3电弧炉控制系统方案

1、五矿 < 湖南）铁合金有限责任公司 103#硅锰合金冶炼炉优化控制系统方案设计说明书中南大学信息科学与工程学院二O一O年三月开发背景五矿湖南）铁合金集团有限公司 103#10000KVA 矿热炉主要用于熔炼 硅锰合金和碳锰合金，整个生产系统由炉体、供电变压器及保护系统、配 加料系统、电极卷扬升降控制系统、电极压放子系统和炉体水冷系统等组 成。目前，配加料子系统采用了计算机自动控制；电极压放子系统依靠人 工凭经验综合考虑炉况、二次电压、一次电流、熔炼时间等因素，输入控 制信号给PLC，由PLC来完成电极的定长压放；电极升降是依靠人工凭经 验综合考虑二次电压、一次电流及炉盖温度等因素进行调节

2、；供电变压器 二次侧电压等级靠人工根据炉况和电压、电流、功率等因素凭经验进行调 整。这种靠人工凭经验来控制冶炼过程的方法难以保证矿热炉稳定持续地 工作在最佳工作范围内，调节过程相对滞后、工人操作强度大、工作效率 低，容易出现电极烧结不好、耗电量大、炉况不稳定等问题，难以保证产 品的产量和质量。二、设计要求针对五矿 湖南）铁合金集团有限公司 103#矿热炉熔炼过程控制自动 水平低下带来的各种问题，通过现场调研和与工艺技术人员交流沟通，结 合生产的实际需要，搭建 103#矿热炉优化控制系统，以达到如下目标：1通过建立电极位置模型，在线检测电极的升降量和压放量，实现 电极自动升降和自动压放；并通过采

3、用合理的算法，计算电极长度及其位 置，控制电极处于最优位置区域内，使三相有功功率平衡度在原有基础上 提高 2-3%，提高功率因数。2通过建立实时数据库，实时采集熔炼过程数据，实现整个矿热炉 控制系统的运行监视、事故报警与记录、统计分析和报表打印、日常生产管理以及安全管理等功能，并实现变压器的继电保护3通过对矿热炉供电网电能质量在线检测与监视，实时监测电极升降压放等操作和供电电流电压、功率因数的对应状态，分析三相不平衡、 无功损耗及其对用电设备的影响，分析谐波损耗及其波形畸变用电设备的 影响，使电能质量各项指标的监测精度达到 2%以上。4在保证产品质量的前提下，根据用电制度和造渣制度，综合考虑

4、原料成分和品位、产品成分、矿热炉设备参数、熔炼过程状态参数等因数 的影响，建立生产过程优化控制模型，优化供电电压等级及电极插入深 度，提高稳定运行率 5%以上。三、设计方案3.1 系统总体结构五矿 湖南）铁合金集团有限公司 103#矿热炉优化控制系统由电极位 置自动控制子系统、生产过程参数集中监视子系统、生产设备故障监测与 预警子系统、生产过程优化控制子系统、电能质量在线检测与综合分析子 系统五部分组成，系统的整体结构如图 1 所示。3 / 29图1 103#矿热炉优化控制系统总体结构3.2系统功能介绍3.2.1电极位置自动控制子系统电极位置自动控制包括电极位置检测和电极位置控制两大部分。电极

5、 位置检测的目的是建立电极位置模型，通过在线检测电极的升降量和压放 量，计算电极长度及其位置。电极位置检测和长度的计算采用间接测量法 求得，电极位置模型为电极长度模型为:式中,为电极的初始位置;I为实测电极升降量;为电极的压放量;为电极的正常损耗量；.F为电极异常损耗量；_1为电极的长度；F为电极的初始长度。.三由绝对式光电编码器检测得到；可由次数*固定压放量统计得到；由炉料消耗量、生产过程状态参数、产量等推断可得到一个较准确的消耗速率 此速率可以根据路况不同更改），累积超过30mm提示压放。I可由手动输入估计的异常消耗量，超过 30mm提示压放。电极位置控制的主要包括电极升降控制和电极的压放

6、控制。电极升降 控制的目标是保持电极插入位置最佳，实现三相熔池有功功率平衡、有功 功率大、功率因数高、线路电流小，保持较好的炉况。电极压放控制的目 标是通过压放电极来补充电极的消耗量，以保持电极工作端的长度最佳。1. 电极升降控制矿热炉冶炼过程中，由于工况复杂，干扰较多，三相电极的最优位置会实时改变。为使电极稳定工作于最优位置区域内，可通过升降电极来实 现三相熔池有功功率平衡、有功功率大、功率因数高、线路电流小，并维 持最佳的炉况。电极升降控制分为手动控制和自动控制两种方式，自动升 降控制系统结构如图2所示。图2电极自动升降系统系统结构图但由于矿热炉冶炼过程复杂，在冶炼过程中可能会出现一些特殊

7、情况。为了能应对矿热炉冶炼过程中可能出现的各种情况，设置不同的电极调节方法：炉况正常时，采用最优位置控制此时控制信号由电极目前所处位置、最优插入深度和控制算法求得。最优电极位置可由人工凭经验来设定，也可通过对大量历史数据< 如电压、电流、有功功率、功率因数、炉气成分、炉膛温度等）分析，综合专家经验知识，经建模和优化计算得到。电极最优位置稳定控制结构如图3所示，电极的消耗量、压 放量和升降量工况参数：原料组分、配比、产量、能耗、电压、电流、功率因数图3电极最优位置稳定控制结构图其中为电极设定的最优升降量，I为电极实际升降量。控制器根据实际升降量与电极设定最优升降量差值的大小来给定频率和升降

8、时间， 当差值较大时采用较高速度升降电极；当差值较小或炉况不稳定时，采用 较低速度升降电极。当电流下降或上升幅度过大时，采用恒电流控制此时控制信号由一次侧电流决定，以便使电路中的电流快速地恢复到正常工作范围之内。不可抬升电极的情况处理出铁时，为防止出现塌料，出铁口附近的电极不能上抬；电极出现异 常时，如中间凹陷，则一般不能抬升。故障情况下电极的处理当矿热炉自动控制系统出现故障时，系统给出相关状态信息并报警， 提示操作人员切换到手动控制，以保证矿热炉的正常生产。2. 电极压放控制由于硅锰合金冶炼是连续进行的，随着冶炼过程的进行，电极会不断 消耗，电极的工作端逐渐变短，其插入位置不断上移。为确保矿

9、热熔炼炉 处于最佳的熔炼状态，电极的插入位置必须要在适宜的范围内，因此，需要对电极的消耗不断进行补充。电极压放控制系统的主要功能是通过压放 电极来补充电极的消耗量，从而调整电极的插入位置。电极压放控制系统 原理如图4所示。图4电极压放控制系统原理图为确保放系统能可靠工作，根据生产的需要，设置了三种不同的压放方式：自动压放、手动压放和现场压放，具体的控制方式描述如下。<1）自动压放自动压放在电炉操作室内完成，这也是系统的主要运行方式。相关检测与控制信号与PLC相连，由与PLC相连的上位机据谐波检测仪的分析 结果及炉况最优化控制算法输出控制信号，经 PLC根据相应状态检测信号 自动控制相应电

10、磁阀的起停，从而完成电极压放各环节之间的协调动作，实现电极自动定长压放。决定电极是否压放的 因素包括二次侧电压、一次电流、有功功率、功率因素、及炉况、炉盖温度等。如二次侧电压过高、二次电流过小或炉盖温度过高时则需要进行压放。系统三相功率不均衡或功率因素过低时，综合考虑电极升降来作适当的压放操作。自动压放控制的思想如图5所示。图5自动压放系统结构电极自动压放的具体工作流程为：工业控制计算机获取谐波检测仪分析所得的电炉一次侧电流、电压、有功功率、功率因素等信号及PLC采集得到的炉况、炉盖温度、液压系统状态等信号，结合当前各项电极位置， 据最优化控制算法，判断各相电极是否需要压放并输出相应电极位置控

11、制 信号一一PLC获取控制信号，开始压放相应电极 一一输出“上闸松”信 号一一对上闸液压压力继电器进行采样，直至其反馈状态为“松”，输 出“立缸升”信号一一对“立缸上限”行程开关进行采样，直至其被触 发，输出“上闸紧”信号 一一对上闸液压压力继电器进行采样，直至其反 馈状态为“紧”，输出“下闸松”信号一一对下闸液压压力继电器进行采 样，直至其反馈状态为“松”，输出“铜瓦松 ”信号一一对铜瓦液压压力 传感器进行采样，直至其压力下降至 2.5Mpa待确定），输出“立缸降”信 号对“压放量”通道进行采样，直至压放量达到规定值，输出“下闸紧”信号 一一对下闸液压压力继电器进行采样，直至其反馈状态为“紧

12、”，输出“铜瓦紧”信号一一对铜瓦液压压力传感器进行采样，直至其压力上升至4Mpa。至此，一次压放过程结束。期间，若在设定时间内 任一路压力继电器或行程开关未能达到期望状态，则停止压放过程并输出相应报警信号<<2）手动压放手动压放在电炉操作室内完成。当上位机出现故障或系统中元器件出现故障，不能进行自动压放时，为确保矿热炉生产系统的正常工作，需要人工控制PLC进行电极压放。在该方式下，由操作人员通过操作面板上的相应切换开关及按钮，将控制信号输入 PLC，再由PLC完成电极的压放手动压放的思想如图6所示 放” 按下“试灯”按钮，若所有状态指示灯均正常亮起，继续操作电电电电图6电极压放控制

13、系统手动压放系统结构图其具体操作流程为：各切换开关至0运行方式选择“手动压 选相 左45°: A相。右45° B相； 右90°: C相）一一 上闸松 右 45°，等待“上闸松”信号灯亮） 立缸升 右 45°，等待“立缸上 限”信号灯亮） 上闸紧 0° ，等待“上闸紧”信号灯亮） 下 闸”松 右 45°，等待“下闸松”信号灯亮） 铜瓦松右 45°，等待“铜瓦松”信号灯亮） 立缸降 左 45°，等待“立缸下限”信号灯 亮）一一下闸紧0 °,等待“下闸紧”信号灯亮）一一 铜瓦紧0°,等 待“

14、铜瓦紧”信号灯亮） 立缸手柄回0° 选相开关回0°。至 此,一次压放操作完成。若操作过程中,某信号灯在较长时间内没达到期 望状态,则应立即停止压放操作并检查系统,查找故障。注:做完每次压 放后,所有切换开关需要还原至 0°,每次压放之前亦须确保各切换开关 均处在 0°位置。3）现场压放现场压放在液压站内进行。用于当 PLC 压放系统出现故障无法工作 或特殊情况下需要观察电极情况进行操作时使用。由于操作过程中可以直 接看到电极的升降及上下抱闸和立缸的工作情况,建议使用现场压放完成 倒拔电极过程。在该方式下,由有经验的操作人员直接观察液压站内的油 压表读数及

15、电极情况,控制与电磁阀直接相连的切换开关,完成电极压放 的相应操作。该过程不需要 PLC 或工业控制计算机的参与。根据实际需 要,现场压放分压放和倒拔两个过程,具体操作方法如下: 压放过程:运行方式选择“现场压放” 选相 上闸松 右 45°，上闸进油压力指示上升至 4MPa） 立缸升 右45°，观察立缸 上升距离至所要求值，要求不能达到最高位） 立缸手柄回“ 0”位 垂 直位置) 上闸紧<0°，上闸进油压力指示降至 0MPa) 下闸松 < 右 45°，下闸进油压力指示上升至 4MPa) 铜瓦松 <铜瓦进油压力指 示降至 2.5MPa)

16、立缸降 <左 45°，观察立缸下降距离至所要求值， 要求至最低位) 立缸手柄回“ 0”位 下闸紧 <0°，下闸进油压力 指示降至OMPa)铜瓦紧v铜瓦进油压力指示上升至 4.5MPa)，压放 完成。倒拔过程：运行方式选择“现场压放” 选相 下闸松v右45 °，下闸进油压力指示上升至 4MPa) 铜瓦松v铜瓦进油压力指示 降至2.5MPa) 立缸升v右45°,观察立缸上升距离至所要求值，要 求不能达到最高位)一一立缸手柄回“ 0”位v垂直位置)一一 下闸紧<0 °，下闸进油压力指示降至 OMPa)铜瓦紧v铜瓦进油压力指示上 升至

17、4.5MPa)上闸松v右45°，上闸进油压力指示上升至 4MPa) 立缸降v左45°，观察立缸下降距离至所要求值，要求至最低位)一一 立缸手柄回“ 0”位一一上闸紧v0°，上闸进油压力指示降至 OMPa)。倒拔完成3.2.2 生产过程参数集中监视和生产设备故障监测与预警子系统 生产过程参数集中监视与生产设备故障监测与预警系统的主要功能是 将生产过程的工艺流程和生产过程数据实时进行显示，并以图形、表格、 曲线、动画等多种形式反映生产过程当前的工作状态，为工艺人员和操作 人员提供技术指导。设备出现故障时，能及时告知故障源，为维修维护技 术人员提供依据，系统结构如图 7

18、所示。12 / 29图7生产过程参数集中监视和生产设备故障监测与预警子系统结构图323电能质量在线监测与分析子系统323电能质量在线监测与分析子系统电能质量在线检测与分析用于实时准确地检测出矿热炉各分相电压有 效值3、分相电流有效值3、分相有功功率3、分相无功功率3、分相视在功 率3、分相功率因数3、总有功功率1、总无功功率1、总视在功率1、电压 相序检测3、电流相序检测3、分相电压谐波25*3、分相电流谐波25*3、总 有功电能1、总无功电能1等参数，监测125次谐波电压和电流含有率 25*3*2，统计谐波电压畸变率3、谐波电流畸变率3, 二次侧三相电压、< 三相电压平衡度、三相电流平

19、衡度、三相有功功率平衡等图示方法）了解 系统中谐波分量的大小、三相有功功率、无功功率、视在功率的平衡情况 及功率因数的变化范围和趋势，为调节电极最优插入深度、选择最优供电 电压等级和提高矿热炉功率因素提供依据。< 合计331个变量）3.3详细设计3.3.1升降系统设计1. 原理图电极升降系统原理图见附录113 / 292. I/O点配置名称信号范围DIDOAIAO备注24VDC标准24VDC继电器220VAC4-20mA0-20mA输入 < 控制）：手动/自动方式24VDC1电极升降距离profibus 通信输入 < 状态检测）：上限位开关24VDC3下限位开关24VDC3变

20、频器故障报警信号24VDC3输出 < 控制）：变频器正转启动24VDC3变频器反转启动24VDC3变频器停止24VDC3变频电路接通220VAC3变频器调速020mA3输出 < 状态显示）：变频器故障24VDC3电极升24VDC3电极降24VDC3电极上限位24VDC3电极下限位24VDC3总计1024333. 元器件清单现场设备序号名称用途型号数量备注1光电编码器统计升降量倍加福 PVM58I-011AGROBN-12133连轴器PSM58I-011-9401安装支架PSM58I-011-9203连接插头配套 < 赠送）电缆配套 < 赠送）2重锤式限位开关升降限位LX

21、22-316已有电器柜序号名称用途型号数量备注1变频器变频调速西门子 MM6SE6440-2UD31-1CA132BOP基本操作板设置变频器参数西门子 6SE6400-0AP00-0AA013交流接触器变频电路施耐德CJX2-D2512已有6个4熔断器变频器保护西门子 3NA-3014,35A95制动电阻变频器保护西门子 6SE6400-4BD16-5CA036空气断路器QF主电路保护施耐德 NSC100B30603已有7空气断路器QF1控制电路保护施耐德 OSMC32N1C63已有8熔断器控制电路保护西门子3NA38023已有操作台序号名称用途型号数量备注1转换开关自动/手动施耐德 K2D-

22、002UCH12信号灯变频器故障施耐德XB2BVB4C324V3信号灯电极升施耐德XB2BVB3PC324V< 已有 220V)4信号灯电极降施耐德XB2BVB3PC324V< 已有 220V )5信号灯电极上限位施耐德XB2BVB4C324V< 已有 220V)6信号灯电极下限位施耐德XB2BVB4C324V< 已有 220V )7转换开关手动控制电极升降施耐德 K2D-002UCH3已有卷扬平台上的控制相 已有）1熔断器电机RL2-25,5A62中间继电器电机JZC-44,380V33空气断路器电机DZ47-63/A,leq=10A34空气断路器电机DZ20-100

23、/3300,leq=100A3332压放系统设计1.原理图压放控制系统原理图见附录22.I/0点配置名称信号范围DIDOAIAO备注24VDC标准24VDC继电器220VAC4-20mA0-20mA输入 控制）：压放选相24VDC3上闸24VDC1下闸24VDC1铜瓦松24VDC1立缸升24VDC1立缸降24VDC1试灯24VDC1自动压放24VDC1输入 犬态检测）：上抱闸24VDC6每个压力控 制器接两个DI下抱闸24VDC6每个压力控 制器接两个DI铜瓦24VDC6每个压力控 制器接两个DI立缸位置24VDC6上下限位立缸位置4-20mA3来自 DJY-213压放量监测 仪表输出 控制）

24、：上抱闸220VAC继电器3下抱闸220VAC继电器P3立缸升220VAC继电器3立缸降220VAC继电器3铜瓦220VAC继电器P3输出 犬态显示）：上闸松紧24VDC固态继电器2下闸松紧24VDC固态继电器2:同瓦松紧24VDC固态继电器2立缸上 下限位24VDC固态继电器2手动运 行24VDC固态继电器1自动运行24VDC固态继电器1现场操 作24VDC固态继电器1总计34111533.元器件选型清单电器柜序号名称用途型号数量备注1信号灯 红）运行方式XB2BVB4C32空气断路器DZ47-63/1,leq=10A13 :熔断器电磁阀RT28-20,1A:154熔断器D0RT28-20,

25、2A55组5熔断器DIRT28-20,1A44组6熔断器电源端子RT28-20,5A17变送器检测压放量维博 WBV344U0130 5V to 4 20mA 电源：24V操作台序号名称用途型号数量备注1按钮 绿）试灯XB2EA13112信号灯 绿）XB2BVB3PC43 :信号灯 红）XB2BVB4C 44切换开关立缸K2D-002UCH1零位在中间5切换开关上闸、下闸、铜瓦K2A-001ACH345°开关6切换开关运行方式K2F-013NCH13档、两极、不带零 位7切换开关压放选向K2C-003QCH13档、单极、带零位333生产过程参数集中监视和生产设备故障监测与预警子系统1

26、生产过程参数集中监视生产过程参数主要在上位机通过工业以太网 < 或MPI ）与PLC主机连 接，PLC将现场采集的生产过程数据如电压、电流、功率因素、炉膛温 度、炉内压力等实时数据传递给上位机。同时，整个系统的操作和工艺参 数设定均可在计算机上完成，如在上位计算机上可以设定电极的插入深 度、电极的升降速度，输入检测化验的质量指标等参数。上位机采用WINCC作为组态软件，实现过程监控、数据存档、流程显 示及人机交互等功能。PLC编程软件采用STEP7V5.3,用于PLC系统组 态、程序设计与调试及软件与数据的下载与上传。工控机外接打印机以打 印报表，保证工控机的正常工作和数据的完整记录。图

27、8生产过程参数集中监视2. 生产设备故障监测与预警矿热炉生产系统各设备在长时间运行过程中，会出现多种故障隐患，如炉盖温度过高，液压系统管路油压过低、油量不足，炉体冷却系统系统管路堵塞、流量不足、水压过低电炉变压器过热等，及时准确地发现故障隐患，为系统维护、维修提供方便。3. 炉体状态监测与预警24VDC炉体状态检测的参数包括炉盖温度、炉膛压力、冷却水水压等，当炉 盖温度超过上限值或三相熔池温度严重不等时发出报警信号；当炉内压力 过高或出现负压时，调整排气阀开度，确保炉内维持微正压状态，当排气 阀出现故障开度不能调节时，发出报警信号；当炉盖冷却水水压过低时， 发出报警信号，系统原理及PLC连线如

28、图9所示。220VACA电电电电电B电电电电电C电电电电电电电电电电电电电由由由由由nz；n_j电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电DODODODOPDODODOLDIDIDOCDIDIDOAIDOAIAIDOAIDOAIAIDOAI电电电电电电/电电电电电电电电电电电电电电eeGeQQQ电电电电电电电电由由由由由由由由 nz；由由由由由由由nz；n_jA由由由由由由 f nz；n_jB电电电电电电C ttr tbr tfa- tbr tbr tbrC电电电电电电由由由由由由由 nz；n_j由由由由由由由nzj n_i nz； n_i nzj图9炉体状态监测及烟道蝶阀控制PLC连线图(1)

29、原理图炉体状态监测及烟道蝶阀控制原理图见附录 3(2) I/O点配置名称信号范围DIDOAIAO备注24VDC220V24VDC220V继电器输入 控制)：手动1切换开关自动1切换开关输入 犬态检测)：阀门全开24VDC1行程开关触点 输入阀门关闭24VDC1行程开关触点 输入阀门半开24VDC1行程开关触点 输入温度检测3热电偶输入冷却水水压1水压传感器输 入炉膛压力1炉膛压力传感 器输入碟阀位置1碟阀位置传感 器输出 控制）：阀门打开220VAC1继电器输出阀门关闭220VAC1继电器输出输出 犬态显示）：阀门全开24VDC1指示灯阀门关闭24VDC :1指示灯阀门半开24VDC1指示灯温

30、度报警24VDC :3指示灯冷却水水压报警24VDC1指示灯炉膛压力报警24VDC1指示灯手动显示24VDC1指示灯自动显示24VDC1指示灯总计411026（3）元器件清单现场序 号名称用途型号数量备注1热电偶炉膛温度3已有2冷却水水压传感器KD1151DP 3 E 5213炉膛压力传感器待定1已有4限位开关烟道蝶阀特殊位置JLXK1-1113已有5蝶阀开度蝶阀开度检测1已有操作台序 号名称用途型号数量备注1切换开关自动/手动施耐德 K2D-002UCH112按钮阀门打开/关闭LA222已有3信号灯 红）温度报警XB2BVB4C34信号灯 红）水压报警XB2BVB4C15信号灯 红）手动XB

31、2BVB4C16信号灯 绿）自动XB2BVB3PC17信号灯 红）蝶阀位置显示XB2BVB4C38信号灯 红）炉膛压力报警XB2BVB4C19蝶阀角度显示仪显示蝶阀开度1已有电气柜1信号灯 <红）阀门状态XB2BVB4C红3关闭 全开 半开2空气开关控制电路空气开 关DZ47-63/2,leq=10A。13空气开关主电路空气开关DZ20-100/3300,leq=50A。NSC60E305014交流接触器正反转控制CJ20-20 ; 220V24. 变压器状态监测与预警为保证电炉变压器安全运行，需要对变压器保护信号进行监视，并在 上位机显示保护预告信号，出现故障时发出报警信号。变压器监视

32、的状态 包括变压器配电柜的开合闸、变压器油位高、油温高、重瓦斯、轻瓦斯、 变压器油泵停止、变压器油压低等，当变压器出现异常情况时及时报警。103#炉变压器已经配有变压器继电器综合保护装置，且综合保护装置后台 带有RS485通讯接口，因此上位机通过RS485总线通信方式与综合保护装 置通讯获取变压器状态参数。变压器状态监测与预警系统原理如图10所示。变压器综合保 护装置图10变压器状态监测与预警5. 电炉变压器冷却器状态监视该功能模块主要对变压器冷却系统进行状态监视，以保证炉变冷却系 统的正常运行，需要监视的状态有：油泵启/停状态的监视，水压、油压、 油温、油流量。电炉变压器冷却器状态监视原理如

33、图案11所示。<1）原理图(2) I/O点配置序号名称DIDOAIAO备注11号油泵启停1220VAC22号油泵启停1220VAC3水压14-20MA4油温14-20MA5油压14-20MA6油流14-20MA334生产过程优化控制子系统在硅锰合金熔炼过程中，影响熔炼过程的因素非常多，主要包括原料 参数、矿热炉设备参数、操作参数、熔炼过程状态参数等，搭建矿热炉生 产过程优化控制系统，在线预测炉渣成分及硅锰合金的质量产量，综合运 用物料平衡、热平衡及在线采集的一些过程数据，建立以能耗最小为目 标，以现有设备的运行参数和工艺要求指标等为约束条件的矿热炉生产过 程优化模型，分析这些因素对熔炼过

34、程工艺指标以及能耗的影响，优化供 电电压等级及电极插入深度，实现矿热炉熔炼过程的优化控制，提高硅锰 合金的产量和质量，降低能耗。生产过程优化控制系统结构如图案12所示。检测的质量指标*锰硅合金质量 预测模型质量指标检测锰硅合金质量指标期望值成分 粒度配比容量电流电压功率 功率因数 炉盖温度 炉膛压力炉气成分:炉 况 优 化 模 型原料参数状态参数A电极位置设定值B电极位置设定值控制器A目电极检测的位置C电极位置设定值C相电极检测的位置电压等级设定值电极位置-*控制回路1电极位置控制回路2电极位置控制回路3位置检测与计算控制器 卄液压传动机构电极位置 *调节装置电极位置 调节装置位置检测与计算控

35、制器液压传动机构电极位置 *调节装置液压传动机构矿热炉冶炼过程.-猛硅合金质量指标检测仪表位置检测与计算图12生产过程优化控制系统3.3.5电能质量在线监测与分析子系统<1）工作原理电能质量在线监测与分析系统的功能部件及总体结构如图13所示，下位机是电力谐波动态检测系统，它从电炉变压器一次侧的电压互感器PT和电流互感器CT分别获取电压信号和电流信号，经过光电隔离变换器，放大 偏置以后，进行A/D采样，输入到3块DSP,每块DSP各负责处理一相电压 和电流信号，另一块 DSP负责把处理后的数据通过 CAN总线发送给上位 机。上位机为工控机，安装电力电能质量在线检测系统软件，对接收到的 数据

36、进行处理分析，获得 125次谐波电流、谐波电压、谐波含量、畸变 率，总的谐波含量和总畸变率，基波功率和无功功率，功率因数等多项电 网参数，并用列表法、棒状图、趋势图和仪表面板等多种方式实现了在线 显示，得出的电量参数传给电极控制系统上位机，为电极自动控制提供参考数据。图13电能质量检测系统总体结构图<2) I/O配置序号名称DIDOAIAO备注1A相电流1 15A2B相电流15A3C相电流15A4线电压1<1次 侧）1100V5线电压2<1次 侧）1100V6线电压3<1次 侧）1100V7线电压1<2次 侧）1250V8线电压2<2次 侧）1250V9线电

37、压3<2次 侧）1250V10CAN服务器）1总线通信11CAN下位机）1总线通信:（3）元器件清单现场序 号名称用途型号数量备注1电压互感器TV一次侧三相电压JDZJ-10,10/0.1kV2已有2电流互感器TA一次侧三相电流P LA-10,1000/5A3已有3电压端口二次侧三相电压仅从电压表两端取信号3已有操作台序 号名称用途型号数量备注1CAN总线PCI卡服务器与监测终端实时通信CAN1电气柜1电压传感器一次侧三相电压PT32电流传感器一次侧三相电流CT33电压传感器二次侧三相电压PT34CAN总线PCI卡实时通信双口 CAN15信号处理DSP3相电压电流数字信号 处理器每个变量

38、对应一个谐 波及无功分析信号处理 器）281266信号采集DSP变压器两侧3相电压电 流信号采集控制器 母 组变量对应一个信号采集控制器）281237显示屏电能显示19吋18上位工控机电能监测19电气柜体电气柜体800*800*2200110直流电源电气分箱电源111信号调理箱信号调理112数字处理箱数字处理113ADC信号采集 信号处理和 单纯的计量分开采集）1514航空插件电压电流等模拟信号接口1515电气端排接入电压电流互感器2016空气开关电气柜电源117电流调理模块变压器高压侧三相电流 信号调理3路18电压调理模块变压器两端的三相电压 信号调理6路19信号处理模块DSP信号处理前端模

39、拟 电路6块插件20信号采集模块DSP信号采集前端模拟 电路3块插件20信号箱背板为DSP插件板提供公共 接口和电源1块21运算放大器若干22锁相模块电压锁相123CAN通信模块DSP信号上传9路24其它四、系统控制柜配置说明整个熔炼生产实际I/O点数需要共140点，其中DI 51点 其中24VDC 50 点，220VAC 1 点），DO55 点 其中 24VDC 35 点，220V 继电器20点），AI 31点，AO点3点。根据生产工艺的需求，对系统配置以30 / 29下控制柜及控制箱。I/O点具体配置见I/O点统计表 <见附录4）整个系统由PLC主控制柜、电极升降控制柜、烟道蝶阀开关

40、控制与电 炉变压器监视与预警控制柜、电能质量在线检测与分析控制柜、交流配电 与直流配电柜。每个控制柜、箱内的详细配置如下：4.11#柜 <800*800*2200）1#柜为PLC主控制柜，该柜主要用于放置控制器、通讯模块以及I/O模块等组成，各I/O模块的端口与PLC控制器连接，通过I/O端口读取继 电器、行程开关等器件的状态信号及操作面板上相应切换开关、按钮的控 制信号，控制液压系统中电磁开关的动作及输出相应状态、报警信号。柜 内模块配置如下：序号名称型号 < 订货号）数量1CPU 412H系统套件，包括 个412-3H/2个1MB存储卡1 个 UR2-H/2 个 PS407/2

41、6ES7 400-0HR00-4AB012UPS 2000VASANTAK13SM431,模拟量输入模块，16点6ES7 431-7QH00-0AB034SM421,数字量输入模块（120,230>6ES7 421-1FH20-0AA015SM432,模拟量输出模块，8点6ES7 432-1HF00-0AB016SM421，数字量输入模块，32 点,24VDC6ES7 421-1BL00-0AA027SM422,数字量输出模块，32 点，24VDC6ES7 422-1BL00-0AA028SM422,数字量输出模块，16点，220VAC继电器6ES7 422-1HH00-0AA02948

42、针前连接器6ES7 492-1AL00-0AA01110PC适配器，USB 口 <编程电缆）6ES7 972-0CB20-0XA0111CP 5613通讯卡6GK1 561-3AA01125 / 294.22#柜 <800*800*2200)2#柜为电极升降控制柜，该柜由变频器、熔断器、正反转接触器等组 成，通过PROFIBUS总线与PLC控制器联接。柜内模块配置如下：电器柜序号名称用途型号数量备注1变频器变频调速西门子 MM6SE6440-2UD31-1CA132BOP基本操作板设置变频器参数西门子 6SE6400-0AP00-0AA013交流接触器变频电路施耐德CJX2-D25

43、12已有6个4熔断器变频器保护西门子 3NA-3014,35A95制动电阻变频器保护西门子 6SE6400-4BD16-5CA036空气断路器QF主电路保护施耐德 NSC100B30603已有7空气断路器QF1控制电路保护施耐德 OSMC32N1C63已有8熔断器控制电路保护西门子3NA38023已有4.3 3# 柜 <800*800*2200)3#柜上端为烟道蝶阀开/关控制部分，主要由I/O端口与PLC控制器连 接，通过I/O端口读取炉膛压力信号、炉膛温度信号、蝶阀的行程开关状 态信号及操作面板上相应切换开关、按钮的控制信号，控制蝶阀的驱动电 机动作，并输出相应状态、报警信号，柜内器件

44、配置如下：3#柜下端为电炉变压器状态监测与预警控制部分，电炉变压器状态与 预警系统的I/O端口与PLC控制器连接，通过I/O端口读取变压器的开合闸状态信号、二次侧电压信号、变压器档位信号以及变压器的油温、瓦斯、油位等信号。柜内器件配置如下：序号名称型号数量备注'1智能控制器CZK-100B3已有2电笛DD1,-220V1已有3信号继电器DX-31,-220V7已有4熔断器RT28-32,DC4A2已有5转向开关HZ10-10/127已有6信号灯AD11-25/21,-220V< 红)1已有7电铃UZC-4,-220V1已有8按钮NP2-BA451已有4.4 4#柜 <800*800*2200)4#柜为交流配电与直流配电控制柜，柜内器件配置如下:(1交流配电序号名称型号数量备注1刀熔HR13BX-200/321,l=100A1已有2电流互感器LMZ-0.5,75/5A3已有3电流表42L20-A,75/5A3已有4电压表42L20A-V,0-450V1已有5万能转换开关LW15-15YH2/21已有