电弧炉控制系统设计
《毕业设计(论文)-plc电弧炉控制系统总体设计》[管理资料]
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摘要电弧炉炼钢是靠电极和炉料间放电产生的电弧，使电能在弧光中转变为热能，并借助辐射和电弧的直接作用加热并熔化金属和炉渣，是冶炼某些特殊金属及合金必须使用的炼钢方法。
论文以40吨电弧炉计算机控制系统为背景，在查阅了大量国内外相关文献的基础上，综述了电弧炉控制技术的发展历程、研究现状及今后的发展趋势。
根据电弧炉熔炼工艺对控制系统的控制要求，给出了控制系统总体设计方案，对电弧炉计算机控制系统的硬件系统配置作了详细的说明。
在电极调节器控制方案设计的基础上给出了实用的控制算法的实现方法，应用日本欧姆龙系列编程软件编写了整个控制系统控制软件，包括电极调节控制单元、液压站控制单元、真空开关合、分闸控制单元、变压器调压换档控制单元和其它逻辑控制单元。
关键词：电弧炉，电极调节，计算机控制，PLCABSTRACTThe steel-making of Electric Arc Furnace transfers the electricity to heat by the arc between electrode and charging. The Arc and its radiation melt the metals along with slag, it is the essential way to produce the special steel and alloy.The thesis is based on the 40-Ton electric arc furnace computer distributed control system of the Second Steel-making plant. The summaries of the historic, present state and perspective trend of control techniques of electric arc furnace are based on consulting a great deal of documentation. According to the control demands of the system, the system’s solving scheme is presented. The thesis thoroughly describes the hardware configuration of the computer distributed control system of electric arc furnace. Based on the design of the electrode’s position control algorithm,the realization method of control algorithm is proposed. The control software is designed with the Omron series programming language produced by Siemens Company, including electrode’s position control unit,hydraulics control unit, vacuum switch on/off control unit, changing the level of transformer control unit, oxygen gun movement control unit and other logical control units.Key words: Electric Arc Furnace, Electrode Regulator, Computer Control.，PLC第一章概述 (4)： (5)电弧炉系统 (5)电弧炉炼钢发展概况 (5)电弧炉炼钢的特点 (6)电弧炉炼钢计算机控制发展概况 (7)电弧炉炼钢设备概括 (7)电弧炉炼钢的机械设备 (7)电弧炉炼钢的电气设备 (9)电弧炉炼钢过程及工艺简介 (10)电弧炉炼钢过程 (10)电弧炉炼钢工艺简述 (12)电弧炉工艺对控制系统的要求 (12)电弧炉炼钢工艺对电极调节器的要求 (13)本论文所做的工作 (13)第二章电弧炉控制系统 (14)电极升降自动控制系统 (14)液压、水冷、气动控制系统 (16)液压控制系统 (16)水冷控制系统 (17)气动控制系统 (17)PLC控制系统 (18)计算机在电弧炼钢中的应用 (18)电弧炉PLC控制系统的构成 (19)电弧炉PLC控制系统的功能 (20)第三章电弧炉电极控制的建模 (21)电极系统电气部分建模 (21)单向电极的建模 (22)三相电极的建模 (23)电极工作原理及性能要求 (27)工作原理 (27)性能要求 (28)传动系统的建模 (29)第四章电弧炉控制系统的软硬件设计 (30)变压器保护 (30)液压站控制 (32)炉体操作 (37)水冷系统 (42)事故报警 (44)上料系统 (45)电弧炉控制系统程序的检查和编译 (48)结束语 (50)参考文献 (51)致谢 (52)第一章概述：钢包精炼炉，是用来对初炼炉（电弧炉、平炉、转炉）所熔钢水进行精炼，并且能调节钢水温度，工艺缓冲，满足连铸、连轧的重要冶金设备。
模糊控制在电弧炉调节系统中的应用
程中 ， 电极的实际位置在移动到给定位置 之前 ， 根据系统 的预估 计 ， 降低 ＰＤ增 益 的大 小 ， 先 Ｉ 或采 用 变 参 数 的调 节 方 式 。 当 系统 捕 捉 到理 想 设 定值 时 ， 速 减 小 比例 控 制 作 用 ， 行 对 设 定 值 的 迅 进
技术要求 ：
（） １托圈直径允许误差≤Ｄ （ ｓ为托圈设计直径） ｓＤ 即≤１ ｍｍ。 ６
２ 当电机 拖 动 电 动机 采 用 同步 伺 服 电动 机 时 系统 的 数 据模 型
系 统 的 结 构 框 图 见 图 １ 它 由速 度 反 馈和 位 调 节 系统 的 结 构框 图
其 各环 节 的简 化 传 递 函数 由 以下 ５部 分 组 成 ： （ ） 量环 节 Ｇ（）８ ４００ ８ ４ ＋ ； １测 ０ ＝ ２５ｌ ．Ｏ ３ Ｓ １ ｓ ／ （ Ｓ Ｗ Ｍ 变 换 器 Ｇ （）３ ／．０ Ｓ ： ２）Ｐ ＝ ５ＯＯ １ ＋１ ｓ ７ （ 同步 伺 服 电动 机 Ｇ （）４０（．０ ５ ＋１（．８ ＋１； ３） ２ ＝ ．／ ０ ２ Ｓ ） １ Ｓ ） ｓ Ｏ ０ （ 减 速 器 Ｇ （）Ｏ３ ／ ４） ３ ＝ ．７Ｓ； ｓ （ 速 度 反 馈 Ｋｓ： ．０ ６ 。 ５） （ Ｏ０ ６ ７ ） 其 中 ， （） ２ ） 简 化 为 Ｇ （）２ｓ＝ ４ ／ Ｏ ８ ５ ０ Ｇ１ Ｇ （ 可 ｓ ｓ １ Ｇ （） １ Ｏ０ Ｏ ７ Ｓ＋ ｓ １ ４ Ｓ １内环 闭环 传 递 函数 ， ６７ ＋ 整理 得 ：
跟踪， 保证系统既有较短的上升时间， 又有很小的超调。
为达 到最优控 制 目的 ， 电极调节 系统 中， 在 采用专家智能 系统 ， 通 过 对 电极 的调 节 ， 持 不 同 阶段 电弧 炉 所 要 求 的 电 功率 。 这 保 就 要 求专 家 系统 能提 出一 种 完 全理 解 的 电极 位 置 ， 系统 根 据 专 家数据 库 ， 进行不断 的修正 电极 的运行模 式 ， 不断根据 实际 并 台 炼情 况对 专家数据库 ，进行 不断地修 正 电极的运行模式 ， 并 不断根据 实际冶炼情 况对 专定 数据库 内的数据进行修改 ， 从而 达 到 自学 习、 优 控 制 的 目的 。 最 电弧炉系统是一种典型 的非线性 、时 变和分布参数的多输 入、 多输 出的 多相 耦 合 系 统 ， 采 用 常规 的控 制 方 法 很 难 收 到理 入 想 的控制效果。如果我们将数据模型 中确定的部分采用传 统的
电弧炉钢铁冶炼中的优化调控技术研究
电弧炉钢铁冶炼中的优化调控技术研究电弧炉是钢铁冶炼的重要设备之一，其通过高温下的电弧放电、炉料熔化、合金化学反应等过程，将铁源、废钢等原料转化为高质量的钢材。
在钢铁生产领域，电弧炉钢铁冶炼已经成为主要的生产方式，在现代化的冶炼企业中已广泛使用。
但是，在电弧炉冶炼中，炉温控制和化学成分控制等问题一直是影响产品质量和生产效率的关键因素。
因此，研究电弧炉中的优化调控技术，对于提升炉冶产能、提高冶炼质量等方面有着重要作用。
1.电弧炉优化调控技术的研究现状随着科学技术的不断发展，电弧炉优化调控技术研究层出不穷。
其中，炉温控制、化学成分控制、结构优化等方面的技术研究成果应用广泛，并在生产中得到了有效运用。
(1)炉温控制在电弧炉冶炼中，炉温是影响产品质量的主要因素之一。
通过对电弧炉炉壳、炉衬、冷却水、进水温度、气体流量等因素进行综合优化调控，可以实现炉温的精准控制。
目前，热补偿、模型预测、智能控制等技术已广泛应用在电弧炉炉温控制中。
(2)化学成分控制电弧炉钢铁冶炼的化学成分控制难度较大，因为炉内化学反应较为复杂，需要采用多种手段进行控制。
目前，化学成分控制主要依靠离线分析和在线监测技术。
离线分析主要通过对钢水的取样和分析来确定钢水的化学成分，通常需要较长时间才能获得准确数据。
在线监测技术利用传感器对炉内参数进行实时采集，然后将数据通过计算机处理，反馈到控制系统中进行调控操作。
在线监测技术具有响应速度快、精度高等优点，在实际生产中得到广泛应用。
(3)结构优化电弧炉的结构优化是提高炉冶效率的重要手段之一。
通过对底吹氧气的位置、角度、速度等参数进行调整，可以有效控制氧气吹入、钢液的混合均匀度，从而实现炉内物料的快速熔化和高效合金化。
此外，通过合理设计炉衬、电极和电弧头等结构，可以降低电能的损失，提高能量利用率。
2.电弧炉优化调控技术面临的挑战尽管电弧炉优化调控技术已经取得了不小的进展，但是仍然面临着一系列的挑战。
(1)精度问题电弧炉优化调控技术的精度问题一直是困扰该领域科研人员的难题，在实际应用中易出现误差较大的情况。
电弧炉操作系统设计介绍
电弧炉操作系统设计介绍电弧炉操作系统是用于控制和监控电弧炉工作的一种软件系统。
它通过实时监测电弧炉的温度、电流、电压等参数，对电弧炉进行自动控制，从而提高生产效率、降低能耗、减少人工操作。
本文将就电弧炉操作系统设计进行详细介绍。
首先，电弧炉操作系统的设计需要考虑到以下几个方面：1.实时监测：电弧炉操作系统需要实时监测电弧炉的温度、电流、电压等参数，以便及时调整工作状态。
这需要使用传感器来采集数据，并将数据传输给操作系统进行处理。
2.自动控制：根据实时监测到的数据，电弧炉操作系统需要自动调整电弧炉的工作状态，以维持合适的温度、电流、电压等参数。
这需要使用控制算法来分析数据，并输出控制信号给电弧炉进行调整。
3.故障诊断：电弧炉操作系统需要能够检测电弧炉的故障，并实时报警。
这需要使用故障检测算法来分析数据，并输出警报信号。
同时，操作系统还需要能够记录故障信息，以便后续分析和改进。
4.界面设计：电弧炉操作系统需要提供人机交互的界面，以方便操作员进行监控和调整。
这需要设计友好的界面，使操作员能够清楚地了解电弧炉的工作状态，并进行相应的调整。
基于以上考虑，电弧炉操作系统的设计可以分为以下几个模块：1.数据采集模块：该模块负责采集电弧炉的温度、电流、电压等参数。
它通过传感器实时监测电弧炉的工作状态，并将采集到的数据传输给后续模块进行处理。
2.数据处理模块：该模块负责对采集到的数据进行处理和分析。
它根据预设的控制算法，分析数据并输出控制信号给电弧炉进行相应的调整。
3.故障检测模块：该模块负责检测电弧炉的故障，并进行实时报警。
它根据预设的故障检测算法，分析数据并输出警报信号。
同时，它还负责记录故障信息，以便后续分析和改进。
4.用户界面模块：该模块负责提供人机交互的界面。
它将电弧炉的工作状态以图形化的方式展示给操作员，使其能够清楚地了解电弧炉的工作状态，并进行相应的调整。
为了确保电弧炉操作系统的可靠性和稳定性，还需要考虑以下几个方面：1.备份与恢复：为了避免数据丢失或系统崩溃造成的停工损失，应该在系统中加入备份与恢复机制。
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冶金用电弧炉控制系统的设计
的生产将起到推动作用 。
关键 词 ： 电极 升 降 ； 糊控 制 ； ｏ ｂ ｓ 议 ； 态 模 Ｍ ｄｕ 协 组
Ｋｅ ｒ ｓ： ｌｃｒｃｐ ｌ ｕ ｔａｉｎ；ｕ ｚ ｏ ｔｏ ； ｄ ｕ ｒｔｃ ｌｃ ｎ ｇ ｒｔ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ｅｅ ｔ ｏｅｆ ｃｕ ｔ ｆｚｙｃ ｎｒｌｍｏ ｂ ｓｐｏｏ ｏ ；ｏ ｆ ｕ ａｉ ｉ ｌ ｏ ｉ ｏ
１ 引 言
目前 ， 自耗 电极 真空 电弧炉 电极 升降控 制系统 一 般采 用模拟器 件 控制 方 式 ， 践 证 明 ， 种模 拟器 件 实 这 的控制方式带 来 了诸 如 故 障率 高 、 护 量 大 、 产 成 维 生 本高 等一 系列 问题 。为 了解 决这 些 问题 ， 必须 采用 一 种新 的控制方 式 。考 虑 到 Ｐ Ｃ功 能 齐全 、 用 灵 活 、 Ｌ 应
２０ ０ ７年 ６月
Ｊｎ２０ ｕ ．０７
冶金 用 电弧 炉 控 制 系统 的设 计
杨青杰
（ 河南科技学院 ， 河南 新乡 ４ ３０ ） ５ ０３
摘要： 介绍了系统主要硬件配置、Ｐ Ｌ Ｆ ＧＰ Ｃ程序结构、 ｏｂｓ Ｍ ｄｕ 通讯协议、 操作面板 、 组态画面 ， 并给出了主程序循环
阀换向阀进行控制并完成 自动升降的。上位机的组 态监控 软 件采 用 ＭＣ Ｓ 同时具 有 电流 、 率 、 Ｇ。 功 限位
保 护等 功 能 。 本 系 统 主 要 由 Ｆ Ｇ Ｃ ４ ２ Ｌ 人 机 界 面 Ｐ — ２ Ｒ Ｐ Ｃ、
电弧炉控制系统方案
五矿（湖南）铁合金有限责任公司103#硅锰合金冶炼炉优化控制系统方案设计说明书中南大学信息科学与工程学院二○一○年三月一、开发背景五矿（湖南）铁合金集团有限公司103#10000KVA矿热炉主要用于熔炼硅锰合金和碳锰合金，整个生产系统由炉体、供电变压器及保护系统、配加料系统、电极卷扬升降控制系统、电极压放子系统和炉体水冷系统等组成。
目前，配加料子系统采用了计算机自动控制；电极压放子系统依靠人工凭经验综合考虑炉况、二次电压、一次电流、熔炼时间等因素，输入控制信号给PLC，由PLC来完成电极的定长压放；电极升降是依靠人工凭经验综合考虑二次电压、一次电流及炉盖温度等因素进行调节；供电变压器二次侧电压等级靠人工根据炉况和电压、电流、功率等因素凭经验进行调整。
这种靠人工凭经验来控制冶炼过程的方法难以保证矿热炉稳定持续地工作在最佳工作范围内，调节过程相对滞后、工人操作强度大、工作效率低，容易出现电极烧结不好、耗电量大、炉况不稳定等问题，难以保证产品的产量和质量。
二、设计要求针对五矿（湖南）铁合金集团有限公司103#矿热炉熔炼过程控制自动水平低下带来的各种问题，通过现场调研和与工艺技术人员交流沟通，结合生产的实际需要，搭建103#矿热炉优化控制系统，以达到如下目标：1．通过建立电极位置模型，在线检测电极的升降量和压放量，实现电极自动升降和自动压放；并通过采用合理的算法，计算电极长度及其位置，控制电极处于最优位置区域内，使三相有功功率平衡度在原有基础上提高2-3%，提高功率因数。
2．通过建立实时数据库，实时采集熔炼过程数据，实现整个矿热炉控制系统的运行监视、事故报警与记录、统计分析和报表打印、日常生产管理以及安全管理等功能，并实现变压器的继电保护。
3．通过对矿热炉供电网电能质量在线检测与监视，实时监测电极升降压放等操作和供电电流电压、功率因数的对应状态，分析三相不平衡、无功损耗及其对用电设备的影响，分析谐波损耗及其波形畸变用电设备的影响，使电能质量各项指标的监测精度达到2%以上。
HX-3t电弧炉电极控制系统
３系统主要保护 ． （） １ 电极最大上 升速度 。石 墨电极一旦 和炉 内钢液短路 ， 弧 流实际值将远大于设定值 ，此 时 Ｐ Ｃ输 出电压信号 为负最大 ， Ｌ 电极 以程序 中设定 的最大速度提升 ， 减小弧流 。 调整最大上升速 度 的原则是 电弧炉可在 ５ ６ 消除短路现象。 ～ｓ
流、 弧压实 际值 ，Ｌ Ｐ Ｃ应用程序对这些信号进行转换 、 比较判断 、
块转换为变化 的模拟 电压信号（ １Ｖ）分别输入至变频器 １ ２ ±０ ， 、、
代数运算、Ｉ Ｐ 运算等处理后 ， 给出综合控制信号 ， 模转换模 实际值等于设定值， 经数， 此后电极将根据起弧电流设定值不断波动，
３ 变频器根据 电压信号 幅度 和极性控制 电机转速和转 向 ， ， 电机
带动减速器控制三相 电极升降和速度 。
２弧流 调 节 ．
压（ 功率 ） 不可过高 ， 否则 电弧较长 ， 易烧坏炉顶 。 点弧阶段结束后 ， 电炉进 入熔 化期 ， 电极不 断下 降 ， 炉料 完 全包 围电弧 ， 几乎 吸收全部热量 ， 不会破 坏炉衬 ， 此时可输入最
Ｔ ２ ．＋ Ｍ６ １ ３ ７
实施 过 程 。
电除尘 系统
文献标 识码
应用
Ｂ
中图分类号
～
、
Ｐ 实 时 数 据 库 系 统 Ｉ
该 系统是美 国 Ｏ ＩＳ ｆ ａｅ 司开发 的基 于 ＣＳ ＢＳ结构 Ｓ ｏ ｗ ｒ 公 ｔ ／、 ／
。 互 。
系 统 主
赂 系 统主
系 统 主机 串行 通 信 服 务 器
（） ２ 堵转保 护。 电极升 降过程 中遇到 障碍 物或不导 电炉料 时， 电机将 堵转 。Ｐ Ｃ采集电机反馈电流信号 ， Ｌ 经过运算 、 比较 ，
交流电弧炉电极升降过程控制系统
交流电弧炉电极升降过程控制系统谢良伟龙景文电极升降调节器是炼钢电弧炉的关键设备，一个好的调节器，对降低能耗、电极消耗、设备故障率起着很大的作用。
本文介绍的是一种基于工控机与单片机相结合实现的液压交流电弧炉电极升降自动控制系统。
1 系统的配置与功能系统配置结构图如图1所示。
图1 系统结构图B、C相与A相一致1.1 上位机上位机采用PC 486 DX4-100的基本配置一体化工控机(液晶显示器)，主要实现对各种参数的在线调整、修改，弧压、弧流等参数量的动态显示。
1.2 下位机下位机部分为系统的主要调节系统，由三相(A、B、C)调节板、电源与数显板、功放板组成。
三相调节板和电源与数显板均采用AT89C52作为单片机系统。
相调节板每相的弧流、弧压信号经过LEM模块的信号变换，分别把0～300V 的弧压信号和0～5A的弧流信号转换为0～5V的标准信号，把弧流(0～15kA)给定信号也变为0～5V的标准信号一同输入计算机。
单片机通过A／D把它们转换为数字量，然后通过阻抗运算及智能控制算法使D／A输出±5V范围内电压，再经过隔离器、运放输出±10V电压。
此外，板上带485驱动芯片MAX485、参数存储器EEPROM、微处理器监控电路。
电源与数显板由单片机实现档位的显示及调节板来的数据弧流给定显示，并给系统其它各板提供＋5V、＋24V的电压。
该板LED驱动芯片选用MAX7219作4位2排LED显示档位／档位电压、给定弧流，其原理框图如图2所示。
图2 电源与数显板原理框图功放驱动板相调节板输出的信号，经高压运放处理后，最后输出0～100MA 电流。
1.3 系统的特点(1)上位机采用高分辨率大液晶显示器，受电磁干扰影响小。
(2)输入输出完全隔离，弧压、弧流信号采用霍尔元件(LEM)，摒弃了变压器，LEM模块线性度非常好且隔离电压达2500V，这样既保证了信号采集精度，又能保护单片机系统。
模拟量输出采用BB公司的ISO 212隔离，使系统抗干扰能力很强。
TCR型SVC电弧炉补偿设计
×××钢铁有限公司35kV动态无功补偿(SVC)成套装置技术方案书×××有限公司目录1.整体方案说明 (4)２. TCR型SVC (5)２.1控制原理说明及框图 (5)２.2 SVC系统的组成及控制原理 (7)３.１电弧炉供配电系统和设备参数 (9)３.２电能质量技术指标 (10)４. SVC系统设计 (11)４.1 SVC容量计算 (11)４.2 SVC容量确定 (13)４.3 负荷实测数据分析对比 (15)４.4 滤波器FC设计 (16)５.１SVC保护配置 (20)６SVC招标范围及供货清单 (22)1.整体方案说明本工程所需补偿负荷为8M的电弧炉一台及4M精炼炉一台，负荷电压等级为35kV。
EAF炉和LF炉为特殊的冲击性负荷，在冶炼过程中快速的无功波动及冲击将会在电网中产生电压波动和闪变，另外由于EAF 炉和LF炉为非线性负荷，在运行过程中将产生各种高次谐波，污染电网，对电网中其它机电设备造成危害。
为此需在该工程的35kV母线上设置一套静止型动态无功补偿（SVC）成套装置。
TCR部分安装容量为8.5Mvar。
FC部分设置2、3、4次三个滤波通道，基波补偿容量8.5Mvar,安装容量12.6Mvar。
滤波装置（FC）配置滤波支路2HP 3HP 4HP 系统额定电压（kV）35 35 35 三相电容器装机容量（kvar）3600 4200 4800 额定调谐频率（HZ）100 150 200 接线方式单星单星单星单台电容器额定容量（kvar）300 350 400单台电容器额定电压（kV）8 6.75 5.75 每相电容器串并联数1并4串1并4串1并4串滤波电抗器额定电流（A）37.5 51.8 69.5滤波电抗器额定电感（mH）679.06 184.17 65.78２. TCR 型SVC２.1控制原理说明及框图２.1.1一般电力系统用户负荷吸收有功功率L P 和无功功率L Q 。
电弧炉电极自动控制系统的实现
率的限制 。 当输入 信号 的电压值在参考电压上下波动时， 不能
有效的得到数据。光电耦合器采用Ｐ７８可以实现与前级的 Ｃ１，
隔离， 并且有效地得到数据。当 Ｌ３３ １ 引脚输 出低电位 Ｍ９ 的 号 时， 光电耦合器 Ｐ１ Ｃ 导通， Ｌ３３ Ｉ 当 Ｍ９ 的 号引脚输出高电位时，
保证三相 电流 的平衡输入 ， 产品质量非常不稳定 。因此有必 要把电极 自 动控制系统 的实 现加 以推广 ， 提高生产效率 。本
文主要介绍在 电弧炉 电极控 制的具体实 现方法 ， 对于其它型
号 的电弧炉可 以根据 电流 的不 同选择不 同型号的交 流互 感 器转化为 ｏ５， －Ａ重新调整 电位器设定参考 电压 的数值， 可 就 以实现 电极的 自 控制。 动
电 极 自 动 控 制 系 统 的 实
现
（ 贵州大学机械工程学 院，贵州 贵 阳 ５００） ５０３
（ｃ ｏ ｌ ｏ ｅｈ ｎ ｃ ｌ Ｅ ｇｎ ｅ ｉ ｇ ｕ ｚｏ ｎ ｖｒ ｉ ｙ ｕｚ ｏ ｕ ｙ ｎ ５０ ３ Ｓｈ ｏ ｆ Ｍ ｃ ａ ｉａ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ，Ｇ ｉ ｈ ｕＵ ｉ ｅ ｓ ｔ ，Ｇ ｉ ｈｕ Ｇ ｉａ ｇ ５ ０ ０ ）
１ 电极 自动控制 的硬件实现 １ １电流 的交流变送的实现 ． 正常工作 时， 现对 Ａ ＂ ０ Ａ变送 ： Ａ相 电流小于 实 Ｃ０３０ － 当
个作为备用 。这里使用 比较器得到数据， 就不采用 ２Ｄ Ａ 而节 约了资源 。当 Ｐ１ Ｃ 的输 出导通时，Ｌ 接受到信号 ｘ， ＰＣ １表明 Ａ
ｔ ｅ ｃ ｒｒ ｎｔ ｏｆ ａ ｆｕ ａｃ ｅｌ ｔｒ ｅ ａｎ ｃｏ ａ ｗｉ ｈ ｔ ｅ ｃ ｍｐ ｒ ｔｏ ｈ ｕ ｅ ｒｃ ｒｎ ｅ ｅｃ ｏｄ ｄ ｍｐ ｒｅ ｔ ｈ ｏ ａ ａ ｒ． Ｔ ｎ ｔ Ｐ ｗｉ ｃ ｎｔ ｌ ｔｈ ｈｅ ｈｅ ＬＣ ｌｌ ｏ ｒｏ ｅ
ＬＦ炉双路底吹控制系统设计
ＬＦ炉双路底吹控制系统设计张恒① 王伟兵 姚阳阳（河钢集团邯钢公司自动化部 河北邯郸０５６０１５）摘 要 ＬＦ炉是钢铁生产中炉外精炼的主要方法之一，是电弧炉的一种特殊形式。
作为钢水精炼的重要环节，ＬＦ炉起到了钢水含量精调、钢水温度调节、改善钢水纯净度、造渣等作用。
邯钢新区ＬＦ炉采用双路底吹的方式，通过钢包底部的透气砖底吹氩气来均匀钢水成分，底吹阀门站采用西门子２００ｓｍａｒｔ控制系统，通过ＯＰＣ通讯完成底吹阀门站和精炼主系统的通讯，实现远程自动控制。
关键词 ＬＦ炉 底吹 西门子 ＯＰＣ中图法分类号 ＴＧ１５５．４ 文献标识码 ＡＤｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－１２６９ ２０２３ Ｚ２ ０１７１ 前言ＬＦ炉（ＬＡＤＬＥＦＵＲＮＡＣＥ）即钢包精炼炉，是钢铁生产中主要的炉外精炼设备。
ＬＦ炉一般指钢铁行业中的精炼炉。
实际就是电弧炉的一种特殊形式。
由于它设备简单，投资费用低，操作灵活和精炼效果好而成为冶金行业的后起之秀，在日本得到了广泛的应用与发展。
钢包底吹作为促进精炼冶炼过程的重要手段，重要程度不言而喻。
邯钢原三炼钢使用的是单路底吹氩的方式，对钢包透气砖和钢水特性的应对能力较弱，无法达到更好的底吹效果，造成能源浪费，影响钢水品质。
双路底吹则很好的解决了这一问题，同时针对复杂的钢包状况，双路底吹都能较好的处理，进一步保证冶炼品质，降低氩气消耗，节约能源成本。
２ 底吹控制系统设计２．１ 双路底吹控制系统设计根据工艺要求，精炼岗位在接到钢水后，首先应当通过大气量将透气砖上的硬壳吹开，因而需要较大的压力和流量；在下电极上电冶炼时，需要通过较小且稳定的氩气，将钢水翻滚至一定幅度，保证钢水翻滚充分、电极加热均匀。
在加料结渣时，需要较大且稳定的氩气，将钢水充分翻滚，促进成渣。
因此设计了底吹阀门站，包含控制系统和进出管，压力变送器，质量流量控制器，切断阀等仪表，设计图如下图１所示。
图１ 双路底吹阀门站原理图ＴｏｔａｌＮｏ．２８５Ｅｘｔｒａｅｄｉｔｉｏｎ２０２３ 冶 金 设 备ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬＥＱＵＩＰＭＥＮＴ 总第２８５期 ２０２３年增刊（２） ①作者简介：张恒，工程师，河钢邯钢自动化部智能研究室，邮箱：ｚｈａｎｇｈｅｎｇ０１＠ｈｂｉｓｃｏ．ｃｏｍ 控制系统使用了西门子的２００ｓｍａｒｔ系列，Ｓ７－２００ｓｍａｒｔ是西门子公司开发的一款小型ＰＬＣ，其ＣＰＵ模块配备标准型和经济型两种类型，能够满足不同行业、不同客户的各种需求。
电弧炉工作原理
电弧炉工作原理电弧炉是一种利用电弧加热的设备，主要用于熔炼金属和合金。
它的工作原理是通过电弧加热将金属加热至熔化状态，然后进行熔炼和铸造。
电弧炉具有高效、节能、环保等优点，被广泛应用于钢铁、有色金属等行业。
下面我们将详细介绍电弧炉的工作原理。
1. 电弧炉的结构。
电弧炉通常由炉体、电极、电极支撑系统、电源系统和控制系统等部分组成。
炉体是容纳金属材料的容器，通常由耐高温的材料制成，如耐火砖、耐火浇注料等。
电极是通过电源系统提供电能，产生电弧加热的部件，通常有主电极和辅助电极之分。
电源系统提供所需的电能，控制系统用于控制电弧炉的工作参数，保证炉内金属的熔化和熔炼过程。
2. 电弧炉的工作原理。
电弧炉的工作原理是利用电弧加热将金属材料加热至熔化状态。
首先，将金属材料放入炉体中，然后通过电源系统提供电能，使电极之间产生电弧。
电弧的高温能量将金属材料加热至熔化，同时熔炼过程中产生的热量也有助于保持金属的熔化状态。
控制系统可以调节电弧炉的工作参数，如电压、电流、电极间距等，以满足不同金属材料的熔炼要求。
3. 电弧炉的优点。
电弧炉相比传统的燃烧加热炉具有许多优点。
首先，电弧炉可以直接利用电能进行加热，无需燃料，因此具有高效、节能的特点。
其次，电弧炉的加热温度高，可以快速将金属材料加热至熔化状态，熔炼效率高。
此外，电弧炉的操作环境相对清洁，烟尘少，对环境污染小，符合现代工业的环保要求。
4. 电弧炉的应用。
电弧炉广泛应用于钢铁、有色金属等行业。
在钢铁行业，电弧炉可以用于炼钢和合金的生产，生产效率高，产品质量好。
在有色金属行业，电弧炉可以用于铜、铝、锌等有色金属的熔炼和精炼，可以生产高纯度的合金产品。
总之，电弧炉是一种利用电弧加热进行金属熔炼的设备，具有高效、节能、环保等优点，被广泛应用于工业生产中。
通过对电弧炉的工作原理的了解，可以更好地掌握其操作技术，提高生产效率，保证产品质量，促进工业的可持续发展。
100t电炉二级控制系统过程模型及应用
～
质 量平衡计算 一
设定 值计算
化工 程 和产 品 研 发工 作 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ ． １ ２ ． ２ ８
｝
图 １ 装 料 模 型
自动化应用 ｝ ２ ０ １ ３ ４期 ３ ５
系 统 解 决 方 案 黼瀚豳黼 在Ｅ Ａ Ｆ的冶炼 之前 有 充 足 的时 间 进 行上 料 计 算 ． 为 了确 定 废 钢 斗 装 货 时 间 和使 废 料 准 备 好 ． 上 料 计 算 必 须 由操 作 员 开 始 该 模 型 具 备 以下 特点 ： （ １ ） 目标 出 钢 重 量 、 计 划 的钢 成 分 和 电 炉 的 工 厂 实 际 以及 上 料 废 钢 斗 的数 量 都 被 考 虑 作 为模 型输 入 （ ２ ） 根 据 选 择 的标 准 桶 装 货 计 划 ， 按 分 层 堆 积 的 顺 序 计 算 废 钢 料 种类 和重 量
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄ ｓ： ＥＡＦ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｓ ｔ ｏ ｖ ｅ； ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ； Ｓ Ｉ ＥＭ Ｅ ＮＳ ＶＡＩ ； ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｄ ｕ ｒ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ
０引 言
特 殊 钢 系 统 产 品 升 级 技 改 项 目是 莱 钢 按 照 山东
要 功 能 如 图 １所 示
▲
１二级 系统过程模型功能
熔 化 过 程 的 冶 金 学 模 型 ．由 提 供 商 基 于 物 理 、 化
电弧炉除尘风机优化控制系统
一、电弧炉炼钢中的烟尘处理技术1.1 概述钢铁厂以其资源密集、能耗密集、生产规模大、物流吞吐量大等特点，长期以来一直被认为是烟尘排放量大、废弃物多、污染大的企业。
而电弧炉炼钢是钢铁厂造成烟尘污染的主要来源之一。
电弧炉在冶炼过程中会产生大量高温烟气，如不收集处理，将造成非常严重的空气污染。
近年来，随着冶炼工艺的提高，冶炼节奏大大加快，电弧炉用氧量猛增，随之带来的是烟气发生量的成倍增加，除尘设施处理能力不断改造加大。
同时，烟气除尘设施在炼钢企业中作为辅助装备，具有能源消耗量大、运行费用高的特点。
长期以来，不论电炉处于哪一冶炼阶段、产生的烟气量及粉尘多少，除尘风机均不间断运行，并且采用入口挡板开度调节，功率大、效率低造成大量的电能浪费。
另外，电炉每月要洗炉底2-4次，检修1次，一般检修时间24h,由于除尘风机大都采用功率很大的高压电机，电机在工频状态运行，每次启动都非常困难，无特殊情况一般不停机，始终满负荷运行，电能浪费大。
随着市场竞争的不断深化，通过节能降耗来提高生产效率成为企业发展提高竞争力的有效手段之一。
在90年代开始广泛应用的高压大功率变频调速技术则正是适应了市场的需求，在技术和应用领域上不断地得到进步和拓展。
现在，已广泛应用于电力、石油化工、矿山、冶金、给排水、机车牵引等领域。
1.2 电弧炉除尘系统简介电炉炼钢时产生的有害物污染主要体现在电炉加料、冶炼、出钢三个阶段。
电炉冶炼一般分为熔化期、氧化期和还原期，其中氧化期强化脱炭，由于吹氧或加矿石而产生大量赤褐色浓烟。
在上述三个冶炼期中，氧化期产生的烟气量最大，含尘浓度和烟气温度最高。
因此，电炉除尘系统按照氧化期的最大烟尘排量进行设计。
在系统最大风量需求的基础上增加1.1~1.3倍的安全阈度进行除尘风机选型设计。
整个炼钢过程中吹氧时期占30~35%，此时风机处于较高负荷运行，而其余时间则处于较低运行工况。
很显然，除尘系统的利用率很低且系统效率差。
电弧炉自动化控制系统介绍
电弧炉自动化控制系统介绍电弧炉自动化控制系统是一种应用现代技术手段进行炉温、炉容、馈电电流、馈电功率等参数自动控制的系统。
它能够有效提高电弧炉的熔炼质量和生产效率，并减少能源的消耗。
本文将详细介绍电弧炉自动化控制系统的原理、组成和优势。
一、原理电弧炉自动化控制系统的核心原理是通过传感器采集电弧炉的各项参数，如温度、电流、功率等，然后将采集到的参数信号传输给控制器进行处理。
控制器根据预设的控制策略，调节炉温、炉容、馈电电流、馈电功率等参数，从而实现对熔炼过程的自动控制。
二、组成1.传感器：传感器主要用于采集电弧炉的各项参数。
常用的传感器包括温度传感器、电流传感器、功率传感器等。
2.信号传输装置：信号传输装置用于将传感器采集到的参数信号传输给控制器。
常用的传输方式有有线传输和无线传输。
3.控制器：控制器是电弧炉自动化控制系统的核心部件，主要负责处理传感器采集到的参数信号，实现对熔炼过程的自动控制。
现在常用的控制器有PLC控制器和微处理器控制器等。
4.执行机构：执行机构根据控制器发出的控制信号，实现对电弧炉各项参数的调节。
常见的执行机构包括电动阀、电动门、变频器等。
三、优势1.提高熔炼质量：自动化控制系统可以精确控制炉温、炉容等参数，避免了人为操作的不稳定因素，提高了熔炼质量的稳定性和一致性。
2.提高生产效率：自动化控制系统可以实现对熔炼过程的实时监测和调节，减少了人工干预的次数和工作量，提高了生产效率。
3.节能减排：自动化控制系统根据实时数据进行智能调控，能够合理分配能源，达到最佳的控制效果，从而降低了能源的消耗和废气的排放。
4.增加安全性：自动化控制系统可以实现对熔炼过程的全程监控，及时发现和处理异常情况，提高了生产安全性。
5.数据分析和故障诊断：自动化控制系统可以对采集到的数据进行存储、分析和处理，提供数据报表和故障诊断功能，帮助企业优化生产过程和维修管理。
总结：电弧炉自动化控制系统是一种应用现代技术手段对电弧炉的熔炼过程进行自动控制的系统。
多模态控制策略在交流电弧炉电极控制系统中的应用
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ： Ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｏ ｆ Ｅ Ａ Ｆ（ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ａ ｒ ｃ Ｆ ｕ ｒ ｎ ａ ｃ ｅ ）ｓ ｍ ｅ ｈ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｓ ｕ ｍｍ ａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｓ ｉ ｔ ｓ
ｉ ｎ ｆ ｌ ｕｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｎ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ’ Ｓ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ，ｅ ｘ ｐ ｌ ａ ｉ ｎ ｓ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ｗｈ ｙ ａ ｎ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｗｉ ｔ ｈ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｇ ｙ ｃ ａ ｎ ｎ ｏ ｔ ｍｅ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ． Ｔｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｐｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｓ ａ ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ｍｏ ｄａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｇ ｙ， ｇ ｉ ｖ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｄｉ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ｍｏ ｄ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｇ ｉ ｅ ｓ，ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍｓ ａ ｎｄ ｈｏ ｗ ｔ ｏ ａ ｃ ｈｉ ｅ ｖ ｅ ｔ ｈｅ ｍ． Ｔｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｔ ｅ ｓ ｔ ，ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕｌ ｔ ｓ ｃ ｌ ｅ ａ ｒ ｌ ｙ
基于Matlab的PID温控系统的设计与仿真
基于Matlab的PID温控系统的设计与仿真
刘晋宏
【期刊名称】《科技与生活》
【年(卷),期】2010(000)018
【摘要】在Matlab6.5环境下,通过Matlab/Simulink提供的模块,对温度控制系统的PlD控制器进行设计和仿真.结果表明,基于Matlab的仿真研究,能够直观、简便、快捷地设计出性能优良的交流电弧炉温度系统控制器.
【总页数】2页(P20-21)
【作者】刘晋宏
【作者单位】柳州铁道职业技术学院电子工程系,广西柳州545007
【正文语种】中文
【中图分类】TP
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2006 年 6 月南京
毕业设计（论文）中文摘要
目录
1 绪论 (1)
1.1 系统设计背景 (1)
1.2 设计要求与设计思路 (2)
2 电弧炉与PTI枪 (2)
2.1 电弧炉炼钢工作原理 (2)
2.2 电弧炉炼钢的发展现状 (3)
2.3 PTI枪系统组成 (3)
3 可编程控制器（PLC）简介 (7)
3.1 可编程序控制器的概述 (7)
3.2 PLC的工作原理 (7)
3.3 PLC发展现状与趋势 (8)
3.4 西门子S7-300PLC (8)
3.5 西门子STEP-7编程软件 (10)
4 碳仓系统总体设计要求 (13)
4.1 设计要求 (13)
4.2 功能要求 (15)
5 硬件设计 (16)
5.1 硬件组态 (16)
5.2 上载硬件实际组态到编程器 (16)
6 软件设计 (19)
6.1 料仓部分的程序设计 (19)
6.2 运行仓部分的程序设计 (21)
6.3 三路碳粉分配器部分的程序设计 (28)
7 程序调试 (35)
结论 (36)
致谢 (37)
参考文献 (38)
附录 A 碳仓控制系统源程序 (39)
1 绪论
据统计，目前全世界粗钢产量的30%由电炉生产，我国电炉钢也约占总钢产量的20%左右。
电弧炉电气运行是电炉冶炼生产最基本的保障，它关系到冶炼工艺、
原料、电气、设备等诸多方面的问题，直接影响电炉炼钢生产的各项技术和经济指标，因此对其进行最佳化的研究意义重大，不但可保障冶炼工艺的顺行和充分发挥设备资源的作用，还能提高生产率，节能降耗。
可编程控制器是在继电器控制和计算机控制发展的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术，计算机技术，通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置。
随着微处理器、计算机、网络和数字通信技术的飞速发展，工业生产自动化控制技术已扩展到了几乎所有的工业领域。
应用计算机网络技术来解决工业自动化任务已逐渐成为普通的技术。
可编程序控制器是应用面最广、功能强
Q12.3
3号阀延迟关闭
T89S
TV
R BCD
BI
Q S5T#30s
Q12.1
3号阀延迟开
T210S
TV
R BCD
BI
Q S5T#30s
Q12.3
4号阀延迟关闭
T213S
TV
R BCD
BI
Q S5T#30s
M246.2
( )
Q12.1
3号阀控制
I9.4
I9.1
I9.2
S-OFFDT S-OFFDT S-ODT
Q12.3
5号阀延迟关闭
T218S
TV
R BCD
BI
Q S5T#30s
Q12.4
5号阀延迟开
T217S
TV
R BCD
BI
Q S5T#30s
M245.3
( )
Q12.4
5号阀控制
I10.0
I9.2
Q11.2
通风阀延迟开
T91S
TV
R BCD
BI
Q S5T#30s
I8.1
S-ODT S-OFFDT S-ODT
Q11.2
通风阀延迟关
T92S
TV
R BCD
BI
Q S5T#30s
I8.2
M251.7
( )
Q29.1
1线载气自动运行
M246.3
( )
Q29.5
碳注入1线
M247.3
( )
Q29.3
2线载气自动运行
Q12.2
( )
Q29.4
1线载气手动运行
M247.6
M251.7
Q12.3
S-OFFDT
Q12.4
M246.0
( )
Q29.7
碳注入2线
M290.1
( )
Q30.1
3线载气自动运行
Q12.0
( )
Q29.6
2线载气手动运行
M247.3
M250.6
Q12.1
M245.1
( )
Q30.0
碳注入3线
Q12.4
( )
Q30.2
3线载气手动运行
M290.1
M260.6
Q12.4。