3電弧爐控制系統(tǒng)方案

1、五礦 < 湖南）鐵合金有限責任公司 103#硅錳合金冶煉爐優(yōu)化控制系統(tǒng)方案設計說明書中南大學信息科學與工程學院二O一O年三月開發(fā)背景五礦湖南）鐵合金集團有限公司 103#10000KVA 礦熱爐主要用于熔煉 硅錳合金和碳錳合金，整個生產(chǎn)系統(tǒng)由爐體、供電變壓器及保護系統(tǒng)、配 加料系統(tǒng)、電極卷揚升降控制系統(tǒng)、電極壓放子系統(tǒng)和爐體水冷系統(tǒng)等組 成。目前，配加料子系統(tǒng)采用了計算機自動控制；電極壓放子系統(tǒng)依靠人 工憑經(jīng)驗綜合考慮爐況、二次電壓、一次電流、熔煉時間等因素，輸入控 制信號給PLC，由PLC來完成電極的定長壓放；電極升降是依靠人工憑經(jīng) 驗綜合考慮二次電壓、一次電流及爐蓋溫度等因素進行調(diào)節(jié)

2、；供電變壓器 二次側電壓等級靠人工根據(jù)爐況和電壓、電流、功率等因素憑經(jīng)驗進行調(diào) 整。這種靠人工憑經(jīng)驗來控制冶煉過程的方法難以保證礦熱爐穩(wěn)定持續(xù)地 工作在最佳工作范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)過程相對滯后、工人操作強度大、工作效率 低，容易出現(xiàn)電極燒結不好、耗電量大、爐況不穩(wěn)定等問題，難以保證產(chǎn) 品的產(chǎn)量和質量。二、設計要求針對五礦 湖南）鐵合金集團有限公司 103#礦熱爐熔煉過程控制自動 水平低下帶來的各種問題，通過現(xiàn)場調(diào)研和與工藝技術人員交流溝通，結 合生產(chǎn)的實際需要，搭建 103#礦熱爐優(yōu)化控制系統(tǒng)，以達到如下目標：1通過建立電極位置模型，在線檢測電極的升降量和壓放量，實現(xiàn) 電極自動升降和自動壓放；并通過采

3、用合理的算法，計算電極長度及其位 置，控制電極處于最優(yōu)位置區(qū)域內(nèi)，使三相有功功率平衡度在原有基礎上 提高 2-3%，提高功率因數(shù)。2通過建立實時數(shù)據(jù)庫，實時采集熔煉過程數(shù)據(jù)，實現(xiàn)整個礦熱爐 控制系統(tǒng)的運行監(jiān)視、事故報警與記錄、統(tǒng)計分析和報表打印、日常生產(chǎn)管理以及安全管理等功能，并實現(xiàn)變壓器的繼電保護3通過對礦熱爐供電網(wǎng)電能質量在線檢測與監(jiān)視，實時監(jiān)測電極升降壓放等操作和供電電流電壓、功率因數(shù)的對應狀態(tài)，分析三相不平衡、 無功損耗及其對用電設備的影響，分析諧波損耗及其波形畸變用電設備的 影響，使電能質量各項指標的監(jiān)測精度達到 2%以上。4在保證產(chǎn)品質量的前提下，根據(jù)用電制度和造渣制度，綜合考慮

4、原料成分和品位、產(chǎn)品成分、礦熱爐設備參數(shù)、熔煉過程狀態(tài)參數(shù)等因數(shù) 的影響，建立生產(chǎn)過程優(yōu)化控制模型，優(yōu)化供電電壓等級及電極插入深 度，提高穩(wěn)定運行率 5%以上。三、設計方案3.1 系統(tǒng)總體結構五礦 湖南）鐵合金集團有限公司 103#礦熱爐優(yōu)化控制系統(tǒng)由電極位 置自動控制子系統(tǒng)、生產(chǎn)過程參數(shù)集中監(jiān)視子系統(tǒng)、生產(chǎn)設備故障監(jiān)測與 預警子系統(tǒng)、生產(chǎn)過程優(yōu)化控制子系統(tǒng)、電能質量在線檢測與綜合分析子 系統(tǒng)五部分組成，系統(tǒng)的整體結構如圖 1 所示。3 / 29圖1 103#礦熱爐優(yōu)化控制系統(tǒng)總體結構3.2系統(tǒng)功能介紹3.2.1電極位置自動控制子系統(tǒng)電極位置自動控制包括電極位置檢測和電極位置控制兩大部分。電極

5、 位置檢測的目的是建立電極位置模型，通過在線檢測電極的升降量和壓放 量，計算電極長度及其位置。電極位置檢測和長度的計算采用間接測量法 求得，電極位置模型為電極長度模型為:式中,為電極的初始位置;I為實測電極升降量;為電極的壓放量;為電極的正常損耗量；.F為電極異常損耗量；_1為電極的長度；F為電極的初始長度。.三由絕對式光電編碼器檢測得到；可由次數(shù)*固定壓放量統(tǒng)計得到；由爐料消耗量、生產(chǎn)過程狀態(tài)參數(shù)、產(chǎn)量等推斷可得到一個較準確的消耗速率 此速率可以根據(jù)路況不同更改），累積超過30mm提示壓放。I可由手動輸入估計的異常消耗量，超過 30mm提示壓放。電極位置控制的主要包括電極升降控制和電極的壓放

6、控制。電極升降 控制的目標是保持電極插入位置最佳，實現(xiàn)三相熔池有功功率平衡、有功 功率大、功率因數(shù)高、線路電流小，保持較好的爐況。電極壓放控制的目 標是通過壓放電極來補充電極的消耗量，以保持電極工作端的長度最佳。1. 電極升降控制礦熱爐冶煉過程中，由于工況復雜，干擾較多，三相電極的最優(yōu)位置會實時改變。為使電極穩(wěn)定工作于最優(yōu)位置區(qū)域內(nèi)，可通過升降電極來實 現(xiàn)三相熔池有功功率平衡、有功功率大、功率因數(shù)高、線路電流小，并維 持最佳的爐況。電極升降控制分為手動控制和自動控制兩種方式，自動升 降控制系統(tǒng)結構如圖2所示。圖2電極自動升降系統(tǒng)系統(tǒng)結構圖但由于礦熱爐冶煉過程復雜，在冶煉過程中可能會出現(xiàn)一些特殊

7、情況。為了能應對礦熱爐冶煉過程中可能出現(xiàn)的各種情況，設置不同的電極調(diào)節(jié)方法：爐況正常時，采用最優(yōu)位置控制此時控制信號由電極目前所處位置、最優(yōu)插入深度和控制算法求得。最優(yōu)電極位置可由人工憑經(jīng)驗來設定，也可通過對大量歷史數(shù)據(jù)< 如電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)、爐氣成分、爐膛溫度等）分析，綜合專家經(jīng)驗知識，經(jīng)建模和優(yōu)化計算得到。電極最優(yōu)位置穩(wěn)定控制結構如圖3所示，電極的消耗量、壓 放量和升降量工況參數(shù)：原料組分、配比、產(chǎn)量、能耗、電壓、電流、功率因數(shù)圖3電極最優(yōu)位置穩(wěn)定控制結構圖其中為電極設定的最優(yōu)升降量，I為電極實際升降量?？刂破鞲鶕?jù)實際升降量與電極設定最優(yōu)升降量差值的大小來給定頻率和升降

8、時間， 當差值較大時采用較高速度升降電極；當差值較小或爐況不穩(wěn)定時，采用 較低速度升降電極。當電流下降或上升幅度過大時，采用恒電流控制此時控制信號由一次側電流決定，以便使電路中的電流快速地恢復到正常工作范圍之內(nèi)。不可抬升電極的情況處理出鐵時，為防止出現(xiàn)塌料，出鐵口附近的電極不能上抬；電極出現(xiàn)異 常時，如中間凹陷，則一般不能抬升。故障情況下電極的處理當?shù)V熱爐自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)給出相關狀態(tài)信息并報警， 提示操作人員切換到手動控制，以保證礦熱爐的正常生產(chǎn)。2. 電極壓放控制由于硅錳合金冶煉是連續(xù)進行的，隨著冶煉過程的進行，電極會不斷 消耗，電極的工作端逐漸變短，其插入位置不斷上移。為確保礦

9、熱熔煉爐 處于最佳的熔煉狀態(tài)，電極的插入位置必須要在適宜的范圍內(nèi)，因此，需要對電極的消耗不斷進行補充。電極壓放控制系統(tǒng)的主要功能是通過壓放 電極來補充電極的消耗量，從而調(diào)整電極的插入位置。電極壓放控制系統(tǒng) 原理如圖4所示。圖4電極壓放控制系統(tǒng)原理圖為確保放系統(tǒng)能可靠工作，根據(jù)生產(chǎn)的需要，設置了三種不同的壓放方式：自動壓放、手動壓放和現(xiàn)場壓放，具體的控制方式描述如下。<1）自動壓放自動壓放在電爐操作室內(nèi)完成，這也是系統(tǒng)的主要運行方式。相關檢測與控制信號與PLC相連，由與PLC相連的上位機據(jù)諧波檢測儀的分析 結果及爐況最優(yōu)化控制算法輸出控制信號，經(jīng) PLC根據(jù)相應狀態(tài)檢測信號 自動控制相應電

10、磁閥的起停，從而完成電極壓放各環(huán)節(jié)之間的協(xié)調(diào)動作，實現(xiàn)電極自動定長壓放。決定電極是否壓放的 因素包括二次側電壓、一次電流、有功功率、功率因素、及爐況、爐蓋溫度等。如二次側電壓過高、二次電流過小或爐蓋溫度過高時則需要進行壓放。系統(tǒng)三相功率不均衡或功率因素過低時，綜合考慮電極升降來作適當?shù)膲悍挪僮?。自動壓放控制的思想如圖5所示。圖5自動壓放系統(tǒng)結構電極自動壓放的具體工作流程為：工業(yè)控制計算機獲取諧波檢測儀分析所得的電爐一次側電流、電壓、有功功率、功率因素等信號及PLC采集得到的爐況、爐蓋溫度、液壓系統(tǒng)狀態(tài)等信號，結合當前各項電極位置， 據(jù)最優(yōu)化控制算法，判斷各相電極是否需要壓放并輸出相應電極位置控

11、制 信號一一PLC獲取控制信號，開始壓放相應電極 一一輸出“上閘松”信 號一一對上閘液壓壓力繼電器進行采樣，直至其反饋狀態(tài)為“松”，輸 出“立缸升”信號一一對“立缸上限”行程開關進行采樣，直至其被觸 發(fā)，輸出“上閘緊”信號 一一對上閘液壓壓力繼電器進行采樣，直至其反 饋狀態(tài)為“緊”，輸出“下閘松”信號一一對下閘液壓壓力繼電器進行采 樣，直至其反饋狀態(tài)為“松”，輸出“銅瓦松 ”信號一一對銅瓦液壓壓力 傳感器進行采樣，直至其壓力下降至 2.5Mpa待確定），輸出“立缸降”信 號對“壓放量”通道進行采樣，直至壓放量達到規(guī)定值，輸出“下閘緊”信號 一一對下閘液壓壓力繼電器進行采樣，直至其反饋狀態(tài)為“緊

12、”，輸出“銅瓦緊”信號一一對銅瓦液壓壓力傳感器進行采樣，直至其壓力上升至4Mpa。至此，一次壓放過程結束。期間，若在設定時間內(nèi) 任一路壓力繼電器或行程開關未能達到期望狀態(tài)，則停止壓放過程并輸出相應報警信號<<2）手動壓放手動壓放在電爐操作室內(nèi)完成。當上位機出現(xiàn)故障或系統(tǒng)中元器件出現(xiàn)故障，不能進行自動壓放時，為確保礦熱爐生產(chǎn)系統(tǒng)的正常工作，需要人工控制PLC進行電極壓放。在該方式下，由操作人員通過操作面板上的相應切換開關及按鈕，將控制信號輸入 PLC，再由PLC完成電極的壓放手動壓放的思想如圖6所示 放” 按下“試燈”按鈕，若所有狀態(tài)指示燈均正常亮起，繼續(xù)操作電電電電圖6電極壓放控制

13、系統(tǒng)手動壓放系統(tǒng)結構圖其具體操作流程為：各切換開關至0運行方式選擇“手動壓 選相 左45°: A相。右45° B相； 右90°: C相）一一 上閘松 右 45°，等待“上閘松”信號燈亮） 立缸升 右 45°，等待“立缸上 限”信號燈亮） 上閘緊 0° ，等待“上閘緊”信號燈亮） 下 閘”松 右 45°，等待“下閘松”信號燈亮） 銅瓦松右 45°，等待“銅瓦松”信號燈亮） 立缸降 左 45°，等待“立缸下限”信號燈 亮）一一下閘緊0 °,等待“下閘緊”信號燈亮）一一 銅瓦緊0°,等 待“

14、銅瓦緊”信號燈亮） 立缸手柄回0° 選相開關回0°。至 此,一次壓放操作完成。若操作過程中,某信號燈在較長時間內(nèi)沒達到期 望狀態(tài),則應立即停止壓放操作并檢查系統(tǒng),查找故障。注:做完每次壓 放后,所有切換開關需要還原至 0°,每次壓放之前亦須確保各切換開關 均處在 0°位置。3）現(xiàn)場壓放現(xiàn)場壓放在液壓站內(nèi)進行。用于當 PLC 壓放系統(tǒng)出現(xiàn)故障無法工作 或特殊情況下需要觀察電極情況進行操作時使用。由于操作過程中可以直 接看到電極的升降及上下抱閘和立缸的工作情況,建議使用現(xiàn)場壓放完成 倒拔電極過程。在該方式下,由有經(jīng)驗的操作人員直接觀察液壓站內(nèi)的油 壓表讀數(shù)及

15、電極情況,控制與電磁閥直接相連的切換開關,完成電極壓放 的相應操作。該過程不需要 PLC 或工業(yè)控制計算機的參與。根據(jù)實際需 要,現(xiàn)場壓放分壓放和倒拔兩個過程,具體操作方法如下: 壓放過程:運行方式選擇“現(xiàn)場壓放” 選相 上閘松 右 45°，上閘進油壓力指示上升至 4MPa） 立缸升 右45°，觀察立缸 上升距離至所要求值，要求不能達到最高位） 立缸手柄回“ 0”位 垂 直位置) 上閘緊<0°，上閘進油壓力指示降至 0MPa) 下閘松 < 右 45°，下閘進油壓力指示上升至 4MPa) 銅瓦松 <銅瓦進油壓力指 示降至 2.5MPa)

16、立缸降 <左 45°，觀察立缸下降距離至所要求值， 要求至最低位) 立缸手柄回“ 0”位 下閘緊 <0°，下閘進油壓力 指示降至OMPa)銅瓦緊v銅瓦進油壓力指示上升至 4.5MPa)，壓放 完成。倒拔過程：運行方式選擇“現(xiàn)場壓放” 選相 下閘松v右45 °，下閘進油壓力指示上升至 4MPa) 銅瓦松v銅瓦進油壓力指示 降至2.5MPa) 立缸升v右45°,觀察立缸上升距離至所要求值，要 求不能達到最高位)一一立缸手柄回“ 0”位v垂直位置)一一 下閘緊<0 °，下閘進油壓力指示降至 OMPa)銅瓦緊v銅瓦進油壓力指示上 升至

17、4.5MPa)上閘松v右45°，上閘進油壓力指示上升至 4MPa) 立缸降v左45°，觀察立缸下降距離至所要求值，要求至最低位)一一 立缸手柄回“ 0”位一一上閘緊v0°，上閘進油壓力指示降至 OMPa)。倒拔完成3.2.2 生產(chǎn)過程參數(shù)集中監(jiān)視和生產(chǎn)設備故障監(jiān)測與預警子系統(tǒng) 生產(chǎn)過程參數(shù)集中監(jiān)視與生產(chǎn)設備故障監(jiān)測與預警系統(tǒng)的主要功能是 將生產(chǎn)過程的工藝流程和生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)實時進行顯示，并以圖形、表格、 曲線、動畫等多種形式反映生產(chǎn)過程當前的工作狀態(tài)，為工藝人員和操作 人員提供技術指導。設備出現(xiàn)故障時，能及時告知故障源，為維修維護技 術人員提供依據(jù)，系統(tǒng)結構如圖 7

18、所示。12 / 29圖7生產(chǎn)過程參數(shù)集中監(jiān)視和生產(chǎn)設備故障監(jiān)測與預警子系統(tǒng)結構圖323電能質量在線監(jiān)測與分析子系統(tǒng)323電能質量在線監(jiān)測與分析子系統(tǒng)電能質量在線檢測與分析用于實時準確地檢測出礦熱爐各分相電壓有 效值3、分相電流有效值3、分相有功功率3、分相無功功率3、分相視在功 率3、分相功率因數(shù)3、總有功功率1、總無功功率1、總視在功率1、電壓 相序檢測3、電流相序檢測3、分相電壓諧波25*3、分相電流諧波25*3、總 有功電能1、總無功電能1等參數(shù)，監(jiān)測125次諧波電壓和電流含有率 25*3*2，統(tǒng)計諧波電壓畸變率3、諧波電流畸變率3, 二次側三相電壓、< 三相電壓平衡度、三相電流平

19、衡度、三相有功功率平衡等圖示方法）了解 系統(tǒng)中諧波分量的大小、三相有功功率、無功功率、視在功率的平衡情況 及功率因數(shù)的變化范圍和趨勢，為調(diào)節(jié)電極最優(yōu)插入深度、選擇最優(yōu)供電 電壓等級和提高礦熱爐功率因素提供依據(jù)。< 合計331個變量）3.3詳細設計3.3.1升降系統(tǒng)設計1. 原理圖電極升降系統(tǒng)原理圖見附錄113 / 292. I/O點配置名稱信號范圍DIDOAIAO備注24VDC標準24VDC繼電器220VAC4-20mA0-20mA輸入 < 控制）：手動/自動方式24VDC1電極升降距離profibus 通信輸入 < 狀態(tài)檢測）：上限位開關24VDC3下限位開關24VDC3變

20、頻器故障報警信號24VDC3輸出 < 控制）：變頻器正轉啟動24VDC3變頻器反轉啟動24VDC3變頻器停止24VDC3變頻電路接通220VAC3變頻器調(diào)速020mA3輸出 < 狀態(tài)顯示）：變頻器故障24VDC3電極升24VDC3電極降24VDC3電極上限位24VDC3電極下限位24VDC3總計1024333. 元器件清單現(xiàn)場設備序號名稱用途型號數(shù)量備注1光電編碼器統(tǒng)計升降量倍加福 PVM58I-011AGROBN-12133連軸器PSM58I-011-9401安裝支架PSM58I-011-9203連接插頭配套 < 贈送）電纜配套 < 贈送）2重錘式限位開關升降限位LX

21、22-316已有電器柜序號名稱用途型號數(shù)量備注1變頻器變頻調(diào)速西門子 MM6SE6440-2UD31-1CA132BOP基本操作板設置變頻器參數(shù)西門子 6SE6400-0AP00-0AA013交流接觸器變頻電路施耐德CJX2-D2512已有6個4熔斷器變頻器保護西門子 3NA-3014,35A95制動電阻變頻器保護西門子 6SE6400-4BD16-5CA036空氣斷路器QF主電路保護施耐德 NSC100B30603已有7空氣斷路器QF1控制電路保護施耐德 OSMC32N1C63已有8熔斷器控制電路保護西門子3NA38023已有操作臺序號名稱用途型號數(shù)量備注1轉換開關自動/手動施耐德 K2D-

22、002UCH12信號燈變頻器故障施耐德XB2BVB4C324V3信號燈電極升施耐德XB2BVB3PC324V< 已有 220V)4信號燈電極降施耐德XB2BVB3PC324V< 已有 220V )5信號燈電極上限位施耐德XB2BVB4C324V< 已有 220V)6信號燈電極下限位施耐德XB2BVB4C324V< 已有 220V )7轉換開關手動控制電極升降施耐德 K2D-002UCH3已有卷揚平臺上的控制相 已有）1熔斷器電機RL2-25,5A62中間繼電器電機JZC-44,380V33空氣斷路器電機DZ47-63/A,leq=10A34空氣斷路器電機DZ20-100

23、/3300,leq=100A3332壓放系統(tǒng)設計1.原理圖壓放控制系統(tǒng)原理圖見附錄22.I/0點配置名稱信號范圍DIDOAIAO備注24VDC標準24VDC繼電器220VAC4-20mA0-20mA輸入 控制）：壓放選相24VDC3上閘24VDC1下閘24VDC1銅瓦松24VDC1立缸升24VDC1立缸降24VDC1試燈24VDC1自動壓放24VDC1輸入 犬態(tài)檢測）：上抱閘24VDC6每個壓力控 制器接兩個DI下抱閘24VDC6每個壓力控 制器接兩個DI銅瓦24VDC6每個壓力控 制器接兩個DI立缸位置24VDC6上下限位立缸位置4-20mA3來自 DJY-213壓放量監(jiān)測 儀表輸出 控制）

24、：上抱閘220VAC繼電器3下抱閘220VAC繼電器P3立缸升220VAC繼電器3立缸降220VAC繼電器3銅瓦220VAC繼電器P3輸出 犬態(tài)顯示）：上閘松緊24VDC固態(tài)繼電器2下閘松緊24VDC固態(tài)繼電器2:同瓦松緊24VDC固態(tài)繼電器2立缸上 下限位24VDC固態(tài)繼電器2手動運 行24VDC固態(tài)繼電器1自動運行24VDC固態(tài)繼電器1現(xiàn)場操 作24VDC固態(tài)繼電器1總計34111533.元器件選型清單電器柜序號名稱用途型號數(shù)量備注1信號燈 紅）運行方式XB2BVB4C32空氣斷路器DZ47-63/1,leq=10A13 :熔斷器電磁閥RT28-20,1A:154熔斷器D0RT28-20,

25、2A55組5熔斷器DIRT28-20,1A44組6熔斷器電源端子RT28-20,5A17變送器檢測壓放量維博 WBV344U0130 5V to 4 20mA 電源：24V操作臺序號名稱用途型號數(shù)量備注1按鈕 綠）試燈XB2EA13112信號燈 綠）XB2BVB3PC43 :信號燈 紅）XB2BVB4C 44切換開關立缸K2D-002UCH1零位在中間5切換開關上閘、下閘、銅瓦K2A-001ACH345°開關6切換開關運行方式K2F-013NCH13檔、兩極、不帶零 位7切換開關壓放選向K2C-003QCH13檔、單極、帶零位333生產(chǎn)過程參數(shù)集中監(jiān)視和生產(chǎn)設備故障監(jiān)測與預警子系統(tǒng)1

26、生產(chǎn)過程參數(shù)集中監(jiān)視生產(chǎn)過程參數(shù)主要在上位機通過工業(yè)以太網(wǎng) < 或MPI ）與PLC主機連 接，PLC將現(xiàn)場采集的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)如電壓、電流、功率因素、爐膛溫 度、爐內(nèi)壓力等實時數(shù)據(jù)傳遞給上位機。同時，整個系統(tǒng)的操作和工藝參 數(shù)設定均可在計算機上完成，如在上位計算機上可以設定電極的插入深 度、電極的升降速度，輸入檢測化驗的質量指標等參數(shù)。上位機采用WINCC作為組態(tài)軟件，實現(xiàn)過程監(jiān)控、數(shù)據(jù)存檔、流程顯 示及人機交互等功能。PLC編程軟件采用STEP7V5.3,用于PLC系統(tǒng)組 態(tài)、程序設計與調(diào)試及軟件與數(shù)據(jù)的下載與上傳。工控機外接打印機以打 印報表，保證工控機的正常工作和數(shù)據(jù)的完整記錄。圖

27、8生產(chǎn)過程參數(shù)集中監(jiān)視2. 生產(chǎn)設備故障監(jiān)測與預警礦熱爐生產(chǎn)系統(tǒng)各設備在長時間運行過程中，會出現(xiàn)多種故障隱患，如爐蓋溫度過高，液壓系統(tǒng)管路油壓過低、油量不足，爐體冷卻系統(tǒng)系統(tǒng)管路堵塞、流量不足、水壓過低電爐變壓器過熱等，及時準確地發(fā)現(xiàn)故障隱患，為系統(tǒng)維護、維修提供方便。3. 爐體狀態(tài)監(jiān)測與預警24VDC爐體狀態(tài)檢測的參數(shù)包括爐蓋溫度、爐膛壓力、冷卻水水壓等，當爐 蓋溫度超過上限值或三相熔池溫度嚴重不等時發(fā)出報警信號；當爐內(nèi)壓力 過高或出現(xiàn)負壓時，調(diào)整排氣閥開度，確保爐內(nèi)維持微正壓狀態(tài)，當排氣 閥出現(xiàn)故障開度不能調(diào)節(jié)時，發(fā)出報警信號；當爐蓋冷卻水水壓過低時， 發(fā)出報警信號，系統(tǒng)原理及PLC連線如

28、圖9所示。220VACA電電電電電B電電電電電C電電電電電電電電電電電電電由由由由由nz；n_j電電電電電電電電電電電電電電電電電電電電DODODODOPDODODOLDIDIDOCDIDIDOAIDOAIAIDOAIDOAIAIDOAI電電電電電電/電電電電電電電電電電電電電電eeGeQQQ電電電電電電電電由由由由由由由由 nz；由由由由由由由nz；n_jA由由由由由由 f nz；n_jB電電電電電電C ttr tbr tfa- tbr tbr tbrC電電電電電電由由由由由由由 nz；n_j由由由由由由由nzj n_i nz； n_i nzj圖9爐體狀態(tài)監(jiān)測及煙道蝶閥控制PLC連線圖(1)

29、原理圖爐體狀態(tài)監(jiān)測及煙道蝶閥控制原理圖見附錄 3(2) I/O點配置名稱信號范圍DIDOAIAO備注24VDC220V24VDC220V繼電器輸入 控制)：手動1切換開關自動1切換開關輸入 犬態(tài)檢測)：閥門全開24VDC1行程開關觸點 輸入閥門關閉24VDC1行程開關觸點 輸入閥門半開24VDC1行程開關觸點 輸入溫度檢測3熱電偶輸入冷卻水水壓1水壓傳感器輸 入爐膛壓力1爐膛壓力傳感 器輸入碟閥位置1碟閥位置傳感 器輸出 控制）：閥門打開220VAC1繼電器輸出閥門關閉220VAC1繼電器輸出輸出 犬態(tài)顯示）：閥門全開24VDC1指示燈閥門關閉24VDC :1指示燈閥門半開24VDC1指示燈溫

30、度報警24VDC :3指示燈冷卻水水壓報警24VDC1指示燈爐膛壓力報警24VDC1指示燈手動顯示24VDC1指示燈自動顯示24VDC1指示燈總計411026（3）元器件清單現(xiàn)場序 號名稱用途型號數(shù)量備注1熱電偶爐膛溫度3已有2冷卻水水壓傳感器KD1151DP 3 E 5213爐膛壓力傳感器待定1已有4限位開關煙道蝶閥特殊位置JLXK1-1113已有5蝶閥開度蝶閥開度檢測1已有操作臺序 號名稱用途型號數(shù)量備注1切換開關自動/手動施耐德 K2D-002UCH112按鈕閥門打開/關閉LA222已有3信號燈 紅）溫度報警XB2BVB4C34信號燈 紅）水壓報警XB2BVB4C15信號燈 紅）手動XB

31、2BVB4C16信號燈 綠）自動XB2BVB3PC17信號燈 紅）蝶閥位置顯示XB2BVB4C38信號燈 紅）爐膛壓力報警XB2BVB4C19蝶閥角度顯示儀顯示蝶閥開度1已有電氣柜1信號燈 <紅）閥門狀態(tài)XB2BVB4C紅3關閉 全開 半開2空氣開關控制電路空氣開 關DZ47-63/2,leq=10A。13空氣開關主電路空氣開關DZ20-100/3300,leq=50A。NSC60E305014交流接觸器正反轉控制CJ20-20 ; 220V24. 變壓器狀態(tài)監(jiān)測與預警為保證電爐變壓器安全運行，需要對變壓器保護信號進行監(jiān)視，并在 上位機顯示保護預告信號，出現(xiàn)故障時發(fā)出報警信號。變壓器監(jiān)視

32、的狀態(tài) 包括變壓器配電柜的開合閘、變壓器油位高、油溫高、重瓦斯、輕瓦斯、 變壓器油泵停止、變壓器油壓低等，當變壓器出現(xiàn)異常情況時及時報警。103#爐變壓器已經(jīng)配有變壓器繼電器綜合保護裝置，且綜合保護裝置后臺 帶有RS485通訊接口，因此上位機通過RS485總線通信方式與綜合保護裝 置通訊獲取變壓器狀態(tài)參數(shù)。變壓器狀態(tài)監(jiān)測與預警系統(tǒng)原理如圖10所示。變壓器綜合保 護裝置圖10變壓器狀態(tài)監(jiān)測與預警5. 電爐變壓器冷卻器狀態(tài)監(jiān)視該功能模塊主要對變壓器冷卻系統(tǒng)進行狀態(tài)監(jiān)視，以保證爐變冷卻系 統(tǒng)的正常運行，需要監(jiān)視的狀態(tài)有：油泵啟/停狀態(tài)的監(jiān)視，水壓、油壓、 油溫、油流量。電爐變壓器冷卻器狀態(tài)監(jiān)視原理如

33、圖案11所示。<1）原理圖(2) I/O點配置序號名稱DIDOAIAO備注11號油泵啟停1220VAC22號油泵啟停1220VAC3水壓14-20MA4油溫14-20MA5油壓14-20MA6油流14-20MA334生產(chǎn)過程優(yōu)化控制子系統(tǒng)在硅錳合金熔煉過程中，影響熔煉過程的因素非常多，主要包括原料 參數(shù)、礦熱爐設備參數(shù)、操作參數(shù)、熔煉過程狀態(tài)參數(shù)等，搭建礦熱爐生 產(chǎn)過程優(yōu)化控制系統(tǒng)，在線預測爐渣成分及硅錳合金的質量產(chǎn)量，綜合運 用物料平衡、熱平衡及在線采集的一些過程數(shù)據(jù)，建立以能耗最小為目 標，以現(xiàn)有設備的運行參數(shù)和工藝要求指標等為約束條件的礦熱爐生產(chǎn)過 程優(yōu)化模型，分析這些因素對熔煉過

34、程工藝指標以及能耗的影響，優(yōu)化供 電電壓等級及電極插入深度，實現(xiàn)礦熱爐熔煉過程的優(yōu)化控制，提高硅錳 合金的產(chǎn)量和質量，降低能耗。生產(chǎn)過程優(yōu)化控制系統(tǒng)結構如圖案12所示。檢測的質量指標*錳硅合金質量 預測模型質量指標檢測錳硅合金質量指標期望值成分 粒度配比容量電流電壓功率 功率因數(shù) 爐蓋溫度 爐膛壓力爐氣成分:爐 況 優(yōu) 化 模 型原料參數(shù)狀態(tài)參數(shù)A電極位置設定值B電極位置設定值控制器A目電極檢測的位置C電極位置設定值C相電極檢測的位置電壓等級設定值電極位置-*控制回路1電極位置控制回路2電極位置控制回路3位置檢測與計算控制器 卄液壓傳動機構電極位置 *調(diào)節(jié)裝置電極位置 調(diào)節(jié)裝置位置檢測與計算控

35、制器液壓傳動機構電極位置 *調(diào)節(jié)裝置液壓傳動機構礦熱爐冶煉過程.-猛硅合金質量指標檢測儀表位置檢測與計算圖12生產(chǎn)過程優(yōu)化控制系統(tǒng)3.3.5電能質量在線監(jiān)測與分析子系統(tǒng)<1）工作原理電能質量在線監(jiān)測與分析系統(tǒng)的功能部件及總體結構如圖13所示，下位機是電力諧波動態(tài)檢測系統(tǒng)，它從電爐變壓器一次側的電壓互感器PT和電流互感器CT分別獲取電壓信號和電流信號，經(jīng)過光電隔離變換器，放大 偏置以后，進行A/D采樣，輸入到3塊DSP,每塊DSP各負責處理一相電壓 和電流信號，另一塊 DSP負責把處理后的數(shù)據(jù)通過 CAN總線發(fā)送給上位 機。上位機為工控機，安裝電力電能質量在線檢測系統(tǒng)軟件，對接收到的 數(shù)據(jù)

36、進行處理分析，獲得 125次諧波電流、諧波電壓、諧波含量、畸變 率，總的諧波含量和總畸變率，基波功率和無功功率，功率因數(shù)等多項電 網(wǎng)參數(shù)，并用列表法、棒狀圖、趨勢圖和儀表面板等多種方式實現(xiàn)了在線 顯示，得出的電量參數(shù)傳給電極控制系統(tǒng)上位機，為電極自動控制提供參考數(shù)據(jù)。圖13電能質量檢測系統(tǒng)總體結構圖<2) I/O配置序號名稱DIDOAIAO備注1A相電流1 15A2B相電流15A3C相電流15A4線電壓1<1次 側）1100V5線電壓2<1次 側）1100V6線電壓3<1次 側）1100V7線電壓1<2次 側）1250V8線電壓2<2次 側）1250V9線電

37、壓3<2次 側）1250V10CAN服務器）1總線通信11CAN下位機）1總線通信:（3）元器件清單現(xiàn)場序 號名稱用途型號數(shù)量備注1電壓互感器TV一次側三相電壓JDZJ-10,10/0.1kV2已有2電流互感器TA一次側三相電流P LA-10,1000/5A3已有3電壓端口二次側三相電壓僅從電壓表兩端取信號3已有操作臺序 號名稱用途型號數(shù)量備注1CAN總線PCI卡服務器與監(jiān)測終端實時通信CAN1電氣柜1電壓傳感器一次側三相電壓PT32電流傳感器一次側三相電流CT33電壓傳感器二次側三相電壓PT34CAN總線PCI卡實時通信雙口 CAN15信號處理DSP3相電壓電流數(shù)字信號 處理器每個變量

38、對應一個諧 波及無功分析信號處理 器）281266信號采集DSP變壓器兩側3相電壓電 流信號采集控制器 母 組變量對應一個信號采集控制器）281237顯示屏電能顯示19吋18上位工控機電能監(jiān)測19電氣柜體電氣柜體800*800*2200110直流電源電氣分箱電源111信號調(diào)理箱信號調(diào)理112數(shù)字處理箱數(shù)字處理113ADC信號采集 信號處理和 單純的計量分開采集）1514航空插件電壓電流等模擬信號接口1515電氣端排接入電壓電流互感器2016空氣開關電氣柜電源117電流調(diào)理模塊變壓器高壓側三相電流 信號調(diào)理3路18電壓調(diào)理模塊變壓器兩端的三相電壓 信號調(diào)理6路19信號處理模塊DSP信號處理前端模

39、擬 電路6塊插件20信號采集模塊DSP信號采集前端模擬 電路3塊插件20信號箱背板為DSP插件板提供公共 接口和電源1塊21運算放大器若干22鎖相模塊電壓鎖相123CAN通信模塊DSP信號上傳9路24其它四、系統(tǒng)控制柜配置說明整個熔煉生產(chǎn)實際I/O點數(shù)需要共140點，其中DI 51點 其中24VDC 50 點，220VAC 1 點），DO55 點 其中 24VDC 35 點，220V 繼電器20點），AI 31點，AO點3點。根據(jù)生產(chǎn)工藝的需求，對系統(tǒng)配置以30 / 29下控制柜及控制箱。I/O點具體配置見I/O點統(tǒng)計表 <見附錄4）整個系統(tǒng)由PLC主控制柜、電極升降控制柜、煙道蝶閥開關

40、控制與電 爐變壓器監(jiān)視與預警控制柜、電能質量在線檢測與分析控制柜、交流配電 與直流配電柜。每個控制柜、箱內(nèi)的詳細配置如下：4.11#柜 <800*800*2200）1#柜為PLC主控制柜，該柜主要用于放置控制器、通訊模塊以及I/O模塊等組成，各I/O模塊的端口與PLC控制器連接，通過I/O端口讀取繼 電器、行程開關等器件的狀態(tài)信號及操作面板上相應切換開關、按鈕的控 制信號，控制液壓系統(tǒng)中電磁開關的動作及輸出相應狀態(tài)、報警信號。柜 內(nèi)模塊配置如下：序號名稱型號 < 訂貨號）數(shù)量1CPU 412H系統(tǒng)套件，包括 個412-3H/2個1MB存儲卡1 個 UR2-H/2 個 PS407/2

41、6ES7 400-0HR00-4AB012UPS 2000VASANTAK13SM431,模擬量輸入模塊，16點6ES7 431-7QH00-0AB034SM421,數(shù)字量輸入模塊（120,230>6ES7 421-1FH20-0AA015SM432,模擬量輸出模塊，8點6ES7 432-1HF00-0AB016SM421，數(shù)字量輸入模塊，32 點,24VDC6ES7 421-1BL00-0AA027SM422,數(shù)字量輸出模塊，32 點，24VDC6ES7 422-1BL00-0AA028SM422,數(shù)字量輸出模塊，16點，220VAC繼電器6ES7 422-1HH00-0AA02948

42、針前連接器6ES7 492-1AL00-0AA01110PC適配器，USB 口 <編程電纜）6ES7 972-0CB20-0XA0111CP 5613通訊卡6GK1 561-3AA01125 / 294.22#柜 <800*800*2200)2#柜為電極升降控制柜，該柜由變頻器、熔斷器、正反轉接觸器等組 成，通過PROFIBUS總線與PLC控制器聯(lián)接。柜內(nèi)模塊配置如下：電器柜序號名稱用途型號數(shù)量備注1變頻器變頻調(diào)速西門子 MM6SE6440-2UD31-1CA132BOP基本操作板設置變頻器參數(shù)西門子 6SE6400-0AP00-0AA013交流接觸器變頻電路施耐德CJX2-D25

43、12已有6個4熔斷器變頻器保護西門子 3NA-3014,35A95制動電阻變頻器保護西門子 6SE6400-4BD16-5CA036空氣斷路器QF主電路保護施耐德 NSC100B30603已有7空氣斷路器QF1控制電路保護施耐德 OSMC32N1C63已有8熔斷器控制電路保護西門子3NA38023已有4.3 3# 柜 <800*800*2200)3#柜上端為煙道蝶閥開/關控制部分，主要由I/O端口與PLC控制器連 接，通過I/O端口讀取爐膛壓力信號、爐膛溫度信號、蝶閥的行程開關狀 態(tài)信號及操作面板上相應切換開關、按鈕的控制信號，控制蝶閥的驅動電 機動作，并輸出相應狀態(tài)、報警信號，柜內(nèi)器件

44、配置如下：3#柜下端為電爐變壓器狀態(tài)監(jiān)測與預警控制部分，電爐變壓器狀態(tài)與 預警系統(tǒng)的I/O端口與PLC控制器連接，通過I/O端口讀取變壓器的開合閘狀態(tài)信號、二次側電壓信號、變壓器檔位信號以及變壓器的油溫、瓦斯、油位等信號。柜內(nèi)器件配置如下：序號名稱型號數(shù)量備注'1智能控制器CZK-100B3已有2電笛DD1,-220V1已有3信號繼電器DX-31,-220V7已有4熔斷器RT28-32,DC4A2已有5轉向開關HZ10-10/127已有6信號燈AD11-25/21,-220V< 紅)1已有7電鈴UZC-4,-220V1已有8按鈕NP2-BA451已有4.4 4#柜 <800*800*2200)4#柜為交流配電與直流配電控制柜，柜內(nèi)器件配置如下:(1交流配電序號名稱型號數(shù)量備注1刀熔HR13BX-200/321,l=100A1已有2電流互感器LMZ-0.5,75/5A3已有3電流表42L20-A,75/5A3已有4電壓表42L20A-V,0-450V1已有5萬能轉換開關LW15-15YH2/21已有