一種中碳錳鐵精煉電爐電氣控制系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種中碳錳鐵精煉電爐電氣控制系統，包括PLC控制系統、變壓器綜合保護控制系統、變頻傳動系統和上位機操作系統，PLC控制系統采集電爐工作狀態下的生產狀況信息對采集到的數據信息進行數據分析和數據處理控制電爐的正常工作；變壓器綜合保護控制系統對電爐變壓器的電壓檔位進行調節和控制、對電爐變壓器的一次側和二次側進行監測并將變壓器的工作狀態信息傳送至上位機操作系統，上位機操作系統對電爐變壓器的工作進行遠程調控；變頻傳動系統接收所述PLC控制系統傳送的控制指令信息、采用變頻方式控制電爐的工作、采用矢量閉環控制的方式控制搖包的旋轉，上位機操作系統對電爐的冶煉生產過程、運行狀態進行遠程監控和控制。
【專利說明】—種中碳錳鐵精煉電爐電氣控制系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及電氣控制領域，尤其涉及一種中碳錳鐵精煉電爐電氣控制系統。
【背景技術】
[0002]中碳錳鐵精煉爐是一種冶煉設備，多用于黑色冶金，現有中碳錳鐵精煉電爐電氣控制系統自動化控制水平偏低，采用手動控制或者只能做到電極的自動控制，并且對冶煉設備的故障檢測和故障保護不夠及時和全面，導致冶煉設備尤其是電爐經常出現故障或者嚴重影響電爐以及其他設備的使用壽命。現有技術中關于中碳錳鐵精煉電爐電氣控制系統只以電流和變壓器檔位作為調節對象，不能精確實時檢測電爐的工作狀態信息實時控制電爐的工作，因此不能滿足當爐料成分等工藝條件變化時對電爐的控制。
【發明內容】
[0003]根據現有技術存在的問題，本發明公開了一種中碳錳鐵精煉電爐電氣控制系統，包括:PLC控制系統、變壓器綜合保護控制系統、變頻傳動系統和上位機操作系統；
[0004]所述PLC控制系統采集電爐工作狀態下的生產狀況信息、電極的位置信息、電爐的弧流和弧壓信息以及電爐內的壓力信息等，對采集到的數據信息進行數據分析和數據處理控制電爐的正常工作，所述PLC控制系統與上位機操作系統進行實時數據通信；
[0005]所述變壓器綜合保護控制系統對電爐變壓器的電壓檔位進行調節和控制、對電爐變壓器的一次側和二次側進行監測并將變壓器的工作狀態信息傳送至上位機操作系統，所述上位機操作系統對電爐變壓器的工作進行遠程調控；
[0006]所述變頻傳動系統接收所述PLC控制系統傳送的控制指令信息、采用變頻方式控制電爐的工作、采用矢量閉環控制的方式控制搖包的旋轉；
[0007]所述上位機操作系統對電爐的冶煉生產過程、運行狀態進行遠程監控和控制。
[0008]進一步的，所述PLC控制系統至少包括循環水控制單元、電爐本體控制單元和除塵及爐壓調節單元，所述電爐本體控制單元與變頻傳動系統相連接；
[0009]所述電爐本體控制單元至少包括配料單元、電極控制單元、變壓器保護單元、液壓站控制單元、水分配單元和低壓配電單元；
[0010]所述除塵及爐壓調節單元包括爐氣除塵單元和爐壓調節單元；所述爐氣除塵單元位于電爐車間內將電爐排放出的煙氣捕集后進行除塵使處理后的煙氣達到煤氣的回用標準；所述爐壓調節單元檢測電爐內的壓力信息、根據電爐內壓力信息調節安裝在煙道上的調節閥使電爐內壓力保持在一個微正壓范圍內；當電爐內的壓力信號的平均值不在設定的區間值內時，所述PLC控制系統調節安裝在除塵管路上的調節閥使其開度增大或開度減小;
[0011]所述配料單元位于配料站內電爐的頂部為電爐生產所需要的混合原料進行自動稱量和變頻給料、對生產過程中原料供給信息進行數據存儲和數據顯示、對稱量原料過程中產生的誤差進行記憶補償以及對生產過程產生報表信息并進行信息輸出；
[0012]所述電極控制單元位于電爐主車間內對電爐的弧流信息、電爐的弧壓信息、變壓器檔位信息以及電爐的電極位置信息進行信息采集和數據處理并將處理結果傳送至電爐本體控制單元對電極的升降進行自動控制；
[0013]所述循環水控制單元為電爐的生產過程提供循環水源、對循環水進行冷卻回流處理以及控制循環水泵的工作；
[0014]變壓器保護單元(采集電爐變壓器的工作狀態信息控制電爐變壓器的工作；
[0015]所述液壓站控制單元采集電爐的液壓參數信息控制電爐的液壓系統保持正常的工作狀態；
[0016]所述水分配單元對電爐的生產過程的冷卻水管路進行監測；
[0017]所述低壓配電單元檢測電爐在工作時多個需要受電單元的工作狀態信息使其保持正常的被供電及受控狀態。
[0018]進一步的，設置于電爐車間高壓配電室內的變壓器綜合保護控制系統包括后臺控制單元、多個高壓保護單元和高壓電能計量單元，
[0019]所述后臺控制單元采集電爐變壓器的工作狀態信息將采集到的數據信息傳送至上位機操作系統并接收所述上位機操作系統對電爐變壓器的控制指令信息控制電爐變壓器的工作；
[0020]所述高壓保護單元采集電爐變壓器的工作電壓信息，當電爐變壓器的運行電壓超過或低于額定電壓或處于缺相、過流現象時所述高壓保護單元發出報警信息并將該信息傳送至后臺控制單元；
[0021]所述高壓電能計量單元采集電爐變壓器的工作電壓和電流數值，計算電爐變壓器的工作時消耗的電能。
[0022]進一步的，所述變頻傳動系統位于電爐車間內包括爐體旋轉變頻控制單元和搖包變頻控制單元，所述爐體旋轉變頻控制單元和搖包變頻控制單元接收所述PLC控制系統傳送的指令信息分別控制電爐體的旋轉速度和搖包的旋轉速度。
[0023]由于采用了上述技術方案，本發明提供的一種中碳錳鐵精煉電爐電氣控制系統，將網絡、計算機和PLC控制系統相結合，實時采集電爐等設備的工作狀態信息對電爐的工作進行實時監控和控制。提高了中碳錳鐵精煉電爐的工作安全性和可靠性，實現了整個冶煉過程的自動化控制，具體還包括以下有益效果:本發明采用電氣-計算機-儀表三電一體化、綜合保護、有載調壓等先進的控制方案，應用電流、功率和電阻調節三種控制方法，實現了包括電極、配料、除塵、爐體旋轉、水循環等整個電爐冶煉過程的自動化控制，完善了故障保護，節省了人力資源。提高設備運行的安全性、可靠性及自動化水平。具有操作簡單、運行安全可靠、降低能耗、生產效率高的優點，同時提高了精煉電爐的生產效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為本發明的電爐電氣控制系統的結構示意圖；
[0026]圖2為本發明的電爐電氣控制系統的結構示意圖；
[0027]圖3為本發明中爐壓調節單元工作流程圖；
[0028]圖4為本發明中變壓器綜合保護控制系統的工作示意圖；
[0029]圖5為本發明中變頻傳動系統的電路不意圖；
[0030]圖6為本發明中電爐電氣控制系統控制電爐工作的示意圖；
[0031]圖7為本發明中電爐電氣控制系統控制電爐工作的示意圖。
【具體實施方式】
[0032]為使本發明的技術方案和優點更加清楚,下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚完整的描述:
[0033]如圖1和圖2所示的中碳錳鐵精煉電爐電氣控制系統，包括PLC控制系統1、變壓器綜合保護控制系統2、變頻傳動系統3和上位機操作系統4，所述上位機操作系統4分別與變壓器綜合保護控制系統2和PLC控制系統I進行數據通信。PLC控制系統I采集電爐工作狀態下的生產狀況信息、電爐的位置信息、電爐的弧流和弧壓信息以及電爐內的壓力信息、電爐生產過程中的溫度信息，對采集到的數據信息進行數據分析和數據處理控制電爐的正常工作，所述PLC控制系統I與上位機操作系統4通過進行實時數據通信。實際應用中PLC控制系統I與上位機操作系統4通過工業以太網進行通訊。變壓器綜合保護控制系統2對電爐變壓器的電壓檔位進行調節和控制、對電爐變壓器的一次側和二次側進行監測并將變壓器的工作狀態信息傳送至上位機操作系統4，所述上位機操作系統4對電爐變壓器的工作進行遠程調控。變頻傳動系統3接收所述PLC控制系統I傳送的控制指令信息、采用變頻方式控制電爐的工作，采用矢量閉環控制的方式控制搖包的旋轉工作。上位機操作系統4位于監控室內對電爐的冶煉的整個生產過程進行監控和操作。上位機操作系統4包括多個上位機通過環形網絡掛接在工業以太網上，并預留與用戶組網時用的網絡接口，以便于工廠的管理系統接入。上位機中的監控軟件采用擁有開放協議、集成SQL數據庫的組態軟件。
[0034]進一步的，如圖2所示:PLC控制系統I包括多個子單元來分項目或者分類別控制電爐的工作情況。PLC控制系統I至少包括循環水控制單元1.4、電爐本體控制單元1.0和除塵及爐壓調節單元1.3，其中電爐本體控制單元1.0與變頻傳動系統3相連接。也就是說PLC控制系統I可以控制電爐的爐體旋轉頻率和搖包旋轉頻率。電爐本體控制單元1.0至少包括配料子單元1.1、電極控制子單元1.2、變壓器保護單元1.5、液壓站控制子單元1.9、水分配子單元1.8和低壓配電子單元1.6。
[0035]進一步的，所述除塵及爐壓調節單元1.3包括爐氣除塵單元1.31和爐壓調節單元
1.32 ;所述爐氣除塵單元1.31位于電爐車間內將電爐排放出的煙氣捕集后進行除塵使處理后的煙氣達到煤氣的回用標準。在實際應用中:爐氣除塵單元1.31可以包括流量檢測儀表、壓力檢測儀表、閥門電動執行機構、除塵器等設備構成，位于電爐車間內，將電爐排放出的煙氣捕集后進行除塵，使處理后的煙氣達到煤氣的回用標準。
[0036]所述爐壓調節單元1.32在實際應用中可以包括微差壓變送器，將其安裝在爐蓋上。如圖3所示:所述微差壓變送器檢測電爐內的壓力信息、根據電爐內壓力信息來調節安裝在煙道上的調節閥使電爐內壓力始保持在一個微正壓范圍內；當所述微差壓變送器檢測到電爐內的負壓信號在短時間內的平均值不在設定的區間值內時，所述PLC控制系統I在短時間內調節安裝在除塵管路上的調節閥使其開度增大或開度減小。
[0037]進一步的，配料單元1.1位于配料站內電爐的頂部為電爐生產所需要的混合原料進行自動稱量和變頻給料、對生產過程中原料供給信息進行數據存儲和數據顯示、對稱量原料過程中產生的誤差進行記憶補償以及對生產過程產生報表信息并進行信息輸出。即配料單元1.1在實際應用中可以包括物料輸送皮帶、稱量儀表、變頻給料器、環形加料機構等為電爐生產提供自動配料比的混合原料。配料單元1.1具有自動稱量、變頻給料，數據顯示、數據儲存、稱量誤差記憶補償、生產統計記錄和統計報表輸出打印等功能。具體實施例如圖6所示。
[0038]進一步的，電極控制單元1.2位于電爐主車間內對電爐的弧流信息、電爐的弧壓信息、變壓器檔位信息以及電爐的電極位置信息進行信息采集和數據處理并將處理結果傳送至電爐本體控制單元1.0對電極的升降進行自動控制。在實際應用中:電極控制單元
1.2可以包括檢測儀表、液壓執行機構等部分構成，位于電爐主車間內，該子系統根據弧流、弧壓、變壓器檔位、電極位置等信號采樣，按照功率或電流或電阻控制的原理進行運算處理，將最終結果輸出到液壓控制系統來實現電極升降的自動控制。在冶煉初期，電極下部埋在爐料中，電流從零逐漸上升，電流變化快，電流控制較難實現，此時采用功率控制模式，使電極功率按給定曲線運行。當冶煉進入穩定期，采用電流控制模式，通過調節電極的升降，控制電爐穩定生產。在冶煉終點出爐時，需要穩定電極隨熔融物料液面下降，此時采用電阻控制模式至出爐結束，一個冶煉周期完成，電爐按預設程序進入下一循環。在自動控制過程中，隨時可以人為干預，通過按鍵增大或減少輸入功率、電流、阻抗或直接修改控制參數，也可以手動控制電極的工作。電極壓放功能:自動完成電極消耗的控制，根據操作員在HMI中設定的時間來計時，預定的時間到達時系統發出壓放動作指令，將指令輸出到液壓系統中的壓放單元，控制其依次動作來完成電極壓放的自動控制。壓放時間在工況條件變化時允許修改。壓放量通過編碼器監測傳送給PLC控制系統I。液壓系統的全部動作要求在Imin內全部完成。具體實施例如圖7所示。
[0039]進一步的，所述循環水控制單元1.4為電爐的生產過程提供循環水源、對循環水進行冷卻回流處理以及控制循環水泵的工作；
[0040]進一步的，變壓器保護單元1.5采集電爐變壓器的工作狀態信息控制電爐變壓器的工作。
[0041]進一步的，所述液壓站控制單元1.9采集電爐的液壓參數信息控制電爐的液壓系統保持正常的工作狀態。
[0042]進一步的，所述水分配單元1.8對電爐的生產過程的冷卻水管路進行監測。
[0043]進一步的，低壓配電單元1.6檢測電爐在工作時多個需要受電單元的工作狀態信息使其保持正常的被供電及受控狀態。
[0044]進一步的，變壓器綜合保護控制系統2設置于電爐車間高壓配電室內部，包括后臺控制單元2.1、多個高壓保護單元2.2和高壓電能計量單元2.3,所述后臺控制單元2.1與多個高壓保護單元2.2和高壓電能計量單元2.3相連接接收高壓保護單元2.2和高壓電能計量單元2.3傳送的數據信息控制其工作。并且后臺控制單元2.1采集電爐變壓器的工作狀態信息將采集到的數據信息傳送至上位機操作系統4并接收所述上位機操作系統4對電爐變壓器的控制指令信息控制電爐變壓器的工作。所述高壓保護單元2.2采集電爐變壓器的工作電壓信息，當電爐變壓器的運行電壓超過或低于額定電壓時所述高壓保護單元
2.2發出報警信息并將該信息傳送至后臺控制單元2.1。所述高壓電能計量單元2.3采集電爐變壓器的工作電壓和電流數值，計算電爐變壓器的工作時消耗的電能。如圖4所示，具體變壓器綜合保護控制系統2中后臺控制單元2.1和高壓保護單元2.2互相配合連接的工作示意圖。
[0045]進一步的，:所述變頻傳動系統3位于電爐車間內，包括爐體旋轉變頻控制單元
3.1和搖包變頻控制單元3.2，爐體旋轉變頻控制單元3.1接收所述PLC控制系統I傳送的指令信息控制電爐體的旋轉頻率，搖包變頻控制單元3.2接收所述PLC控制系統I傳送的指令信息控制搖包的旋轉速度。變頻傳動系統3在實際工作中包括矢量變頻器和光電編碼器等器件，如圖5所示。
[0046]本發明公開的中碳錳鐵精煉電爐電氣控制系統，操作員通過上位機操作系統對中碳錳鐵精煉電爐進行日常的生產操作，同時采集生產過程中的數據信息，對整個電爐系統的運行狀況進行監視與控制，實時顯示工藝參數及設備運行狀態，實現歷史數據的查詢、生產報表和各種故障報警的打印，完成原料配比等數據的設定。
[0047]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種中碳錳鐵精煉電爐電氣控制系統，其特征在于包括: PLC控制系統(I)、變壓器綜合保護控制系統(2)、變頻傳動系統(3)和上位機操作系統(4)；所述PLC控制系統(I)采集電爐工作狀態下的生產狀況信息、電極的位置信息、電爐的弧流和弧壓信息以及電爐內的壓力信息等，對采集到的數據信息進行數據分析和數據處理控制電爐的正常工作，所述PLC控制系統(I)與上位機操作系統(4)進行實時數據通信；所述變壓器綜合保護控制系統(2)對電爐變壓器的電壓檔位進行調節和控制、對電爐變壓器的一次側和二次側進行監測并將變壓器的工作狀態信息傳送至上位機操作系統(4)，所述上位機操作系統(4)對電爐變壓器的工作進行遠程調控； 所述變頻傳動系統(3)接收所述PLC控制系統(I)傳送的控制指令信息、采用變頻方式控制電爐的工作、采用矢量閉環控制的方式控制搖包的旋轉； 所述上位機操作系統(4)對電爐的冶煉生產過程、運行狀態進行遠程監控和控制。
2.根據權利要求1所述的一種中碳錳鐵精煉電爐電氣控制系統，其特征還在于:所述PLC控制系統(I)至少包括循環水控制單元(1.4)、電爐本體控制單元(1.0)和除塵及爐壓調節單元(1.3)，所述電爐本體控制單元(1.0)與變頻傳動系統(3)相連接； 所述電爐本體控制單元(1.0)至少包括配料單元(1.1)、電極控制單元(1.2)、變壓器保護單元(1.5)、液壓站控制單元(1.9)、水分配單元(1.8)和低壓配電單元(1.6)； 所述除塵及爐壓調節單元(1.3)包括爐氣除塵單元(1.31)和爐壓調節單元(1.32)；所述爐氣除塵單元(1.31)位于電爐車間內將電爐排放出的煙氣捕集后進行除塵使處理后的煙氣達到煤氣的回用標準；所述爐壓調節單元(1.32)檢測電爐內的壓力信息、根據電爐內壓力信息調節安裝在煙道上的調節閥使電爐內壓力保持在一個微正壓范圍內；當電爐內的壓力信號的平均值不在設定的區間值內時，所述PLC控制系統(I)調節安裝在除塵管路上的調節閥使其開度增大或開度減小； 所述配料單元(1.D位于配料站內電爐的頂部為電爐生產所需要的混合原料進行自動稱量和變頻給料、對生產過程中原料供給信息進行數據存儲和數據顯示、對稱量原料過程中產生的誤差進行記憶補償以及對生產過程產生報表信息并進行信息輸出； 所述電極控制單元(1.2)位于電爐主車間內對電爐的弧流信息、電爐的弧壓信息、變壓器檔位信息以及電爐的電極位置信息進行信息采集和數據處理并將處理結果傳送至電爐本體控制單元(1.0)對電極的升降進行自動控制； 所述循環水控制單元(1.4)為電爐的生產過程提供循環水源、對循環水進行冷卻回流處理以及控制循環水泵的工作； 變壓器保護單元(1.5)采集電爐變壓器的工作狀態信息控制電爐變壓器的工作；所述液壓站控制單元(1.9)采集電爐的液壓參數信息控制電爐的液壓系統保持正常的工作狀態； 所述水分配單元(1.8)對電爐的生產過程的冷卻水管路進行監測； 所述低壓配電單元(1.6)檢測電爐在工作時多個需要受電單元的工作狀態信息使其保持正常的被供電及受控狀態。
3.根據權利要求1所述的一種中碳錳鐵精煉電爐電氣控制系統，其特征還在于:設置于電爐車間高壓配電室內的變壓器綜合保護控制系統(2)包括后臺控制單元(2.1)、多個高壓保護單元(2.2)和高壓電能計量單元(2.3)， 所述后臺控制單元(2.1)采集電爐變壓器的工作狀態信息將采集到的數據信息傳送至上位機操作系統(4)并接收所述上位機操作系統(4)對電爐變壓器的控制指令信息控制電爐變壓器的工作； 所述高壓保護單元(2.2)采集電爐變壓器的工作電壓信息，當電爐變壓器的運行電壓超過或低于額定電壓或處于缺相、過流現象時所述高壓保護單元(2.2)發出報警信息并將該信息傳送至后臺控制單元(2.1)； 所述高壓電能計量單元(2.3)采集電爐變壓器的工作電壓和電流數值，計算電爐變壓器的工作時消耗的電能。
4.根據權利要求1所述的一種中碳錳鐵精煉電爐電氣控制系統，其特征還在于:所述變頻傳動系統(3)位于電爐車間內包括爐體旋轉變頻控制單元(3.1)和搖包變頻控制單元(3.2)，所述爐體旋轉變頻控制單元(3.1)和搖包變頻控制單元(3.2)接收所述PLC控制系統(I)傳送的指令 信息分別控制電爐體的旋轉速度和搖包的旋轉速度。
【文檔編號】F27D19/00GK104048517SQ201410294335
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月26日 優先權日:2014年6月26日
【發明者】張愷進, 陳秀實, 王任楠 申請人:大連華銳重工集團股份有限公司