精煉爐電極智能控制系統(tǒng)的研究

彭俊

摘 要：精煉爐是鋁熱法合金生產(chǎn)的重要設(shè)施，其運行質(zhì)量及效率可直接影響到合金制品生產(chǎn)水平，需相關(guān)部門在原有基礎(chǔ)上設(shè)計出專項可行的智能控制系統(tǒng)，對精煉爐電極進行合理管控。本文就針對此，分析精煉爐電極管控現(xiàn)狀，設(shè)計出精煉爐電極智能控制系統(tǒng)方案，以供參考。

關(guān)鍵詞：精煉爐電極;智能控制系統(tǒng);設(shè)計

前言：在精煉爐實際運行期間，電極是主要控制對象，可直接影響到爐身整體運行效果。為從根本上提升精煉爐電極控制水平，需應(yīng)用更加成熟的智能控制系統(tǒng)，建立起基于能量守恒原理的模型，利用精煉爐內(nèi)熱量以及電流，形成相對固定的函數(shù)關(guān)系，確保精煉爐內(nèi)溫度與電極變化能夠得到合理調(diào)整。

1 精煉爐發(fā)展現(xiàn)狀

相較于發(fā)達國家而言，我國精煉技術(shù)起步較晚，20世紀70年代才開始自主設(shè)計精煉爐。隨后期鋼鐵制造行業(yè)日漸成熟，精煉爐結(jié)構(gòu)與功能也得到不斷完善，各類先進的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、專家系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在精煉爐智能控制過程中，獲得了極為顯著的運行效果。

雖然精煉爐技術(shù)已經(jīng)獲得巨大成就，但因當前鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)過剩，合金需求量降低，此方面研究工作投入力度不足，精煉爐內(nèi)部電極控制依然以可編程邏輯控制系統(tǒng)與人工操作為主，實際控制效果與預(yù)期目標存在較大差異。

在精煉爐實際環(huán)境極為惡劣，需要從外界向爐內(nèi)添加合金渣料，在遇到不穩(wěn)定因素時，經(jīng)常會出現(xiàn)安全隱患問題，導致精煉爐實際運行質(zhì)量與效率受到嚴重影響。

2 精煉爐電極調(diào)節(jié)方式

現(xiàn)階段精煉爐主要通過調(diào)節(jié)電極位置方式改變電弧長度，確保精煉爐升溫速率能夠得到根本上管控，實現(xiàn)高質(zhì)快速的脫硫脫碳生產(chǎn)目標[1]。精煉爐電弧長度對電弧電流大小具有直接影響，因此需要對爐內(nèi)電極進行合理管控。

舉例而言，在合金精煉處理期間，由于加入輔料與合金渣料，合金液表面會發(fā)生不同程度波動，合金液面與電極距離發(fā)生明顯改變。引發(fā)精煉爐電弧長度改變的因素多種，如合金與渣料加入情況、精煉爐內(nèi)反應(yīng)接觸面積、電極損耗量等。

由于電極位置對精煉爐加熱電流的影響較為復雜，僅采用三相電極獨立控制無法達到滿足實際要求的效果。如果精煉爐內(nèi)電極升壓范圍超出預(yù)設(shè)額度，則會出現(xiàn)三項失衡、諧波干擾等情況，使其他設(shè)備運行效果受到不利影響?，F(xiàn)階段應(yīng)用于精煉爐電極調(diào)節(jié)中的方式較多，主要為以下幾種：

第一，恒功率調(diào)節(jié)方式。設(shè)定精煉爐運行期間的功率，測量電弧電流與電弧電壓值，計算出輸入爐內(nèi)的實際功率，最后得出功率偏差值[2]。此種方式可以使精煉爐內(nèi)加熱功率不會受到外界不良因素影響。但由于只保障了爐內(nèi)輸入功率不變，導致控制效果與其目標存在較大差異;

第二，恒電流調(diào)節(jié)方式。要求將精煉爐電弧電流控制在合理范圍之內(nèi)，設(shè)定電弧給定電流值、電弧電流測定值，計算出電流偏差量。在電流偏差量趨于0的情況下，精煉爐可滿足恒電流控制條件。在單獨使用此種控制方式期間，自動化與智能化水平較低。雖然精煉爐內(nèi)位置沒有發(fā)生明顯改變，但弧柱上的電流會發(fā)生明顯變化，導致顱內(nèi)工作環(huán)境受到不利影響;

第三，恒阻抗調(diào)節(jié)方式。在精煉爐電極恒阻抗調(diào)節(jié)過程中，需要根據(jù)變壓器母線的電壓與電流。雖然與前兩種控制方式相比，恒阻抗調(diào)節(jié)方法具有明顯優(yōu)勢，但三相電極之間的耦合作用也會作用于精煉爐運行效果，難以實現(xiàn)運行控制最優(yōu)化目標。

3 精煉爐電極智能控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1建立精煉爐電極電氣模型

為從根本上提升精煉爐電極智能控制系統(tǒng)設(shè)計效果，需要建立起適宜的電極電氣數(shù)學模型，更好理解精煉爐三相電極的電氣特征。計算出精煉爐二次測給定電壓值，細致分析精煉爐三項電極之間的相互作用，確保電極控制效果能夠達到預(yù)期目標[3]。由于精煉爐采用三相電極加熱方式，且電極之間的耦合作用較為明顯，難以進行精準管控，因此需要首先表明各項弧長變化的規(guī)律，繪制出三相電極等效電路圖。

3.2分析精煉爐液壓傳動系統(tǒng)模型

在精煉爐內(nèi)，液壓傳動系統(tǒng)肩負起控制電極的重要職責，需要該系統(tǒng)具備較為控制速度與精準性。液壓傳動系統(tǒng)性能可直接影響到精煉爐升溫效果、溫度精度等指標，因此需要計算出液壓式電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。

3.3精煉爐電極智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

精煉爐電極智能控制系統(tǒng)可切實保障精煉爐運行效果。在外界過流、短路等干擾下，需要對爐內(nèi)運行效果進行全方位管控與及時補償。本文精煉爐電極智能控制系統(tǒng)主要由上位工控機與下位可編程邏輯控制系統(tǒng)共同組成，借助MPI通訊協(xié)議，連接精煉爐電極輔助控制可編程邏輯控制器與畫面控制系統(tǒng)，實現(xiàn)電極全面管控目標。

3.4上位機配置與功能

注重合理配置精煉爐電極智能控制系統(tǒng)上位機軟件與硬件，確保上位機各控制功能能夠與實際設(shè)計要求相符。選擇合理的組態(tài)軟件，要求該軟件能夠滿足不同精煉爐運行要求，提升軟件運行期間的操作友好性與運行穩(wěn)定性[4]。借助編輯畫面模擬精煉爐運行情況，高質(zhì)高效完成精煉爐電極控制任務(wù)。

3.5電極自動調(diào)節(jié)上位監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計

做好精煉爐電極自動調(diào)節(jié)上位監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計工作，要求電極調(diào)節(jié)界面包括電極示意圖、電弧電流、電壓數(shù)據(jù)與柱狀圖。輸入電弧電流、電壓檢測信號，利用控制器對控制信號與液壓閥開度進行管控，用以完成電極自動調(diào)節(jié)工作。為從根本上提升電極自動調(diào)節(jié)上位機控制系統(tǒng)的可操作性能，還需要對原有二次儀表顯示內(nèi)容進行完善，提升系統(tǒng)的可操作性。

在監(jiān)控系統(tǒng)中雖然運用了組態(tài)王軟件輔助設(shè)計，但由于精煉爐運行期間的變量較多，該軟件運算速度與精度仍需要不斷優(yōu)化，對監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部功能進行適當調(diào)整。

4總結(jié)

總而言之，為保障精煉爐安全可靠運行，需要對運行期間的電極進行合理管控。設(shè)計出功能完善的智能控制系統(tǒng)，從根本上提高精煉爐運行期間的質(zhì)量與效率。注重將溫度預(yù)報理論應(yīng)用在智能控制系統(tǒng)模型建立過程中，最后借助仿真驗證方式驗證智能控制系統(tǒng)運行可行性。

參考文獻：

[1]姚震宇.鋼包精煉爐電極監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[D].內(nèi)蒙古科技大學，2020.

[2]胡貴妹.基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆辨識的電弧爐電極控制系統(tǒng)研究[D].安徽工業(yè)大學，2018.

[3]張祝威.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電弧爐電極系統(tǒng)自適應(yīng)PID控制[D].安徽工業(yè)大學，2019.

[4]劉強，閆志國.LF精煉爐智能數(shù)字電極控制系統(tǒng)性能分析[J].包鋼科技，2016，42（03）：68-71.

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