电炉控制系统（共9篇）
电炉控制系统 篇1
1 系统概述
贫化电炉电极控制系统, 原用GE控制系统, 由于使用年久, 目前准备改造, 用AB公司PLC控制系统。系统功能:具有系统状态监视、自动/人工界面的控制系统, 包括就地控制装置和远程监控站。电极提升控制装置是根据电流或功率反馈量与设定量的偏差, 进行闭环调节控制, 实现恒电流或恒功率调节控制。贫化电炉电极控制系统通过Modbus通讯协议与闪速炉DCS控制系统进行通讯, 使贫化电炉控制系统中的参数值能在熔炼炉霍尼威尔DCS控制系统画面中显示。改造后的系统会更加稳定、安全的运行。
2 控制系统需求
(1) 监控模式:就地和远程监控相结合。
(2) 运行方式:有手动运行、自动运行和紧急提升。
(3) 具备运行数据采集、储存状态显示、报警、趋势图。
(4) 本系统通过Modbus通讯协议与熔炼炉DCS控制系统通讯。
3 点数统计
模拟量输入:7个4-20mA信号 (3个电流显示、3电压显示、1个功率显示、1个功率因数显示) ;开关量输入:50个;开关量输出:16个。
4 系统控制方案
控制系统上位界面用于监控现场的实时数据、给定设置、操作状态及运动状态。并提供报警指示、报警记录、报表和趋势图功能。控制系统示意图如图1。
贫化电炉电极控制系统是通过调节电极与铜液面的距离, 改变电极电流大小, 控制发热功率, 从而控制炉内熔化温度。电极与铜液面间距的调节是通过电极提升卷扬来实现。该控制系统执行状态采集、逻辑控制、调节运算等技术集成, 为完善贫化电炉电极控制系统, 以达到调节稳定的电流, 精确控制炉内温度之目的。图2为电极控制流程图。
5 贫化电炉电极控制系统上位显示画面
主画面流程选择、切换;设定画面给定值设置;电流、电压、功率、功率因数的显示及总用电量的显示;运行方式、变压器档位等开关量显示;报警画面、趋势图显示。
6 与DCS通讯
采用了AB PLC的Modbus 485转换成光信号, 通过光纤送至中控室通讯柜内, 然后通过光电转换成Modbus 485信号接入DCS, 实现数据通讯。以熔炼炉DCS作为主站, 贫化电炉PLC作为从站, 单独设备查询方式, 设置好站号, 波特率, 校验码等, 以串口协议modbus RTU (具体的帧格式如下:站号功能码信息校验) 将工艺参数和贫化电炉本体的运行状态读出。
7 结语
实践证明, 利用设备升级换代之际, 采用现场总线 (或工业以太网) 使PLC与DCS即时通讯, 打通信息孤岛, 能有效提高生产管理水平, 也是今后的发展方向。
摘要：利用现场总线技术, 更新改造贫化电炉电极提升控制系统, 提高控制系统的可靠性和监控的灵活性, 方便维护, 提高生产效率。
关键词：贫化电炉,电极提升,PLC
参考文献
[1]华熔.Modbus串行链路[M].北京:机械工业出版社, 2009.
[2]胡兴.贫化电炉电极提升控制系统[J].有色冶金设计与研究, 2002.
电炉控制系统 篇2
电炉班长应在值班炉长领导下，对当班现场各岗位生产人员的生产操作、安全、产品质量、劳动纪律、考勤等负责统一指挥管理，为了使生产正常进行，应履行以下职责：
一、穿戴好劳保用品，提前十五分钟上岗，对上班前生产设备、电器设备、仪表、循化水等运行情况是否正常，以及原料配比、产品要求指标、炉况判断、电极烧结情况、出铁口情况、各岗位人员点名、工具是否齐全等做好全面了解、检查。做到对口交接，做到心中有数，为接班生产做好准备，并相应采取措施。
二、接班后应根据全班人员到位情况及时安排好工作，指挥停电下放电极和捣炉工作（一般在15分钟左右）按相关操作要求，上抬电极送电，并在送电后35分钟左右时间内对炉前周围的情况进行巡视，发现有滑卡等故障及时排除。
三、监督操作人员备齐原料，清理炉内硬块，用大铲压好火，在电极周围添加均匀新料，少加勤加薄盖，控制好料面高度（平炉口以下300mm为宜）。
四、随时巡视电极下插情况，指挥仪表工在规定时间内给足电流，查看循环水、变压器油温等。
五、下放电极应一次不超过600mm为宜，监督电极长捣炉时不能碰撞电极，以免发生电极断裂事故。
六、根据炉况生产，在指挥操作人员提前压好火的情况下，下令
出铁，并亲临出铁现场监督，特别是吹氧应严格按相关安全规定操作，关紧炉门，三人以上配合进行吹氧，一般情况下，应在出完铁水后进行对炉眼内排渣，阔眼吹氧处理。
七、根据出铁铁水流量，产品化验结果，及时建议或更改配比，调整炉况，做到稳定炉况，产量和质量。
八、积极准时参加公司各种会议，上传下达，团结全班员工，执行公司相关规章制度，保质保量完成公司下达到班组的各项任务。
九、负责好本班人员考勤、安全、卫生，负责该班人身及设备事故的调查报告，分析并提出整改措施，组织召开班前班后会议，各种报表上报等。
基于单片机的温室电炉的控制系统 篇3
关键词：单片机,温室电炉,温度控制
单片机具有小巧、反映快以及智能化程度高的优势, 并且因为其安全性和可靠性的较高的优势近年来被广泛地运用于控制系统的开发和设计当中。温度控制作为一项基本的控制实现功能, 如何通过系统设计实现系统自动化控制功能是单片机技术发展运用的关键。温度是生产中的重要控制指标之一, 例如冶金、机械、食品、化工等都与温度控制密不可分。本系统主要介绍了基于单片机的温室电炉控制系统对室温的控制。
1 基于单片机的温室电炉的控制系统功能
在进行基于单片机的温室电路的控制系统设计之前, 应该明确单片机的基本特征和运用方式。单片机也可以成为微型计算机, 在实际生活中的运用随着其自身技术和功能的日渐完善而发展迅速。将单片机运用于温室电炉的控制主要是发挥了单片机的智能化和自动化功能, 通过单片机提高了系统的稳定性和安全性。温室电路的控制系统其功能是从基本的现实生产需求角度出发的, 并且力图通过单片机的应用实现系统的自动化水平。具体来说笔者认为其功能需要包括以下几个方面:
首先, 能够根据具体的客观室温情况显示温室的温度, 显示方式以3位数值表示, 例如32.3摄氏度。并且根据具体的室温设置不同层次的温度档次, 通过系统中不同档次的指示灯反映室温所在的档次, 例如将0~30摄氏度划分为第一档, 30~40度划分为第二档。40~50度为第三档, 当温室内的温度分别位于不同的档次时, 系统应该及时并且快速的做出判断, 将相应的指示灯点亮。其次, 系统还具有温度报警功能, 次功能能够对温室内的温度进行适时调整, 并且综合室内温度的阀值进行报警处理, 从而保证了系统的安全性能。例如设置的室温最高限额为60度, 当室温达到55度左右时, 系统自动做出预警处理, 发出报警信号, 提醒停止加热, 并且采取适当的措施进行恰当的降温处理。再次是当温度超过或者低于所设置的值时能够进行及时的自动调整, 将温度调整到恰当的值, 自动对电炉的温度进行调整。
2 系统的硬件设计
系统的硬件设计是包括了诸多内容的, 硬件设计是系统正常运行的基础和前提条件, 并且直接影响后期的控制系统是否发挥作用, 具体来说, 笔者认为主要包括了以下几方面的内容:
1) CPU系统。CPU系统是控制系统的运行的关键, 在芯片的选择上要注意其运行的稳定性和与系统的兼容性。再此, 选用AT89S52作为主芯片, 相对来说其具有较大的存储空间以及具有两个16位的定时器, 并且具有六个中断源, 因此这个CPU芯片的选择大大简化并且优化了电路的设计过程。
2) 温度检测。温度检测中需要运用到温度传感器, 此处主要选用AD590, 这样一种半导体集成电路温度传感器, 其敏感性更强, 传输的速度更快。其工作原理和流程大致为将温度信号转化为电压信号, 再通过传感器将其转化为数字信号, 最终输出数字信号, 实现对温度的检测。具体的温度的计算和调整的方法主要是运用了编程技术, 对系统进行调节, 采取相应电压与温度相对应的形式, 根据温度的变化输出电压信号, 最终转化为数据信息, 实现对温度的计算, 再通过数据参照标准对电压信号进行调试实现温度的调控。
3) 电炉控制。基于单片机的温室电炉控制主要是采用对应的控制电路分别控制不同的电炉。其控制由三极管进行驱动, 并且采取一定的防干扰措施, 例如屏蔽、滤波以及隔离、接地等技术防止电网中的干扰信号冲击CPU。由此可见, 电炉工作状态下, 温度值采用LED数码显示, 有驱动输出控制数码管的现实动态过程, 因此对电炉的控制是通过内部驱动程序以及三极管等综合作用的结果。
3 系统的软件设计
系统的硬件和软件设计都是整个系统有效运行的关键和基础, 二者相辅相成缺一不可, 只有综合了二者的基本特征和优势才能更好的发挥系统的作用。由上文中我们可以看到系统的硬件设计部分的关键要素, 各个部分的作用综合而成促进了整体功能的发挥, 系统的软件设计也同样缺一不可, 其与硬件系统一起共同组成了整个系统的综合运行。具体来说包括了以下几个部分:
3.1 软件系统的整体设计
总体软件系统的设计是对主程序的设计, 主要包括了定时器、中断系以及显示和控制的设计。本系统采用的是AT89S52, 因此可以与中断中的秒计数器共用TO, 此外关于温度的现实和设定以及温度的检测和转换都是主程序需要实现的功能, 其中还包括了停止和启动检测以及时间检测、指标检测以及报警等子系统。
3.2 温度监控程序设计
温度监控程序的设计是温室电炉控制系统的关键, 在本控制系统中为了进一步提高数据的可靠性和可信性, 主要采用的是4点均值滤波的方法, 采用此方法能够提高所测结果的可靠性, 所得结果也更具有参考价值。具体来说四点均值滤波法主要是指连续进行4次采样, 并且将采样结果进行记录, 最后再取这四个数值的算术平均值作为温度检测的检测值。通过多次检测提高数据的可信度。在温度数据和信号的转化中要与实际的需求与硬件条件相吻合。在温度显示的程序功能上, 需要将所测得的检测值与预先设定的值做出比较, 如果实际检测的结果要比设定的值高出2摄氏度以上, 则需要关闭一台电炉, 如归实际检测的值丢设定值, 则需要再接通一台电炉, 因此多台电炉的连接运用有利于保证系统运行的稳定性和程序功能的进一步实现, 对温室电炉进行更好地控制。
3.3 开关设计和启动
开关的设计和启动在电炉控制系统的设计中主要是指按键启动停止子程序。其系统设计的程序功能主要是指在温室电炉的温度监控过程中根据所测结果与存储器的组值之间的关系, 判断具体的操作步骤, 停止或者是启动, 从而保证电炉的正常使用, 实现电炉操控的自动化和智能化。
4 小结
电炉班班长典型事迹报告发言 篇4
我叫*，*年生，*重型机械股份有限公司重型铸锻厂冶炼车间80T电炉班班长，党员，高级技师、金牌首席员工、大工匠。“*市十大工匠”“*省百名职业技术英杰”“*省五一劳动奖章”、*省首届“*十大工匠”“全国机械冶金建材系统*式十大金牌工人”等荣誉称号。
一、青春与烈火
我是一名工二代，*年进入*矿山机器厂，这里是焦裕禄精神诞生的地方，我干一行爱一行，钻一行精一行，敢于担当，争创一流的精神时刻鼓舞者我用心学好炼钢技术，成为炼钢行业的大工匠，炼出世界上最好的钢！
然而，梦想很丰满，现实很骨感。走上工作岗位后发现，现实的落差实在是太大了。首先，在国外都在使用高效率的高功率电炉炼钢的时候，自己守着的却是世界上最后一台用重油炼钢的平炉，与先进国家在技术上差了几代。
其次，炼钢工岗位的“热、脏、累、噪音”，艰苦程度超出了想象，特别是夏天，炉台上温度能高达五、六十度，不知道一天要湿透多少次工作服。
许多人都不愿意再干，想方设法调走了，离开了。可我在这个艰苦行业坚守了下来，我经常站在烈焰熊熊的炉火旁思考，这炉钢的工艺是否需要改进，这炉钢近乎苛刻的化学成分怎样保证？日日夜夜，不弃不离，把工作当事业，我要用宝贵的青春和汗水为梦想奠基。
为学好技术，要虚心向老师傅请教；为积累经验，我每天揣着一个小本本，把炼钢流程记录下来，30多年从没有间断。炼哪一种钢用哪一种操作方法最快、最节能、最能保证产品质量，我都会认真分析原因，潜心总结规律，心得体会记满了60多个笔记本。
30多年的执着，通过不懈努力，我，成为了一名真正的大工匠。中央电视台现场采访时，听说我能通过钢水颜色辨识钢种和钢水温度，出其不意的舀了一勺钢水给我目测温度，我报出的数据和测温仪结果误差小到两度以内。我冶炼过上百个钢种，航天钢、核电钢、加氢钢、超超临界转子钢、超低碳不锈钢等许多重要钢种质量达到国际先进水平。
二、责任与使命
什么是炼钢工人的智慧？我认为，智慧就是要不断的学习，不断的创新。二十世纪初，*通过大型技术改造将平炉炼钢改为了高功率电炉炼钢，从硬件上赶上了世界先进水平。操作方式的改变，使我和同行们都面临着转变生产方式的问题。
我想：时代进步了，我们不能落后，怎么办？一个字，学！带着坚强的决心，满满的信心，我带领自己的团队终于驯服了新来的“巨兽”，很快玩转了高科技新设备，并在新设备配套工艺这一“软件”开发上不断取得新的佳绩。
石化加氢用钢有很高的附加值，国内只有少数企业能够生产，且质量不稳定，国家每年都要花大量外汇进口。为啃下这块硬骨头，我天天泡在厂里，连续蹲守现场3个月，跟踪炼钢数十炉，冶炼钢水3000多吨，收集了大量第一手资料和数据，通过数据分析、优化，形成了一套典型工艺，该工艺效率高、质量稳定，曾成功锻造出世界最大的加氢钢筒体，达到了世界一流水平。因市场前景广泛，已先后实现销售收入*.*万元。
我平时十分注重了解同行业国际前沿动态，跟踪美日欧等国著名钢厂的先进技术。我坚信，发达国家能做到，我们中国人通过努力也一定能做到。正是凭着这种自信，我又实现了一次次新的赶超。
超超临界转子用钢是一种高难度、高附加值的钢种，只有少数发达国家才能生产，我国所需的超超临界转子钢几乎全靠从国外高价进口。在同行业大企业都难以实现重大突破的情况下，我主动请缨，带领工作室的成员，凭借多年的实践经验和对炼钢工艺流程的反复推敲，一次就冶炼成功，而且炼钢成本降低到只有国外进口的三分之一。
超低碳不锈钢304是一种通用性的不锈钢，应用领域广泛，而作为大型锻件应用于重型装备制造业领域时，其无损探伤、力学性能、晶粒度及化学成分等各项指标控制要求极严，远高于国家标准，尤其是碳、氧、硫含量控制极低，已经达到了公司冶炼技术水平的极限，面对挑战，我又主动揽下了这一“瓷器活”。
在产品试制生产过程中，出现了碳含量控制不稳定，重新倒包冶炼，熔渣结壳、生产节奏慢等问题，我带领团队人员一干就是20余小时，通过梳理冶炼现场异常情况，分析生产数据发现：炼钢过程中的脱氧方式形成了“铬刚玉”，该产物熔点高粘度大，造成熔渣结壳，是生产节奏慢的主要原因。
“病因”找到了，我大胆设想，采用两种材料复合脱氧的新方式，一下子解决了问题，且不锈钢VOD+LF工序中铬的回收率大于95%，最难控制的化学成分碳、氧、硫含量均达到国内先进水平。
通过学习和创新，我切身感受到了我们产业工人只要有了知识、有了技能，就一定能焕发出更加磅礴的力量。近年来，我带领大工匠工作室完成创效课题*项，推广了一批先进操作法，提出创新合理化建议*余项，创新创效价值达*万元。
要求新一代工人“有理想、守信念、懂技术、会创新、敢担当、讲奉献”，我愿意肩负着一代炼钢工人的责任与使命，在发展装备制造业的坎坷道路上负重前行，成为新一代知识型、技术型、创新型工人的标兵。
三、光荣与梦想
我整理的《*》等一批先进操作法被汇编成册，对今后同类钢种的冶炼具有重要指导意义。《*》等，我的论文发表在了国家CN刊物上；《*》，我又取得一项项实用型发明专利，作为一名一线职工，我要突破自己事业的天际线！
工会举办的“工匠大讲堂”开班了，我带头给职工讲工匠精神、讲先进操作法等内容。截至目前，利用大工匠工作室开展技能提升活动*多次，培训*多人次，造就了一支特别能辛苦、特别能战斗、特别能创新的一线职工队伍。
电炉控制系统 篇5
1 工艺流程简述
布料系统工艺流程如图1所示, 当电炉炉顶某个或某几个供料仓发出求料信号时, 控制系统根据各缺料料仓的料位高度, 进行缺料程度优先级排序, 然后控制轨道罐车启动一次布料流程, 按照混合冷料和热料球团的工艺配比值, 自动移动到混合冷料仓下, 通过给料皮带进行给料, 地磅进行称量, 达到设定值后自动停止给料, 然后再移动到预还原热料球团仓下, 通过振动筛进行给料, 达到设定值后停止给料, 关闭轨道罐车的上口插板, 轨道挂车移动到优先级较高的求料供料仓, 打开供料仓口电动插板, 再打开罐车下口插板, 将混合料流入该炉顶供料仓, 然后关闭罐车下口插板, 关闭供料仓口插板, 至此完成一批料的布料过程。然后控制系统根据缺料优先级顺序, 控制轨道罐车进行下一批料的布料过程。整个过程从定位、装料、再到放料完全无人值守。
2 系统总体设计
依据现场需要无人值守的整体工艺特点, 系统总体采用三层结构, 管理层由管理计算机、工程师站和数据服务器组成:控制层由PLC核心控制单元、数据采集单元和无线数传模块构成:执行层由各信号采集变送设备和动作执行电机组成。系统总体构架如图2所示。
2.1 系统方案配置
2.1.1 轨道罐车定位
系统控制的关键环节之一就是让轨道罐车在给料设备位置、炉顶供料仓下料口位置进行准确定位, 随着激光测距传感器技术的发展和成本的下降, 使得激光在工业自动距离位移测量和位置控制领域有了广泛的应用, 本系统设计采用工业激光测距传感器, 通过测距的方式对罐车走行进行准确定位, 而且可以获得轨道罐车连续位置变化。
2.1.2 轨道罐车遥控
随着无线技术的发展, 在工业控制领域开始广泛的应用, 鉴于本系统轨道罐车是移动的设备, 而且轨道车上的电动设备 (走行控制变频器、插板电液推杆、电力液压推动器刹车装置) 需要和地面PLC控制站进行数据传输和控制, 在这种场合下, 使用有线电缆进行信号传输和控制受到了很大的制约, 施工布线麻烦。为此系统设计对罐车的走行、料罐上下口插板的控制选用无线数传控制技术, 通过无线数传设备, 完成模拟量信号和数字量信号的双向传输。
2.1.3 速度控制
为了确保配料过程中料种的配比精度, 就需要对给料设备的惯性冲量进行严格控制, 使各料种称量值之间的比例最大限度的接近工艺配比, 为此系统对给料装置给料速度采用了变频速度调节, 通过程序软件建立速度控制方法的数学模型, 对给料速度按照模型曲线进行无极连续变化控制, 既兼顾了配料效率, 也使得惯性冲量对配比的影响降到最小程度。同样, 对轨道车的走行控制也采用了类似的变频控制手法, 可以提高轨道车的走行效率和平稳性。
2.1.4 PLC控制核心
依据整体工艺特点, 计算机控制系统设计采用西门子S7-300系列PLC为系统控制的核心, 配置以太网通信模块、模拟量输入/输出模块、开关量输入/输出模块, 接收来自上位管理计算机的控制指令和生产任务计划指令, 并将所控制设备的开关状态和模拟数值量上传给管理层计算机, 进行数据分析和统计[2]。采集炉顶供料仓的重量信息获得料仓求料信号, 再通过无线数传遥控方式, 采集轨道罐车的走行速度, 进而控制轨道车的走行和上下口插板的开合;采集激光测距传感器的距离信号, 对轨道罐车进行准确的定位;采集地磅的称重信号和给料设备的速度信号, 以上各模拟量信号通过4 m A~20 m A传输给PLC, 供PLC控制软件分析计算, 根据控制要求, 经过控制软件智能调节器的运算及数据处理, 给出速度模拟量调节信号, 完成自动给料及称量, 通过PLC利用现代控制理论, 自动完成生产过程关联集控设备的控制和调节。
2.1.5 上位管理软件
远程管理计算机采用intouch工业自动化组态软件, 完成对生产任务的编排, 生产过程的显示、控制、操作和管理, 对配料和布料数据进行统计分析, 产生统计报表和数据动态曲线。以直观动态的方式真实反映生产现场各设备的位置、动作情况、计划执行情况、故障报警信息, 同时信息数据接入生产局域专网, 实现系统数据共享和上层监督, 管理功能框图如图3所示意。
2.2 关键支撑技术
2.2.1 激光测距定位
激光测距是光波测距中的一种测距方式, 如果光以速度c在空气中传播在A、B两点间往返一次所需时间为t, 则A、B两点间距离D可用下列表示。
式中:D—测站点A、B两点间距离;
c—光在大气中传播的速度;
t—光往返A、B一次所需的时间。
由上式可知, 要测量A、B距离实际上是要测量光传播的时间t, 根据测量时间方法的不同, 激光测距仪通常可分为脉冲式和相位式两种测量形式[3]。相位式激光测距精度高, 但为了有效的反射信号, 需要配置反射镜, 并使测定的目标限制在与仪器精度相称的某一特定点上, 在工业现场的使用具有一定的局限性。
基于本系统是对工业现场直线移动轨道车定位, 选用SENST系列一维工业激光位移传感器, 利用红色激光瞄准方式, 动态的对移动物体的相对距离进行测量, 通过采用数字测相脉冲展宽细分技术, 无需合作目标即可达到毫米级精度, 测程已经超过100 m。本系统设计选用量程为0.2 m~70 m的激光测距传感器, 测量精度达±2 mm, 分辨率0.1 mm, 测量结果以4 m A~20 m A方式传输PLC用于计算和控制, 完全满足使用要求。
2.2.2 无线数传控制
无线数传模块是数传电台的模块化产品, 借助DSP技术和无线电技术实现高性能专业数据传输, 具有数字信号处理、数字调制解调、数据前向纠错、均衡软判决等功能[4]。可以将工业现场设备输出的数据 (模拟量和开关量) 进行远程无线传输和控制。本系统设计选用的无线数传模块采用中国新开通的780 M频段, 避免了2.4 GHz和433 MHz频段内民用无线设备的干扰, 与其他ISM频段无线收发器相比, 具有低功耗、高灵敏度和穿透力强、通信质量更好等特点。
本系统通过PLC连接无线监控器的方式, 远程管理多个无线开关量控制器和模拟量控制器, 数据传输原理如图4所示。采用GFSK的调制方式;收发一体, 半双工, 数据收发转换自动完成;信道速率选用19 200 bps;接口方式为RS-485;发射功率100 MW;工作温度-40℃~+85℃。动作过程:当远程无线控制器的输入通道数据信号发生改变时, 发送报告到监控器, 监控器更新相关的映像寄存器或状态, PLC读取这些寄存器或状态。PLC可以通过写寄存器或状态的方式, 直接控制远程设备的输出状态。
3 系统软件
3.1 系统控制算法分析
系统的配料和布料过程是将混合冷料和高温预还原热料球团按照工艺配比分批称量后, 向电炉炉顶供料仓内投料, 属于典型的间歇工作模式, 对于皮带给料和振动筛给料, 由于惯性冲量的存在, 无法做到每批料按照设定值进行准确的称量, 必然存在称量值与设定值的偏差, 为了弥补这种离散偏差对整体物料配比工艺的影响, 为此在控制软件上引入了基于速度调节控制的称量数学模型, 提高单批配料过程的称量精度和效率, 同时采用后批重量补偿前批重量的算法, 通过历史数据优化给定, 来矫正每批料称量值的离散偏差, 使多批料的总体配比最大限度的接近于工艺设定配比值。
主要控制算法用近似语言描述如下, 分号后为注释:
其中p表示偏差, c表示实际称量值, s表示控制给定值 (随动变量) , Q表示给定值 (常量) , n是一个时间标量, 具体含义是n-1表示前一次, n表示本次。考虑到给料机有惯性冲量存在的因素, 在控制给料停止的过程中, 设置一个冲量预补提前量, 来补偿给料机停止后物料的惯性冲量, 同时依赖历史数据, 构造一个算法, 使之每次产生一个新值, 来尽量的缩小每批料称量值与控制给定值之间的偏差。
3.2 变频速度调节控制数学模型的建立
3.2.1 给料速度控制方法
间歇式分批配料过程, 不仅要控制称量的精度, 而且要控制配料的速度, 实现高精度、快速称量是该系统的关键技术之一, 在传统的双速给料中, 给料装置振动力大或速度快则给料快, 但精度难以控制, 振动力小或速度慢则给料慢, 精度可以保证, 但称量时间长, 效率低, 由于本系统的给料装置属于非线性, 采用双速给料不是理想的控制方式, 为此提出了给料速度控制的方法, 如图5所示, 采用闭环控制, 以给料速度为控制参数, 根据称量重量控制给料速度, 兼顾效率和精度。在称量初期, 给料速度稳定在V0, 是一个定值调节系统, 当称量值接近设定值时, 速度的趋于逐渐减小, 从而变为随动调节系统, 将传统的分段速度控制改为无极连续调节。
3.2.2 给料速度调节控制数学模型
在皮带给料和振动给料过程中, 根据称量控制设定值, 在指定的时间内完成物料称量, 此称量物料过程是对物料重量的累积关系。设W为物料的称量值 (单位:kg) , V为给料速度 (单位:kg/s) , T为给料时间 (单位:s) , 则有以下积分关系:
式中, W'为单位时间的称料量
设物料的控制称量设定值为Ws, 在0到t1时间段, 以恒定V0速度给料, 到达t1时, 物料称量值W距设定值Ws的差量为Wx, 此后称量速度V开始随着称量值的增大逐渐降低, 直至趋于零。设
式中, n为速度下降速率, 那么给料速度V根据物料称量值可以分段为:
当物料下料累计称量值W未达到时WS-WX, 给料速度为定值调节, 当物料累计称量值大于WS-WX, 速度控制为随动调节。对于恒速调节阶段, 易于实现, 对于变速调节阶段, 由 (2) 、 (3) 和 (4) 式推导得出:
根据速度可以画出物料称量值W、给料速度V和称量时间t的关系曲线如图6所示。实际应用中, 根据物料的特性, 选择适当的WX和η值, 既可以保证称量精度, 也可以兼顾称量速度, 具有较强的灵活性和适应性。
4 系统运行及调试
经过前期的设计、开发和调试, 最终将系统整体应用到实际现场中, 通过测试及功能完善, 从轨道车自动定位、给料装置自动给料、地磅自动称量、轨道车自动走行及放料, 整体过程动作连续, 严格按照工艺要求执行, PLC控制软件根据系统控制算法, 对配料过程自动修正和补偿, 取得了比较理想的配比工艺曲线, 上位机软件也能够实时、快速地将现场采集的数据结果显示给操作人员, 并进行曲线生成和数据统计分析。
5 结束语
系统综合了工业测控技术、无线数传控制技术和现代软件技术, 使整体系统具有良好的智能性、扩展性, 通过无人值守控制系统, 实现地面对远程设备的监控指挥, 大大提高了企业生产过程的简洁性和日常维护效率。
参考文献
[1]李志忠.铬矿预还原生产铬铁新工艺[J].铁合金, 2011 (6) :7-9.
[2]何瑞, 贾磊.基于PLC控制的自动配料系统研究与应用[J].微计算机信息, 2007 (23) :4-1.
[3]安毓英, 刘继芳, 曹长庆.激光原理与技术[M].北京:科学出版社, 2010.
中频电炉冷却水系统维护、保养 篇6
1 中频炉的工作原理及系统组成
可控硅中频电炉的基本工作原理, 就是通过一个三相桥式整流电路, 把50Hz的工频交流电流整流成直流, 再经过一个滤波器进行滤波, 最后经逆变器将直流变为单相频率及电压可调节的交流电供给负载, 所以这种逆变器实际上是一只交流—直流—交流变换器。
中频炉主要由4个系统组成, 炉体及相关的机械系统, 为电炉提供能源的配电柜系统, 为炉体提供倾转及其他运动的液压系统, 最后一项就需要我们非常关注的冷却水系统。
中频炉, 特别是大功率的中频炉, 工作时产生大量热量, 需要冷却水将产生的热量带走, 因此维护好冷却水系统, 是中频炉正常工作的重要保障。
2 冷却系统的构成
电炉的冷却系统由两部分组成, 即封闭式的内部循环系统和开放式的外部换热系统。内部的循环系统将热量带到室外的冷却塔, 外循环系统将冷却水喷淋到散热片上, 将内部的循环系统的热量带走。
外循环系统由喷淋泵、冷却风扇、自动补系统组成, 正常情况下, 开启喷淋泵即可, 但是当外循环水的温度过高, 系统会自动开启冷却风扇, 更加快速的将热量带走, 当冷却塔的底部储水槽低于设定水位时, 自动补水系统会及时向水槽内补水, 满足系统正常用水的要求。
内部循环系统是一个封闭的系统, 由一台水泵驱动系统内部的冷却水单方向流动, 把配电柜内部的热水带走, 把降温后的冷却水重新送入配电柜。内部循环有完整的警报系统, 确保系统出现问题, 及时预警, 停止配电柜的工作, 防止对设备造成损坏。当系统压力过低或过高时, 系统都会报警, 这时需要向系统补充或放出一部分冷却水, 当系统温度过高时, 需要及时检查是不是外部循环系统出现了故障, 造成换热不及时。
3 对冷却水的要求
外循环系统对水质无特殊要求, 只要是酸碱度合格的自来水即可。
内部循环系统对冷却水的水质有严格的要求, 正常要求水的电导率小于10μS/cm, 因此要求加入内循环系统的冷却水, 一定是电导率、酸碱度合格的纯净水。由于电炉的的配电柜中存在直流高压电, 如果系统中的电导率过高, 直流高压电就会通过含高浓度离子的冷却水对铜管接头进行电腐蚀, 从而造成配电柜在使用过程中出现接头被腐蚀断裂, 冷却水喷出, 形成短路事故。
4 水质改善办法
1) 向系统内加入合格的纯净水, 严格控制水的电导率。冬季向系统内部加入的防冻液, 要求购买品牌的工业级乙二醇, 并且在加入系统前检测乙二醇的电导率及酸碱度。同时向系统内注入冷却液, 要求使用不锈钢材质的水泵, 防止铁磁性物质进入系统, 影响冷却液的电导率。
2) 每个月检测一次冷却水的电导率, 控制系统的电导率小于20μS/cm, 如果电导率大于20μS/cm, 需要及时更换配电柜的离子滤筒, 一般情况下每六个月更换所有的离子滤筒, 当电导率较高时, 将更换周期缩短为三个月。但是一旦系统的电导率大于100μS/cm, 需要将内循环的冷却水及离子滤筒全部更换。
5 水管路改进措施
由于我公司的中频炉已经使用了8年多, 系统出现了严重的老化, 很多管接头都有湿润的现象, 针对管接头出现的问题, 进行了如下的改进措施。
1) 首先逐一排查系统的管接头, 更换湿润、有渗漏迹象的管接头, 消除事故隐患。对于已经更换的管接头做好标识, 形成记录。
2) 更换老化的固定软管和铜管头连接的喉箍, 防止接头处漏水。
3) 更换配电柜中的老化的胶管, 由于设备使用了较长时间, 部分胶管表面出现了龟裂现象, 对于这样的胶管, 使用合格的的无碳胶管及时更换掉。
4) 疏通水管路, 由于系统的长期运行, 在系统中积累了一部分铜管头腐蚀掉的铜屑, 所以对每台配电柜的40根水管, 逐一使用压缩空气吹扫, 将系统中的及挂在管壁、接头处的残渣清理出系统。
5) 更换直流刀闸及铜母线排上铜管。由于的长期使用及冷却水的冲刷, 固定在刀闸及铜母线排的铜管的弯头及接头处管壁都已经变薄, 对于这样的铜管, 使用新的散热铜管更换掉。
6 结论
通过以上的各种监控及改造措施, 水系统的水质得到了很大程度的改善, 电导率能够到到应达电炉使用手册的要求。配电柜内因为管接头破裂、漏水的现象基本杜绝。由于水系统出现故障, 造成的停机时间也大大缩短。
参考文献
[1]王振东, 曹孔健, 何纪龙.感应炉冶炼.化学工业出版社, 2009.
[2]王振东.感应炉冶炼工艺技术.机械工业出版社, 2012.
电炉控制系统 篇7
1 电气自动化系统
在当前我国社会经济发展的过程中, 电气自动化系统的应用主要是为了对电气设备进行有效的控制, 从而使其经济效益得到进一步的提升。而且随着时代的不断进步, 人们也将许多新型的计算机网络技术应用到其中, 这样不仅对电气设备起到一定的优化作用, 还使得有利于对电气设备的保护。
然而, 在电炉电气设备使用的过程中, 人们为了使其工作效率和性能得到要提升, 也将自动化系统应用到其中, 通过计算机信息技术来对整个电炉电气设备的所有动作进行指令控制。这样不但可以保障整个设备的稳定运行, 还使得电炉中各种计数仪表的准确性得到进一步的提高, 有效的避免了电气设备在运行的过程中, 出现故障问题影响了整个系统的正常使用。
2 系统特点
人们在使用电炉电气自动化系统是, 为了避免出现操作措施, 进一步的让电炉电气更加的直观, 我们就要通过相应的工艺流程模拟, 来对整个自动化系统运行的工况以及其他的情况进行全面的了解。因此我们在对系统屏面安装时, 就要对其材料的质量进行严格的要求, 除了要保证其自身的坚固性以外, 还要对屏面材料耐久性进行严格的要求。而且, 整个电炉电气中存在着许多的指示灯, 我们在对其进行选择时, 也要对其各方面性能进行严格的要求, 以确保整个系统的正常运行。另外, 在工业的过程中, 人们为了对整个电炉电气自动化系统进行有效的控制, 还要在系统中安设相应的智能仪表和控制仪器, 从而使得整个系统在运行参数进行详细的了解, 以便于人们对电炉电气自动化系统中存在的故障问题, 进行有效的处理。
电炉电气自动化系统在使用时, 也一定要根据电气设备的特殊和相关要求, 来对其控制方式进行选取, 从而对电气设备的功率进行适当的条件, 以确保电炉电气自动化系统的稳定运行。如果电气设备在运行中, 出现了故障问题, 人们就可以及时对电力电气自动化控制系统中存在的故障问题进行处理, 减少电气设备故障给人们带来的损失。而且电炉电气自动化系统的应用, 不仅可以提升电气设备的生产效率, 还能够降低电气设备的能耗量, 使其经济效益和环境效益得到增强。
3 电气综合自动化系统的功能
根据电气控制的特点以及单元机组的运行这两个方面, 应该将厂用电源和电机、厂用电源以及变压器等等电气系统控制都包含ECS监控。其中的基本的功能就是:操作以及隔离开关控制、发变组的出口220V/500KV的断路器。保护控制励磁变压器、保护发变组、保护厂高变。什么是发电机的励磁系统呢?从其含义来解释, 就是包含增磁、减磁和灭磁的操作, 控制方式的切换, 电力系统稳定器PSS的投退。除了高压厂用电源, 还有380V低压厂用电源操作、监视、低压备自投装置的控制。操作和控制高压启/备变压器, 并不止单单使用一台机, 而是可以两机共用的。保安的电源控制、柴油发电机组的操作、LPS系统监视以及直流系统、发变组的保护等安全自动装置, 由于设备的要求成熟性较高, 全部在DCS中实现其功能, 并且从成本控制的角度看也要增加很大的一笔费用支出, 所以它的实现还有一定的不确定性。
4 电气自动化控制系统的安装方式
4.1 运用集中监控方式
这种方式维护运行比较方便, 安全与防护方面的要求不是很高, 系统的设计也很简单。但由于这种方式必须要把系统的每个功能都集中在某一个处理器上去工作, 加大了某单一处理器的工作量, 极可能导致处理器的运转超出负荷, 影响其控制的速度。随之造成的影响就是随着监控操作对象的大量增加, 主机这一块冗余的下降, 长距离的电缆引入干扰会造成系统的可靠性下降。断路器以及隔离刀闸方面的操作锁闭可能因为隔离刀闸的辅助接点时常不到位而采用硬接线, 极容易影响设备的正常操作。综合来看, 这种方式很大程度上增加了维护量, 传动过程中以及查线方面由于接线复杂而造成误操作的可能性。
4.2 运用现场总线控制的方式
现代化技术的迅猛发展, 在变电站综合的自动化系统中, 计算机网络技术得到了普遍的运用, 积累了较为丰富的运行经验, 电气设备也得到了日新月异的发展。科技控制系统的应用为电气发电厂系统的发展提供了更为先进的发展方向。虽然现场总线的监控方式, 对于不同的间隔则可以拥有不同的功能, 可以根据间隔的实际情况, 有针对性地进行设计, 大大提高了其灵活度和实用性。这种监控方法足以与远程监控方式的优势媲美, 同时也降低了隔离设备、端子柜、模拟量变送器等的使用。不仅如此, 智能设备还不受地域和空间的限制, 与监控系统通过通信线来进行连接, 为企业节省了大量的控制电缆, 节约安装维护工作量以及更多的投资, 可以达到降低成本的目的。
5 电气自动化控制系统的未来发展之路
随着IEC61131的颁布, OPC技术的诞生, 以及目前Windows平台的广泛应用, 使得计算机成为未来技术的发展平台。IEC61131已经成为国际公认的标准, 各大控制系统厂商均广泛采纳了这个标准。市场的强烈需求, 有力地推动着自动化技术与IT平台的有机结合, 而且这一过程又被电子商务的普及而加速发展。多媒体技术与Internet/Intranet技术在自动化领域的应用前景十分广阔, 视频处理技术与虚拟现实技术的应用, 将对未来的自动化产品产生直接而且重要的影响。企业的管理层经常使用的企业财务与人事等管理数据可以利用标准的浏览器存取, 也可以通过监控画面, 对生产过程进行实时的监控, 在第一时间掌握最准确的信息。
结束语
总而言之, 随着科学技术的不断发展, 电炉电气自动化控制系统的应用效果也越来越突出, 这不仅有利于我国社会经济的发展, 还给人们的生活和生产带来了极大的便利。不过, 从当前我国电炉电气自动化控制系统发展的实际情况来看, 其中还存在着不足, 为此我们还需要从不断的实践过程中, 来对其进行创新优化, 从而使其工作性能得到进一步的提升。
参考文献
[1]周丹.我国工业电气自动化的发展现状与趋势[J].科技创新导报, 2008 (17) .
电炉侧壁氧枪系统的优化改造 篇8
江苏沙钢集团有限公司润忠炼钢厂二车间 (以下简称“二车间”) 100 t电炉、钢包精炼炉、VD炉、连铸、除尘等关键设备由瑞士康卡斯特设计并供货。于2007年12月投入正常生产, 2008年上半年电炉平均炉龄为200炉, 而合同考核指标为450炉。故而需进行优化改造。
1 改造前炉龄、设备寿命统计
炉龄是炼钢厂的一项重要考核指标, 直接影响企业经济效益, 甚至产生穿炉事故。影响炉龄的因素很多, 有耐火材料质量、砌筑质量、生产节奏控制、上下道工艺匹配、炉前操作工业务水平、日常护炉质量等。2008年1月至6月, 平均炉龄为203炉, 每月更换侧壁氧枪12支, 水冷铜块6块, 水冷铜座3件。
2 原因分析
2.1 炉龄低的原因分析
侧壁氧枪分布见图1, 原结构见图2, 共计6套。存在以下问题: (1) 侧壁氧枪系统的位置太低; (2) 水冷铜块太短; (3) 高温射流氧呈放射状, 集束性差; (4) 侧壁氧枪安装角度忽大忽小, 只能凭经验; (5) 高温射流氧中心线与耐火砖外侧距离只能目测估计。从图2中可见, 高温射流氧中心线与耐火砖边缘在垂直方向重合130 mm。正是以上原因, 导致耐火砖被冲刷烧损、炉龄低。
1.炉衬;2.水冷侗座;3.侧壁氧枪;4.水冷铜块;5.水冷炉壁
2.2 设备使用寿命短的原因分析
(1) 水冷铜座、水冷铜块、侧壁氧枪进水压力低, 只有350 kPa左右, 回水背压高, 超200 kPa, 出钢前回水瞬间温度高达60 ℃, 水冷件冷却效果极差, 导致表面出现龟裂漏水现象;
(2) 水冷铜座、水冷铜块、侧壁氧枪等接地不良而拉弧, 设备损坏漏水;
(3) 装料、操作不规范, 系统的正前方装有大块废钢, 在废钢未发红氧化的情况下, 开启射流模式, 导致回火烧坏设备。
3 侧壁氧枪系统优化改造方案
侧壁氧枪系统改进后的示意图见图3, 主要措施有:
1.炉衬;2.钢结构支座;3.侧壁氧枪;4.水冷铜块;5.水冷炉壁
(1) 将系统正上方水冷炉壁的水冷管减少2支, 并把侧壁氧枪系统整体向上抬高200 mm, 从而使射流氧水平方向远离耐火砖200 mm;
(2) 将水冷铜块加长270mm, 将侧壁氧枪向内推进270 mm, 从而使射流氧在水平方向再远离耐火砖270 mm, 累计470 mm;
(3) 将烧嘴的断面由直锥改为三元轴对称曲线, 见图4、5, 大大减少了烧嘴内部涡流的形成, 增加高射流氧的刚性和集束性, 达到长距离保持直径和速度不变, 不仅起到保护炉衬的作用, 还加强了对钢液面的穿透性和搅拌能力, 加快了脱碳速度, 缩短了冶炼时间, 提高了生产效率;
(4) 设计制作测量角度、距离的专用工具见图6,
对每次安装后的数据及使用情况做好记录、跟踪, 做到安装调整有依据, 使用效果有比较, 达到了规范安装, 改善使用效果的目的;
(5) 将进水压力提高到550 kPa, 水系统由闭路循环改为开路冷却, 回水直接引入电炉变压器回水池, 确保回水温度在30 ℃以下, 水冷件冷却效果明显好转, 设备表面未再出现龟裂漏水的现象;
(6) 将水冷铜座改为钢构件, 高度加高200 mm, 并取消水冷, 同样起到支承水冷铜块的目的, 水冷铜块正下方砌耐火砖以达到保护支座的目的;
(7) 将水冷铜块、侧壁氧枪、炉壳用20 mm以上的钢筋焊接起来, 达到接地可靠的目的, 从而解决了拉弧漏水的现象;
(8) 规范装料, 大块料、渣钢等严禁装在系统的正前方。
(9) 规范操作, 将加热模式延长2 min, 废钢在发红氧化后方可开射流氧, 从而大大减少回火烧坏系统频次。
4 侧壁氧枪改进后效果
通过以上优化改进措施, 侧壁氧枪系统已使用6个月, 改进后平均炉龄为485炉, 每月更换侧壁氧枪3支, 水冷铜块1块, 取消了水冷铜座。炉龄、设备寿命大幅度提高。
5 结束语
对电炉侧壁氧枪系统进行优化改造, 可以大幅度提高炉龄, 延长设备使用寿命。
摘要：分析了电炉炉龄低、设备寿命短的原因, 提出了电炉侧壁氧枪系统的优化改造方案。
基于硅碳棒的电炉温度控制研究 篇9
硅碳棒是碳化硅的再结晶制品,是用高纯度绿色六方碳化硅为主要原料,按一定料比加工制坯,经2200℃高温硅化再结晶烧结而制成的管状、棒状非金属高温电热元件。由于硅碳棒使用温度高,具有升温快、寿命长、耐高温、抗氧化、高温变形小、安装维修方便等特点,且有良好的化学稳定性,与自动化电控系统配套,可得到精确的恒定温度,还可按曲线自动调温。使用硅碳棒加热既方便,又安全可靠。现已广泛应用于陶瓷、玻璃、电子、冶金、科学研究等高温领域,成为辊道窑、隧道窑、冶炼炉、玻璃窑炉以及各类加热设备的电加热元件。在铝及其合金的保温炉、除气炉、过滤炉中的应用更为普遍。
由于硅碳棒具有膨胀系数小、耐急冷急热,有良好的化学稳定性,与酸类物质不起作用,使用温度高,成本低等特点。在氦气、空气和氩气中,最高工作温度为1540℃。通常情况下,在炉温1000℃时可连续工作半年左右。若对硅碳棒的性能了解不够,使用不当硅碳棒也极易损坏,影响寿命。由于铝及其合金的熔炼温度一般在1000℃以下,若使用合理,寿命可达3000小时。除提高硅碳棒本身的质量外,探索合理的控制方法是提高其使用寿命、降低成本、提高生产效率的重要途径。
2 硅碳棒发热特性
2.1 电气特性
研究硅碳棒的电气特性是明确硅碳棒的电阻随温度变化的关系,掌握其发热规律。硅碳棒是碳化硅半导体材料结构,不同于金属,其电阻值受温度的影响变化比较大。常温情况下,电阻值较高的,温度升高但在600℃以下,其电阻系数呈负值;600℃左右,阻值最小;温度再升高,电阻系数变为正值,电阻值呈增大趋势。其变化规律,如图1所示。
因此,在输入电压保持一定的条件下,冷态电阻大,输入的功率小,具有自保护功能,保证硅碳棒的冷态升温速度不至于过快;高温时,电阻随温度增加而增加,输入的功率与阻值成反比例变化,使硅碳棒具有自稳定温度的作用。
2.2 加热特性
硅碳棒表面负荷等于发热功率除以发热部表面积。表面负荷大,其氧化速度变快,缩短使用寿命,因此,在通电加热时要严格控制在允许负荷范围之内,切忌超负荷使用。根据炉子的结构、气氛和温度正确的选择元件的表面负荷是元件达到最高寿命的关键,一般使用硅碳棒极限表面负荷的1/2~1/3。
硅碳棒的加热特性是在温度不变的情况下,其电阻值随时间的变化关系,研究加热特性的目的是为了确定硅碳棒的寿命与那些因素有关,以确定如何延长其使用寿命。硅碳棒加热特性如图2所示,可见在某一温度下,加热时间越长,氧化硅生成越多,其电阻就越大;而加热时间相同的情况下,温度越高氧化硅生成越快,电阻的增加越大,硅碳棒电功率变小;当电阻值增加到原有阻值的3~4倍,其功率已很低,硅碳棒就失效了。铝精炼设备中,电炉工作温度在730℃左右,硅碳棒温度在1000℃左右,硅碳棒寿命约半年。
新硅碳棒工作时,表面温度差在60℃以内,其温度差会随着老化而变大,最大可能达到200℃。硅碳棒在使用前,应进行电阻值的测定,对硅碳棒进行配阻,应尽量使每相电阻值匹配一致,同一电炉中各硅碳棒的电阻值以相差不应大于2%为最好。多根硅碳棒一起使用时要并联。若串联易导致某一支硅碳棒电阻快速增加,寿命缩短。
硅碳棒使用一段时间后,由于电阻值增大,需要提高电压,以达到原有功率,用以补偿电阻增加的损失,因此其输入电压需要有一定的调节范围;对于连续运行的窑炉,电压调整范围为0.7~2.5V(V是硅碳棒元件初期使用的电压),需与变压器配合。通过调节电压,能延长碳化硅元件的使用寿命。若控制系统采用调功器自动调压,可有效解决此问题。
3 硅碳棒加热控制系统
3.1 加热控制方式
1)仪表控制方式。通过设置仪表的输出触点,可使加热器工作在开关状态。这种方式只能粗略控制温度,误差较大,电流冲击大,也不利于电网,其寿命短,产品质量也受影响;使用仪表作为人机界面,操作不方便,管理功能差,难以满满足生产的需要,其使用范围很受限制。在实际应用中,通常通过加大初装功率,来延长硅碳棒使用寿命。一般使用寿命是在3~5个月以上,对于炉温在1300℃以下时,使用寿命可以到4~8个月左右。
2)可编程控制器控制方式。使用可编程控制器控制,能使复杂的工业控制变得简单、配置灵活,维护方便。控制系统能实现温度的采集、变换、显示和PID控制,用触摸屏作为人机界面,可灵活转换系统工作模式,设置工作参数。可编程控制器模拟量输出控制调功器,自动调节加热器电压,对硅碳棒进行连续平滑控制,电流冲击很小,可延长硅碳棒寿命,系统的可靠性和安全性高,已成为现代工业自动化控制的发展方向。
3)计算机自动控制方式。该技术具有可编程控制器控制的诸多优点,其控制规模更大、界面丰富、软件强大、精度高、通用性强,成本又不断降低,因此在实时控制中,将得到越来越广泛地应用。但现场控制困难、工作不够稳定、经常遇到各种干扰、系统维护困难。
3.2 可控硅控制方式
1)移相控制。可控硅导通角随外加控制电压而变化,输出电压随之变化,从而调整加热器功率,移相范围为0~180°。电压调节平滑均匀,输出稳定,但因削波而存在高频成分,对控制电路形成电磁干扰。对电网有污染,大功率时表现更为突出,不过对一般工业场合影响不大,所以对延长加热元件寿命有好处。
2)周波控制。即通常所说的固态继电器,加热时,电压不变化,实际是脉冲通断信号,过零触发简单稳定,通常可以节省一块触发板。它可以方便地调节电压有效值,它对交流电压的周波进行调功,多用于大惯性的加热器负载。采用这种调功,即实现了温度调功,又消除了相位调功时带来的高次谐波污染电网。
3.3 基于PLC的硅碳棒加热控制系统
硅碳棒加热控制系统结构如图3所示,电网电源经断路器隔离后,进行短路保护,送到可控硅电路,控制硅碳棒加热。热电偶不是直接插入铝液,需加碳化硅管以进行保护。
控制电路选用温度控制模块,先将热电偶传感器测得信号送入可编程控制器,触摸屏设置的温度也送入PLC,经PID运算,输出信号送至调功器,控制硅碳棒加热输入电压,改变功率。因采用PID闭环控制,可以不再过分考虑硅碳棒的电气特性,控制更简单了。
在PLC程序中,应注意的是PID程序不得放在子程序中,而是放在主程序中无条件运行,只需把PID的参数从子程序送到主程序,再把PID运算的结果传回子程序,否则可导致PID输出不稳定。如果PID运算仍有问题,可自己设计PID程序。
3.4 电炉焙烧控制
在硅碳棒新投入使用或烘炉过程中,需要一段时间陪烧,一般在80小时,以去除加热器和炉窑内的水分,满足设备的膨胀要求,防止急剧加热而损坏断棒、注入铝液导致爆炸,在操作上不要急剧升到高温。结合炉窑升温曲线要求和硅碳棒特性,可得PLC控制流程图。陪烧过程,必须排气。
在焙烧控制中,先将曲线分为几个线性段,每一段有起始温度、结束温度和所需时间。利用线性子程序得到温度设定值便可,曲线段可依次自动过渡,升温时间到,进行报警,由人工退出,进入炉窑生产过程。每一段有起始温度、结束温度和所需时间是在触摸屏中设置的如图4所示。根据实际炉窑的焙烧工艺不同,设置不同参数。仅焙烧电炉,最好使用旧棒。
3.5 硅碳棒加热保护
1)护套保护。在实际应用中,硅碳棒外加护套,制成加热器。为避免硅碳棒与金属液体直接接触,而长期使用过程中,存在护套破裂,出现短路的可能,危机设备与人身安全,为此在加热器内会再装一个热电偶,用于测量加热器温度,避免加热器过热,起到保护作用。
2)加热过程保护。不管何时加热,在加热开始时,在程序中,加一段时间的延时,控制调功器输出电压,使之平滑,缓慢上升,避免电流冲击,保护硅碳棒。
3)超温报警。不管是电炉超温,还是加热器超温,都启动报警程序,进行声光报警,停止硅碳棒加热,保护硅碳棒和电炉。
3.6 系统控制人机界面
触摸屏坚固耐用,可满足工业环境要求;能实现过程控制的可视化,快速启动,快速投运;通过用户名和密码进行身份验证,保证设备与数据的安全管理。用触摸屏监控硅碳棒加热控制,可设计主界面、手动调功、生产运行、参数设置、焙烧预热及报警等界面。
主界面用于不同权利用户登陆和各界面切换,以确保系统运行责任;
手动调功用于设计人员对系统的调试和维护,手动启停各个输出,确保硬件正常;
生产运行用于生产人员的操作使用,按工艺要求自动控制各个输出;
参数设置可进行手动参数、自动参数、参数最大值、报警温度等的设置;
焙烧预热界面用于硅碳棒初始预热,电炉焙烧的启停、复位控制;
报警界面显示报警类型、时间并记录,可与PLC输出声光报警配合,以加强效果。
4 结束语
硅碳棒质地硬而脆,膨胀系数小、耐急冷急热,有良好的化学稳定性。600度以下具有负温度系数,以上有正温度系数,高温区氧化加快的电气特性。利用工业上成熟的可编程控制器控制技术,与可控硅配合控制硅碳棒的加热过程,可实现精确的PID控制,同时保护硅碳棒和炉窑,能达到延长硅碳棒及炉窑寿命,节能增效和提高产品质量的目的。配以触摸屏人机界面,可实时显示硅碳棒及炉窑状态、设置生产参数,方便操作控制。
参考文献
[1]张世生.可编程控制器应用技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2009.
[2]黄运生.硅碳炉温度与表面负荷的最优控制[J].微计算机信息,2002,(12).
[3]张路宁.硅碳棒在铝液保温炉上的应用[J].冶金能源,2006,25.