , multiplication and division (“Optimization of the electrical regimes of heavy-duty arc steel-smelting furnaces”, A.A. Nikolaev, G.P. Kornilov, A.V. Anufriev, S.V. Pekhterev, E. V. Povelitsa, Steel, No. 4, 2014, p. 37-47).

Недостатком данного устройства является снижение качества регулирования импеданса вследствие того, что не обеспечивается оптимальная величина результирующего коэффициента контура регулирования импеданса в широком диапазоне рабочих длин дуг. The disadvantage of this device is the decrease in the quality of impedance control due to the fact that the optimal value of the resulting coefficient of the impedance control loop in a wide range of working lengths of arcs is not provided.

Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является устройство регулирования напряжения дуги в составе устройства для управления электрическим режимом работы дуговой сталеплавильной электропечи, содержащее блок измерения управляющего напряжения дуги (соответствует блоку расчета действующего значения импеданса), адаптивный блок автоматического задания режима (соответствует блоку формирования сигнала задания импеданса), блок изменения коэффициента усиления,  блок сравнения, блок силового усилителя (соответствует блоку формирования сигнала задания исполнительного механизма), программный блок управления электрическим режимом (соответствует по функционалу блоку определения текущей ступени печного трансформатора и реактора) (см. заявку на изобретение № 95112317, H05B 7/148).The closest analogue of the claimed utility model is an arc voltage control device as part of a device for controlling the electric operation mode of an electric arc steelmaking furnace, comprising an arc control voltage measuring unit (corresponding to a calculating the effective impedance value unit), an adaptive automatic mode setting unit (corresponding to an impedance setting signal generating unit ), gain change unit, comparison unit, power amplifier unit (corresponds to block f signal conditioning of the actuator reference signal), the electric control program block (corresponding to the functional block determining the current stage of the furnace transformer and reactor) (see application for invention No. 95112317, H05B 7/148).

Недостатком данного устройства является низкое качество регулирования напряжения электрической дуги вследствие того, что в его структуре отсутствуют блоки компенсации усилительных свойств электрического контура, вследствие чего оптимальное значение результирующего коэффициента усиления контура регулирования будет меняться в зависимости от фактического значения длины дуги. Это приводит к повышению времени работы под током, удельного расхода электроэнергии, расхода электрода, вследствие чего снижается общая экономическая и энергетическая эффективность эксплуатации сталеплавильного комплекса.The disadvantage of this device is the low quality of voltage regulation of the electric arc due to the fact that in its structure there are no blocks for compensating the amplifying properties of the electric circuit, as a result of which the optimal value of the resulting gain of the control loop will vary depending on the actual value of the arc length. This leads to an increase in operating time under current, specific energy consumption, electrode consumption, resulting in a decrease in the overall economic and energy efficiency of operation of the steelmaking complex.

Техническая проблема, решаемая полезной моделью, заключается в повышении эффективности (качества) регулирования импеданса, а также повышении общей энергетической эффективности сталеплавильного комплекса.The technical problem solved by the utility model is to increase the efficiency (quality) of impedance regulation, as well as to increase the overall energy efficiency of the steelmaking complex.

Техническим результатом полезной модели является снижение удельного расхода электроэнергии установки, удельного расхода электродов, а также времени работы под током.The technical result of the utility model is to reduce the specific energy consumption of the installation, the specific consumption of electrodes, as well as the operating time under current.

Техническая проблема решается тем, что устройство регулирования импеданса электродуговой печи, содержащее блок расчета действующего значения импеданса, блок изменения коэффициента усиления, блок определения текущей ступени печного трансформатора и реактора, блок формирования сигнала задания импеданса, выход которого подключен к блоку сравнения, блок формирования сигнала задания исполнительного механизма, согласно изменению, снабжено блоком линеаризации электрического контура, блоком вычисления обратного значения результирующего коэффициента усиления, блоком деления, блоком умножения, блоком фильтрации и блоком линеаризации характеристики сервоклапана, выход которого соединен с входом блока формирования сигнала задания исполнительного механизма, а вход - подключен к выходу блока умножения, причем первый вход последнего подключен к выходу блока вычисления обратного значения результирующего коэффициента усиления, второй вход – соединен с выходом блока изменения коэффициента усиления, третий вход блока умножения подключен к выходу блока деления, а четвертый вход – подключен к выходу блока формирования сигнала задания импеданса, при этом двенадцать выходов блока линеаризации электрического контура подключены к соответствующим двенадцати входам блока изменения коэффициента усиления, тринадцатый вход последнего соединен с выходом блока определения текущей ступени печного трансформатора и реактора, выход блока расчета действующего значения импеданса соединен с входом блока фильтрации, выход которого соединен с блоком линеаризации электрического контура и блоком сравнения, при этом первый вход блока деления соединен с выходом блока сравнения, второй вход – подключен к выходу блока формирования сигнала задания импеданса.The technical problem is solved in that the device for controlling the impedance of the electric arc furnace, comprising a unit for calculating the effective impedance value, a unit for changing the gain, a unit for determining the current stage of the furnace transformer and reactor, an impedance reference signal generating unit, the output of which is connected to the comparison unit, a reference signal generating unit the actuator, according to the change, is equipped with a linearization unit for the electric circuit, a unit for calculating the inverse value of the resulting gain, division block, multiplication block, filtering block and linearization block of the servo valve characteristics, the output of which is connected to the input of the actuator reference signal generating unit, and the input is connected to the output of the multiplication unit, the first input of the latter being connected to the output of the inverse value calculating unit of the resulting gain, the second input is connected to the output of the gain changing unit, the third input of the multiplication unit is connected to the output of the division unit, and the fourth to od - connected to the output of the impedance reference signal generating unit, while the twelve outputs of the linearization block of the electric circuit are connected to the corresponding twelve inputs of the gain changing unit, the thirteenth input of the last is connected to the output of the unit for determining the current stage of the furnace transformer and reactor, the output of the unit for calculating the actual impedance value connected to the input of the filtration unit, the output of which is connected to the linearization unit of the electric circuit and the comparison unit, while the first the input of the division unit is connected to the output of the comparison unit, the second input is connected to the output of the impedance reference signal generating unit.

В заявляемом устройстве полностью компенсируются нелинейные свойства как сервоклапана, являющегося частью исполнительного механизма системы управления гидравлическим приводом перемещения электродов, так и электрического контура ДСП при каждом сочетании ступени трансформатора и реактора. В результате чего оптимальное значение результирующего коэффициента усиления контура регулирования будет оставаться постоянным на всем диапазоне рабочих длин дуг. Это будет способствовать сокращению дисперсии тока дуги, что приведет к снижению удельного расхода электроэнергии, времени работы под током, расхода электродов, а также приведет к повышению энергетической и экономической эффективности работы печи.In the inventive device, the nonlinear properties of both the servo valve, which is part of the actuator of the hydraulic drive system for moving the electrodes, and the electrical circuit of the chipboard with each combination of the transformer stage and the reactor, are fully compensated. As a result, the optimal value of the resulting gain of the control loop will remain constant over the entire range of working lengths of the arcs. This will help to reduce the dispersion of the arc current, which will lead to a decrease in the specific energy consumption, operating time under current, electrode consumption, and will also lead to an increase in the energy and economic efficiency of the furnace.

Сущность полезной модели поясняется на чертежах, где:The essence of the utility model is illustrated in the drawings, where:

на фиг.1 изображена упрощенная схема устройства регулирования импеданса электродуговой печи;figure 1 shows a simplified diagram of a device for controlling the impedance of an electric arc furnace;

на фиг.2 приведены графики:figure 2 shows graphs:

а) результирующая регулировочная характеристика гидропривода перемещения электродов ДСП-180;a) the resulting adjustment characteristic of the hydraulic displacement of the electrodes DSP-180;

б) характеристика блока линеаризации характеристики сервоклапана;b) the characteristic of the linearization block characteristics of the servo valve;

на фиг. 3 представлены графики:in FIG. 3 presents graphs:

а) нелинейная зависимость между статическими значениями импеданса электрического контура ДСП ZACT и длины дуги LARC;a) a nonlinear relationship between the static values of the impedance of the electrical circuit of the chipboard Z ACT and the arc length L ARC ;

б) линеаризующая характеристика электрического контура ДСП для одного сочетания ступени печного трансформатора и реактора;b) the linearizing characteristic of the electrical circuit of the chipboard for one combination of the steps of the furnace transformer and reactor;

на фиг.4 представлены графики:figure 4 presents graphs:

а) график изменения импеданса фазы Z2ф[мОм] УКП при функционировании системы управления гидроприводом перемещения электродов «ARCOS LIGHT»(Siemens VAI);a) a graph of the change in phase impedance Z 2f [mOhm] UKP during the operation of the control system of the hydraulic drive for moving electrodes "ARCOS LIGHT" (Siemens VAI);

б) график изменения импеданса фазы Z2ф[мОм] УКП при функционировании экспериментальной системы управления гидроприводом перемещения электродов, в которой реализованы предлагаемые алгоритмы;b) a graph of the change in phase impedance Z 2f [mOhm] UKP during operation of the experimental control system for the hydraulic actuator for moving electrodes, in which the proposed algorithms are implemented;

в) график изменения величины коэффициента интенсивности нагрева УКП при функционировании систем «ARCOS LIGHT» и экспериментальной системы управления;c) a graph of changes in the coefficient of intensity of heating of the UKP during the operation of the ARCOS LIGHT systems and the experimental control system;

г) результаты замеров температуры жидкой стали в УКП на протяжении плавки при функционировании систем «ARCOS LIGHT» и экспериментальной системы управления.d) the results of measurements of the temperature of liquid steel in UKP during melting during the operation of the ARCOS LIGHT systems and the experimental control system.

Устройство регулирования содержит (фиг.1): блок расчета действующего значения импеданса 1; блок линеаризации электрического контура 2; блок изменения коэффициента усиления 3; блок определения текущей ступени печного трансформатора NТР и реактора NР 4; блок формирования сигнала задания импеданса 5; блок вычисления обратного значения результирующего коэффициента усиления 6; блок сравнения 7; блок деления 8; блок умножения 9; блок линеаризации характеристики сервоклапана 10; блок формирования сигнала задания исполнительного механизма 11; блок фильтрации 12. Причем двенадцать выходов блока линеаризации электрического контура 2 подключены к соответствующим двенадцати входам блока изменения коэффициента усиления 3, тринадцатый вход которого соединен с выходом блока определения текущей ступени печного трансформатора NТР и реактора NР 4, а выход блока изменения коэффициента усиления 3 подключен ко второму входу блока умножения 9. При этом первый вход блока умножения соединен с выходом блока вычисления обратного значения результирующего коэффициента усиления 6, третий вход – подключен к выходу блока деления 8, а четвертый вход – подключен к выходу блока формирования сигнала задания импеданса 5, а выход блока умножения 9 подключен к входу блока линеаризации характеристики сервоклапана 10, выход которого соединен с входом блока формирования сигнала задания исполнительного механизма 11. Кроме того, выход блока расчета действующего значения импеданса 1 соединен с входом блока фильтрации 12, выход которого подключен к блоку линеаризации электрического контура 2, при этом первый вход блока деления 8 соединен с выходом блока сравнения 7, второй вход блока деления подключен к выходу блока формирования сигнала задания импеданса 5. Первый вход блока сравнения соединен с выходом блока фильтрации 12, а второй вход блока сравнения 7 подключен к выходу блоку формирования сигнала задания импеданса 5.The control device contains (figure 1): a unit for calculating the effective value of the impedance 1; block linearization of the electrical circuit 2; gain change unit 3; a unit for determining the current stage of the furnace transformer N TP and reactor N P 4; an impedance reference signal generating unit 5; a unit for calculating the inverse of the resulting gain 6; block comparison 7; division block 8; multiplication block 9; block linearization characteristics of the servo valve 10; an actuator reference signal generating unit 11; filtration unit 12. Moreover, the twelve outputs of the linearization block of the electric circuit 2 are connected to the corresponding twelve inputs of the gain change unit 3, the thirteenth input of which is connected to the output of the current stage determination unit of the furnace transformer N TP and reactor N P 4, and the output of the gain change unit 3 connected to the second input of the multiplication block 9. In this case, the first input of the multiplication block is connected to the output of the block for calculating the inverse of the resulting gain 6, the third input is connected to the output of the division unit 8, and the fourth input is connected to the output of the unit for generating the impedance reference signal 5, and the output of the multiplication unit 9 is connected to the input of the linearization block of the characteristics of the servo valve 10, the output of which is connected to the input of the unit for generating the signal signal of the actuator 11. , the output of the unit for calculating the effective value of impedance 1 is connected to the input of the filtering unit 12, the output of which is connected to the linearization unit of the electric circuit 2, while the first input of the division unit 8 is connected to the output comparison unit 7, the second input of the division unit is connected to the output of the impedance reference signal generating unit 5. The first input of the comparison unit is connected to the output of the filtering unit 12, and the second input of comparison unit 7 is connected to the output of the impedance reference signal generating unit 5.

Заявляемое устройство регулирования импеданса электродуговой печи работает следующим образом.The inventive device for controlling the impedance of an electric arc furnace operates as follows.

В заявляемом устройстве формирования управляющего воздействия системы автоматического управления (САУ) гидроприводом перемещения электродов среднеквадратичное значение параметра регулирования XACT вычисляемое в блоке 1, подается на вход блока фильтрации 12, который представляет собой апериодическое звено с варьируемой постоянной времени, предназначенное для фильтрации частот, вызывающих высокоамплитудные резонансные колебания механической системы электрододержателя, которые приводят к нестабильным режимам горения электрической дуги. На практике, величина постоянной времени апериодического звена блока фильтрации принимается равной 0,15 с и при необходимости может уточняться в соответствии с формой логарифмической амплитудо-частотной (ЛАЧХ) характеристики механической системы электрододержателя. Выходное значение блока 12 поступает на блок 2, содержащего линеаризующие характеристики электрического контура ДСП и УКП. Данные характеристики предварительно рассчитываются на основании имитационной математической модели электрического контура ДСП и УКП, в основе которой лежит дифференциальное уравнение мгновенной проводимости электрической дуги (Корнилов Г.П., Николаев А.А., Храмшин Т.Р., Мурзиков А.А. «Моделирование электротехнических комплексов металлургических предприятий», учеб. пособие, изд-во: «МГТУ им. Г.И.Носова» (Магнитогорск), 2012, с. 237).In the inventive device for forming the control action of an automatic control system (ACS) with a hydraulic actuator for moving electrodes, the rms value of the regulation parameter X ACT calculated in block 1 is fed to the input of the filtering unit 12, which is an aperiodic unit with a variable time constant, designed to filter frequencies that cause high-amplitude resonant vibrations of the mechanical system of the electrode holder, which lead to unstable combustion modes of the electric yeah. In practice, the value of the time constant of the aperiodic link of the filtration unit is taken to be 0.15 s and, if necessary, can be refined in accordance with the form of the logarithmic amplitude-frequency (LAC) characteristics of the mechanical system of the electrode holder. The output value of block 12 is supplied to block 2, which contains the linearizing characteristics of the electrical circuit of the chipboard and UKP. These characteristics are preliminarily calculated on the basis of a simulation mathematical model of the electrical circuit of a chipboard and a protective circuit, which is based on the differential equation of instantaneous conductivity of an electric arc (Kornilov G.P., Nikolaev A.A., Khramshin TR, Murzikov A.A. Modeling of electrotechnical complexes of metallurgical enterprises ”, textbook, publishing house:“ MSTU named after G.I. Nosov ”(Magnitogorsk), 2012, p. 237).

На выходе блока 2 формируется величина коэффициента, компенсирующего нелинейные свойства электрического контура для всех возможных вариантов сочетаний NТР и NР одновременно. Очевидно, что в таком случае число выходов данного блока будет равно произведению числа конструктивно предусмотренных ступеней печного трансформатора NТР и числа ступеней реактора NР. В рамках данной заявки рассмотрен частный случай, когда число ступеней трансформатора NTR=12, а число ступеней реактора NР=1. Соответственно, число выходов блока линеаризации будет равно 12. С помощью блока 3 выбирают значение коэффициента, соответствующего текущему сочетанию NТР и NР, которое формируется на выходе блока 4. Таким образом, происходит определение составляющей K2, как результирующего коэффициента усиления адаптивного регулятора. At the output of block 2, a coefficient is formed that compensates for the nonlinear properties of the electrical circuit for all possible combinations of N TP and N P at the same time. Obviously, in this case, the number of outputs of this unit will be equal to the product of the number of structurally provided steps of the furnace transformer N TP and the number of stages of the reactor N P. In the framework of this application, a particular case is considered when the number of steps of the transformer is N TR = 12, and the number of steps of the reactor is N P = 1. Accordingly, the number of outputs of the linearization block will be 12. Using block 3, the coefficient value corresponding to the current combination of N TP and N P , which is formed at the output of block 4, is selected. Thus, the component K2 is determined as the resulting gain of the adaptive controller.

Составляющая K1 представляет собой текущее значение уставки регулируемого параметра XREF (импеданса), которое формируется в блоке формирования сигнала задания импеданса 5 в соответствии с профилем плавки и технологическими особенностями выплавки жидкой стали. Составляющая K3 определяется с помощью блока вычисления обратного значения результирующего коэффициента усиления 6, величина которого численно равна произведению коэффицентов масштаба, градиента напряжения дугового столба, а также подстроечного коэффициента, предназначенного для учета влияния некомпенсируемых постоянных времени.Component K1 represents the current setting value of the adjustable parameter X REF (impedance), which is generated in the signal conditioning unit 5 of the impedance 5 in accordance with the smelting profile and technological features of the smelting of liquid steel. Component K3 is determined using the unit for calculating the inverse of the resulting gain 6, the value of which is numerically equal to the product of the scale factors, the voltage gradient of the arc column, as well as the tuning factor designed to take into account the effect of uncompensated time constants.

Коэффициенты масштаба учитывают перевод сигналов из одной единицы измерения в другую (например, из [Ом] в [мОм] при расчете импеданса), градиент напряжения дугового столба в большинстве случаев принимается равным 1 В/мм (может быть иным в соответствии с особенностями конкретного производственного объекта), а подстроечный коэффициент определяется экспериментально в процессе эксплуатации устройства.The scale factors take into account the conversion of signals from one unit of measurement to another (for example, from [Ohm] to [mOhm] when calculating the impedance), the voltage gradient of the arc column in most cases is assumed to be 1 V / mm (may be different in accordance with the characteristics of a particular production object), and the tuning factor is determined experimentally during the operation of the device.

С помощью блоков 7 и 8 производится расчет фактического значения ошибки регулирования ∆X в относительных единицах ∆X*, величина которой в дальнейшем с помощью блока 9 умножается на составляющие K1, K2 и K3. Полученный в конечном итоге сигнал поступает на блок линеаризации сервоклапана 10, предназначенный для компенсации изменения его усилительных свойств на всем диапазоне рабочих скоростей. Итоговое значение сигнала задания, которое на практике чаще всего выражается в мВ или мА, поступает на вход блока формирования сигнала задания исполнительного механизма 11, тем самым приводя в движение исполнительный механизм перемещения электрода. Отметим, что все описываемые блоки могут быть реализованы на программируемом контроллере в соответствии с принципами, которые будут описаны далее.Using blocks 7 and 8, the actual value of the control error ∆X is calculated in relative units ∆X *, the value of which is further multiplied by units 9 with the components K1, K2 and K3. The resulting signal ultimately arrives at the linearization unit of the servo valve 10, designed to compensate for changes in its amplifying properties over the entire range of operating speeds. The final value of the reference signal, which in practice is most often expressed in mV or mA, is fed to the input of the reference signal generating unit of the actuator 11, thereby driving the actuator for moving the electrode. Note that all described blocks can be implemented on a programmable controller in accordance with the principles that will be described later.

Для обоснования достижения технического результата на фиг.2а представлена регулировочная характеристика сервоклапана, применяемого в системе управления гидроприводом перемещения электродов ДСП-180. Очевидно, что при различных рабочих диапазонах ошибки регулирования одно и то же приращение сигнала управления VELREF[В] приведет к различному изменению скорости перемещения электрода VEL[%], что негативно сказывается на динамических показателях качества работы системы. Кроме того, регулировочная характеристика обладает мертвой зоной в диапазоне ∆VELREF.DB=±0,5 В, в пределах которого электрод не реагирует на управляющее воздействие. Наличие мертвой зоны в системе приводит к возникновению значительной статической ошибки регулирования, что приводит к несоблюдению технологических условий горения дуг.To substantiate the achievement of the technical result, Fig. 2a shows the adjustment characteristic of the servo valve used in the control system for the hydraulic displacement of the electrodes DSP-180. Obviously, for different operating ranges of control errors, the same increment of the control signal V ELREF [B] will lead to different changes in the electrode velocity V EL [%], which negatively affects the dynamic indicators of the quality of the system. In addition, the control characteristic has a dead zone in the range ∆V ELREF.DB = ± 0.5 V, within which the electrode does not respond to a control action. The presence of a dead zone in the system leads to a significant static control error, which leads to non-compliance with the technological conditions of arc burning.

Для компенсации нелинейных свойств сервоклапана в заявляемом устройстве применяется специальная характеристика, представленная на фиг. 2б. Данная характеристика позволяет достигнуть того, что коэффициент усиления звена сервоклапана, как элемента структурной схемы САУ перемещением электродов будет равен единице во всех рабочих диапазонах ошибки регулирования. Кроме того, участок компенсации мертвой зоны позволяет устранить проблему с вышеобозначенной статической ошибкой регулирования.To compensate for the nonlinear properties of the servo valve in the inventive device, a special characteristic is applied, shown in FIG. 2b. This characteristic allows us to achieve that the gain of the servo valve link as an element of the ACS structural diagram by moving the electrodes will be equal to unity in all operating ranges of the control error. In addition, the dead zone compensation section eliminates the problem with the aforementioned static regulation error.

На фиг.3а приведена зависимость между статическими значениями импеданса фазы электрического контура ДСП ZACT и длины дуги LARC. Очевидно, что в диапазоне коротких дуг малое приращение длины дуги приводит к значительно меньшему изменению ZACT, чем в диапазоне длинных дуг. Именно в этом заключаются нелинейные усилительные свойства электрического контура ДСП и УКП, как компонента САУ перемещением электродов, которые также могут быть компенсированы с помощью линеаризующей характеристики. Для большей наглядности, на фиг. 3б приведена линеаризующая характеристика электрического контура ДСП, соответствующая статической характеристике на фиг.3а. Данная характеристика получена в соответствии со следующим выражением: On figa shows the relationship between the static values of the impedance of the phase of the electrical circuit of the chipboard Z ACT and the arc length L ARC . Obviously, in the range of short arcs, a small increment in the length of the arc leads to a significantly smaller change in Z ACT than in the range of long arcs. This is precisely what the nonlinear amplifying properties of the electrical circuit of the chipboard and UKP are, as a component of self-propelled guns by the movement of electrodes, which can also be compensated for using the linearizing characteristic. For clarity, in FIG. 3b shows the linearizing characteristic of the electrical circuit of the chipboard, corresponding to the static characteristic in figa. This characteristic is obtained in accordance with the following expression:

KP = δLARC / δZACT. ,(1)K P = δL ARC / δZ ACT. , (1)

где δLARC - величина малого приращения по длине электрической дуги; δZACT. - величина приращения по импедансу фазы, возникающая вследствие изменения длины дуги на величину δLARC; KP - результирующий коэффициент усиления линеаризующей характеристики.where δL ARC is the small increment along the length of the electric arc; δZ ACT. - the magnitude of the increment in phase impedance arising from a change in the arc length by δL ARC ; K P is the resulting gain of the linearizing characteristic.

Таким образом, принципиально новые блоки, такие как блок линеаризации электрического контура 2 и блок линеаризации характеристики сервоклапана 10 могут быть реализованы на программируемом контроллере с помощью характеристик, аналогичных приведенным на фиг.2б и фиг.3б. Также отметим, что блок вычисления обратного значения результирующего коэффициента усиления 6, блок деления 8, блок умножения 9, блок фильтрации 12 выполняют базовые математические операции и являются общеизвестными.Thus, fundamentally new blocks, such as the linearization block of the electric circuit 2 and the linearization block, the characteristics of the servo valve 10 can be implemented on the programmable controller using characteristics similar to those shown in Fig.2b and Fig.3b. Also note that the unit for calculating the inverse of the resulting gain 6, the division unit 8, the multiplication unit 9, and the filtering unit 12 perform basic mathematical operations and are well known.

Благодаря тому, что в структуре заявляемого устройства учитываются нелинейные свойства как исполнительного механизма, так и электрического контура ДСП и УКП, удается достигнуть постоянства оптимального значения коэффициента усиления контура регулирования на протяжении всей плавки.Due to the fact that the structure of the claimed device takes into account the nonlinear properties of both the actuator and the electrical circuit of the chipboard and UKP, it is possible to achieve a constant optimal value of the gain of the control loop throughout the heat.

Достигаемый технический результат на практике подтверждают графики, приведенные на фиг.4. Так, на фиг.4а представлен график изменения фактического значения импеданса фазы УКП при использовании алгоритмов регулирования, соответствующих САУ перемещением электродов ARCOS (прототип), а на фиг.4б – при использовании заявляемого устройства регулирования импеданса в составе экспериментальной системы управления, установленной на УКП электросталеплавильного цеха ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (г. Магнитогорск, Россия). Achievable technical result in practice is confirmed by the graphs shown in figure 4. So, on figa presents a graph of the actual value of the impedance of the UKP phase when using control algorithms corresponding to self-propelled guns by moving the ARCOS electrodes (prototype), and on figb - when using the inventive impedance control device as part of an experimental control system installed on the UKP electric steel workshops of PJSC Magnitogorsk Iron and Steel Works (Magnitogorsk, Russia).

Таким образом, реализация заявляемой полезной модели приводит к значительному снижению дисперсии импеданса и тока дуги, а также к более быстрому процессу нагрева жидкой стали (фиг.4в и фиг.4г), благодаря чему сокращается время работы под током, а также удельный расход электроэнергии и расход дорогостоящих электродов. Thus, the implementation of the claimed utility model leads to a significant reduction in the dispersion of the impedance and arc current, as well as to a faster heating process of molten steel (Fig. 4c and Fig. 4d), thereby reducing the operating time under current, as well as the specific energy consumption and consumption of expensive electrodes.

Claims (1)

Устройство регулирования импеданса электродуговой печи, содержащее блок расчета действующего значения импеданса, блок изменения коэффициента усиления, блок определения текущей ступени печного трансформатора и реактора, блок формирования сигнала задания импеданса, выход которого подключен к блоку сравнения, блок формирования сигнала задания исполнительного механизма, отличающееся тем, что оно снабжено блоком линеаризации электрического контура, блоком вычисления обратного значения результирующего коэффициента усиления, блоком деления, блоком умножения, блоком фильтрации и блоком линеаризации характеристики сервоклапана, выход которого соединен с входом блока формирования сигнала задания исполнительного механизма, а вход подключен к выходу блока умножения, причем первый вход последнего подключен к выходу блока вычисления обратного значения результирующего коэффициента усиления, второй вход соединен с выходом блока изменения коэффициента усиления, третий вход блока умножения подключен к выходу блока деления, а четвертый вход подключен к выходу блока формирования сигнала задания импеданса, при этом двенадцать выходов блока линеаризации электрического контура подключены к соответствующим двенадцати входам блока изменения коэффициента усиления, тринадцатый вход последнего соединен с выходом блока определения текущей ступени печного трансформатора и реактора, выход блока расчета действующего значения импеданса соединен с входом блока фильтрации, выход которого соединен с блоком линеаризации электрического контура и блоком сравнения, при этом первый вход блока деления соединен с выходом блока сравнения, второй вход подключен к выходу блока формирования сигнала задания импеданса. A device for controlling the impedance of an electric arc furnace, comprising a unit for calculating the actual value of the impedance, a unit for changing the gain, a unit for determining the current stage of the furnace transformer and reactor, a unit for generating an impedance setting signal, the output of which is connected to a comparison unit, a unit for generating an actuator setting signal, characterized in that it is equipped with an electric circuit linearization unit, a unit for calculating the inverse of the resulting gain, a unit for a multiplication unit, a filtration unit, and a linearization unit for the characteristics of the servo valve, the output of which is connected to the input of the actuator signal generating unit, and the input is connected to the output of the multiplication unit, the first input of the latter being connected to the output of the inverse value calculating unit of the resulting gain, the second input connected to the output of the gain changing unit, the third input of the multiplication unit is connected to the output of the division unit, and the fourth input is connected to the output of the unit an impedance reference signal, while the twelve outputs of the linearization block of the electric circuit are connected to the corresponding twelve inputs of the block for changing the gain, the thirteenth input of the last is connected to the output of the unit for determining the current stage of the furnace transformer and reactor, the output of the block for calculating the effective value of the impedance is connected to the input of the filtering unit, the output of which is connected to the linearization unit of the electric circuit and the comparison unit, while the first input of the division unit is connected to the output Lok comparison, a second input connected to the output of the block forming the impedance reference signal.
RU2017132819U 2017-09-20 2017-09-20 Electric arc furnace impedance control device RU176886U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017132819U RU176886U1 (en) 2017-09-20 2017-09-20 Electric arc furnace impedance control device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017132819U RU176886U1 (en) 2017-09-20 2017-09-20 Electric arc furnace impedance control device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU176886U1 true RU176886U1 (en) 2018-02-01

Family

ID=61186955

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017132819U RU176886U1 (en) 2017-09-20 2017-09-20 Electric arc furnace impedance control device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU176886U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6411643B1 (en) * 1999-09-30 2002-06-25 Sms Demag, Inc Automatic electrode regulator based on direct power factor regulation and method
EA009868B1 (en) * 2005-10-26 2008-04-28 Смс Демаг Аг Control apparatus for alternating-current reduction furnaces
RU104807U1 (en) * 2010-12-06 2011-05-20 Роберт Викторович Минеев ELECTRIC FURNACE CONTROL DEVICE
RU2514735C1 (en) * 2010-02-23 2014-05-10 Сименс Акциенгезелльшафт Method of arc furnace operation, control device for arc furnace and arc furnace

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6411643B1 (en) * 1999-09-30 2002-06-25 Sms Demag, Inc Automatic electrode regulator based on direct power factor regulation and method
EA009868B1 (en) * 2005-10-26 2008-04-28 Смс Демаг Аг Control apparatus for alternating-current reduction furnaces
RU2514735C1 (en) * 2010-02-23 2014-05-10 Сименс Акциенгезелльшафт Method of arc furnace operation, control device for arc furnace and arc furnace
RU104807U1 (en) * 2010-12-06 2011-05-20 Роберт Викторович Минеев ELECTRIC FURNACE CONTROL DEVICE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103397171B (en) Method for determining furnace-temperature set value of billet heating furnace
Nikolaev et al. Electrical optimization of superpowerful arc furnaces
Nikolaev et al. Method of setting optimum asymmetric mode of operation of electric arc furnace
CA2663761A1 (en) Method for operating a melt-metallurgic furnace, and furnace
Nikolaev et al. Research and development of automatic control system for electric arc furnace electrode positioning
RU176886U1 (en) Electric arc furnace impedance control device
Nikolaev et al. The comparative analysis of electrode control systems of electric arc furnaces and ladle furnaces
Nikolaev et al. Developing and testing of improved control system of electric arc furnace electrical regimes
Sivtsov et al. Steel semiproduct melting intensification in electric arc furnaces using coordinated control of electric and gas conditions: II. On-line control of the state of the charge and melt zones in electric arc furnaces
Lozynskyi et al. Fuzzy extreme control and electric mode coordinates stabilization of arc steel-melting furnace
RU176106U1 (en) Electric control system for an electric arc furnace
CN1896288A (en) Electric-heating control system of large vertical quench furnace
Mironov et al. Analysis of characteristics of electric arc furnaces as control objects
RU82400U1 (en) ARC POWER REGULATOR
JP2019530103A (en) Control device with adjustable control behavior
CN109100933B (en) Amplitude limiting differential control method
SU955536A1 (en) Method of automatic adjustment of three-phase four-electrode arc electric furmace power
Nikolaev et al. Features of Electric Mode Control in Shaft Electric Arc Furnaces and Electric Arc Furnaces Equipped with the Consteel System
Paranchuk et al. The Electrodes Positioning Control System for the Electric Arc Furnace Basing on Fuzzy Logic
US4580272A (en) Method for controlling and balancing the power in an electric furnace
RU2758063C1 (en) Control system for an arc steel furnace
Nikolaev et al. An Improved Algorithm for Arc Furnace Mode Control with Dynamic Arc Length Correction at Metal Refining Period
Nikolaev et al. Design of the Improved EAF's Electric Circuit Mathematical Model for Application in Digital Twin
CN113359424B (en) Disturbance compensation control method for prediction time domain optimization of industrial process
CN105278359B (en) A kind of controller for reaching multivariable Control by single argument control unit