電弧爐以及精煉爐在運(yùn)行過程中其產(chǎn)生的高次諧波及強(qiáng)電

1、 概述電弧爐以及精煉爐在運(yùn)行過程中其產(chǎn)生的高次諧波及強(qiáng)電磁場所形成的強(qiáng)大干擾，是嚴(yán)重威脅控制和通訊系統(tǒng)安全運(yùn)行的主要原因。噸煉鋼電弧爐的電爐變壓器額定容量為，二次額定電流可達(dá)到以上，其沖擊和短路電流有時可達(dá)到和超過。強(qiáng)電磁場和電弧的弧光放電引起的寬帶噪聲干擾及高次諧波分量與閃變（電壓波動），成為計算機(jī)及通訊網(wǎng)絡(luò)，電子設(shè)備穩(wěn)定和安全運(yùn)行的主要問題。在方案設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計及選型以及制造工藝設(shè)計時，都必須充分考慮和關(guān)注到系統(tǒng)所處的惡劣運(yùn)行現(xiàn)場工業(yè)環(huán)境的抗擾問題。在為太鋼集團(tuán)公司第一煉鋼廠設(shè)計的噸煉鋼電弧爐及噸鋼包精煉爐控制系統(tǒng)中?穴噸電弧爐和噸鋼包精煉爐的系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖略，可向作者索取?雪，兩臺電爐的控

2、制系統(tǒng)全部采用公司的系列及其通訊技術(shù)。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試和運(yùn)行結(jié)果證明該系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好，性能可靠穩(wěn)定。 系統(tǒng)的總體設(shè)計 硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計整個系統(tǒng)采用臺 主站分別完成對電弧爐爐體控制、電弧爐電極調(diào)節(jié)，鋼包精煉爐爐體控制和鋼包精煉爐電極調(diào)節(jié)。在四臺主站之間采用公司的通訊模塊構(gòu)成通訊網(wǎng)完成各主站間的數(shù)據(jù)通訊。電弧爐爐體和鋼包精煉爐爐體控制主站共下設(shè)個遠(yuǎn)程從站，通過公司工業(yè)現(xiàn)場總線完成主從通訊。系統(tǒng)設(shè)計使用一臺工程師站，兩臺操作員站。三臺工業(yè)計算機(jī)中分別采用公司網(wǎng)卡通過 數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)完成計算機(jī)與各主站之間的數(shù)據(jù)通訊。操作員站的畫面組態(tài)軟件選用公司的完成用戶二次軟件的開發(fā)。煉鋼電弧爐爐體控制主站主要完成對高壓

3、系統(tǒng)的合分閘操作及高壓系統(tǒng)事故分閘的控制，對電爐變壓器及變壓器油水冷卻系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和保護(hù)，并完成電爐水冷爐蓋、水冷爐壁等水冷系統(tǒng)個測溫點水溫變化情況的模擬量實時數(shù)據(jù)采集以及冷卻水系統(tǒng)壓力、流量等的實時數(shù)據(jù)采集監(jiān)視和越限及事故報警。同時通過網(wǎng)向操作員站進(jìn)行實時數(shù)據(jù)的傳輸，由人機(jī)界面完成監(jiān)控數(shù)據(jù)的記錄、顯示和故障報警。煉鋼電弧爐的各遠(yuǎn)程從站分別設(shè)置在爐前操作室、爐后操作室、液壓泵站和液壓閥站以及爐門碳氧噴槍的操作站內(nèi)。分別構(gòu)成爐前的爐蓋和爐體動作操作和控制爐前傾爐操作，三相立柱鎖定和爐前電極升降操作及爐門鋼水測溫。爐后傾爐及出鋼操作、出鋼鋼包車操作和修理平臺的旋轉(zhuǎn)操作。液壓泵站主、輔液壓泵的

4、切換和運(yùn)行控制，對高壓液罐和氣罐的液位和壓力控制、空氣壓縮機(jī)的控制、主液箱和回液箱的液位自動控制及液壓介質(zhì)自動溫度控制的 ，液壓閥臺的 及爐門碳氧噴槍三維動作的操作及控制。鋼包精煉爐爐體控制主站的作用同煉鋼電弧爐相似，遠(yuǎn)程從站僅設(shè)置在鋼包精煉爐的液壓站內(nèi)。用于控制爐內(nèi)電弧功率的煉鋼電弧爐和鋼包精煉爐電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計各采用一臺 主站。主要承擔(dān)輸入爐內(nèi)的三相電弧功率的實時自動控制，根據(jù)不同冶煉工藝和冶煉期自動修正功率配電曲線和控制參數(shù)，以滿足冶煉工藝要求。設(shè)計采用獨立設(shè)置的兩套主站作為電爐和精煉爐電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以減輕電爐和精煉爐爐體控制主站的負(fù)擔(dān)，縮短程序掃描周期，有利于提高實時系統(tǒng)相應(yīng)的響應(yīng)速度

5、和調(diào)節(jié)精度。 控制軟件的設(shè)計四臺主站的用戶程序是在基于公司的 軟件平臺上完成硬件組態(tài)、地址和站址的分配以及電弧爐和鋼包精煉爐用戶程序的設(shè)計開發(fā)的，在主程序（）中將各種控制功能和各站點間的通訊數(shù)據(jù)分別編寫在不同的子程序（功能塊、）中，其中高壓合分閘、事故高壓分閘，模擬量信號的輸入均充分考慮了現(xiàn)場工業(yè)運(yùn)行環(huán)境的強(qiáng)干擾問題，在軟件設(shè)計中采用了抗干擾措施。人機(jī)界面的畫面組態(tài)采用公司的 作為二次用戶程序開發(fā)的軟件平臺，在工程師站安裝用于開發(fā)，操作員站安裝用于運(yùn)行，運(yùn)行于 操作系統(tǒng)平臺之上，以增加系統(tǒng)運(yùn)行安全和穩(wěn)定性，并給用戶將來建立工廠管理網(wǎng)帶來方便?，F(xiàn)場操作人員通過分別設(shè)置在電爐和精煉爐操作員站的人機(jī)

6、界面監(jiān)視整個系統(tǒng)各個主要參數(shù)的運(yùn)行情況；這些參數(shù)包括：輸入爐內(nèi)的三相電弧電流，三相電弧電壓，三相電弧功率，電能耗的實時顯示和歷史趨勢顯示。冷卻水系統(tǒng)溫度監(jiān)測點的水溫監(jiān)測以及流量及壓力的監(jiān)測和超溫越限報警。高壓系統(tǒng)過流、欠壓監(jiān)測。電爐變壓器的各種故障報警信號監(jiān)測和報警，變壓器低壓側(cè)過電流和高壓跳閘信號的監(jiān)測。爐體狀態(tài)顯示及液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)監(jiān)測。同時，在不同冶煉階段爐內(nèi)三相電弧工作電流的給定值、冶煉時間、高壓通電時間，鋼水溫度的顯示以及各種報警參數(shù)的歷史記錄和打印報表的生成。 通訊網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)采用公司的 ， 組態(tài)軟件完成 通訊網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。在工程師站、操作員站分別設(shè)計安裝網(wǎng)卡，在四臺主站安

7、裝通訊模塊，通過公司的 通訊電纜完成工程師站、操作員站和分別分布在電弧爐及鋼包精煉爐主控制室的四臺主站之間的通訊網(wǎng)絡(luò)硬件組態(tài)。 抗干擾措施的設(shè)計和實施在電弧爐煉鋼的工業(yè)環(huán)境中，切實有效的硬件和軟件抗干擾措施的實施成為系統(tǒng)設(shè)計和工廠設(shè)計及設(shè)備制造和安裝過程中必須謹(jǐn)慎考慮的非常主要的環(huán)節(jié)。根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行實踐證明，電爐變壓器在高壓合閘瞬間所產(chǎn)生的浪涌，大電流運(yùn)行時變壓器所產(chǎn)生的強(qiáng)磁場，爐內(nèi)電弧以及大電流線路在電弧短路時所產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場，電網(wǎng)的諧波分量等諸因素綜合起來的干擾源可視為一個從低頻到甚高頻的寬帶噪聲源，其所產(chǎn)生的各種干擾都將嚴(yán)重威脅系統(tǒng)運(yùn)行及通訊網(wǎng)絡(luò)的安全和穩(wěn)定。 故而在設(shè)計中針對各種干擾的存

8、在考慮了以下的抗干擾措施： 隔離電源主站和遠(yuǎn)程從站的工作電源均通過帶屏蔽的隔離變壓器完成對電源供電，使與大功率電氣設(shè)備的電位隔離開來，以避免供電線路帶來的噪擾。 電源濾波器隔離變壓器的二次側(cè)采用電源濾波器以濾除和衰減以共模和串模形態(tài)出現(xiàn)的工頻干擾。共模形態(tài)出現(xiàn)的干擾將沿地線被濾除，串模干擾則被旁路。 有源隔離端子現(xiàn)場引入的模擬量輸入信號和輸出信號采用有源隔離端子將由地環(huán)路引起的噪聲隔離，切斷通過現(xiàn)場引入的模擬量信號地環(huán)路中的噪聲通道。 模擬量輸入通道的濾波三相電弧電流、電弧電壓等主要電氣參數(shù)的模擬量采樣信號輸入通道在進(jìn)入模擬量通道前在經(jīng)過有源隔離后再由有源濾波器抑制模擬量通道中的串模干擾，在保

9、證有用信號不被衰減的情況下最大限度地將高頻噪聲衰減，提高通道的信噪比。有源濾波能確保通道信號的增益。 模擬量通道的屏蔽模擬量通道的輸入信號傳輸導(dǎo)線設(shè)計采用耐高溫的有屏蔽的雙絞線電纜以降低輻射干擾和電磁耦合性干擾。 數(shù)字量輸入通道的隔離的數(shù)字量輸入通道采用光電隔離模塊，從強(qiáng)電場現(xiàn)場環(huán)境（如高壓開關(guān)室的真空斷路器柜）引入的數(shù)字量信號在其觸點和模塊間加設(shè)中間繼電器對通道進(jìn)行雙重隔離，防在真空斷路器合閘操作同時強(qiáng)干擾串入而引起真空斷路器誤分閘動作。 數(shù)字量輸出通道的隔離的數(shù)字量輸出通道主要驅(qū)動交流和直流感性負(fù)載，大電流負(fù)載采用中間繼電器過渡，所有通道均設(shè)計采用浪涌吸收和組件做為保護(hù)。 電磁屏蔽工程師站

10、和操作員站采用鋼殼機(jī)箱的工控機(jī)，系統(tǒng)中的電子設(shè)備亦采用屏蔽外殼，再置入控制柜臺內(nèi)形成與柜臺外殼間絕緣的雙重電磁屏蔽。采用懸浮安置方式將金屬安裝底版與柜殼絕緣隔離。所有電子設(shè)備均采用獨立引出的專用地線接地，柜臺的外殼則接保護(hù)地。 電子設(shè)備的浮地供電電子設(shè)備的直流供電電源采用浮地供電，輸入和輸出通道直流供電電源各自獨立。計算機(jī)采用在線式電源供電，電子設(shè)備采用線性電源供電，其它直流負(fù)載采用開關(guān)電源供電。 通訊電纜的敷設(shè)兩個物理層的通訊電纜采用公司的 通訊電纜（ ）?熏在敷設(shè)時單獨金屬穿管。電纜的屏蔽層通過電纜插頭的金屬外殼經(jīng)的通訊模塊和的接口接入獨立引出的專用地線接地。同時在電纜走向上注意避免與動力

11、電纜平行，并盡可能遠(yuǎn)離電爐爐體和大電流線路。 地線電弧爐爐體外殼采用相對獨立的接地線引出接地。電氣設(shè)備的保護(hù)接地進(jìn)入工廠接地網(wǎng)。計算機(jī)、和通訊網(wǎng)絡(luò)及電子設(shè)備的接地則進(jìn)入獨立的專用地線。浮地處理的電子設(shè)備的地線各自獨立。 電氣設(shè)備制造工藝的保證電氣設(shè)備柜內(nèi)的布局，柜內(nèi)各種電纜和導(dǎo)線（動力、信號、通訊以及接地）的走向，屏蔽和接地的合理布置也是須在設(shè)計和設(shè)備制造過程中加以認(rèn)真考慮的。 軟件設(shè)計中的抗干擾處理合理設(shè)置的硬件看門狗時間及采樣中斷時間。在程序設(shè)計中對數(shù)字量輸入信號采用脈寬甄別、鎖存、指令復(fù)執(zhí)技術(shù)。在對緩變的模擬量信號進(jìn)行運(yùn)算處理之前采用滑動均值濾波等數(shù)字濾波技術(shù)措施。在調(diào)節(jié)過程中對干擾比較敏感的一是當(dāng)偏差較小時，易受影響，二是微分項易引起較大變動。前者用一階及一階滯后濾波處理，后者則用不完全微分型算法。設(shè)置合理的通訊波特率?熏包括和通訊物理層。 結(jié)語在系統(tǒng)的熱負(fù)荷調(diào)試和以后的運(yùn)行情況表明，在設(shè)計中只要充分注意和采用正確合理的抗干擾措施，在惡劣的工業(yè)環(huán)境中 系列（四臺主站設(shè)計選型均為）及其的和通訊網(wǎng)絡(luò)的可靠穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行是可以得到保證的。公司的 編程平臺安裝在工程師站?；?操作平臺的支持下在系統(tǒng)運(yùn)行過程中對各主站程序的診斷