智能电弧炉炼钢系统技术方案

本发明专利技术涉及智能电弧炉炼钢系统，由炉体控制系统、氧枪控制系统、除尘控制系统及智能电极控制系统组成，采用西门子公司的SIMATIC STEP7作为开发软件，设计电弧炉智能电极调节的PLC软件控制程序，构建智能电极调节器；所述智能电极调节器包括常规的电极控制器、快速收敛的神经网络电弧炉预估模型和预估补偿程序，通过人工智能与自动化系统的结合在目前阶段使电弧炉智能化炼钢精准可控，降低能源消耗，最大限度提升炼钢量，极大提高了生产效率。

Intelligent electric arc furnace steelmaking system

The invention relates to the intelligent electric arc furnace steelmaking system, which consists of the furnace body control system, the oxygen lance control system, the dust control system and the intelligent electrode control system. The SIMATIC STEP7 of SIEMENS company is used as the development software, the PLC software control program of the electric arc furnace intelligent electrode adjustment is designed, and the intelligent electrode regulator is constructed. The intelligent electrode regulator includes the conventional electrode controller, the fast convergent neural network EAF prediction model and the prediction compensation program. Through the combination of artificial intelligence and automation system, the intelligent steelmaking of the electric arc furnace is accurately controlled at the present stage, reducing the energy consumption, maximizing the steelmaking quantity and greatly improving the production. Production efficiency.

【技术实现步骤摘要】
智能电弧炉炼钢系统
本专利技术属于电炉炼钢领域，特别是涉及智能电弧炉炼钢系统。
技术介绍
炼钢操作技术经历了四代，第一代是极少检测手段主要依靠操作员经验的炼钢操作方法，第二代是靠安装有较多的检测仪表和自动化控制系统以人工判断的操作方法，第三代是靠引进的拥有较多的检测仪表和自动控制系统，并设有数学模型的以及人工监视和某些判断的方法，第四代是人工智能的操作方法，最终或以代替操作员判断而自动达到熟练操作员的操作水平，并使炼钢过程无人化或只有管制中心设有值班人员。现代炼钢过程自动化和计算机的应用主要是进行基础自动化、过程自动化和管理自动化，包括检测仪表及控制、电力传动系统控制都是采用以微机为核心的PLC、DCS或现场总线设备来执行的，并连接网络，形成EIC(即电力传动、仪表及控制、计算机控制与管理，我国钢铁界称之为三电系统)系统和多极计算机自动化系统。为了获得好的控制品质、以满足炼钢的复杂过程，进一步降低能耗，降低成本以及生产高附加值产品，自动化已经不仅使用常规控制(PID算法的自动控制)，而且采用先进控制方法，使控制品质达到更高水平而获得更高的经济效益。在检测技术和仪表方面也得到很大发展，不仅利用新的检测方法、遥测技术、数字化技术和人工智能技术进行处理，而且使用软测量技术，使炼钢过程过去得出的信息得以解决或某种程度的解决，从而大大有利于生产正常化并为先进控制创造先决条件。在人机联系、画面显示方面也日趋成熟，如可视化技术。总之，运用最新技术构成高效、优质、低成本的自动化系统是炼钢自动化的发展趋势。随着国家加大炼钢炼铁落后产能淘汰力度，以及为降低矿产资源开发并提高社会回收资源的利用，倡导提高电炉钢的比例，近年来不断有钢厂在淘汰落后产能的基础上新建炼钢电弧炉设备，由于炼钢工艺造成电弧炉炼钢成本相对较高，十几年来电弧炉设备数量不断减少，所以电弧炉炼钢设备配套的自动化控制技术基本上处于停滞状态。但随着电炉弧炼钢工艺所需要的主要原料——废钢资源的增多，价格降低，使电弧炉炼钢的成本持续下降。可能预见将来会有电弧炉炼钢设备投入生产，而配套更先进的智能电弧炉炼钢系统成为迫切的需求。
技术实现思路
电弧炉炼钢具有非常成熟的炼钢工艺，并且随着近些年来电脑技术的快速发展，电弧炉炼钢过程也有非常成熟的控制算法(如冶炼过程中随工艺参数计算预期的钢水成份、钢水温度，生产合格钢水所需要的石灰、合金等辅料的加入量等)。但由于电弧炉炼钢设备冶炼过程中高温、高粉尘、高噪声、高振动的恶劣环境，造成现场的部分关键检测仪表不能正常使用，包括前些年引进的拥有完整检测仪表和自动化系统，由于部分检测仪表不能正常使用达不到预期的效果。第一代、第二代操作技术中最主要控制手段就是有经验的工人，由于炼钢过程工艺操作过程的复杂性，有经验的熟练工人培养往往需要投入大量的精力和时间，而且不同的人对于炼钢过程中实时动态的电弧炉内状态、设备操作、工艺数据等掌控的不同，也会造成最终的冶炼时间、冶炼消耗、钢水质量的差别，这点从炼钢车间24小时分班作业不同班组的产量、消耗、质量的层次不齐就能体现出来。而人工操作最大的优势在于真正熟练并且有经验的熟练工人会依据结果的不同不断的修正自己操作，使之更趋于合理，比如随着炉内状况的变化及时调整供电、供氧、喷碳粉等参数，达到电弧炉炼钢更高效、更节能的目标。但人工操作最大的劣势在于由于各种原因人不能像机器那样每次都能重复最优化的操作技巧。基于以上两点，即检测仪表的不可靠性，人工操作的不确定性和不能重复性，开发具有先进、可靠的智能电弧炉炼钢系统具有了现实迫切的意义。本专利技术的方案如下：本专利技术的智能电弧炉炼钢系统，由炉体控制系统、氧枪控制系统、除尘控制系统及智能电极控制系统组成，其特征在于，所述智能电极控制系统包括上位机和下位机，所述上位机采用视窗控制中心Wincc的HMI系统，实现电弧炉智能电极控制系统的运行过程监控，电弧电流、电压波形及其数据显示，三相电流和电压仿真数据的设定，生产冶炼过程数据保存归档，以及与下位机的通讯等功能；所述下位机采用西门子S7-1500系列的PLC，所述上位机通过通讯网卡与下位机的通信模块相连接；所述西门子S7-1500系列的PLC包括通信模块、模拟量采集模块、电流变送器、信号调理模块及信号采集模块。采用西门子公司的SIMATICSTEP7作为开发软件，设计电弧炉智能电极调节的PLC软件控制程序，构建智能电极调节器；所述智能电极调节器包括常规的电极控制器、快速收敛的神经网络电弧炉预估模型和预估补偿程序；所述智能电极调节器运行步骤如下：1)、采用数据采集系统采集电弧炉在冶炼期间的参数，使用这些参数在离线方式下进行快速收敛的神经网络预估模型建立；2)、将建立的快速收敛的神经网络预估模型在线投入，并不断进行在线自适应调整，使预估模型对实际的电弧炉对象逐步逼近，预估补偿程序利用预估结果，对常规控制电极调节器的输出进行优化补偿，用于实时控制，以得到期望的控制效果。进一步地，所述电弧炉除尘控制系统，根据冶炼阶段、加入废钢重量、吹氧量、粉尘浓度、辅料重量等参数预测烟尘的排放量，通过PLC控制风机的转速及风量调节阀开度，实现除尘过程智能化。进一步地，所述报警为电压电流报警、作业完成报警和油温报警；所述上位机的组件包括主机、通讯卡、显示器、Windows7系统、实现PLC系统编程和调试的编程软件及人机交互的监控软件。进一步地，所述快速收敛的神经网络的电弧炉预估模型，采用三层神经网络，包括输入层、中间层(隐层)、输出层，所述快速收敛的神经网络算法在传统神经网络的基础上引入广义误差函数，以提高收敛速度和精度，所述广义误差函数为：式中分别指在第p个训练模式下网络输出层第i个输出神经元的期望输出和实际输出；p指训练模式总数；NL指网络输出层神经元数；λ为可变因子，在训练期间从1递减到0；ε为很小的正数，取值范围为0.0001～0.01，用于防止期望响应di等于0，导致被零除的现象出现。本专利技术智能电弧炉炼钢系统，完全解决目前检测仪表不能有效的满足电弧炉智能化炼钢的需求，通过人工智能与自动化系统的结合在目前阶段使电弧炉智能化炼钢精准可控，采用快速收敛的神经网络算法提高收敛速度和精度，使得智能化炼钢过程智能控制，精度高偏差小，降低能源消耗，最大限度提升炼钢量，极大提高了生产效率。附图说明图1为智能电弧炉炼钢系统框图。图2为电弧炉智能电极控制系统结构框图。图3为快速收敛的神经网络算法流程图。具体实施方式为使本领域技术人员更好理解本专利技术，结合附图1-3对本专利技术进行说明，应该理解具体实施方式旨在说明本专利技术，不对本专利技术作出限制，凡在本专利技术的思路上作出的补充改进，均属于本专利技术的范围。本专利技术的智能电弧炉炼钢系统，由炉体控制系统、氧枪控制系统、除尘控制系统及智能电极控制系统组成，其特征在于，所述智能电极控制系统包括上位机和下位机，所述上位机采用视窗控制中心Wincc的HMI系统，实现电弧炉智能电极控制系统的运行过程监控，电弧电流、电压波形及其数据显示，三相电流和电压仿真数据的设定，生产冶炼过程数据保存归档，以及与下位机的通讯等功能；所述下位机采用西门子S7-1500系列的PLC，所述上位机通过通讯网卡与下位机的通信模块相连接；所述西门子S7-1500系列的PL本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.智能电弧炉炼钢系统，由炉体控制系统、氧枪控制系统、除尘控制系统及智能电极控制系统组成，其特征在于，所述智能电极控制系统包括上位机和下位机，所述上位机采用视窗控制中心Wincc的HMI系统，实现电弧炉智能电极控制系统的运行过程监控及报警，电弧电流、电压波形及其数据显示，三相电流和电压仿真数据的设定，生产冶炼过程数据保存归档，以及与下位机的通讯等功能；所述下位机采用西门子S7‑1500系列的PLC，所述上位机通过通讯网卡与下位机的通信模块相连接；所述西门子S7‑1500系列的PLC包括通信模块、模拟量采集模块、电流变送器、信号调理模块及信号采集模块；采用西门子公司的SIMATIC STEP7作为开发软件，设计电弧炉智能电极调节的PLC软件控制程序，构建智能电极调节器；所述智能电极调节器包括常规的电极控制器、快速收敛的神经网络电弧炉预估模型和预估补偿程序；所述智能电极调节器运行步骤如下：1)、采用数据采集系统采集电弧炉在冶炼期间的参数，使用这些参数在离线方式下进行快速收敛的神经网络预估模型建立；2)将建立的快速收敛的神经网络预估模型在线投入，并不断进行在线自适应调整，使预估模型对实际的电弧炉对象逐步逼近，预估补偿程序利用预估结果，对常规控制电极调节器的输出进行优化补偿，用于实时控制，以得到期望的控制效果。...

【技术特征摘要】
1.智能电弧炉炼钢系统，由炉体控制系统、氧枪控制系统、除尘控制系统及智能电极控制系统组成，其特征在于，所述智能电极控制系统包括上位机和下位机，所述上位机采用视窗控制中心Wincc的HMI系统，实现电弧炉智能电极控制系统的运行过程监控及报警，电弧电流、电压波形及其数据显示，三相电流和电压仿真数据的设定，生产冶炼过程数据保存归档，以及与下位机的通讯等功能；所述下位机采用西门子S7-1500系列的PLC，所述上位机通过通讯网卡与下位机的通信模块相连接；所述西门子S7-1500系列的PLC包括通信模块、模拟量采集模块、电流变送器、信号调理模块及信号采集模块；采用西门子公司的SIMATICSTEP7作为开发软件，设计电弧炉智能电极调节的PLC软件控制程序，构建智能电极调节器；所述智能电极调节器包括常规的电极控制器、快速收敛的神经网络电弧炉预估模型和预估补偿程序；所述智能电极调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁保宁，庞玉华，龚哲豪，罗涌，
申请(专利权)人：无锡东雄重型电炉有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32