103电弧炉控制系统方案.doc

五矿（湖南）铁合金有限责任企业103#硅锰合 金冶炼炉优化控制系统 方 案 设 计 说 明 书 中南大学信息科学与工程学院二○一○年三月 一、开发背景 五矿（湖南）铁合金企业有限企业103#10000KVA矿热炉主要用于熔炼 硅锰合金和碳锰合金，整个生产系统由炉体、供电变压器及保护系统、配加料系统、电极卷扬起落控制系统、电极压放子系统和炉体水冷系统等构成。目前，配加料子系统采纳了计算机自动控制；电极压放子系统依赖人工凭经验综合考虑炉况、二次电压、一次电流、熔炼时间等要素，输入控制信号给PLC，由PLC来达成电极的定长压放；电极起落是依赖人工凭经验综合考虑二次电压、一次电流及炉盖温度等要素进行调理；供电变压器二次侧电压等级靠人工依据炉况和电压、电流、功率等要素凭经验进行调整。这类靠人工凭经验来控制冶炼过程的方法难以保证矿热炉稳固连续地工作在最正确工作范围内，调理过程相对滞后、工人操作强度大、工作效率低，简单出现电极烧结不好、耗电量大、炉况不稳固等问题，难以保证产品的产量和质量。 二、设计要求 针对五矿（湖南）铁合金企业有限企业103#矿热炉熔炼过程控制自动水平低下带来的各样问题，经过现场调研和与工艺技术人员交流交流，结 合生产的实质需要，搭建103#矿热炉优化控制系统，以达到以下目标： 1．经过成立电极地点模型，在线检测电极的起落量和压放量，实现电 极自动起落和自动压放；并经过采纳合理的算法，计算电极长度及其地点， 控制电极处于最优地点地区内，使三相有功功率均衡度在原有基础上提升 2-3%，提升功率因数。 2．经过成立及时数据库，及时收集熔炼过程数据，实现整个矿热炉控 制系统的运转监督、事故报警与记录、统计剖析和报表打印、平时生产管 理以及安全管理等功能，并实现变压器的继电保护。 3．经过对矿热炉供电网电能质量在线检测与监督，及时监测电极起落 压放等操作和供电电流电压、功率因数的对应状态，剖析三相不均衡、无 功消耗及其对用电设施的影响，剖析谐波消耗及其波形畸变用电设施的影 响，使电能质量各项指标的监测精度达到2%以上。 4．在保证产质量量的前提下，依据用电制度和造渣制度，综合考虑原 料成分和品位、产品成分、矿热炉设施参数、熔炼过程状态参数等因数的 影响，成立生产过程优化控制模型，优化供电电压等级及电极插入深度， 提升稳固运转率5%以上。 三、设计方案 系统整体构造 五矿（湖南）铁合金企业有限企业103#矿热炉优化控制系统由电极地点 自动控制子系统、生产过程参数集中监督子系统、生产设施故障监测与 预警子系统、生产过程优化控制子系统、电能质量在线检测与综合剖析 子系统五部分构成，系统的整体构造如图1所示。 图1103#矿热炉优化控制系统整体构造 系统功能介绍 电极地点自动控制包含电极地点检测和电极地点控制两大多数。电极 地点检测的目的是成立电极地点模型，经过在线检测电极的起落量和压放 量，计算电极长度及其地点。电极地点检测和长度的计算采纳间接丈量法 求得，电极地点模型为 电极长度模型为： 式中， L0为电极的初始地点； Lsj为实测电极起落量； Ly为电极的压放量； Lxh为电极的正常消耗量； Lyx为电极异样消耗量； Lcd为电极的长度； Lcs为电极的初始长度。 L0Lsj由绝对式光电编码器检测获取； Ly由次数*固定压放量统计获取； Lxh由炉料耗费量、生产过程状态参数、产量等推测可获取一个较正确 的耗费速率（此速率能够依据路况不一样改正），积累超出30mm提示压放。 Lyx可由手动输入预计的异样耗费量，超出30mm提示压放。 电极地点控制的主要包含电极起落控制和电极的压放控制。电极起落 控制的目标是保持电极插入地点最正确，实现三相熔池有功功率均衡、有功 功率大、功率因数高、线路电流小，保持较好的炉况。电极压放控制的目 标是经过压放电极来增补电极的耗费量，以保持电极工作端的长度最正确。 1．电极起落控制 矿热炉冶炼过程中，由于工况复杂，扰乱许多，三相电极的最优地点 会及时改变。为使电极稳固工作于最优地点地区内，可经过起落电极来实 现三相熔池有功功率均衡、有功功率大、功率因数高、线路电流小，并维 持最正确的炉况。电极起落控制分为手动控制和自动控制两种方式，自动升 降控制系统构造如图2所示。 电电电电 电电电电电电电电电电 电电电电 电电电电电 电电电 电电电电电 电电电电电电电 i 电电电 电电电电 电电电电 电电电电电电 PLC电电电 电电电 电电 电电 电电电电电 电电电电电电 电电电电电电 图2电极自动起落系统系统构造图 但由于矿热炉冶炼过程复杂，在冶炼过程中可能会出现一些特别状况。 为了能应付矿热炉冶炼过程中可能出现的各样状况，设置不一样的电极调理 方法： 炉况正常时，采纳最优地点控制 此时控制信号由电极目前所处地点、