多功能電極控制器和煉鋼過程控制系統(tǒng)簡介課件

2024/1/7目錄一、多功能電極控制器二、LF/EAF短網(wǎng)診斷及功率優(yōu)化裝置三、煉鋼過程控制系統(tǒng)四、典型應(yīng)用案例2024/1/71.1多功能電極控制器概述主控方式采用IPC（工控機+高速數(shù)據(jù)采集卡+專門配套的處理軟件），因而具備一般PLC調(diào)節(jié)器所沒有的特色處理技術(shù)，也具有更大的使用意義，如下所述。

特色技術(shù)短網(wǎng)參數(shù)計算

實際二次側(cè)三相短網(wǎng)參數(shù)（阻抗及電抗）的在線計算，實際短網(wǎng)參數(shù)是功率優(yōu)化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；制定功率優(yōu)化表（曲線）

繪制功率圓圖、完成功率檔位設(shè)定優(yōu)化，即依據(jù)變壓器銘牌與實際的三相短網(wǎng)參數(shù)，計算每個電壓檔位下最大弧功率時的設(shè)定電流及制定出相應(yīng)的弧流設(shè)定檔位（不同升溫速率），補充說明一點：使用短網(wǎng)設(shè)計時的設(shè)計參數(shù)是盲目的、也是不可靠的；比例閥特性補償處理

比例閥特性曲線存在死區(qū)、也是非線性的，正負(fù)輸出往往也是不對稱的（包括死區(qū)的不對稱、線性斜率的不對稱）。如果不做矯正與補償處理，那么，電極控制器的控制輸出就反應(yīng)不出實際狀況。通過比例閥特性全量程范圍線性化矯正，即可消除死區(qū)及非線性化造成的控制不靈敏現(xiàn)象。一、多功能電極控制器2024/1/7

高壓瞬時信號的記錄

高壓系統(tǒng)運行期間，電壓及電流等參數(shù)瞬時畸變波形及異常數(shù)據(jù)的在線紀(jì)錄（數(shù)據(jù)分辨率：6400樣本/(通道*秒)）；

諧波分析

在線實現(xiàn)FFT（快速傅里葉變換），分析高次諧波（頻率、幅值及初始相位）；多種電極升降控制策略提供多種控制策略（傳統(tǒng)的恒阻抗與恒弧流PID算法及智能算法），同時，增加了滯后特性處理模塊及輸出平滑化等諸多模塊，另外，微分因子分段化處理；

方便靈活的實現(xiàn)方式既可以采用副邊電壓及電流進(jìn)行電極升降控制，也可以采用原邊電壓及電流進(jìn)行。只要在畫面上進(jìn)行選擇即可。實時電參數(shù)計算

在線計算每相各種電參數(shù)，比如：功率因數(shù)、有功功率、弧功率、視在功率、弧長及耐材指數(shù)等。一、多功能電極控制器2024/1/7

使用意義由于具備上述的技術(shù)優(yōu)勢，因而使用本多功能電極控制器可以達(dá)到如下實際效果：

檢測短網(wǎng)制作水平

檢驗三相短網(wǎng)制造是否符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及三相平衡度（這是冶煉效率及性能的基礎(chǔ)），短網(wǎng)設(shè)計參數(shù)與實際參數(shù)可能相差很大；

選用最優(yōu)功率曲線

滿足冶煉弧功率的前提下，確保以較小的設(shè)定弧流冶煉，由此減少短網(wǎng)熱損耗及弧流密度，最終達(dá)到節(jié)能及降低電極消耗的目的；

替代人工制定加熱參數(shù)

消除人為設(shè)定功率（電壓、電流或弧流）檔位的盲目性以及由此可能帶來的不利后果；

全量程標(biāo)定比例閥特性

消除比例閥特性的非線性及死區(qū)造成的控制影響，圖形化比例閥特性曲線，用戶可以自行完成矯正與補償任務(wù)，最終提高電極升降的靈敏度，也有利于液壓設(shè)備的檢查；一、多功能電極控制器2024/1/7

高壓設(shè)備診斷分析當(dāng)高壓系統(tǒng)（設(shè)備）發(fā)生故障后，提供了一種有效的電氣故障分析、檢查手段；

諧波分析

高次諧波的處理功能可以為電爐/LF造渣狀況及電氣特性分析等提供判定依據(jù)（比如進(jìn)行靜態(tài)或動態(tài)補償前后諧波治理效果的比較）；

提高冶煉性能

電極運行及弧流更加平穩(wěn)，有利于埋弧操作，減少電極消耗，減輕鋼渣噴濺、大大減少跳閘與電極折斷的幾率及減緩水冷電纜和電極的水平擺動等各種不良冶煉現(xiàn)象；

節(jié)能降耗

實現(xiàn)節(jié)約電能及降低電極消耗的目標(biāo)；也有利于提高加熱效率、縮短冶煉周期及擴大產(chǎn)能；一、多功能電極控制器2024/1/7多種電參數(shù)計算

實現(xiàn)多種電參數(shù)（功率因數(shù)、有功功率、弧功率、視在功率、弧長及耐材指數(shù)等）動態(tài)顯示，為操作人員提供及時的冶煉信息、有利于掌握生產(chǎn)節(jié)奏；自動煉鋼的基礎(chǔ)

與EAF/LF二級模型相結(jié)合，實現(xiàn)冶煉過程自動設(shè)定加熱曲線（電檔位），這是自動煉鋼的基礎(chǔ)。一、多功能電極控制器2024/1/7短網(wǎng)參數(shù)及電參數(shù)計算畫面2024/1/7比例閥矯正及參數(shù)配置電極升降控制算法界面2024/1/7高速數(shù)據(jù)采集及處理畫面波形監(jiān)視畫面2024/1/7多功能電極控制器專利證書2024/1/7二、LF/EAF短網(wǎng)診斷及功率優(yōu)化裝置2.1短網(wǎng)診斷及功率優(yōu)化裝置的功能及意義

功能進(jìn)行二次短網(wǎng)參數(shù)（短路阻抗及感抗）計算（短路測試）；功率圓圖計算、功率優(yōu)化設(shè)定；定制功率設(shè)定表即加熱曲線（檔位、功率、弧長及升溫速度等參數(shù)）計算；

意義提供實際的短網(wǎng)參數(shù)、檢查三相不平衡度是否符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；提供優(yōu)化的冶煉檔位設(shè)置、避免人為設(shè)置的隨意性，有利于節(jié)能及減少電極消耗；提供輔助的各種電參數(shù)計算、儲存及查詢；2024/1/72.2短網(wǎng)診斷及功率優(yōu)化裝置的組成羅氏線圈；變送器及數(shù)據(jù)采集卡與輔件；筆記本及應(yīng)用軟件；羅氏線圈安裝圖測試電路板、變送器及處理軟件2024/1/73.1概述煉鋼過程控制系統(tǒng)主要完成如下幾方面的任務(wù)：計劃管理、規(guī)程維護(hù)

接收上級（MES）下達(dá)的冶煉計劃、完成本地維護(hù)；接收上級（MES）下達(dá)的生產(chǎn)規(guī)程（產(chǎn)品/工藝/技術(shù)/崗位規(guī)程）、完成本地維護(hù)；實績管理、生產(chǎn)反饋

本地數(shù)據(jù)中心存儲了各種生產(chǎn)信息（包括生產(chǎn)消耗信息、生產(chǎn)檢測信息、生產(chǎn)預(yù)警信息及生產(chǎn)控制信息等），形成了以冶煉爐次為基本單元的生產(chǎn)實績管理信息數(shù)據(jù)庫；同時，依據(jù)上級（MES）的需求，及時反饋生產(chǎn)數(shù)據(jù)（實績與計劃完成信息等）。模型指導(dǎo)及控制

模型計算是本系統(tǒng)的核心內(nèi)容與關(guān)鍵技術(shù)。對于不同的冶煉工序（BOF/LF...）分別配置有專門的模型計算模塊。模型以生產(chǎn)規(guī)程為基本依據(jù)、并結(jié)合當(dāng)前冶煉爐次的具體狀況，計算出一組優(yōu)于規(guī)程的操作數(shù)據(jù)。模型計算的結(jié)果用于指導(dǎo)生產(chǎn)操作、或者直接用于生產(chǎn)現(xiàn)場的控制。三、煉鋼過程控制系統(tǒng)2024/1/7生產(chǎn)過程監(jiān)管、質(zhì)量追溯及質(zhì)量異常分析

本系統(tǒng)實時從基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)采集實際數(shù)據(jù)、同時把收集到的生產(chǎn)操作數(shù)據(jù)與相應(yīng)的規(guī)程比較，一旦兩者出現(xiàn)出入，則生成預(yù)警、以引起操作人員的重視。

另一方面，由于本地數(shù)據(jù)中心存儲了大量的各種生產(chǎn)信息（數(shù)據(jù)），如果發(fā)生產(chǎn)品質(zhì)量異常，那么，可以依據(jù)本系統(tǒng)提供的查詢工具，檢索所有與產(chǎn)品質(zhì)量有關(guān)的各種生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)（時序信息、消耗數(shù)據(jù)、檢測數(shù)據(jù)、預(yù)警事件及控制參數(shù)等）、從而找出問題的原因所在。報表管理

依據(jù)生產(chǎn)需求，生成各種統(tǒng)計報表、用于瀏覽查詢或打印輸出。

一般而言，本系統(tǒng)介于一級（基礎(chǔ)自動化）與MES（或L3）之間，其中心任務(wù)是：提供操作指導(dǎo)（參數(shù)）或直接控制生產(chǎn)，以實現(xiàn)節(jié)能降耗、提高生產(chǎn)效率及穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的目標(biāo)，更為產(chǎn)品質(zhì)量追溯及工藝分析提供大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、工藝與設(shè)備數(shù)據(jù)及有效的分析工具（軟件）；同時，也可減輕勞動強度及避免人為誤操作所造成的損失。此外，本系統(tǒng)可大大提高生產(chǎn)車間的管理水平，更是企業(yè)運行MES及ERP等不可或缺的基礎(chǔ)。一、煉鋼過程控制系統(tǒng)2024/1/7企業(yè)信息系統(tǒng)及本系統(tǒng)的位置煉鋼過程控制系統(tǒng)2024/1/7煉鋼過程控制系統(tǒng)的意義與發(fā)展前景應(yīng)用意義

煉鋼過程控制系統(tǒng)是一門結(jié)合了冶金、計算機與自動化及數(shù)學(xué)等多種學(xué)科于一身的綜合性專業(yè)技術(shù)，是企業(yè)具有核心競爭力最重要的指標(biāo)之一。具有下面的重要意義：增強產(chǎn)品一致性

實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)過程中的操作一致性、避免產(chǎn)品質(zhì)量因人為因素（不同班組、不同人員及不同時段的差異）造成過大的波動；

操作最優(yōu)化

各種生產(chǎn)操作（吹氧、通電、加料等等）實現(xiàn)最優(yōu)化控制，達(dá)到節(jié)能、降耗及縮短生產(chǎn)周期等諸多目標(biāo)，也有利于環(huán)保與增加企業(yè)產(chǎn)能；信息追溯

由于本系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心存儲有大量的生產(chǎn)第一手資料，這為企業(yè)進(jìn)行工藝分析、設(shè)備故障查詢或產(chǎn)品質(zhì)量追溯等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及有效處理手段；減員增效2024/1/7煉鋼過程控制系統(tǒng)的意義與發(fā)展前景有效提高生產(chǎn)效率、減輕勞動強度及避免人工誤操作造成的損害；

信息化橋梁與紐帶本系統(tǒng)建立起公司與車間信息互聯(lián)的橋梁（比如，企業(yè)MES和ERP的應(yīng)用就離不開本系統(tǒng)），是企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場與上層信息管理之間連接的紐帶。

基礎(chǔ)信息庫本系統(tǒng)存儲有企業(yè)生產(chǎn)過程中形成的大量及真實的原始數(shù)據(jù)，一方面，為企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量分析、產(chǎn)品性能優(yōu)化及質(zhì)量異常追溯等一系列數(shù)據(jù)挖掘任務(wù)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；另一方面，也可進(jìn)行成本統(tǒng)計及班組人員績效分析等任務(wù)。發(fā)展前景在國外發(fā)達(dá)國家，其冶金企業(yè)基本上實現(xiàn)了自動煉鋼生產(chǎn)，也就是說本系統(tǒng)在其中發(fā)揮了決定性的作用。而在國內(nèi)，相對差距很大，實現(xiàn)自動煉鋼的企業(yè)很少，這既有技術(shù)原因、也有觀念問題。可以預(yù)見，隨著企業(yè)間競爭力的加劇，全面提高企業(yè)生產(chǎn)過程的自動化程度將是企業(yè)發(fā)展的必由之路，因此，過程監(jiān)管系統(tǒng)將具有很大的發(fā)展前景，同時也將給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益及管理效益。2024/1/73.2系統(tǒng)組成及架構(gòu)本系統(tǒng)由硬件及軟件兩部分組成，如下所述。系統(tǒng)硬件組成服務(wù)器(磁盤冗余：RAID1/RAID5)HMI工作站維護(hù)工程師站網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

UPS、打印機等外設(shè)系統(tǒng)軟件組成

平臺軟件

應(yīng)用軟件

WindowsServer2008/2012 WindowXP/7/8 Oracle10/11g或SQLServer2012 Visualstudio.Net2010/2012

數(shù)學(xué)模型計算

HMI程序工程師站通信（Socket/OPC等）報表（EXCEL/WEB等）實績管理及查詢

維護(hù)輔助工具2024/1/7數(shù)據(jù)服務(wù)器應(yīng)用服務(wù)器工程師站(維護(hù)備份終端)檢化驗中心PLCPLC…PLCPLC…PLCPLC…PLCPLC…MES系統(tǒng)L2終端L2終端L2終端L2終端網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖打印機鐵水預(yù)處理站轉(zhuǎn)爐處理站LF處理站RH處理站2024/1/73.3煉鋼過程控制系統(tǒng)的范圍煉鋼企業(yè)煉鋼過程控制系統(tǒng)的范圍主要如下：

鐵水預(yù)處理過程監(jiān)管系統(tǒng)

轉(zhuǎn)爐（BOF）過程監(jiān)管系統(tǒng)

電爐（EAF）過程監(jiān)管系統(tǒng)

鋼包精煉（LF）過程監(jiān)管系統(tǒng)

真空脫氣（VD）過程監(jiān)管系統(tǒng)

真空循環(huán)脫氣（RH）過程監(jiān)管系統(tǒng)2024/1/73.4煉鋼過程控制系統(tǒng)的具體內(nèi)容及應(yīng)用意義3.4.1鐵水預(yù)處理過程監(jiān)管系統(tǒng)

功能鐵水預(yù)處理計劃管理及規(guī)程管理

完成鐵水預(yù)處理數(shù)學(xué)模型計算：脫硫劑用量計算終點硫預(yù)報鐵水溫度預(yù)報鐵損估算生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理與統(tǒng)計報表網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信

意義減少原料消耗（節(jié)約生產(chǎn)成本）減少檢測次數(shù)（減輕勞動強度及提高操作效率）減少或避免人為誤操作提供生產(chǎn)故障及工藝質(zhì)量的回溯數(shù)據(jù)及回溯手段為企業(yè)全面的信息化管理提供基礎(chǔ)支撐2024/1/73.4.2轉(zhuǎn)爐（BOF）過程監(jiān)管系統(tǒng)

功能轉(zhuǎn)爐（BOF）計劃管理及規(guī)程管理

完成轉(zhuǎn)爐（BOF）數(shù)學(xué)模型計算：靜態(tài)模型計算動態(tài)模型計算鋼包合金優(yōu)化模型自學(xué)習(xí)模型生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理與統(tǒng)計報表網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信

意義減少吹氧消耗、減少輔料及合金料浪費（節(jié)約生產(chǎn)成本）減少復(fù)吹或再次吹煉次數(shù)（減輕勞動強度及提高操作效率）減少或避免人為誤操作提高冶煉終點命中率、加快生產(chǎn)節(jié)奏提供生產(chǎn)故障及工藝質(zhì)量的回溯數(shù)據(jù)及回溯手段為企業(yè)全面的信息化管理提供基礎(chǔ)支撐2024/1/73.4.3電爐（EAF）過程監(jiān)管系統(tǒng)

功能電爐（EAF）計劃管理及規(guī)程管理

完成電爐（EAF）數(shù)學(xué)模型計算：廢鋼配料計算能量平衡計算與溫度預(yù)報功率設(shè)定模型鋼包合金優(yōu)化模型生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理與統(tǒng)計報表網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信

意義減少電能及電極消耗、減少合金料浪費（節(jié)約生產(chǎn)成本）減少檢測次數(shù)（減輕勞動強度及提高操作效率）減少或避免人為誤操作提高冶煉終點命中率、加快生產(chǎn)節(jié)奏提供生產(chǎn)故障及工藝質(zhì)量的回溯數(shù)據(jù)及回溯手段為企業(yè)全面的信息化管理提供基礎(chǔ)支撐2024/1/73.4.4鋼包精煉（LF）過程監(jiān)管系統(tǒng)

功能鋼包精煉（LF）計劃管理及規(guī)程管理

完成鋼包精煉（LF）數(shù)學(xué)模型計算：能量平衡計算與溫度預(yù)報功率設(shè)定模型合金配料優(yōu)化計算及成分預(yù)報其它輔助模型（淬透性計算、吹氬攪拌設(shè)定等計算模型）生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理與統(tǒng)計報表網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信

意義減少電能及電極消耗、減少合金料浪費（節(jié)約生產(chǎn)成本）減少檢測次數(shù)（減輕勞動強度及提高操作效率）減少或避免人為誤操作提高冶煉終點命中率、加快生產(chǎn)節(jié)奏提供生產(chǎn)故障及工藝質(zhì)量的回溯數(shù)據(jù)及回溯手段為企業(yè)全面的信息化管理提供基礎(chǔ)支撐2024/1/73.4.5真空脫氣（VD）過程監(jiān)管系統(tǒng)

功能真空脫氣（VD）管理計劃及規(guī)程管理

完成真空脫氣（VD）數(shù)學(xué)模型計算：能量平衡與溫度預(yù)報合金配料優(yōu)化計算及成分預(yù)報脫碳計算（靜態(tài)、動態(tài)）模型脫氣（H2、N2）預(yù)報模型脫氧預(yù)報模型生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理與統(tǒng)計報表網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信

意義減少原料消耗（節(jié)約生產(chǎn)成本）減少檢測次數(shù)（減輕勞動強度及提高操作效率）減少或避免人為誤操作提供生產(chǎn)故障及工藝質(zhì)量的回溯數(shù)據(jù)及回溯手段為企業(yè)全面的信息化管理提供基礎(chǔ)支撐2024/1/73.4.6真空循環(huán)脫氣（RH）過程監(jiān)管系統(tǒng)

功能真空循環(huán)脫氣（RH）計劃管理及規(guī)程管理

完成真空循環(huán)脫氣（RH）數(shù)學(xué)模型計算：能量平衡與溫度預(yù)報合金配料優(yōu)化計算