三相电弧炉自动控制器及其控制方法技术

本发明专利技术属冶金三相电弧炉控制领域，尤其涉及一种三相电弧炉自动控制器及其控制方法,包括第一电源模块、第二电源模块、电源净化模块、CPU处理器、隔离中间继电器、信号隔离器、第一外围设备、第二外围设备、远程计算机系统及人机界面触摸屏；本发明专利技术控制方法，包括：a、系统初始化；b、进行数据采集；c、数据处理及分析；d、报警判断处理；e、自动控制；f、若是，求测量值与设定值偏差并经多参数、多变量模糊控制运算；若否，接收操作命令并转化成控制命令；g、输出控制命令；h、数据库更新；i、数据打包上传；j、显示更新；k、返回至步骤b。本发明专利技术抗干扰能力强，响应速度快，运行稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属冶金三相电弧炉控制领域，尤其涉及一种三相电弧炉自动控制器及其控制方法。
技术介绍
随着科技水平、经济一体化进程的快速发展，中高档特种合金材料生产需求大幅度提升，这需要特种合金冶炼加工业的技术水平与装备水平不断提高。合金的冶炼主要采用以电为热能的电炉，可分为两大类，一类为电弧炉，它是以电弧产生热量熔化废钢等材料，其中主要是三相电弧炉；另一类为感应电炉，它是以电磁感应产生热量熔化废钢等材料。目前国际中档甚至部分高档特种合金材料市场为我国企业占领，国内合金冶炼普遍使用电弧炉，尤其以三相电弧炉为主。三相电弧炉冶炼技术开发较早，它是利用电弧的能量来冶炼,其控制策略和实现方法有很多,常用的方法是在设定三相电压后，采用调节电极升降维持电流恒定。早期是靠人工观测三相电极的电流等参数来手动调节电极的升降，人工操作频繁，劳动强度很大，很难维持电弧炉稳定运行来保证产品质量，同时电弧炉运行的波动也给环境造成污染。在电弧炉采用自动调节控制时，由于电弧炉运行过程中会产生高次谐波及强电磁场，以及炉料的融化与塌陷变化使电极电流波动幅度大、速度快，对电炉电压、电流的监测与控制造成强大的干扰。目前有些电弧炉厂家自行与各自合作单位联合开发应用了部分电弧炉自动控制器，但这些控制器都存在着一些缺陷和局限性，没能定型与推广。伴随着对合金产品质量和节能环保要求的不断提高，开发出技术先进、运行性能稳定和可靠的电弧炉控制器是大势所趋。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的不足之处而提供一种抗干扰能力强，响应速度快，运行稳定的三相电弧炉控制器。本专利技术的另一目的在于提供一种三相电弧炉控制器的控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的。一种三相电弧炉自动控制器，它包括第一电源模块、第二电源模块、电源净化模块、CPU处理器、隔离中间继电器、信号隔离器、第一外围设备、第二外围设备、远程计算机系统及人机界面触摸屏；所述CPU处理器信号传输端口分别与隔离继电器、信号隔离器、远程计算机系统及人机界面触摸屏端口相接；所述隔离继电器的信号传输端口与第一外围设备的信号传输端口相接；所述信号隔离器的信号传输端口与第二外围设备的信号传输端口相接；所述第一电源模块电源输出端口与第一外部设备电源端口相接；所述第二电源模块电源输出端口与第二外部设备电源端口相接；所述电源净化模块的输出端口与第一电源模块、第二电源模块和CPU处理器电源的输入端口相接。作为一种优选方案，本专利技术所述第一外围设备包括三相电弧炉电极上限位/下限位开关及电极控制电机；所述第二外围设备包括三相电压传感器、电流传感器、功率表、炉膛温度变送器、炉膛压力变送器、电压调整设备及电极伺服控制电机。进一步地，本专利技术所述CPU处理器通过TCP/IP或PROFIBUS接口将所有监控参数上传至远端监控计算机。上述三相电弧炉自动控制器的控制方法，其特征在于：按如下步骤实施：a、系统初始化；b、进行数据采集；c、数据处理及分析；d、报警判断处理；e、自动控制；f、若是，求测量值与设定值偏差并经多参数、多变量模糊控制运算；若否，接收操作命令并转化成控制命令；g、输出控制命令；h、数据库更新；i、数据打包上传；j、显示更新；k、返回至步骤b。进一步地，本专利技术所述步骤b中的数据包括三相电弧炉供电网中三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、三相电极的位置、炉膛温度及炉膛压力参数。进一步地，本专利技术所述步骤b中，可对采集数据进行多种滤波处理，具体步骤如下：a1、读取采集数据；b1、数据有效性判断；c1、若否，将此数据标注为无效数据；若是，转到步骤d1；d1、数据存入相应数据队列；e1、是否到采样时间判断；f1、若否，转到步骤a1；若是，转到步骤g1；g1、队列数据按大小排序；h1、滤波处理；i1、数据修正；j1、获取当前数据；k1、将测量数据与设定值比较划分偏差区域，不同区域采用不同参数的多变量/多参数控制模型计算；l1、计算结果修正并转化成输出控制量；m1、返回至步骤a1。与现有技术相比，本专利技术具有如下特点。1、本专利技术控制器可通过修改特征参数来减小或消除三相电流值在控制方法中的相互影响，控制方法采用多参数、多变量模糊控制策略，通过判断实际测量值与设定值间偏差的大小来划分不同的区域，在不同的区域内采用不同的控制参数，提高了控制器响应速度和控制稳定性，控制方法中增加了延时与阈值判断相结合的控制方式，避免了对电极上下运动的反复频繁操作，延长了设备的使用寿命。2、采用复合滤波法，由于电弧炉在工作中产生强电磁干扰，原始测量数据波动幅度大、速度快，控制方法上对每个采集参数都建立了数据缓存区域，将毫秒级的数据依次存入缓存表格，在采样周期到时，对缓存区域内的数据进行排序，然后取出中间的7个数据作为有效数据，再进行限幅和递推加权均值处理，最后再与上一次数据进行一阶滞后滤波修正。3、具有多种连锁功能，如电极在运动中达到运动区域的上限或下限时，控制器发出报警信息，同时限制电极的超限方向运动，避免发生电极折断和脱落等事件的发生。4、具有丰富的显示画面，以工艺图、数据表格、棒图、曲线等不同界面方式来显示电弧炉的电压、电流、功率、温度、压力、位置等运行状态。5、具有友好的人机交互界面，可通过点击触摸屏上的切换按钮，方便选择电极控制方式在手动控制模式与自动控制模式间切换，在手动控制模式下，在手动操作画面中可通过触摸虚拟操作杆对电极的上下运动进行控制，而在自动控制模式下，操作人员可通过触摸屏输入控制参数，控制器将按照控制参数要求来自动控制电极的上、下运动，来满足电弧炉运行指标要求，同时采用不同等级的保护密码对控制参数的修改项进行保护，避免非授权人员的误操作。6、具有多级别、多形式的报警和保护功能，能对某些重要的控制参数超限情况给出就地声光报警，并可将报警信息远传给调度计算机，对那些超极限报警，能进行必要的应急和保护处理。7、具有计算机组网功能，可通过控制器的以太网（TCP/IP）接口或PROFIBUS接口与远端监控计算机相连，远程监控计算机可完成控制器触摸屏上的所有功能，而且提供海量的历史数据存储与查询功能，在一台计算机上可同时监控多台控制器，同样，在多台计算机上可监视同一台控制器，支持多台控制器与多台计算机组成网络。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。本专利技术的保护范围将不仅局限于下列内容的表述。图1为本专利技术三相电弧炉控制器内部原理框图。图2为本专利技术三相电弧炉控制器系统原理框图。图3为本专利技术控制方法流程图。图4为本专利技术数据采集、处理与控制流程图。图5为本专利技术抗干扰电流、电压变送器电路原理图。具体实施方式如图1所示，三相电弧炉自动控制器，包括第一电源模块、第二电源模块、电源净化模块、CPU处理器、隔离中间继电器、信号隔离器、第一外围设备、第二外围设备、远程计算机系统及人机界面触摸屏；所述CPU处理器信号传输端口分别与隔离继电器、信号隔离器、远程计算机系统及人机界面触摸屏端口相接；所述隔离继电器的信号传输端口与第一外围设备的信号传输端口相接；所述信号隔离器的信号传输端口与第二外围设备的信号传输端口相接；所述第一电源模块电源输出端口与第一外部设备电源端口相接；所述第二电源模块电源输出端口与第二外部设备电源端口相接；所述电源净化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相电弧炉自动控制器，其特征在于，包括第一电源模块、第二电源模块、电源净化模块、CPU处理器、隔离中间继电器、信号隔离器、第一外围设备、第二外围设备、远程计算机系统及人机界面触摸屏；所述CPU处理器信号传输端口分别与隔离继电器、信号隔离器、远程计算机系统及人机界面触摸屏端口相接；所述隔离继电器的信号传输端口与第一外围设备的信号传输端口相接；所述信号隔离器的信号传输端口与第二外围设备的信号传输端口相接；所述第一电源模块电源输出端口与第一外部设备电源端口相接；所述第二电源模块电源输出端口与第二外部设备电源端口相接；所述电源净化模块的输出端口与第一电源模块、第二电源模块和CPU处理器的电源输入端口相接。

【技术特征摘要】
1.一种三相电弧炉自动控制器，其特征在于，包括第一电源模块、第二电源模块、电源净化模块、CPU处理器、隔离中间继电器、信号隔离器、第一外围设备、第二外围设备、远程计算机系统及人机界面触摸屏；所述CPU处理器信号传输端口分别与隔离继电器、信号隔离器、远程计算机系统及人机界面触摸屏端口相接；所述隔离继电器的信号传输端口与第一外围设备的信号传输端口相接；所述信号隔离器的信号传输端口与第二外围设备的信号传输端口相接；所述第一电源模块电源输出端口与第一外部设备电源端口相接；所述第二电源模块电源输出端口与第二外部设备电源端口相接；所述电源净化模块的输出端口与第一电源模块、第二电源模块和CPU处理器的电源输入端口相接。2.根据权利要求1所述的三相电弧炉自动控制器，其特征在于：所述第一外围设备包括三相电弧炉电极上限位/下限位开关及电极控制电机；所述第二外围设备包括三相电压传感器、电流传感器、功率表、炉膛温度变送器、炉膛压力变送器、电压调整设备及电极伺服控制电机。3.根据权利要求2所述的三相电弧炉自动控制器，其特征在于：所述CPU处理器通过TCP/IP或PROFIBUS接口将所有监控参数上传至远端监控计算机。4.根据权利要求1～3之任一所述三相电弧炉自...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩华超，马超，高立生，张春晓，张立，何方，张卫，张国富，
申请(专利权)人：沈阳仪表科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21