RU2023350C1

RU2023350C1 - System of control over electric mode of three-phase ore-smelting furnace

Info

Publication number: RU2023350C1
Application number: SU904792166A
Authority: RU
Inventors: Генрих Моисеевич Жилов; Юрий Шоломович Бельчиков; Михаил Павлович Арлиевский; Моисей Израилевич Лифсон; Сергей Казимирович Савицкий; Ганс-Йоахим Бирвирт; Волфганг Хорнауер; Герт Канненгизер; Волфганг Курсаве; Бернд Махольд
Priority date: 1990-02-14
Filing date: 1990-02-14
Publication date: 1994-11-15

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: known system of control over electric mode is supplemented with new units, namely: voltage correction unit, unit of formation of commands from intermediate and extreme limit switches, two units of inhibition of electrode movement with deviation of power depending on position of electrode. Apart from them new couplings between units were inserted and operation algorithm of circuit of switching over of voltage stages, of voltage pickup and check of maximum permissible electrode current was changed. EFFECT: improved quality of control by avoidance of oscillatory mode and reduced power consumption, expanded functional capabilities with prevention of errors caused by fluctuations of furnace transformer and avoidance of self-excited oscillations. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано для управления электрическим режимом pуднотеpмических печей, например, фосфорных, карбидных и т.п. The invention relates to electrothermics and can be used to control the electrical mode of ore-thermal furnaces, for example, phosphoric, carbide, etc.

Основными факторами, возмущающими электрический режим, являются непостоянство сопротивления подэлектродного пространства, определяемое различными условиями схода шихты и ее составом, а также колебание питающего напряжения. The main factors disturbing the electric mode are the inconsistency of the resistance of the sub-electrode space, determined by the different conditions of the charge gathering and its composition, as well as the fluctuation of the supply voltage.

Задача регулирования электрического режима состоит в компенсации этих возмущений, что в основном достигается за счет перемещения электродов, а в случае невозможности его - переключением ступеней напряжения печного трансформатора. The task of regulating the electric mode is to compensate for these disturbances, which is mainly achieved by moving the electrodes, and if it is impossible, by switching the voltage levels of the furnace transformer.

На практике широкое распространение получили два разных способа управления перемещением электродов. In practice, two different methods for controlling the movement of electrodes are widespread.

Устройство, реализующие эти способы, по-разному формируют сигнал на перемещение электродов. В первом случае они содержат датчики тока и напряжения, которые в блоке сравнения сравниваются между собой и сигнал рассогласования через усилители поступают на блок перемещения электрода. The device that implements these methods, in different ways generate a signal for moving the electrodes. In the first case, they contain current and voltage sensors, which are compared with each other in the comparison unit and the error signal through the amplifiers is fed to the electrode moving block.

Отличие устройств второго типа в том, что они содержат датчик и задатчик тока электрода, сигналы которых сравниваются в блоке сравнения. The difference between the devices of the second type is that they contain a sensor and an electrode current adjuster, the signals of which are compared in the comparison unit.

Общим недостатком устройств являются сильная зависимость регулируемой величины от действующих на систему случайных и параметрических возмущений, темп изменения которых соизмерим со временем переходного процесса в системе и вызывает ложные или частые срабатывания механизмов перемещения электрода, т.е. преждевременный их износ. A common disadvantage of the devices is the strong dependence of the controlled variable on random and parametric disturbances acting on the system, the rate of change of which is comparable with the time of the transition process in the system and causes false or frequent triggering of the electrode moving mechanisms, i.e. premature wear.

В устройство [1] с целью повышения качества регулирования дополнительно введены суммирующий и интегрирующий усилители и ограничитель амплитуды. Благодаря включению на выходе усилителя ограничителя амплитуды величин постоянной времени и периодической составляющей в напряжении второй производной нелинейно зависит от амплитуды входного сигнала усилителя. При большой скорости изменения регулируемого параметра (а следовательно, и сигнала рассогласования) сигнал второй производной будет иметь малые амплитуды и фазовый сдвиг, рассогласование будет отрабатываться с высоким быстродействием при слабом демпфировании упругих колебаний. По мере изменения скорости изменения регулируемого параметра сигнал второй производной будет оказывать все большее влияние и эффективно демпфировать упругие колебания, переходные процессы будут иметь малое время и колебательность. In order to improve the quality of regulation, a summing and integrating amplifiers and an amplitude limiter are additionally introduced into the device [1]. Due to the inclusion of an amplitude limiter on the output of the amplifier, the values of the time constant and the periodic component in the voltage of the second derivative nonlinearly depend on the amplitude of the input signal of the amplifier. At a high rate of change of the adjustable parameter (and, consequently, the mismatch signal), the second derivative signal will have small amplitudes and phase shift, the mismatch will be processed with high speed with weak damping of elastic vibrations. As the rate of change of the controlled parameter changes, the signal of the second derivative will exert an increasing influence and effectively damp elastic vibrations, transients will have a short time and oscillation.

Недостатком этого устройства является то, что при быстрой отработке возмущения на одной фазе возникают пропорциональные возмущения в соседних фазах. На практике приводит к одновременному перемещению электродов на всех фазах, что нежелательно, так как из-за плохой работы гидравлики возможно резкое увеличение тока на одной из фаз или к потере фазы. The disadvantage of this device is that during the rapid development of perturbations in one phase, proportional perturbations arise in neighboring phases. In practice, it leads to the simultaneous movement of electrodes in all phases, which is undesirable, since due to poor hydraulic operation, a sharp increase in current in one of the phases or a loss of phase is possible.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является система управления электрическим режимом руднотермических печей, получившее название САУ "Фоскар" [2]. The closest technical solution adopted for the prototype is a control system for the electric regime of ore-thermal furnaces, called ACS "Foscar" [2].

Система САУ "Фоскар" постоит из трех контуров регулирования по мощности, по току и по напряжению, однако самостоятельно может работать токовый контур, а два других работают только совместно с токовым контуром. The Foscar self-propelled gun system consists of three control circuits in terms of power, current and voltage, however, the current circuit can operate independently, and the other two work only in conjunction with the current circuit.

Контур регулирования по току содержит датчики и задатчики тока электродов, выходы которых соединены с входами блока сравнения, выход блока сравнения через блоки нечувствительности соединены с пороговыми элементами, в качестве которых применяются фазочувствительные усилители. Количество пороговых элементов может быть любым (оптимально три). Таким образом вся область рассогласования регулируемого параметра разделена на несколько зон, имеющих различную зону нечувствительности. Сигнал рассогласования в зависимости от величины его поступает на входы фазочувствительных усилителей, при этом в зависимости от знака рассогласования на выходе усилителей первой и второй зоны формируется сигнал на подъем или опускание электрода, а на выходе усилителя третьей зоны при превышении тока электрода заданного значения формируется соответствующий сигнал на сброс напряжения. Кроме того, выход блока сравнения соединен с входом так называемого блока "Потеря фазы". Этот блок представляет собой усилитель, срабатывающий при резком падении тока электрода. Порог срабатывания его настраивается на сигнал, пропорциональный половине номинального значения тока электрода. При срабатывании этого усилителя на запрещающем входе блока запрета, расположенного между выходами усилителей (пороговых элементов) и входом блока перемещения электродов, появляется сигнал, запрещающий перемещение электрода вниз. The current control loop contains sensors and electrode current detectors, the outputs of which are connected to the inputs of the comparison unit, the output of the comparison unit through the deadband blocks connected to threshold elements, which are used as phase-sensitive amplifiers. The number of threshold elements can be any (optimally three). Thus, the entire mismatch area of the adjustable parameter is divided into several zones having a different deadband. The mismatch signal, depending on its magnitude, is fed to the inputs of phase-sensitive amplifiers, while depending on the mismatch sign at the output of the amplifiers of the first and second zone, a signal is generated to raise or lower the electrode, and the corresponding signal is generated at the output of the amplifier of the third zone when the electrode current exceeds the set value to discharge voltage. In addition, the output of the comparison unit is connected to the input of the so-called "phase loss" block. This unit is an amplifier that is triggered by a sharp drop in the electrode current. The threshold of its operation is adjusted to a signal proportional to half the nominal value of the electrode current. When this amplifier is triggered, a signal appears prohibiting the electrode from moving downward at the prohibiting input of the prohibition block located between the outputs of the amplifiers (threshold elements) and the input of the electrode moving block.

Таким образом блок "Потеря фазы" осуществляет функции защиты: во-первых, запрещает резкое опускание электрода вниз, предотвращая его поломку; во-вторых, уменьшает количество перемещений электрода в случае ложного возмущения (обрушение шихты и т.п.). Thus, the “Phase Loss” block carries out protection functions: firstly, it prohibits a sharp lowering of the electrode down, preventing its breakage; secondly, it reduces the number of displacements of the electrode in the event of a false disturbance (collapse of the charge, etc.).

При работе регулятора в режиме поддержания мощности работают все три контура совместно, при этом отработка возмущений происходит за счет перемещения электродов и переключения ступеней напряжения, но приоритет отдается перемещению электродов, а переключение ступеней напряжения осуществляют только в случае нахождения электрода в крайних положениях зоны перемещения. When the regulator operates in the power maintenance mode, all three circuits work together, while disturbances are worked out by moving the electrodes and switching voltage steps, but priority is given to moving the electrodes, and switching voltage steps is carried out only if the electrode is in the extreme positions of the movement zone.

Переключение ступени происходит одновременно на всех печных трансформаторах. При регулировании по мощности токовый блок выполняет функцию токовой защиты печного трансформатора. Step switching takes place simultaneously on all furnace transformers. When power is regulated, the current block performs the function of current protection of the furnace transformer.

К основным недостаткам прототипа необходимо отнести то, что качество регулирования не позволяет достигнуть заданных технико-экономических показателей работы фосфорных печей, так как на практике довольно часто возникает ситуация, когда один электрод находится вверху, а другой - внизу. В этом случае одновременно поступает команда на сброс и подъем напряжения, т.е. регулятор работает в режиме автоколебаний. Более того при автоколебательном режиме, учитывая различие в настройке времени переключения ступеней напряжения трансформаторов разных фаз, бывают случаи возникновения перекоса ступеней, резкого возрастания тока одного из электродов и аварийного отключения печи. The main disadvantages of the prototype must be attributed to the fact that the quality of regulation does not allow to achieve the specified technical and economic indicators of the operation of phosphoric furnaces, since in practice quite often a situation arises when one electrode is at the top and the other at the bottom. In this case, a command is simultaneously sent to reset and increase the voltage, i.e. the controller operates in auto-oscillation mode. Moreover, in the self-oscillating mode, taking into account the difference in the setting of the switching time of voltage steps of transformers of different phases, there are cases of distortion of the steps, a sharp increase in the current of one of the electrodes and emergency shutdown of the furnace.

Целью изобретения является снижение удельного расхода электроэнергии и повышение качества регулирования за счет исключения автоколебательного режима. The aim of the invention is to reduce the specific energy consumption and improve the quality of regulation by eliminating the self-oscillating mode.

Технический результат достигается за счет того, что в известные устройства управления электрическим режимом многофазной руднотермической печи, содержащие в каждой фазе датчики и задатчики электрических параметров - токов электродов, рабочей мощности и напряжения ступени печного трансформатора, соединенные с входами соответствующих блоков сравнения, выходы которых через соответствующие преобразователи соединены с входами пороговых элементов, имеющих различную зону нечувствительности, причем выходы пороговых элементов контроля тока и мощности соединены с входами блока перемещения электродов, выходы которого через блок запрета соединены с приводом перемещения электродов, запрещающие входы блока запрета соединены с крайними конечными выключателями своей фазы - верхним и нижним. The technical result is achieved due to the fact that in the known device for controlling the electric mode of a multiphase ore-thermal furnace, containing in each phase sensors and adjusters of electrical parameters - electrode currents, operating power and voltage of the furnace transformer stage, connected to the inputs of the respective comparison units, the outputs of which are through the corresponding the converters are connected to the inputs of the threshold elements having a different deadband, and the outputs of the threshold control elements current and the capacities are connected to the inputs of the electrode displacement block, the outputs of which through the prohibition block are connected to the electrode displacement drive, the prohibiting inputs of the prohibition block are connected to the extreme end switches of their phase - upper and lower.

Выход блока контроля тока "Спуск" соединен с блоком перемещения электродов через блок запрета, запрещающий вход которого соединен с выходом блока "Потеря фазы", выходы пороговых элементов контроля напряжения через блока запрета соединены с двумя входами блока переключения ступеней напряжения, третий и четвертый входы указанного блока соединены с крайними конечными выключателями, а выходы блока переключения ступеней соединены с приводом переключения ступеней печного трансформатора, запрещающие входы блоков запрета соединены с соответствующими промежуточными конечными выключателями. Введены новые блоки компенсации напряжения, формирования команд от промежуточных и крайних конечных выключателей, два блока запрета на перемещение электродов при отклонении мощности в зависимости от положения электрододержателей, блок максимального тока и реле времени, а также связи между новыми и старыми блоками. The output of the Descent current control unit is connected to the electrode movement block through the inhibit block, the prohibiting input of which is connected to the output of the Phase Loss unit, the outputs of the threshold voltage control elements through the inhibit block are connected to two inputs of the voltage stage switching block, the third and fourth inputs of of the unit are connected to the extreme limit switches, and the outputs of the stage switching unit are connected to the stage switching drive of the furnace transformer, the inhibit inputs of the prohibition blocks are connected to the corresponding intermediate limit switches. Introduced new voltage compensation units, the formation of commands from the intermediate and extreme limit switches, two blocks prohibiting the movement of electrodes when the power deviates depending on the position of the electrode holders, a maximum current block and a time relay, as well as communications between new and old blocks.

Кроме того, изменена схема блока контроля максимально-допустимого тока электрода, который через реле времени непосредственно связан с приводом переключения ступеней. In addition, the circuit of the control unit for the maximum permissible electrode current has been changed, which is directly connected to the stage switching drive through a time relay.

В известных системах регулирования в качестве датчика номера ступени применяют сельсин и диодную матрицу, однако сельсины требуют чистой подналадки, так как для обеспечения линейности используется небольшой прямолинейный участок его характеристики ( ≈30^о), в качестве датчика номера ступени применен промежуточный трансформатор, который измеряет напряжение, соответствующее фактическому номеру ступени с вычитанием напряжения, пропорционального отклонения напряжения питающей сети, которое затем преобразуется в унифицированный сигнал.In known control systems as a non-stage sensor used Resolver and diode array, however, require a clean selsyns podnaladki, as used to ensure the linearity of small rectilinear portion of its characteristics (≈30 ^o), as an intermediate stage number detector used transformer which measures the voltage corresponding to the actual stage number with subtracting the voltage proportional to the voltage deviation of the supply network, which is then converted into a unified signal .

Одной из причин возмущения являются колебания питающего напряжения с высокой стороны, соответственно при изменении высокого напряжения изменяется и напряжение на датчике напряжения, что может привести к ошибке на одну ступень. Чтобы избежать этого, в регулятор введено устройство, компенсирующее изменение питающего напряжения, в результате на выходе преобразователя напряжения всегда будет сигнал, соответствующий изменению одной ступени напряжения (блок компенсации напряжения). One of the reasons for the disturbance is fluctuations in the supply voltage from the high side; accordingly, when the high voltage changes, the voltage at the voltage sensor also changes, which can lead to an error of one step. To avoid this, a device is introduced into the regulator that compensates for the change in the supply voltage; as a result, the output of the voltage converter will always have a signal corresponding to a change in one voltage stage (voltage compensation unit).

Введение блоков формирования команд от крайних конечных выключателей позволяет осуществить алгоритм переключения ступеней при нахождении не менее двух электродов в крайнем положении, что уменьшает количество переключений и вероятность возникновения автоколебательного режима. The introduction of command generation blocks from the extreme end switches allows the algorithm to switch stages when at least two electrodes are in the extreme position, which reduces the number of switching and the likelihood of a self-oscillating mode.

Блоки формирования команд от промежуточных конечных выключателей позволяют
во-первых, уменьшить вероятность достижения электродами крайних положений при поддержании общей активной мощности печи путем запрета на перемещение электрода, находящегося в пределах зоны между промежуточным и крайним конечным выключателем;
во-вторых, при регулировании мощности в режиме работы регулятора по мощности обеспечивает переключение ступеней при нахождении двух электродов в этой зоне и возврат напряжения к заданному при выходе их из этой зоны. Это сохраняет возможность отработки возмущения за счет перемещения электродов и снижает вероятность возникновения колебательного режима.Blocks for forming commands from intermediate limit switches allow
firstly, to reduce the likelihood that the electrodes will reach extreme positions while maintaining the total active power of the furnace by prohibiting the movement of an electrode located within the zone between the intermediate and extreme limit switches;
secondly, when regulating power in the mode of operation of the regulator for power, it switches the steps when two electrodes are in this zone and the voltage returns to the set voltage when they exit this zone. This saves the possibility of working out disturbances due to the movement of the electrodes and reduces the likelihood of an oscillatory mode.

На фиг. 1 представлена структурная схема системы управления электрическим режимом для одной фазы (для других двух она аналогична); на фиг. 2 и 3 - структурные схемы блоков формирования команд от промежуточных и крайних конечных выключателей соответственно (раскрыты структурные схемы для верхних промежуточных и крайних конечных выключателей, а для нижних они аналогичны); на фиг. 4 - структурная схема блока компенсации напряжения. In FIG. 1 is a structural diagram of an electrical control system for one phase (for the other two it is similar); in FIG. 2 and 3 are structural diagrams of blocks for generating commands from intermediate and extreme limit switches, respectively (structural diagrams are disclosed for upper intermediate and extreme limit switches, and for lower ones they are similar); in FIG. 4 is a block diagram of a voltage compensation unit.

Структурная схема системы управления (для одной фазы) содержит объект управления фосфорную печь 1, печной трансформатор 2 с переключателем ступеней напряжения (ПСН) 3, датчики тока электрода 4, напряжения 5, активной мощности 6, причем датчик 4 соединен с входом блока 7 контроля тока электрода, который выполнен аналогично токовому блоку регулятора "Фоскор", поэтому не раскрыт. The block diagram of the control system (for one phase) contains the control object of a phosphor furnace 1, furnace transformer 2 with a voltage step switch (PSN) 3, current sensors of the electrode 4, voltage 5, active power 6, and the sensor 4 is connected to the input of the current control unit 7 electrode, which is made similar to the current block of the regulator "Foskor", therefore, is not disclosed.

Первый и второй выходы блока 7 через блок 8 запрета соединены с первым входом блока 9 перемещения электрода, второй вход которого непосредственно соединен с третьим выходом блока 7, а выход блока 9 через блок 10 запрета соединен с приводом перемещения электрода (не показан). Четвертый выход блока 7 соединен с входом блока 11 максимального тока, другие входы которого соединены с аналогичными блоками контроля тока соседних фаз, а выход блока 11 через реле времени 12 соединен с одним из входов блока ПСН 3. The first and second outputs of block 7 through the block 8 of the ban are connected to the first input of block 9 of the movement of the electrode, the second input of which is directly connected to the third output of the block 7, and the output of block 9 through block 10 of the ban is connected to the drive of the electrode (not shown). The fourth output of block 7 is connected to the input of the maximum current block 11, the other inputs of which are connected to similar blocks for monitoring the current of neighboring phases, and the output of block 11 is connected to one of the inputs of PSN 3 through a time relay 12.

Датчик 6 через преобразователь 13 соединен с блоком 14 сравнения, на второй вход которого поступает сигнал Р_аз, пропорциональный заданию по мощности. Выходы блока сравнения соединены с соответствующими входами фазочувствительного усилителя 15, причем первый выход усилителя 15 соединен с блоками 16 и 24 запрета, а второй выход - с блоками 17 и 25 запрета. Запрещающий вход блока 16 соединен с блоком формирования команд от промежуточных конечных выключателей "низ" БПКВН 18, а запрещающий вход блока 17 - с аналогичным блоком формирования команд от промежуточных конечных выключателей "верх" (БПКВВ) 19. Выходы указанных блоков запрета соединены с третьим и четвертым входами блока 9. Датчик 5 соединен с блоком компенсации БКН 20, второй вход которого соединен с печным трансформатором 2, а выход через преобразователь 21 - с блоком сравнения 22, второй вход которого соединен с блоком задания ступени напряжения (блок не показан, а только выходной сигнал V_зад), выходы блока 22 соединены с входами фазочувствительного усилителя 23, причем один выход его соединен с блоком 24 запрета, а другой - с блоком 25 запрета. Запрещающие входы блоков 24 и 25 соединены соответственно с блоком (ПСН) 3 и блоками 18 и 19, а выходы указанных блоков запрета соединены с соответствующими входами блока 26 переключения ступеней напряжения, два других входа которого соединены с выходами фазочувствительного усилителя 15, а два других соответственно с выходом блока формирования команд от конечных выключателей "верх" 27 и "низ" 28, причем выход блока 27 через реле 29 времени, а выход блока 28 через блок 30 запрета и реле 31 времени, при этом запрещающий вход блока 30 соединен с выходом блока 27. Входы блоков 27 и 28 формирования команд соединены с крайними конечными выключателями "верх" и "низ" каждой фазы. Выходы блока переключения ступеней БПСН 26 соединены с входами переключателей ступеней напряжения ПСН каждой фазы. Блоки формирования команд от промежуточных конечных выключателей (БПКВН, БПКВВ) выполнены аналогично и каждый из них состоит из двух элементов ИЛИ 32, 3 соответственно четырех элементов И 33, 34, 35, 40 соответственно и трех элементов НЕ 37, 38, 39. Элементы ИЛИ этих блоков являются выходными, так вход элемента 32 БПКВВ 32 соединен с блоком 17, выход элемента 36 - с блоком 25, а соответственно, эти же элементы ИЛИ БПКВН 18 - с входами блоков 16 и 24. Выход элемента И 40 блоков 18 и 19 соединены с схемой сигнализации (мнемосхемой) или выдают разрешение на переключение ступеней. Структурная схема блоков формирования команд от крайних конечных выключателей аналогичны (см. фиг. 3). Каждый из блоков включает четыре элемента ИЛИ 41, 42, 43 и 47) и три элемента И 44, 45, 46, выход общего элемента ИЛИ узла "вверх" подключен к реле 29, а выход блока низ 28 - к блоку 30, запрещающий вход которого соединен с блоком 27, формирования сигнала от крайних конечных выключателей, а выход - с входом реле 31.The sensor 6 through the Converter 13 is connected to the comparison unit 14, the second input of which receives a signal _Raz proportional to the power reference. The outputs of the comparison unit are connected to the corresponding inputs of the phase-sensitive amplifier 15, and the first output of the amplifier 15 is connected to the blocks 16 and 24 of the ban, and the second output to the blocks 17 and 25 of the ban. The inhibitory input of block 16 is connected to the command generation unit from the intermediate “bottom” limit switches BPKVN 18, and the inhibitory input of block 17 is connected to the same command generation unit from the intermediate upstream limit switches (BPKVV) 19. The outputs of these prohibition blocks are connected to the third and the fourth inputs of block 9. The sensor 5 is connected to the compensation unit BKN 20, the second input of which is connected to the furnace transformer 2, and the output through the converter 21 is connected to the comparison unit 22, the second input of which is connected to the stage reference unit I (block is not shown, but only the output V _bottom) block outputs 22 are connected to inputs of a phase-sensitive amplifier 23, and its one output connected to the prohibition unit 24, and the other - with the block 25 ban. The inhibitory inputs of blocks 24 and 25 are connected respectively to block (ПСН) 3 and blocks 18 and 19, and the outputs of these prohibition blocks are connected to the corresponding inputs of the voltage step switching unit 26, the other two inputs of which are connected to the outputs of the phase-sensitive amplifier 15, and two others, respectively with the output of the unit for generating commands from the limit switches "top" 27 and "bottom" 28, and the output of block 27 through the relay 29 time, and the output of block 28 through the block 30 of the ban and relay 31, while the inhibit input of block 30 is connected to the output of the block 27. The inputs of the blocks 27 and 28 of the formation of commands are connected to the extreme limit switches "top" and "bottom" of each phase. The outputs of the stage switching unit BPSN 26 are connected to the inputs of the voltage stage switches PSN of each phase. The blocks for generating commands from intermediate limit switches (BPKVN, BPKVV) are made similarly and each of them consists of two elements OR 32, 3, respectively, four elements AND 33, 34, 35, 40, respectively, and three elements NOT 37, 38, 39. Elements OR of these blocks are output, so the input of the element 32 BPKVV 32 is connected to the block 17, the output of the element 36 is connected to the block 25, and accordingly, these same elements OR BPKVN 18 are connected to the inputs of the blocks 16 and 24. The output of the element 40 of blocks 18 and 19 are connected with a signaling circuit (mimic diagram) or give permission to switch st drop off. The block diagram of the blocks of the formation of commands from the extreme limit switches are similar (see Fig. 3). Each of the blocks includes four elements OR (41, 42, 43 and 47) and three elements AND 44, 45, 46, the output of the common OR element of the “up” node is connected to the relay 29, and the output of the bottom block 28 is connected to the block 30, which prohibits entry which is connected to the block 27, the formation of the signal from the extreme limit switches, and the output to the input of the relay 31.

Схема блока компенсации напряжения (см. фиг. 4) включает промежуточный трансформатор 48, промежуточный трансформатор 49, являющийся датчиком напряжения, и элемент 50 сравнения (вычитания), выход которого соединен с преобразователем 25 (см. фиг. 1). Трансформаторы 48 и 49 включены встречно. Для конкретизации в качестве объекта управления принимают фосфорную печь Р= 22,5 Мвт, оснащенную тремя однофазными печными трансформаторами 2 типа VTVW_max -750-30 с переключателем ступеней напряжения под нагрузкой.The circuit of the voltage compensation unit (see Fig. 4) includes an intermediate transformer 48, an intermediate transformer 49, which is a voltage sensor, and a comparison (subtraction) element 50, the output of which is connected to the converter 25 (see Fig. 1). Transformers 48 and 49 are included in the opposite direction. For specification, a phosphoric furnace P = 22.5 MW, equipped with three single-phase furnace transformers 2 of the VTVW _max -750-30 type with a voltage stage selector under load, is adopted as a control object.

Заданный электрический режим задается переключателем 3 печного трансформатора 2 и задатчиком тока электрода Iэзад. Задание может изменяться плавно или дискретно, кроме того, в зависимости от номера ступени трансформатора. Такая корректировка объясняется особенностями печных трансформаторов рудно-термических печей, имеющих ступени постоянной мощности, на которых номинальный ток трансформатора изменяется. The predetermined electrical mode is set by the switch 3 of the furnace transformer 2 and the electrode current setter Iazad. The task can change smoothly or discretely, in addition, depending on the number of the stage of the transformer. This adjustment is explained by the features of furnace transformers of ore-thermal furnaces having constant power levels at which the rated current of the transformer changes.

П р и м е р. Пусть задана рабочая мощность печи Ра^зад=16 МВт, cosφ= 0,952, тогда потребляемая мощность S печи:
S = =

= 16,86 MBa
Допуская, что потребляемая мощность каждой фазой одинакова, тогда
S_ф=

=

= 5,6 MBa
Выбирают II ступень напряжения, т. е. U_п=213 В, тогда ток электрода определяют из выражения
I_э=

=

= 45,8 KA
Таким образом задается следующий электрический режим работы печи
Р_а=16 МВТ; I_э=45,8 кА ≈46 кА; Nст=11.PRI me R. Let the operating power of the furnace Pa ^ass = 16 MW, cosφ = 0.952 be given, then the power consumption S of the furnace:
S = =

= 16.86 MBa
Assuming that the power consumption of each phase is the same, then
S _f =

=

= 5,6 MBa
Select the second voltage stage, i.e., U _p = 213 V, then the electrode current is determined from the expression
I _e =

=

= 45.8 KA
Thus, the next electric mode of operation of the furnace is set.
P _a = 16 MW; I _e = 45.8 kA ≈46 kA; Nst = 11.

Предполагают, что в какой-то момент t₁ ток электрода, например, 2-го равен 43 кА.It is assumed that at some point t _{1 the} current of the electrode, for example, the 2nd is 43 kA.

Этот сигнал от датчика 4 поступает в блок 7 и на выходе его формируется сигнал
ΔI_э=43-46=-3 кА.This signal from the sensor 4 enters block 7 and a signal is generated at its output
ΔI _e = 43-46 = -3 kA.

Этот сигнал поступает на вход фазочувствительного усилителя (также в блоке 7), имеющего регулируемую зону нечувствительности от 1,5 до 6% I_ном. Если порог срабатывания этого усилителя настроен на 2% I_ном=±1,00 кА: так как /3,0)>/1,0), то усилитель срабатывает и на его выходе формируется сигнал на спуск электрода F₁. Однако этот сигнал поступает на вход блока 9, если на запрещающем входе блока 8 отсутствует сигнал запрета f₃ от усилителя "потеря фазы", находящегося в токовом блоке 7, а так как он отсутствует, то команда F₁ поступает на вход блока 9. Выход этого блока соединен с блоком 10, запрещающие входы которого соединены с выходами блоков 27 и 28 крайних конечных выключателей или непосредственно с крайними конечными выключателями своей фазы. Соответственно f₁ - сигнал от крайних нижних конечников (запрет на спуск электрода); f₃ - от крайних верхних конечников (запрет на подъем электродов).This signal is fed to the input of a phase-sensitive amplifier (also in block 7), which has an adjustable deadband from 1.5 to 6% I _nom . If the response threshold of this amplifier is set to 2% I _nom = ± 1.00 kA: since / 3.0)> / 1.0), then the amplifier is triggered and a signal to trigger the electrode F ₁ is generated at its output. However, this signal is fed to the input of block 9, if there is no inhibit signal f ₃ from the “phase loss” amplifier located in current block 7 at the blocking input of block 8, and since it is absent, the command F _{1 is} sent to the input of block 9. Output of this block is connected to block 10, the inhibitory inputs of which are connected to the outputs of blocks 27 and 28 of the extreme limit switches or directly to the extreme limit switches of their phase. Accordingly, f ₁ is a signal from the extreme lower ends (prohibition of the descent of the electrode); f ₃ - from the extreme upper ends (ban on the rise of electrodes).

Предположим, что второй электрод находится на нижнем конечном выключателе, тогда перемещение этого электрода не происходит, но сигнал от этого выключателя поступает в блок 28, а именно на входы элементов ИЛИ 41, 42 и на элемент И 46, но так как остальные электроды не находятся на нижнем выключателе, то из всех элементов И сигнал "1" появится только на одном входе элемента 46. Пусть в момент t₂ второй электрод еще "сидит" на нижнем конечном выключателе, а ток первого электрода стал 43 кА, т.е. I_1ф<I_1зад и ΔI=-3 кА.Suppose that the second electrode is on the lower end switch, then this electrode does not move, but the signal from this switch goes to block 28, namely, to the inputs of the OR 41, 42 elements and to the And 46 element, but since the other electrodes are not on the lower switch, then of all the AND elements, the signal "1" will appear on only one input of the element 46. Let at the moment t _{2 the} second electrode still "sits" on the lower limit switch, and the current of the first electrode becomes 43 kA, i.e. I _1ph <I _1set and _ΔI = -3 kA.

В этом случае на выходе усилителя первой фазы формируется сигнал F₁ на спуск электрода и так как он не находится на конечном выключателе, то сигнал поступает в блок 9 и далее на привод перемещения электродов (на фиг. 1 не показан). Электрод первой фазы перемещается вниз до момента отпускания усилителя. Пусть в момент времени t₃ оба электрода находятся на нижнем конечнике. В этом случае в блок 27 на входах логического элемента ИЛИ 41 появляется два сигнала, а на элементах 42 и 43 - по одному сигналу, т.е. на выходе всех элементов ИЛИ имеется сигнал "1". Кроме того, на элементе И 46 будут два сигнала "1", следовательно, на выходе этого элемента сформируется сигнал "1", который через выходной элемент ИЛИ 47 поступает на вход блока 30 и так как на запрещающем входе его сигнал f₈ отсутствует (два электрода сидят на нижнем конечнике, а третий находится в зоне перемещения), то через реле 31 в блок 26 переключения ступеней напряжения поступает команда на переключение ступеней, которая и сформируется на выходе указанного блока (F₇) на увеличение напряжения. Одновременно на блок 25 поступает сигнал f₇ на запрет возврата номера ступени из блока 19. После увеличения напряжения мощность увеличивается, а электроды перемещаются вверх и снимаются с конечных выключателей "НИЗ", т.е. возвращаются в режим отработки возмущения за счет перемещения электродов. В системе предусмотрена возможность автоматического или ручного перехода в режим поддержания заданной мощности, когда два электрода "сидят" на крайних или промежуточных конечниках. В этом случае, если даже V

V_ф, т.е. имеется разбаланс напряжений и сигнал на выходе фазочувствительного усилителя 23, команда на возврат ступени к заданной сформирована не будет до тех пор, пока электроды не будут находиться в нижней (верхней) промежуточной зоне перемещения электрода и мощность Р_а не станет равной Р_аз(заданной).In this case, at the output of the amplifier of the first phase, a signal F ₁ is generated to trigger the electrode and since it is not located on the limit switch, the signal goes to block 9 and then to the drive for moving the electrodes (not shown in Fig. 1). The electrode of the first phase moves down until the amplifier is released. Let at time t ₃ both electrodes are on the lower end. In this case, two signals appear in the block 27 at the inputs of the OR gate 41, and one signal at the

elements

42 and 43, i.e. at the output of all OR elements there is a signal "1". In addition, there will be two signals “1” on element And 46, therefore, at the output of this element, signal “1” will be generated, which through the output element OR 47 is fed to the input of block 30 and since its signal f _{8 is} absent at the inhibit input (two the electrode is sitting on the lower tip, and the third is in the movement zone), then through the relay 31 to the voltage step switching unit 26 a command for switching the steps is received, which is generated at the output of the indicated block (F ₇ ) to increase the voltage. At the same time, signal f ₇ is received at block 25 to prohibit the return of the step number from block 19. After increasing the voltage, the power increases, and the electrodes move up and are removed from the “NCD” limit switches, i.e. return to the mode of working out disturbances due to the movement of the electrodes. The system provides for the possibility of automatic or manual transition to the mode of maintaining a given power when two electrodes "sit" on the extreme or intermediate ends. In this case, even if V

V _f , i.e. there is an imbalance of voltages and a signal at the output of the phase-sensitive amplifier 23, the command to return the stage to the preset one will not be generated until the electrodes are in the lower (upper) intermediate zone of electrode movement and the power P _a becomes equal to P _az (set) .

Регулирование по мощности осуществляют так. Путь как и в предыдущем примере заданы Р_аз=16 МВТ, N_ст=11, I_э=46 кА.Power control is carried out as follows. The path as in the previous example is given _Raz = 16 MW, N _st = 11, I _e = 46 kA.

Однако следует учесть, что при Р_аз=const воздействие токового блока на перемещение электродов исключается, так как при Р_аз=Р_аф возможно I_эзад≠ I_эф, но усилитель "Потеря фазы" и блок 11 контроля максимально-допустимого тока электрода продолжают работать и в случае возникновения аварийных ситуаций выдают запрет на перемещение электрода вниз и на переключение ступени напряжения на уменьшение напряжения (F₅) на привод переключения ступеней, т.е. осуществляют функцию токовой защиты. Пусть в момент времени t₁ мощность увеличивается и становится 17,2 мВТ. Сигнал, пропорциональный этому значению, от датчика 6 через преобразователь 13 поступает в блок 14, где сравнивается с сигналом, пропорциональным Р_аз=16 МВТ, поступающим на второй вход блока 14 от задатчика (на фиг. 1 не показан). В результате на выходе блока 14 формируется сигнал ΔР=17,2-16=1,2 МВТ, который поступает на вход фазочувствительного усилителя 15. Зона нечувствительности этого усилителя настраивается и может быть в пределах 2-5% Р_ном. Пусть она составляет 3% Р_ном, тогда, так как разбаланс мощности превышает порог срабатывания усилителя 15 (ΔР=1,2 МВТ сигнал срабатыванияσ=0,7 МВТ) и на его выходе формируется сигнал F₄ на подъем всех трех электродов, который поступает на вход блока 9, если на запрещающем входе блока 17 нет сигнала f₅ о том, что электроды находятся в верхней зоне перемещения.Note, however, that when R _ds = const effect current block to move the electrodes is eliminated, since the P _ds = P _af possible I _{ezad ≠} I _eff, but the amplifier "Phase Loss" and control unit 11 the maximum permissible electrode current continue to operate and in case of emergencies, a ban is issued on moving the electrode down and on switching the voltage stage to reduce the voltage (F ₅ ) to the stage switching drive, i.e. carry out the function of current protection. Let the power increase at time t ₁ and become 17.2 mW. The signal proportional to this value from the sensor 6 through the converter 13 enters block 14, where it is compared with a signal proportional to P _az = 16 MW, supplied to the second input of block 14 from the master (not shown in Fig. 1). As a result, at the output of block 14, a signal ΔР = 17.2-16 = 1.2 MW is generated, which is fed to the input of the phase-sensitive amplifier 15. The deadband of this amplifier is adjustable and can be in the range of 2-5% P _nom . Let it be 3% _Pnom , then, since the power imbalance exceeds the threshold of the amplifier 15 (ΔP = 1.2 MW, the response signal σ = 0.7 MW) and the output signal F ₄ is generated to lift all three electrodes, which to the input of block 9, if there is no signal f ₅ at the prohibiting input of block 17 that the electrodes are in the upper displacement zone.

Это условие записывается как Н_j ^Qo<H_j>H_j ^Qн. В том случае, если для всех электродов соблюдается это условие, происходит перемещение всех трех электродов до тех пор, пока не отпустит усилитель 15. Если же какой-либо электрод находится в нижней (верхней) зоне, то отработка возмущения происходит за счет двух других электродов, а на запрещающем входе блока 17 будет сигнал запрета на перемещение этого электрода.This condition is written as H _j ^Qo <H _j > H _j ^Qн . In the event that this condition is met for all electrodes, all three electrodes are moved until amplifier 15 is released. If any electrode is in the lower (upper) zone, then the disturbance is processed by two other electrodes , and at the inhibitory input of block 17 there will be a signal prohibiting the movement of this electrode.

Если в процессе отработки два электрода "сядут"" на крайние конечные выключатели, происходит переключение ступеней аналогично описанному при регулировании по току и несмотря на то, что электроды с конечников снимаются и на выходе блока 22 имеется сигнал рассогласования фактического номера ступени от заданного, переключения ступеней не происходит, так как на запрещающих входах блоков 24, 25 имеются сигналы запрета f₆ или f₇ свидетельствующие о том, что два электрода находятся в нижней или верхней промежуточной зоне.If during the test two electrodes "sit" on the extreme limit switches, the steps are switched over similarly to those described for current control, and despite the fact that the electrodes are removed from the ends and at the output of block 22 there is a signal of a mismatch between the actual step number and the set does not occur, since there are prohibition signals f ₆ or f ₇ on the inhibitory inputs of blocks 24, 25 indicating that two electrodes are in the lower or upper intermediate zone.

Формирование этого сигнала происходит следующим образом. The formation of this signal is as follows.

Пусть в момент времени t₂ активная мощность Р_а составляет 16,6 МВТ, а электроды I и III находятся в верхней зоне перемещения электрода, т.е. конечные выключатели КВПВ1 и КВПВ3 находятся в отработанном состоянии. Сигнал от этих конечных выключателей поступает в блок 19, а именно на элемент ИЛИ 32, и на выход элементов И 33-35, причем на входе элементов 33, 34 будет по одному сигналу, а следовательно, на их выходе сигнал отсутствует. На входе элемента 35 будет два сигнала, а на его выходе - один, который поступает на один из входов элемента ИЛИ 36, что свидетельствует о том, что два электрода находятся в верхней зоне и поэтому выдается сигнал запрета на переключение ступеней напряжения в блок 25. На запрещающие входы блоков 24, 25 поступают сигналы f₃ от блока ПСН, которые означают, что переключатель ступеней напряжения находится в крайнем положении.Suppose that at time t _{2 the} active power P _a is 16.6 MW, and the electrodes I and III are in the upper zone of electrode movement, i.e. KVPV1 and KVPV3 limit switches are in a used state. The signal from these limit switches goes to block 19, namely to the OR element 32, and to the output of the And 33-35 elements, and at the input of the elements 33, 34 there will be one signal each, and therefore there is no signal at their output. At the input of the element 35 there will be two signals, and at its output, one that goes to one of the inputs of the OR 36 element, which indicates that the two electrodes are in the upper zone and therefore a ban signal is issued to switch the voltage steps to block 25. To the inhibitory inputs of blocks 24, 25, signals f ₃ are received from the PSN block, which means that the voltage stage switch is in the extreme position.

Сигналы на выходе элементов 33-35 И инвертируются инверторами (схеме НЕ) и поступают на входы элемента И 40. В том случае, если хотя бы на двух входах элемента 40 имеются одинаковые сигналы, то это означает, что по крайней мере два электрода находятся в зоне перемещения и тогда на выходе этого элемента формируется сигнал на разрешение переключения ступеней, если он еще есть. Он поступает на вход блока 26 и при наличии сигнала рассогласования возмущение отрабатывается, т.е. уменьшается напряжение (сигнал F₇).The signals at the output of elements 33-35 AND are inverted by inverters (NOT circuitry) and fed to the inputs of AND 40. In the event that at least two inputs of element 40 have the same signals, this means that at least two electrodes are in a movement zone, and then at the output of this element a signal is formed to allow the switching of steps, if it still exists. It arrives at the input of block 26 and, if there is a mismatch signal, the disturbance is processed, i.e. voltage decreases (signal F ₇ ).

Отработка происходит и в том случае, если регулируемый параметр (ток или мощность) находятся в пределах заданного значения, а был только запрет на переключение из-за отклонения номера ступени от заданного, т.е. происходит возврат номера ступени к заданной, а отработка возмущения происходит за счет перемещения электродов. Testing also occurs if the adjustable parameter (current or power) is within the set value, and there was only a ban on switching due to deviation of the stage number from the set, i.e. the step number returns to the set one, and the disturbance is worked out by moving the electrodes.

Аналогично происходит формирование на переключение ступеней напряжения в сторону увеличения напряжения, если мощность меньше заданной, а два электрода находятся на крайних конечниках. В этом случае также возврат номера ступени осуществляется только после того, когда не менее двух электродов будут находиться в зоне перемещения. Величина максимально допустимого значения тока электрода несколько ниже номинального тока трансформатора и, как правило, составляет 0,88-0,95 I_ном. Порог срабатывания БМТ II устанавливается на заданную величину. При превышении этого значения на каком-либо из электродов сигнал на увеличение напряжения поступает непосредственно на ПСН 3 через реле 12. Выдержка времени команды на переключение ступеней реле времени РВ1-РВ3 (блоки 12, 29, 31) зависит от характера возмущения и может составлять 3-20 с и более. При срабатывании реле РВ1 она составляет порядка 8 с, так как, если это случайное возмущение, то оно ликвидируется, а если нет, то все равно переключение ступеней происходит до момента срабатывания токовой защиты печного трансформатора.Similarly, the formation of voltage steps on switching in the direction of increasing voltage occurs if the power is less than the specified value, and two electrodes are located on the extreme ends. In this case, the step number is also returned only after at least two electrodes are in the movement zone. The value of the maximum allowable current of the electrode is slightly lower than the rated current of the transformer and, as a rule, is 0.88-0.95 I _nom . The threshold of the BMT II is set to a predetermined value. If this value is exceeded on any of the electrodes, the signal for increasing the voltage is supplied directly to the PSN 3 via relay 12. The time delay of the command to switch the stages of the time relay PB1-PB3 (blocks 12, 29, 31) depends on the nature of the disturbance and can be 3 -20 s or more. When relay PB1 is activated, it is about 8 s, because if this is a random disturbance, it is eliminated, and if not, then the steps are switched until the current protection of the furnace transformer is activated.

Преимуществами изобретения по сравнению с другими техническими решениями являются расширение функционирования системы за счет уменьшения возможных автоколебательных процессов, изменение алгоритма управления переключением ступеней напряжения по двум электродам независимо от регулируемого параметра (тока или мощности), повышение точности поддержания номера ступени напряжения за счет введения блока компенсации, исключающего влияние колебаний питающего напряжения и высокой стороны. The advantages of the invention compared to other technical solutions are the expansion of the system by reducing possible self-oscillating processes, changing the control algorithm for switching voltage steps across two electrodes, regardless of the adjustable parameter (current or power), improving the accuracy of maintaining the voltage step number by introducing a compensation unit, eliminating the influence of fluctuations in the supply voltage and high side.

Это позволяет улучшить технико-экономические показатели работы руднотермических печей, в частности сократить удельный расход электроэнергии на 1 т фосфора на 2-3%. This allows us to improve the technical and economic performance of ore-thermal furnaces, in particular, to reduce the specific energy consumption by 1 ton of phosphorus by 2-3%.

Claims

1. ELECTRICAL CONTROL SYSTEM FOR THREE-PHASE ORE-THERMAL FURNACE, containing for each phase of the furnace a current sensor, the output of which is connected to the input of the electrode current control unit, the first and second outputs of which are connected to the first and second inputs of the first inhibit block, the output of which is connected to the first input of the electrode movement unit, the second input of which is connected to the third output of the electrode current control unit, the output of the electrode movement unit is connected to the first input of the second inhibit unit, the second input of which the second is connected to the output of the lower extreme limit switch, and the third input is to the output of the upper extreme limit switch, and the output is to the input of the electrode movement drive, the first measuring transducer, the output of which is connected to the input of the comparison unit, the second input of which is connected to the output of the first task unit , the first output is with the first input of the phase-sensitive amplifier, and the second output is with the second input of the phase-sensitive amplifier, the control unit switches the voltage steps, the first and second outputs of which respectively, with the first and second inputs of the voltage transformer switch of the furnace transformer, an active power sensor, the output of which is connected through the second measuring transducer to the first input of the second comparison unit, the second input of which is connected to the output of the second reference unit, the first output - with the first input of the second phase-sensitive amplifier and the second output - with the second input of this amplifier, the outputs of which are connected respectively to the third and fourth inputs of the voltage stage switching unit, top and lower intermediate and extreme limit switches, characterized in that it further comprises five inhibit blocks, three time delay blocks, a maximum current control unit, two command generation blocks from the extreme limit switches, two command generation blocks from the intermediate limit switches and a compensation unit voltage, the first input of which is designed to connect to the output of the furnace transformer, the second input to the output of the voltage sensor, and the output is connected to the input of the first measuring transformer The fourth outputs of the electrode current control unit of each phase are connected respectively to the first, second and third inputs of the maximum current control unit, the output of which through the first time delay unit is connected to the third input of the voltage stage switch, the fourth and fifth outputs of which are connected respectively to the first inputs of the third and the fourth prohibition blocks, the second inputs of which are connected respectively to the first outputs of the first and second blocks of the formation of commands from intermediate final switch off lei, the second outputs of these blocks are connected respectively to the first inputs of the fifth and sixth blocks of prohibition, and the first, second and third outputs of the first and second blocks of the formation of teams of intermediate ends are connected respectively to the upper and lower intermediate ends of this and neighboring phases, the third inputs of the third and fourth prohibition blocks are connected respectively to the first and second outputs of the first phase-sensitive amplifier, and the outputs of these prohibition blocks are connected respectively to the third and fourth inputs the voltage step switching control unit, the second inputs of the fifth and sixth inhibit blocks are connected respectively to the first and second outputs of the second phase-sensitive amplifier, and the outputs of the fifth and sixth inhibit blocks are connected to the third and fourth inputs of the electrode moving block, the fifth input of the voltage step switching control unit is connected with the output of the second block of time delay, the input of which is connected to the first output of the first block of the formation of commands from the extreme limit switches , the second input of which is connected to the first input of the seventh block of prohibition, the first input - with the output of the upper end limit switch of this phase, and the second and third inputs - respectively, with the outputs of the upper limit switches of two other phases, the sixth input of the control unit for switching voltage steps is connected to the output the third block of time delay, the input of which is connected to the output of the seventh block of prohibition, the second input of which is connected to the output of the second block of the formation of commands from the extreme limit switches, the first input which is connected to the output of the lower extreme limit switch of this phase, and the second and third inputs are respectively with the outputs of the lower extreme switches of the other two phases.

2. The system according to claim 1, characterized in that the voltage compensation unit contains an intermediate transformer, the two terminals of the primary winding of which are the first input of the unit, a subtraction element, the first input of which is connected to the terminal of the secondary winding of the intermediate transformer, the second input of the subtraction element is the second input block, and the output of the subtraction element is the output of the block.