電弧爐控制系統(tǒng)方案

1、五礦（湖南）鐵合金有限責(zé)任公司103廿硅¥孟合金冶煉爐優(yōu)化控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)說明書中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院OO年三月開發(fā)背景五礦（湖南）鐵合金集團(tuán)有限公司103M0000KVA礦熱爐主要用于熔煉硅 猛合金和碳猛合金，整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)由爐體、供電變壓器及保護(hù)系統(tǒng)、配加料系 統(tǒng)、電極卷揚(yáng)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(jì)算機(jī)自動(dòng)控制；電極壓放子系統(tǒng)依靠人工憑經(jīng)驗(yàn) 綜合考慮爐 況、二次電壓、一次電流、熔煉時(shí)間等因素，輸入控制信號(hào)給PLC,由PLC 來完成電極的定長(zhǎng)壓放；電極升降是依靠人工憑經(jīng)驗(yàn)綜合考慮二次電壓、一次電 流及爐蓋溫度等因素進(jìn)行調(diào)節(jié)；供電

2、變壓器二次側(cè)電壓等級(jí)靠人工根據(jù)爐況和電 壓、電流、功率等因素憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整。這種靠人工憑經(jīng)驗(yàn)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(duì)滯后、工人 操作強(qiáng)度大、工作效率低，容易出現(xiàn)電極燒結(jié)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(zhì)量。二、設(shè)計(jì)要求針對(duì)五礦（湖南）鐵合金集團(tuán)有限公司103”礦熱爐熔煉過程控制自動(dòng)水平 低下帶來的各種問題，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和與工藝技術(shù)人員交流溝通，結(jié)合生產(chǎn)的實(shí) 際需要，搭建103"礦熱爐優(yōu)化控制系統(tǒng)，以達(dá)到如下目標(biāo)：1. 通過建立電極位置模型，在線檢測(cè)電極的升降量和壓放量，實(shí)現(xiàn)電極自 動(dòng)升降和自動(dòng)壓放；并通過

3、采用合理的算法，計(jì)算電極長(zhǎng)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(chǔ)上提高2-3%,提高功 率因數(shù)。2. 通過建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)采集熔煉過程數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)礦熱爐控制 系 統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)視、事故報(bào)警與記錄、統(tǒng)計(jì)分析和報(bào)表打印、日常生產(chǎn)管理以及安全 管理等功能，并實(shí)現(xiàn)變壓器的繼電保護(hù)。3. 通過對(duì)礦熱爐供電網(wǎng)電能質(zhì)量在線檢測(cè)與監(jiān)視，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電極升降壓放 等操作和供電電流電壓、功率因數(shù)的對(duì)應(yīng)狀態(tài)，分析三相不平衡、無功損 耗及其對(duì)用電設(shè)備的影響，分析諧波損耗及其波形畸變用電設(shè)備的影響，使 電能 質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)精度達(dá)到2%以上。4. 在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，根據(jù)用電制度

4、和造渣制度，綜合考慮原料成 分和品位、產(chǎn)品成分、礦熱爐設(shè)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(jí)及電極插入深度，提高穩(wěn)定運(yùn)行率 5%以上。三、設(shè)計(jì)方案3. 1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)五礦（湖南）鐵合金集團(tuán)有限公司103"礦熱爐優(yōu)化控制系統(tǒng)由電極位置自動(dòng)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(shè)備故障監(jiān)測(cè)與預(yù)警 子系統(tǒng)、生產(chǎn)過程優(yōu)化控制子系統(tǒng)、電能質(zhì)量在線檢測(cè)與綜合分析子系統(tǒng) 五部分組成，系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖門03礦熱爐優(yōu)化控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)3. 2系統(tǒng)功能介紹電極位置自動(dòng)控制包括電極位置檢測(cè)和電極位置控制兩大部分。電極位置檢 測(cè)的目的是建立電極

5、位置模型，通過在線檢測(cè)電極的升降量和壓放量，計(jì)算電極 長(zhǎng)度及其位置。電極位置檢測(cè)和長(zhǎng)度的計(jì)算采用間接測(cè)量法求得，電極位置模型 為電極長(zhǎng)度模型為：式中，Lo為電極的初始位置；Lsj為實(shí)測(cè)電極升降量;L y為電極的壓放量；Lxh為電極的正常損耗量；Lyx為電極異常損耗量；Led為電極的長(zhǎng)度；Les為電極的初始長(zhǎng)度。L oL sj由絕對(duì)式光電編碼器檢測(cè)得到；由次數(shù)*固定壓放量統(tǒng)計(jì)得到；S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(gè)較準(zhǔn)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S可由手動(dòng)輸入估計(jì)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

6、電極的壓放控制。電極升降控制的 目標(biāo)是保持電極插入位置最佳，實(shí)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(biāo)是通 過壓放電極來 補(bǔ)充電極的消耗量，以保持電極工作端的長(zhǎng)度最佳。1電極升降控制礦熱爐冶煉過程中，因?yàn)楣r復(fù)雜，干擾較多，三相電極的最優(yōu)位置會(huì)實(shí)時(shí) 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(shí)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(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種方式，自動(dòng)升降控制系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所 7J o圖2電極自動(dòng)升降系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)但因?yàn)榈V熱爐冶煉過程復(fù)雜，在冶煉過程中可能

7、會(huì)出現(xiàn)一些特殊情況。為了能應(yīng)對(duì)礦熱爐冶煉過程中可能出現(xiàn)的各種情況，設(shè)置不同的電極調(diào)節(jié)方法:爐況正常時(shí)，采用最優(yōu)位置控制此時(shí)控制信號(hào)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(yàn)來設(shè)定，也可通過對(duì)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(yàn)知 識(shí)，經(jīng)建模和優(yōu)化計(jì)算得到。電極最優(yōu)位置穩(wěn)定控制結(jié)構(gòu)如圖3所示，圖3電極最優(yōu)位置穩(wěn)定控制結(jié)構(gòu)圖其中3為電極設(shè)定的最優(yōu)升降量，一為電極實(shí)際升降量?？刂破鞲鶕?jù)實(shí)際升降量與電極設(shè)定最優(yōu)升降量差值的大小來給定頻率和升降時(shí)間，當(dāng)差值較大時(shí)采用較高速度升降電極；當(dāng)差值較小或爐況不穩(wěn)定時(shí)，采用較低速

8、度升 降電極。當(dāng)電流下降或上升幅度過大時(shí)，采用恒電流控制此時(shí)控制信號(hào)由一次側(cè)電流決定，以便使電路中的電流快速地恢復(fù)到正常工 作范圍之內(nèi)。不可抬升電極的情況處理出鐵時(shí)，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(shí)， 如中間凹陷，則一般不能抬升。故障情況下電極的處理當(dāng)?shù)V熱爐自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)給出相關(guān)狀態(tài)信息并報(bào)警，提示操 作人員切換到手動(dòng)控制，以保證礦熱爐的正常生產(chǎn)。2.電極壓放控制因?yàn)楣杳秃辖鹨睙捠沁B續(xù)進(jìn)行的，隨著冶煉過程的進(jìn)行，電極會(huì)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(duì)

9、電極的消耗不斷 進(jìn)行補(bǔ)充。電極壓放控制系統(tǒng)的主要功能是通過壓放電極來補(bǔ)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(shè)置了三種不同的壓放方 式：自動(dòng)壓放、手動(dòng)壓放和現(xiàn)場(chǎng) 壓放，具體的控制方式描述如下。(1) 自動(dòng)壓放自動(dòng)壓放在電爐操作室內(nèi)完成，這也是系統(tǒng)的主要運(yùn)行方式。相關(guān)檢測(cè)與控制信號(hào)與PLC相連，由與PLC相連的上位機(jī)據(jù)諧波檢測(cè)儀的 分析結(jié)果及爐況最優(yōu)化控制算法輸出控制信號(hào)，經(jīng)PLC根據(jù)相應(yīng)狀態(tài)檢測(cè)信號(hào) 自動(dòng)控制相應(yīng)電磁閥的起停，從而完成電極壓放各環(huán)節(jié)之間的協(xié)調(diào)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電 極自動(dòng)定長(zhǎng)壓放。決定

10、電極是否壓放的因素包括二次側(cè)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(cè)電壓過高、二次電流過小或爐蓋溫度 過高時(shí) 則需要進(jìn)行壓放。系統(tǒng)三相功率不均衡或功率因素過低時(shí)，綜合考慮電極升降來 作適當(dāng)?shù)膲悍挪僮?。自?dòng)壓放控制的思想如圖5所示。圖5自動(dòng)壓放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電極自動(dòng)壓放的具體工作流程為：工業(yè)控制計(jì)算機(jī)獲取諧波檢測(cè)儀分析所得的電爐一次側(cè)電流、電壓、有功功率、功率因素等信號(hào)及PLC采集得到 的爐況、爐蓋溫度、液壓系統(tǒng)狀態(tài)等信號(hào)，結(jié)合當(dāng)前各項(xiàng)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(yīng)電極位置控制信號(hào)一一PLC 獲取控制信號(hào)，開始?jí)悍畔鄳?yīng)電極輸出“上閘松”信號(hào)

11、對(duì)上閘液壓壓力 繼電器進(jìn)行采樣，直至其反饋狀態(tài)為“松”，輸出“立缸升”信號(hào)對(duì)“立 缸上限”行程開關(guān)進(jìn)行采樣，直至其被觸發(fā)，輸出“上閘緊”信號(hào) 對(duì)上閘液 壓壓力繼電器進(jìn)行采樣，直至其反饋狀態(tài)為“緊”，輸出“下閘松”信號(hào) 對(duì)下閘液壓壓力繼電器進(jìn)行采樣，直至其反饋狀態(tài)為“松”，輸出“銅瓦松” 信號(hào)對(duì)銅瓦液壓壓力傳感器進(jìn)行采樣，直至其壓力下降至2. 5Mpa (待確 定)，輸出“立缸降”信號(hào)對(duì)“壓放量”通道進(jìn)行采樣，直至壓放量達(dá)到規(guī) 定值，輸出“下閘緊”信號(hào)對(duì)下閘液壓壓力繼電器進(jìn)行采樣，直至其反饋狀 態(tài)為“緊”，輸出“銅瓦緊”信號(hào)一一對(duì)銅瓦液壓壓力傳 感器進(jìn)行采樣，直至 其壓力上升至4Mpa。至此，一

12、次壓放過程結(jié)束。期間，若在設(shè)定時(shí)間內(nèi)任一路 壓力繼電器或行程開關(guān)未能達(dá)到期望狀態(tài)，則停止壓放過程并輸出相應(yīng)報(bào)警信 號(hào)。(2) 手動(dòng)壓放 手動(dòng)壓放在電爐操作室內(nèi)完成。當(dāng)上位機(jī)出現(xiàn)故障或系統(tǒng)中 元器件出現(xiàn)故障，不能進(jìn)行自動(dòng)壓放時(shí)，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(jìn)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(yīng)切換開關(guān)及按鈕，將控制信號(hào)輸入PLC,再由PLC完成電極的壓放。手動(dòng)壓 放的思想如圖6所示圖6電極壓放控制系統(tǒng)手動(dòng)壓放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖其具體操作流程為：各切換開關(guān)至0° 運(yùn)行方式選擇“手動(dòng)壓放'' 按下“試燈”按鈕，若所有狀態(tài)指示燈均正常亮起，

13、繼續(xù)操作選相（左 45° : A相；右45° B相；右90° : C相）上閘松（右45。,等待“上 閘松”信號(hào)燈亮）立缸升（右45。,等待“立缸上限”信號(hào)燈亮）上 閘緊（0° ,等待“上閘緊”信號(hào)燈亮）下閘”松（右45。，等待“下閘松”信號(hào)燈亮）銅瓦松（右45。，等待“銅瓦松”信號(hào)燈亮）一 一立缸降（左45。,等待“立缸下限”信號(hào)燈亮）下閘緊（0。，等待“下閘緊”信號(hào)燈亮）銅瓦緊（0° ,等待“銅瓦緊”信號(hào)燈亮） 立缸 手柄回0。選相開關(guān)回0°。至此，一次壓放操作完成。若操作過程中，某 信號(hào)燈在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)沒達(dá)到期望狀態(tài)，則應(yīng)立即停止壓

14、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(guān)需要還原至0° ,每次壓放之前亦須確保各切換開關(guān)均處在0。位置。（3）現(xiàn)場(chǎng)壓放現(xiàn)場(chǎng)壓放在液壓站內(nèi)進(jìn)行。用于當(dāng)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(jìn)行操作時(shí)使用。因?yàn)椴僮鬟^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(chǎng)壓放完成倒拔電極 過程。在 該方式下，由有經(jīng)驗(yàn)的操作人員直接觀察液壓站內(nèi)的油壓表讀數(shù)及電極情況，控 制與電磁閥直接相連的切換開關(guān)，完成電極壓放的相應(yīng)操作。該過程不需要PLC 或工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的參與。根據(jù)實(shí)際需要，現(xiàn)場(chǎng)壓放分壓放和倒拔兩個(gè)過程，具 體操作方法如下：壓放

15、過程：運(yùn)行方式選擇“現(xiàn)場(chǎng)壓放”選相上閘松（右45。，上閘進(jìn)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(dá)到最高位）立缸手柄回“ 0”位（垂直位置）上 閘緊（0° ,上閘進(jìn)油壓力指示降至OMPa） 下閘松（右45。,下閘進(jìn)油 壓力指示上升至4MPa） 銅瓦松（銅瓦進(jìn)油壓力指示降至2.5MPa） 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“（T位下閘緊（0° ,下閘進(jìn)油壓力指示降至OMPa） 銅瓦緊（銅 瓦進(jìn)油壓力指示上升至4. 5MPa）,壓放完成。倒拔過程：運(yùn)行方式選擇“現(xiàn)場(chǎng)壓放”選相下閘松

16、（右45。， 下閘進(jìn)油壓力指示上升至4MPa） 銅瓦松（銅瓦進(jìn)油壓力指示降至2.5MPa） 立缸升（右45。，觀察立缸上升距離至所要求值，要求不能達(dá)到最高位） 立缸手柄回u（F位（垂直位置）下閘緊（0° ,下閘進(jìn)油壓力指示降 至OMPa） 銅瓦緊（銅瓦進(jìn)油壓力指示上升至4.5MPa） 上閘松（右 45° ,上閘進(jìn)油壓力指示上升至4MPa） 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”位上閘緊（0° , 上閘進(jìn)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(shè)備故障監(jiān)測(cè)與預(yù)警子系統(tǒng)生產(chǎn)過程 參數(shù)集

17、中監(jiān)視與生產(chǎn)設(shè)備故障監(jiān)測(cè)與預(yù)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(shí)時(shí)進(jìn)行顯示，并以圖形、表格、曲線、動(dòng)畫等多種 形式反映生產(chǎn)過程當(dāng)前的工作狀態(tài)，為工藝人員和操作人員提供技術(shù)指導(dǎo)。 設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，能及時(shí)告知故障源，為維修維護(hù)技術(shù)人員提供依據(jù)，系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)如圖7所示。圖7生產(chǎn)過程參數(shù)集中監(jiān)視和生產(chǎn)設(shè)備故障監(jiān)測(cè)與預(yù)警子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖電能 質(zhì)量在線檢測(cè)與分析用于實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)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(cè)3、電流 相序檢測(cè)3、分相電壓諧波25*3、分

18、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(cè)廣25次諧波電壓和電流含有率25*3*2 ,統(tǒng)計(jì)諧波電壓 畸變率3、諧波電流畸變率3,二次側(cè)三相電壓、（三相電壓平衡度、三相電流 平衡度、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(shì)，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(jí)和提高礦熱爐功率因素提供依據(jù)。（合 計(jì)331個(gè)變量）3. 3詳細(xì)設(shè)計(jì)1. 原理圖電極升降系統(tǒng)原理圖見附錄12. I/O點(diǎn)配置名稱信號(hào)范圍DIDOAIAO備注24VDC標(biāo)準(zhǔn) 24VDC繼電器220VAC4-20mA0-20mA輸入（

19、控制）:手動(dòng)/自動(dòng)方式24VDC1電極升降距離prof i bus 通信輸入（狀態(tài)檢測(cè)）:上限位開關(guān)24VDC3下限位開關(guān)24VDC3變頻器故障報(bào)警 信號(hào)24VDC3輸出（控制）：變頻器正轉(zhuǎn)啟動(dòng)24VDC3變頻器反轉(zhuǎn)啟動(dòng)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(jì)1024333.元器件清單現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備序號(hào)名稱用途型號(hào)數(shù) 量備注1光電編碼器統(tǒng)計(jì)升降量倍加福 PVM58I-011AGR0BN-13連軸器PSM581-011-9401安裝支架P

20、SM581-011-9203連接插頭配套（贈(zèng)送）電纜配套（贈(zèng)送）2重錘式限位開 關(guān)升降限位LX22-316已有電器柜序號(hào)名稱用途型號(hào)數(shù) 量備注1變頻器變頻調(diào)速西門子 MM6SE6440-2UD31TCA132B0P基本操作 板設(shè)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(gè)4熔斷器變頻器保護(hù)西門子 3NA-3014, 35A95制動(dòng)電阻變頻器保護(hù)西門子 6SE6400-4BD16-36空氣斷路器主電路保護(hù)施耐德 NSC100B30603已有7空氣斷路器QF1控制電路保護(hù)施耐德 0SMC32N1C63已有B熔斷器控制電路保護(hù)西門

21、子3NA38023已有操作臺(tái)序名稱用途型號(hào)數(shù)備注號(hào)量1轉(zhuǎn)換開關(guān)自動(dòng)/手動(dòng)施耐德 K2D-002UCH12信號(hào)燈變頻器故障施耐德XB2BVB4C324V3信號(hào)燈電極升施耐德XB2BVB3PC324V （已有4信號(hào)燈電極降施耐德XB2BVB3PC324V （已有5信號(hào)燈電極上限位施耐德XB2BVB4C324V （已有6信號(hào)燈電極下限位施耐德XB2BVB4C324V （已有7轉(zhuǎn)換開關(guān)手動(dòng)控制電極 升降施耐德 K2D-002UCH3已有卷揚(yáng)平臺(tái)上的控制箱（已有）1熔斷器電機(jī)RL2-25,5A62中間繼電器電機(jī)JZC-44, 380V33空氣斷路器電機(jī)DZ47-63/A, leq=10A34空氣斷路器電

22、機(jī)DZ20-100/3300, leq=100A31.原理圖壓放控制系統(tǒng)原理圖見附錄2 2. I/O點(diǎn)配置名稱信號(hào)范圍DIDOAlAO備注24VDC標(biāo)準(zhǔn) 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(dòng)壓放24VDC1輸入（狀態(tài)檢測(cè)）:上抱閘24VDC6每個(gè)壓力控 制器接兩個(gè)DI下抱閘24VDC6每個(gè)壓力控 制器接兩個(gè)DI銅瓦24VDC6每個(gè)壓力控 制器接兩個(gè)DI立缸位置24VDC6上下限位立缸位置4一20mA3來自DJY-壓放量監(jiān)測(cè) 儀表輸出（控制）

23、:上抱閘220VAC繼電3下抱閘220VAC繼電3立缸升220VAC繼電3立缸降220VAC繼電3銅瓦220VAC繼電3輸出（狀態(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(dòng)運(yùn) 行24VDC固態(tài)繼 電器1自動(dòng)運(yùn) 行24VDC固態(tài)繼 電器1現(xiàn)場(chǎng)操 作24VDC固態(tài)繼 電器1總計(jì)34111533.元器件選型清單電器柜序號(hào)名稱用途型號(hào)數(shù)量備注1信號(hào)燈（紅）運(yùn)行方式XB2BVB4C32空氣斷路器DZ47-13熔斷器電磁閥RT28-20,1A154熔斷器DORT28-20, 2A55組5熔斷器DIRT28

24、-20,1A44組6熔斷器電源端子RT28-20, 5A17變送器檢測(cè)壓放量維博 WBV344UO1305Vto420mA 電 源：24V操作臺(tái)序號(hào)名稱用途型號(hào)數(shù)量備注1按鈕（綠）試燈XB2EA13112信號(hào)燈（綠）XB2BVB3PC43信號(hào)燈（紅）XB2BVB4C44切換開關(guān)立缸K2D-002UCH1零位在中間5切換開關(guān)上閘、下閘、銅K2A-001ACH345°開關(guān)6切換開關(guān)運(yùn)行方式K2F-013NCH13檔、兩極、不帶零7切換開關(guān)壓放選向K2C-003QCH13檔、單極、帶零位1. 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(jī)通過工業(yè)以太網(wǎng)（或MPI）與PLC主機(jī)連接， PLC將

25、現(xiàn)場(chǎng)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞給上位機(jī)。同時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的操作和工藝參數(shù)設(shè)定均可在計(jì)算機(jī) 上完成，如在上位計(jì)算機(jī)上可以設(shè)定電極的插入深度、電極的升降速度，輸入檢 測(cè)化驗(yàn)的質(zhì)量指標(biāo)等參數(shù)。上位機(jī)采用WINCC作為組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)過程監(jiān)控、數(shù)據(jù)存檔、流程顯示及 人機(jī)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(shè) 計(jì)與調(diào)試及軟件與數(shù)據(jù)的下載與上傳。工控機(jī)外接打印機(jī)以打印報(bào)表，保證工 控機(jī)的正常工作和數(shù)據(jù)的完整記錄。圖8生產(chǎn)過程參數(shù)集中監(jiān)視2. 生產(chǎn)設(shè)備故障監(jiān)測(cè)與預(yù)警礦熱爐生產(chǎn)系統(tǒng)各設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中， 會(huì)出現(xiàn)多種故障隱

26、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(shí)準(zhǔn)確地 發(fā)現(xiàn)故障隱患，為系統(tǒng)維護(hù)、維修提供方便。3. 爐體狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警爐體狀態(tài)檢測(cè)的參數(shù)包括爐蓋溫度、爐膛壓力、冷 卻水水壓等，當(dāng)爐蓋溫度超過上限值或三相熔池溫度嚴(yán)重不等時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)； 當(dāng)爐內(nèi)壓力過高或出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)，調(diào)整排氣閥開度，確保爐內(nèi)維持微正壓狀態(tài)，當(dāng) 排氣閥出現(xiàn)故障開度不能調(diào)節(jié)時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)；當(dāng)爐蓋冷卻水水壓過低時(shí)，發(fā) 出報(bào)警 信號(hào)，系統(tǒng)原理及PLC連線如圖9所示。圖9爐體狀態(tài)監(jiān)測(cè)及煙道蝶閥控制PLC連線圖（1）原理圖爐體狀態(tài)監(jiān)測(cè)及煙道蝶閥控制原理圖見附錄3(2

27、) I /0點(diǎn)配置名稱信號(hào)范圍DIDOAIA0備注24VDC220V24VDC220V繼電QQ輸入（控制）:手動(dòng)1切換開關(guān)自動(dòng)1切換開關(guān)輸入（狀態(tài)檢測(cè)）:閥門全開24VDC1行程開關(guān)觸 點(diǎn)輸入閥門關(guān)閉24VDC1行程開關(guān)觸 點(diǎn)輸入閥門半開24VDC1行程開關(guān)觸 點(diǎn)輸入溫度檢測(cè)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 感器輸岀（控制）:閥門打開220VAC1繼電器輸出閥門關(guān)閉220VAC1繼電器輸出輸岀（狀態(tài)顯示）:閥門全開24VDC1指示燈閥門關(guān)閉24VDC1指示燈閥門半開24VDC1指示燈溫度報(bào)警24VDC3指示燈冷卻水水壓報(bào)警24VDC1指

28、示燈爐膛壓力報(bào)警24VDC1指示燈手動(dòng)顯示24VDC1指示燈自動(dòng)顯示24VDC1指示燈總計(jì)4110263）元器件清單現(xiàn)場(chǎng)序號(hào)名稱用途型號(hào)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KD1151DP3E5213爐膛壓力傳感器待定1已有4限位開關(guān)煙道蝶閥特殊位 置JLXK1-1113已有5蝶閥開度蝶閥開度檢測(cè)1已有操作臺(tái)序號(hào)名稱用途型號(hào)數(shù)量備注1切換開關(guān)自動(dòng)/手動(dòng)施耐德 K2D-002UCH12按鈕閥門打開/關(guān)閉LA222已有3信號(hào)燈（紅）溫度報(bào)警XB2BVB4C34信號(hào)燈（紅）水壓報(bào)警XB2BVB4C15信號(hào)燈（紅）手動(dòng)XB2BVB4C16信號(hào)燈（綠）自動(dòng)XB2BVB3PC17信號(hào)燈（紅）

29、蝶閥位置顯示XB2BVB4C38信號(hào)燈（紅）爐膛壓力報(bào)警XB2BVB4C19蝶閥角度顯示儀顯示蝶閥開度1已有電氣柜1信號(hào)燈（紅）閥門狀態(tài)XB2BVB4C 紅（）32空氣開關(guān)控制電路空氣開 關(guān)DZ47-63/2, leqhOA;13空氣開關(guān)主電路空氣開關(guān)DZ20-100/3300, leq=50A;14交流接觸器正反轉(zhuǎn)控制CJ20-20； 220V24.變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警為保證電爐變壓器安全運(yùn)行，需要對(duì)變壓器保護(hù)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視，并在上位機(jī)顯示保護(hù)預(yù)告信號(hào)，出現(xiàn)故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。變壓器監(jiān)視的狀態(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(dāng)

30、變壓器出現(xiàn)異常情況時(shí)及時(shí)報(bào)警。103”爐變壓器已經(jīng)配有 變壓器繼電器綜合保護(hù)裝置，且綜合保護(hù)裝置后臺(tái)帶有RS485通訊接口，因此上位機(jī)通過RS485總線通信方式與綜合保護(hù)裝置通訊獲取變壓器狀態(tài)參數(shù)。變 壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)原理如圖10所示。圖10變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警5.電爐變壓器冷卻器狀態(tài)監(jiān)視該功能模塊主要對(duì)變壓器冷卻系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài) 監(jiān)視，以保證爐變冷卻系統(tǒng)的正常運(yùn)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)視原理如圖案11 所示。(D原理圖圖11電爐變壓器冷卻器狀態(tài)監(jiān)視原理圖2) I /0點(diǎn)配置序號(hào)名稱DIDOAlAO備注11號(hào)油泵啟停122

31、0VAC22號(hào)油泵啟停1220VAC3水壓14-20MA4油溫14-20MA5油壓14-20MA6油流14-20MA在硅猛合金熔煉過程中，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(shè)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(yù)測(cè)爐渣成分及硅猛合金的質(zhì)量產(chǎn)量，綜合運(yùn)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(biāo)，以現(xiàn)有設(shè)備的運(yùn)行參 數(shù)和工藝要求指標(biāo)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(duì)熔 煉過程工藝指標(biāo)以及能耗的影響，優(yōu)化供電電壓等級(jí)及電極插入深度，實(shí)現(xiàn)礦 熱爐熔煉過程的優(yōu)化控制，提高硅猛合金的產(chǎn)量和質(zhì)量，降低能耗。生產(chǎn)

32、過程 優(yōu)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖案12所示。圖12生產(chǎn)過程優(yōu)化控制系統(tǒng)3. 3. 5電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)與分析子系統(tǒng)(1)工作原理電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)的功能部件及總體結(jié)構(gòu)如圖13所示，下位機(jī) 是電力諧波動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，它從電爐變壓器一次側(cè)的電壓互感器 PT和電流 互感器CT分別獲取電壓信號(hào)和電流信號(hào)，經(jīng)過光電隔離變換器，放大偏置以 后，進(jìn)行A/D采樣，輸入到3塊DSP,每塊DSP各負(fù)責(zé)處理一相電壓和電流 信號(hào)另一塊DSP負(fù)責(zé)把處理后的數(shù)據(jù)通過CAN總線發(fā)送給上位機(jī)。上位機(jī)為工控機(jī)，安裝電力電能質(zhì)量在線檢測(cè)系統(tǒng)軟件，對(duì)接收到的數(shù) 據(jù) 進(jìn)行處理分析，獲得廣25次諧波電流、諧波電壓、諧波含量、畸變率，總的

33、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(xiàng)電網(wǎng)參數(shù)，并用列表 法、棒狀圖、趨勢(shì)圖和儀表面板等多種方式實(shí)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(jī)，為電極自動(dòng)控制提供參考數(shù)據(jù)。圖13電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖2) I/O配置序號(hào)名稱DID0AlAO備注1A相電流15A2B相電流15A3C相電流15A4線電壓1 (1次1100V"5線電壓2 (1次1100V"6線電壓3 (1次1100V"7線電壓1 (2次1250V"8線電壓2 (2次1250V"9線電壓3 (2次1250V"10CAN (服務(wù)器)1總線通信11C

34、AN (下位機(jī))1總線通信3)元器件清單現(xiàn)場(chǎng)序號(hào)名稱用途型號(hào)數(shù)量備注1電壓互感器TV一次側(cè)三相電壓JDZJ-10, 10/0. 1kV2已有2電流互感器TA一次側(cè)三相電流LA-10, 1000/5A3已有3電壓端口二次側(cè)三相電壓僅從電壓表兩端取 信號(hào)3已有操作臺(tái)序號(hào)名稱用途型號(hào)數(shù)量備注1CAN總線PC I卡服務(wù)器與監(jiān)測(cè)終端實(shí) 時(shí)通信CAN1電氣柜1電壓傳感器一次側(cè)三相電壓PT32電流傳感器一次側(cè)三相電流CT33電壓傳感器二次側(cè)三相電壓PT34CAN總線PC I卡實(shí)時(shí)通信雙口 CAN15信號(hào)處理DSP3相電壓電流數(shù)字信 號(hào)處理器（每個(gè)變量對(duì)應(yīng)一個(gè) 諧波及無功分析信號(hào) 處理器）281266信號(hào)采集

35、DSP變壓器兩側(cè)3相電 壓電流信號(hào)采集控 制器（每組變量對(duì) 應(yīng)一個(gè)信號(hào)采集控281237顯示屏電能顯示19寸18上位工控機(jī)電能監(jiān)測(cè)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(hào)調(diào)理箱信號(hào)調(diào)理112數(shù)字處理箱數(shù)字處理113ADC信號(hào)采集（信號(hào)處理 和單純的計(jì)量分開采 集）1514航空插件電壓電流等模擬信號(hào) 接口1515電氣端排接入電壓電流互感器2016空氣開關(guān)電氣柜電源117電流調(diào)理模塊變壓器高壓側(cè)三相電 流信號(hào)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(hào)調(diào)理6路19信號(hào)處理模塊DSP信號(hào)處理前端模 擬電路6塊插件20信號(hào)采集模塊DSP信號(hào)采集前端模 擬電

36、路3塊插件20信號(hào)箱背板為DSP插件板提供公 共接口和電源1塊21運(yùn)算放大器若干22鎖相模塊電壓鎖相123CAN通信模塊DSP信號(hào)上傳9路24其它四、系統(tǒng)控制柜配置說明整個(gè)熔煉生產(chǎn)實(shí)際I/O點(diǎn)數(shù)需要共140點(diǎn)，其中DI51點(diǎn)（其中24VDC50 點(diǎn)，220VAC1 點(diǎn)），D055 點(diǎn)（其中 24VDC35 點(diǎn)，220V 繼電器20 點(diǎn)），AI31 點(diǎn)，A0點(diǎn)3點(diǎn)。根據(jù)生產(chǎn)工藝的需求，對(duì)系統(tǒng)配置以下控制柜及控制箱。I/O點(diǎn) 具體配置見I/O點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表（見附錄4）。整個(gè)系統(tǒng)由PLC主控制柜、電極升降控制柜、煙道蝶閥開關(guān)控制與電爐 變 壓器監(jiān)視與預(yù)警控制柜、電能質(zhì)量在線檢測(cè)與分析控制柜、交流配電與直流

37、配電 柜。每個(gè)控制柜、箱內(nèi)的詳細(xì)配置如下：4. 1 什柜（800*800*2200 ）T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(guān)等器件的狀態(tài)信號(hào)及操作面板上相應(yīng)切換開關(guān)、按鈕的控制信號(hào)， 控制液壓系統(tǒng)中電磁開關(guān)的動(dòng)作及輸出相應(yīng)狀態(tài)、報(bào)警信號(hào)。柜內(nèi)模塊配置如 下：序號(hào)名稱型號(hào)（訂貨號(hào)）數(shù)量1CPU412H系統(tǒng)套件,包括1個(gè)UR2-H/2個(gè)PS407/2 個(gè) 412-3H/2 個(gè) 1 MB 存儲(chǔ)卡6ES7400-0HR00-4AB012UPS2000VASANTAK13SM431,模擬量輸

38、入模塊，16點(diǎn)6ES7431-7QH00-0AB034SM421,數(shù)字量輸入模塊（120, 230）6ES7421-1FH20-0AA015SM432,模擬量輸出模塊，8點(diǎn)6ES7432-1HF00-0AB016SM421,數(shù)字量輸入模塊，32點(diǎn),24VDC6ES7421-1BL00-0AA027SM422,數(shù)字量輸出模塊，32點(diǎn)，24VDC6ES7422-1BL00-0AA028SM422,數(shù)字量輸出模塊，16點(diǎn)，220VAC繼電器6ES7422-1HH00-0AA02948針前連接器6ES7492-1AL00-0AA01110PC適配器，USB 口（編程電纜）6ES7972-0CB20-0

39、XA0111CP5613通訊卡6GK1561-3AA0114. 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(zhuǎn)接觸器等組成,通過PROF I BUS總線與PLC控制器聯(lián)接。柜內(nèi)模塊配置如下:電器柜序名稱用途型號(hào)數(shù)量備注1變頻器變頻調(diào)速西門子 MM6SE6440-2UD31-1CA1 32BOP基本操作板設(shè)置變頻器參數(shù)西門子 6SE6400-0AP00-13交流接觸器變頻電路施耐德CJX2-D2512已有64熔斷器變頻器保護(hù)西門子 3NA-3014, 35A95制動(dòng)電阻變頻器保護(hù)西門子 6SE6400-4BD16-36空氣斷路器QF主電路保護(hù)

40、施耐德 NSC100B30603已有7空氣斷路器QF1控制電路保護(hù)施耐德 0SMC32N1C63已有8熔斷器控制電路保護(hù)西門子3NA38023已有4.33”柜(800*800*2200 )3冷巨上端為煙道蝶閥開/關(guān)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(hào)、爐膛溫度信號(hào)、蝶閥的行程開關(guān)狀態(tài)信 號(hào)及操作面板上相應(yīng)切換開關(guān)、按鈕的控制信號(hào)，控制蝶閥的驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作,并輸出相應(yīng)狀態(tài)、報(bào)警信號(hào)，柜內(nèi)器件配置如下:電氣柜編號(hào)名稱用途型號(hào)數(shù) 量說明1燈 號(hào)紅 信(閥門狀態(tài)XB2BVB4C 紅()3關(guān)閉、全開、 半開2空氣開關(guān)制電路空氣開DZ47-63/2, leqhOA;1

41、3空氣開關(guān)主電路空氣開 關(guān)DZ20-100/3300, leq=50A;NSC6014交流接觸器正反轉(zhuǎn)控制CJ20-20； 220V23”柜下端為電爐變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警控制部分，電爐變壓器狀態(tài)與預(yù)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(hào)、二次側(cè)電壓信號(hào)、變壓器檔位信號(hào)以及變壓器的油溫、瓦斯、油位等信號(hào)。柜內(nèi)器件配置如下:序號(hào)名稱型號(hào)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(hào)繼電器DX-31.-220V7已有4熔斷器RT28-32, DC4A2已有5轉(zhuǎn)向開關(guān)HZ10-10/127已有6信號(hào)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. 44”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(hào)名稱型號(hào)數(shù)量備注1刀熔HR13BX-200/321, 1=100A1已有2電流互感器LMZ-0. 5, 75/5A3已有