电熔镁炉打料工况分析系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种电熔镁炉打料工况分析系统及方法，涉及工业自动控制技术领域。本系统包括数据采集硬件和人机交互界面软件平台；通过实时采集、存储、分析炉前三相电流、电压波形和电能指标数据，根据电流和电压的幅值、畸变率、三相不平衡度等参数，给出打料工况识别判据，分析了打料对炉内运行状态的影响，为冶炼工艺提升提供重要的理论指导和实验借鉴。

Analysis system and method of charging condition of electric melting magnesium furnace

【技术实现步骤摘要】
电熔镁炉打料工况分析系统及方法
本专利技术涉及工业自动控制
，尤其涉及一种电熔镁炉打料工况分析系统及方法。
技术介绍
电熔镁炉主要通过三相电极和熔池之间的电弧放热，把电能转化成热能来熔炼菱镁矿石，生产耐火材料电熔镁砂。电熔镁炉的冶炼工艺过程主要分为起炉、熔炼和收尾三个阶段，熔炼阶段是冶炼的最关键阶段，分为多个打料工况周期，加入的生冷炉料直接冲击熔池液面，破坏热平衡、电磁搅拌作用，导致电极晃动，影响了局部电网供电质量和产品的单吨能耗；同时每个打料周期随着矿石的融化程度，运行状态有着明显的区别。因此加深打料工况下电炉运行状态的认识，有助于在实际冶炼过程中，通过控制注入电流的大小和投放矿石的时机来调整不同运行状态所占时间的比例，使由于打料导致的恶劣运行状态的时间比例减小，不仅降低冶炼的单吨能耗而且获得高纯度的氧化镁产品。目前对炉内运行状态的认知主要是通过分析电流和电压幅值的变化趋势来识别工况，无法详细的描述电弧燃烧状态的变化以及氧化镁熔池的熔透特征，因此需要新的测量参量来构建氧化镁冶炼测控系统，优化冶炼生产工艺。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种电熔镁炉打料工况分析系统及方法。实时采集、存储、分析炉前三相电流、电压波形和电能指标数据；根据电流和电压的幅值、畸变率、三相不平衡度等参数，给出打料工况识别判据，分析了打料对炉内运行状态的影响，为冶炼工艺提升提供重要的理论指导和实验借鉴。本专利技术所采取的技术方案是：一方面，本专利技术提供一种电熔镁炉打料工况分析系统，包括数据采集硬件和人机交互界面软件平台；所述数据采集硬件由工业现场实验平台和数据采集硬件设备两部分组成；所述工业现场实验平台包括电极位置调节系统、供电系统、信号检测系统、炉体旋转系统、加料系统以及炉体；所述电极位置调节系统包括拖动电机、电极升降立柱、电极夹持臂和电极，所述电极通过电极卡头固定在所述电极夹持臂上，电极夹持臂另一端则与所述电极升降立柱连接，所述拖动电机通过电极升降立柱上的齿条来带动电极夹持臂上下移动；所述供电系统包括炉前变压器和短网，所述炉前变压器二次侧母线出线连接短网，所述短网为炉前变压器低压端出线到所述电极之间的各种形式导体的总和，短网直接连接电极夹持臂，实现为电极供电；所述信号检测系统包括电压变送器、电流互感器、电流变送器、PLC控制机柜、操作台ABC三相电流表、操作台B相电压表，信号检测系统分别对电流和电压进行检测，电流检测时，炉前变压器二次侧支路连接所述电流互感器，电流互感器后接电流变送器，电流变送器输出连接PLC控制机柜，电压检测时，炉前变压器二次侧支路直接连接所述电压变送器，电压变送器输出连接PLC控制机柜；所述炉体旋转系统包括转动电机和转盘，所述转动电机通过旋转齿轮带动所述转盘转动，进而带动转盘上炉体旋转；所述加料系统包括原料仓和电振给料机，原料存储于所述原料仓内，通过原料仓底部出料口落入所述电振给料机中，电振给料机把原料加入炉内；所述炉体包括炉壳和炉底活动底车，炉体内进行矿石的熔炼；所述数据采集硬件设备包括高频电流钳式探头、电压冷压端子、电流数据采集板卡、电压数据采集板卡、数据传输系统机箱；所述高频电流钳式探头包括电磁传感器头、开关控制杆、输出接口、消磁自动调零按钮、量程选择按钮、电源插口、过载指示灯、消磁指示灯、电源指示灯、手动偏置上调按钮、手动偏置下调按钮，用来把霍尔元件感应检测的电流经过功率放大电路转为小电压输出，进行非开路测量电流；所述电压冷压端子包括蹄形金属垫片、铜质导线，冷压端子对金属导线接线端进行封装，蹄形垫片压在螺丝下，对测量过程的安全性进行保障；所述电流数据采集板卡包括BNC输入端子、VGA接口、内部封装逻辑电路的金属机盒，以高频率、高精度、高带宽采集高频电流钳式探头输出的小电压；所述电压数据采集板卡包括差分输入端子、VGA接口、内部封装逻辑电路的金属机盒，以高频率、高精度采集炉前变压器二次侧母线电压；所述数据传输系统机箱包括4槽VGA接口、以太网线接口、电源插口、通讯指示灯，数据传输系统机箱内置同步计数器、定时器实现电压、电流数据采集板卡的同步精准测量，并把采集数据通过以太网和计算机通讯；所述人机交互界面软件平台包括系统通讯模块，参数录入模块，数据存储模块，波形显示模块、数据分析模块、安全保障模块；所述系统通讯模块应用配置管理软件作为硬件系统和软件平台通讯的中介，可以识别、自检、性能测试硬件设备和接口，便于计算机与硬件产品交互，用来配置管理连接计算机的各种硬件设备；采集三相电流和B相电压，包含四个通道的模拟量输入，对信号采集进行物理通道设置，包括准确选择与硬件插槽、设备对应的物理通道，设置模拟量输入范围、测量接线端配置功能；所述参数录入模块改变采集参数的配置，包括设置板卡的相同采样时钟源、采样频率、采样数、实际采样频率；所述数据存储设置模块选择文件保存的基路径及为文件存储的位置，历史数据存储到计算机的硬盘上；所述波形显示模块对实时采集不断变化的负荷电压、电流数据波形进行多维度显示，包含瞬时波形显示图、长时间波形趋势图、伏安特性曲线图；所述数据分析模块包括FFT频谱、电能指标分析功能，使用交互式窗口，在节点插入文本化算法、运行语法脚本，执行数据分析功能；所述安全保障模块包括输入用户名和密码的安全登录界面。另一方面，一种电熔镁炉打料工况分析方法，通过前述电熔镁炉打料工况分析系统实现：包括以下步骤：步骤1、对测量点进行选取，选取电压测量点为炉前变压器二次侧输出母线，电流测量点为电流互感器二次侧；步骤2、对硬件采集设备进行选型；步骤3、对本电熔镁炉打料工况分析系统的软件平台进行设计，包含系统通讯模块，参数录入模块，数据存储模块，波形显示模块、数据分析模块、安全保障模块，实现对电熔镁炉冶炼生产炉内运行状态实时、直观的监测；实时采集、存储不断变化的负荷电压、电流数据，从频谱、电能指标等角度结合炉内运行状态进行数据分析；上述步骤3对本电熔镁炉打料工况分析系统的软件平台进行设计，包含系统通讯模块，参数录入模块，数据存储模块，波形显示模块、数据分析模块、安全保障模块，各模块设计如下：(1)系统通讯设计；设备接口识别：应用配置管理软件作为硬件系统和软件平台通讯的中介，识别、自检、性能测试硬件设备和接口，使计算机与硬件产品交互，配置管理连接本机的各种硬件设备；通道设置：采集三相电流和B相电压，有四个通道的模拟量输入，在连接好硬件系统、正式开始采集之前，实验员需要在人机交互界面上进行物理通道设置，包括准确选择与硬件插槽、设备对应的物理通道，设置模拟量输入范围、测量接线端配置功能；(2)数据存储设计；在人机交互界面上设置选择文件保存的基路径，选取文件存储的位置；(3)参数录入设计；结合不同情况下的数据采集需求，在人机交互界面上操作员可以改变采集参数的配置，包括板卡的相同采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电熔镁炉打料工况分析系统，其特征在于：包括数据采集硬件和人机交互界面软件平台；/n所述数据采集硬件由工业现场实验平台和数据采集硬件设备两部分组成；/n所述工业现场实验平台包括电极位置调节系统、供电系统、信号检测系统、炉体旋转系统、加料系统以及炉体；/n所述电极位置调节系统包括拖动电机、电极升降立柱、电极夹持臂和电极，所述电极通过电极卡头固定在所述电极夹持臂上，电极夹持臂另一端则与所述电极升降立柱连接，所述拖动电机通过电极升降立柱上的齿条来带动电极夹持臂上下移动；/n所述供电系统包括炉前变压器和短网，所述炉前变压器二次侧母线出线连接短网，所述短网为炉前变压器低压端出线到所述电极之间的各种形式导体的总和，短网直接连接电极夹持臂，实现为电极供电；/n所述信号检测系统包括电压变送器、电流互感器、电流变送器、PLC控制机柜、操作台AB C三相电流表、操作台B相电压表，信号检测系统分别对电流和电压进行检测，电流检测时，炉前变压器二次侧支路连接所述电流互感器，电流互感器后接电流变送器，电流变送器输出连接PLC控制机柜，电压检测时，炉前变压器二次侧支路直接连接所述电压变送器，电压变送器输出连接PLC控制机柜；/n所述炉体旋转系统包括转动电机和转盘，所述转动电机通过旋转齿轮带动所述转盘转动，进而带动转盘上炉体旋转；/n所述加料系统包括原料仓和电振给料机，原料存储于所述原料仓内，通过原料仓底部出料口落入所述电振给料机中，电振给料机把原料加入炉内；/n所述炉体包括炉壳和炉底活动底车，炉体内进行矿石的熔炼；/n所述数据采集硬件设备包括高频电流钳式探头、电压冷压端子、电流数据采集板卡、电压数据采集板卡、数据传输系统机箱；/n所述高频电流钳式探头包括电磁传感器头、开关控制杆、输出接口、消磁自动调零按钮、量程选择按钮、电源插口、过载指示灯、消磁指示灯、电源指示灯、手动偏置上调按钮、手动偏置下调按钮，用来把霍尔元件感应检测的电流经过功率放大电路转为小电压输出，进行非开路测量电流；/n所述电压冷压端子包括蹄形金属垫片、铜质导线，冷压端子对金属导线接线端进行封装，蹄形垫片压在螺丝下，对测量过程的安全性进行保障；/n所述电流数据采集板卡包括BNC输入端子、VGA接口、内部封装逻辑电路的金属机盒，以高频率、高精度、高带宽采集高频电流钳式探头输出的小电压；/n所述电压数据采集板卡包括差分输入端子、VGA接口、内部封装逻辑电路的金属机盒，以高频率、高精度采集炉前变压器二次侧母线电压；/n所述数据传输系统机箱包括4槽VGA接口、以太网线接口、电源插口、通讯指示灯，数据传输系统机箱内置同步计数器、定时器实现电压、电流数据采集板卡的同步精准测量，并把采集数据通过以太网和计算机通讯；/n所述人机交互界面软件平台包括系统通讯模块，参数录入模块，数据存储模块，波形显示模块、数据分析模块、安全保障模块；/n所述系统通讯模块应用配置管理软件作为硬件系统和软件平台通讯的中介，可以识别、自检、性能测试硬件设备和接口，便于计算机与硬件产品交互，用来配置管理连接计算机的各种硬件设备；采集三相电流和B相电压，包含四个通道的模拟量输入，对信号采集进行物理通道设置，包括准确选择与硬件插槽、设备对应的物理通道，设置模拟量输入范围、测量接线端配置功能；/n所述参数录入模块改变采集参数的配置，包括设置板卡的相同采样时钟源、采样频率、采样数、实际采样频率；/n所述数据存储设置模块选择文件保存的基路径及为文件存储的位置，历史数据存储到计算机的硬盘上；/n所述波形显示模块对实时采集不断变化的负荷电压、电流数据波形进行多维度显示，包含瞬时波形显示图、长时间波形趋势图、伏安特性曲线图；/n所述数据分析模块包括FFT频谱、电能指标分析功能，使用交互式窗口，在节点插入文本化算法、运行语法脚本，执行数据分析功能；/n所述安全保障模块包括输入用户名和密码的安全登录界面。/n...

【技术特征摘要】
1.一种电熔镁炉打料工况分析系统，其特征在于：包括数据采集硬件和人机交互界面软件平台；
所述数据采集硬件由工业现场实验平台和数据采集硬件设备两部分组成；
所述工业现场实验平台包括电极位置调节系统、供电系统、信号检测系统、炉体旋转系统、加料系统以及炉体；
所述电极位置调节系统包括拖动电机、电极升降立柱、电极夹持臂和电极，所述电极通过电极卡头固定在所述电极夹持臂上，电极夹持臂另一端则与所述电极升降立柱连接，所述拖动电机通过电极升降立柱上的齿条来带动电极夹持臂上下移动；
所述供电系统包括炉前变压器和短网，所述炉前变压器二次侧母线出线连接短网，所述短网为炉前变压器低压端出线到所述电极之间的各种形式导体的总和，短网直接连接电极夹持臂，实现为电极供电；
所述信号检测系统包括电压变送器、电流互感器、电流变送器、PLC控制机柜、操作台ABC三相电流表、操作台B相电压表，信号检测系统分别对电流和电压进行检测，电流检测时，炉前变压器二次侧支路连接所述电流互感器，电流互感器后接电流变送器，电流变送器输出连接PLC控制机柜，电压检测时，炉前变压器二次侧支路直接连接所述电压变送器，电压变送器输出连接PLC控制机柜；
所述炉体旋转系统包括转动电机和转盘，所述转动电机通过旋转齿轮带动所述转盘转动，进而带动转盘上炉体旋转；
所述加料系统包括原料仓和电振给料机，原料存储于所述原料仓内，通过原料仓底部出料口落入所述电振给料机中，电振给料机把原料加入炉内；
所述炉体包括炉壳和炉底活动底车，炉体内进行矿石的熔炼；
所述数据采集硬件设备包括高频电流钳式探头、电压冷压端子、电流数据采集板卡、电压数据采集板卡、数据传输系统机箱；
所述高频电流钳式探头包括电磁传感器头、开关控制杆、输出接口、消磁自动调零按钮、量程选择按钮、电源插口、过载指示灯、消磁指示灯、电源指示灯、手动偏置上调按钮、手动偏置下调按钮，用来把霍尔元件感应检测的电流经过功率放大电路转为小电压输出，进行非开路测量电流；
所述电压冷压端子包括蹄形金属垫片、铜质导线，冷压端子对金属导线接线端进行封装，蹄形垫片压在螺丝下，对测量过程的安全性进行保障；
所述电流数据采集板卡包括BNC输入端子、VGA接口、内部封装逻辑电路的金属机盒，以高频率、高精度、高带宽采集高频电流钳式探头输出的小电压；
所述电压数据采集板卡包括差分输入端子、VGA接口、内部封装逻辑电路的金属机盒，以高频率、高精度采集炉前变压器二次侧母线电压；
所述数据传输系统机箱包括4槽VGA接口、以太网线接口、电源插口、通讯指示灯，数据传输系统机箱内置同步计数器、定时器实现电压、电流数据采集板卡的同步精准测量，并把采集数据通过以太网和计算机通讯；
所述人机交互界面软件平台包括系统通讯模块，参数录入模块，数据存储模块，波形显示模块、数据分析模块、安全保障模块；
所述系统通讯模块应用配置管理软件作为硬件系统和软件平台通讯的中介，可以识别、自检、性能测试硬件设备和接口，便于计算机与硬件产品交互，用来配置管理连接计算机的各种硬件设备；采集三相电流和B相电压，包含四个通道的模拟量输入，对信号采集进行物理通道设置，包括准确选择与硬件插槽、设备对应的物理通道，设置模拟量输入范围、测量接线端配置功能；
所述参数录入模块改变采集参数的配置，包括设置板卡的相同采样时钟源、采样频率、采样数、实际采样频率；
所述数据存储设置模块选择文件保存的基路径及为文件存储的位置，历史数据存储到计算机的硬盘上；
所述波形显示模块对实时采集不断变化的负荷电压、电流数据波形进行多维度显示，包含瞬时波形显示图、长时间波形趋势图、伏安特性曲线图；
所述数据分析模块包括FFT频谱、电能指标分析功能，使用交互式窗口，在节点插入文本化算法、运行语法脚本，执行数据分析功能；
所述安全保障模块包括输入用户名和密码的安全登录界面。


2.一种电熔镁炉打料工况分析方法，通过权利要求1所述电熔镁炉打料工况分析系统实现，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、对测量点进行选取，选取电压测量点为炉前变压器二次侧输出母线，电流测量点为电流互感器二次侧；
步骤2、对硬件采集设备进行选型；
步骤3、对本电熔镁炉打料工况分析系统的软件平台进行设计，包含系统通讯模块，参数录入模块，数据存储模块，波形显示模块、数据分析模块、安全保障模块，实现对电熔镁炉冶炼生产炉内运行状态实时、直观的监测；实时采集、存储不断变化的负荷电压、电流数据，从频谱、电能指标等角度结合炉内运行状态进行数据分析；
步骤4、对硬件设备进行连接；
步骤5、对软件平台功能的实现；
步骤6、数据分析，通过硬件平台实时采集并存储的负荷电压、电流的大数据，软件平台构成以FFT快速傅里叶变换为核心的多维度电能指标和频谱分析，从宏观到微观分析得出了打料工况下特征的定性结论；
步骤7、打料工况识别，用电流幅值和电流畸变率二者相结合的方法来实现对打料工况的准确识别；
步骤8、打料工况电炉运行状态分析，对打料工况下的数据进行分析，基于电压电流的幅值、畸变率、三相不平衡度，从开始打料按处于不同熔炼状态的时间划分为四个阶段，揭示了电炉冶炼的运行状态的变化。


3.根据权利要求2所述的电熔镁炉打料工况...

【专利技术属性】
技术研发人员：王良勇，杨文涵，柴天佑，肖顺凯，吴志伟，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21