多功能電極控制器和煉鋼過程控制系統(tǒng)簡介課件

2024/1/7目錄一、多功能電極控制器二、LF/EAF短網診斷及功率優(yōu)化裝置三、煉鋼過程控制系統(tǒng)四、典型應用案例2024/1/71.1多功能電極控制器概述主控方式采用IPC（工控機+高速數據采集卡+專門配套的處理軟件），因而具備一般PLC調節(jié)器所沒有的特色處理技術，也具有更大的使用意義，如下所述。

特色技術短網參數計算

實際二次側三相短網參數（阻抗及電抗）的在線計算，實際短網參數是功率優(yōu)化的基礎數據；制定功率優(yōu)化表（曲線）

繪制功率圓圖、完成功率檔位設定優(yōu)化，即依據變壓器銘牌與實際的三相短網參數，計算每個電壓檔位下最大弧功率時的設定電流及制定出相應的弧流設定檔位（不同升溫速率），補充說明一點：使用短網設計時的設計參數是盲目的、也是不可靠的；比例閥特性補償處理

比例閥特性曲線存在死區(qū)、也是非線性的，正負輸出往往也是不對稱的（包括死區(qū)的不對稱、線性斜率的不對稱）。如果不做矯正與補償處理，那么，電極控制器的控制輸出就反應不出實際狀況。通過比例閥特性全量程范圍線性化矯正，即可消除死區(qū)及非線性化造成的控制不靈敏現(xiàn)象。一、多功能電極控制器2024/1/7

高壓瞬時信號的記錄

高壓系統(tǒng)運行期間，電壓及電流等參數瞬時畸變波形及異常數據的在線紀錄（數據分辨率：6400樣本/(通道*秒)）；

諧波分析

在線實現(xiàn)FFT（快速傅里葉變換），分析高次諧波（頻率、幅值及初始相位）；多種電極升降控制策略提供多種控制策略（傳統(tǒng)的恒阻抗與恒弧流PID算法及智能算法），同時，增加了滯后特性處理模塊及輸出平滑化等諸多模塊，另外，微分因子分段化處理；

方便靈活的實現(xiàn)方式既可以采用副邊電壓及電流進行電極升降控制，也可以采用原邊電壓及電流進行。只要在畫面上進行選擇即可。實時電參數計算

在線計算每相各種電參數，比如：功率因數、有功功率、弧功率、視在功率、弧長及耐材指數等。一、多功能電極控制器2024/1/7

使用意義由于具備上述的技術優(yōu)勢，因而使用本多功能電極控制器可以達到如下實際效果：

檢測短網制作水平

檢驗三相短網制造是否符合設計標準及三相平衡度（這是冶煉效率及性能的基礎），短網設計參數與實際參數可能相差很大；

選用最優(yōu)功率曲線

滿足冶煉弧功率的前提下，確保以較小的設定弧流冶煉，由此減少短網熱損耗及弧流密度，最終達到節(jié)能及降低電極消耗的目的；

替代人工制定加熱參數

消除人為設定功率（電壓、電流或弧流）檔位的盲目性以及由此可能帶來的不利后果；

全量程標定比例閥特性

消除比例閥特性的非線性及死區(qū)造成的控制影響，圖形化比例閥特性曲線，用戶可以自行完成矯正與補償任務，最終提高電極升降的靈敏度，也有利于液壓設備的檢查；一、多功能電極控制器2024/1/7

高壓設備診斷分析當高壓系統(tǒng)（設備）發(fā)生故障后，提供了一種有效的電氣故障分析、檢查手段；

諧波分析

高次諧波的處理功能可以為電爐/LF造渣狀況及電氣特性分析等提供判定依據（比如進行靜態(tài)或動態(tài)補償前后諧波治理效果的比較）；

提高冶煉性能

電極運行及弧流更加平穩(wěn)，有利于埋弧操作，減少電極消耗，減輕鋼渣噴濺、大大減少跳閘與電極折斷的幾率及減緩水冷電纜和電極的水平擺動等各種不良冶煉現(xiàn)象；

節(jié)能降耗

實現(xiàn)節(jié)約電能及降低電極消耗的目標；也有利于提高加熱效率、縮短冶煉周期及擴大產能；一、多功能電極控制器2024/1/7多種電參數計算

實現(xiàn)多種電參數（功率因數、有功功率、弧功率、視在功率、弧長及耐材指數等）動態(tài)顯示，為操作人員提供及時的冶煉信息、有利于掌握生產節(jié)奏；自動煉鋼的基礎

與EAF/LF二級模型相結合，實現(xiàn)冶煉過程自動設定加熱曲線（電檔位），這是自動煉鋼的基礎。一、多功能電極控制器2024/1/7短網參數及電參數計算畫面2024/1/7比例閥矯正及參數配置電極升降控制算法界面2024/1/7高速數據采集及處理畫面波形監(jiān)視畫面2024/1/7多功能電極控制器專利證書2024/1/7二、LF/EAF短網診斷及功率優(yōu)化裝置2.1短網診斷及功率優(yōu)化裝置的功能及意義

功能進行二次短網參數（短路阻抗及感抗）計算（短路測試）；功率圓圖計算、功率優(yōu)化設定；定制功率設定表即加熱曲線（檔位、功率、弧長及升溫速度等參數）計算；

意義提供實際的短網參數、檢查三相不平衡度是否符合設計標準；提供優(yōu)化的冶煉檔位設置、避免人為設置的隨意性，有利于節(jié)能及減少電極消耗；提供輔助的各種電參數計算、儲存及查詢；2024/1/72.2短網診斷及功率優(yōu)化裝置的組成羅氏線圈；變送器及數據采集卡與輔件；筆記本及應用軟件；羅氏線圈安裝圖測試電路板、變送器及處理軟件2024/1/73.1概述煉鋼過程控制系統(tǒng)主要完成如下幾方面的任務：計劃管理、規(guī)程維護

接收上級（MES）下達的冶煉計劃、完成本地維護；接收上級（MES）下達的生產規(guī)程（產品/工藝/技術/崗位規(guī)程）、完成本地維護；實績管理、生產反饋

本地數據中心存儲了各種生產信息（包括生產消耗信息、生產檢測信息、生產預警信息及生產控制信息等），形成了以冶煉爐次為基本單元的生產實績管理信息數據庫；同時，依據上級（MES）的需求，及時反饋生產數據（實績與計劃完成信息等）。模型指導及控制

模型計算是本系統(tǒng)的核心內容與關鍵技術。對于不同的冶煉工序（BOF/LF...）分別配置有專門的模型計算模塊。模型以生產規(guī)程為基本依據、并結合當前冶煉爐次的具體狀況，計算出一組優(yōu)于規(guī)程的操作數據。模型計算的結果用于指導生產操作、或者直接用于生產現(xiàn)場的控制。三、煉鋼過程控制系統(tǒng)2024/1/7生產過程監(jiān)管、質量追溯及質量異常分析

本系統(tǒng)實時從基礎自動化系統(tǒng)采集實際數據、同時把收集到的生產操作數據與相應的規(guī)程比較，一旦兩者出現(xiàn)出入，則生成預警、以引起操作人員的重視。

另一方面，由于本地數據中心存儲了大量的各種生產信息（數據），如果發(fā)生產品質量異常，那么，可以依據本系統(tǒng)提供的查詢工具，檢索所有與產品質量有關的各種生產過程數據（時序信息、消耗數據、檢測數據、預警事件及控制參數等）、從而找出問題的原因所在。報表管理

依據生產需求，生成各種統(tǒng)計報表、用于瀏覽查詢或打印輸出。

一般而言，本系統(tǒng)介于一級（基礎自動化）與MES（或L3）之間，其中心任務是：提供操作指導（參數）或直接控制生產，以實現(xiàn)節(jié)能降耗、提高生產效率及穩(wěn)定產品質量的目標，更為產品質量追溯及工藝分析提供大量的生產數據、工藝與設備數據及有效的分析工具（軟件）；同時，也可減輕勞動強度及避免人為誤操作所造成的損失。此外，本系統(tǒng)可大大提高生產車間的管理水平，更是企業(yè)運行MES及ERP等不可或缺的基礎。一、煉鋼過程控制系統(tǒng)2024/1/7企業(yè)信息系統(tǒng)及本系統(tǒng)的位置煉鋼過程控制系統(tǒng)2024/1/7煉鋼過程控制系統(tǒng)的意義與發(fā)展前景應用意義

煉鋼過程控制系統(tǒng)是一門結合了冶金、計算機與自動化及數學等多種學科于一身的綜合性專業(yè)技術，是企業(yè)具有核心競爭力最重要的指標之一。具有下面的重要意義：增強產品一致性

實現(xiàn)大規(guī)模生產過程中的操作一致性、避免產品質量因人為因素（不同班組、不同人員及不同時段的差異）造成過大的波動；

操作最優(yōu)化

各種生產操作（吹氧、通電、加料等等）實現(xiàn)最優(yōu)化控制，達到節(jié)能、降耗及縮短生產周期等諸多目標，也有利于環(huán)保與增加企業(yè)產能；信息追溯

由于本系統(tǒng)數據中心存儲有大量的生產第一手資料，這為企業(yè)進行工藝分析、設備故障查詢或產品質量追溯等提供基礎數據及有效處理手段；減員增效2024/1/7煉鋼過程控制系統(tǒng)的意義與發(fā)展前景有效提高生產效率、減輕勞動強度及避免人工誤操作造成的損害；

信息化橋梁與紐帶本系統(tǒng)建立起公司與車間信息互聯(lián)的橋梁（比如，企業(yè)MES和ERP的應用就離不開本系統(tǒng)），是企業(yè)生產現(xiàn)場與上層信息管理之間連接的紐帶。

基礎信息庫本系統(tǒng)存儲有企業(yè)生產過程中形成的大量及真實的原始數據，一方面，為企業(yè)進行產品質量分析、產品性能優(yōu)化及質量異常追溯等一系列數據挖掘任務提供了基礎數據；另一方面，也可進行成本統(tǒng)計及班組人員績效分析等任務。發(fā)展前景在國外發(fā)達國家，其冶金企業(yè)基本上實現(xiàn)了自動煉鋼生產，也就是說本系統(tǒng)在其中發(fā)揮了決定性的作用。而在國內，相對差距很大，實現(xiàn)自動煉鋼的企業(yè)很少，這既有技術原因、也有觀念問題。可以預見，隨著企業(yè)間競爭力的加劇，全面提高企業(yè)生產過程的自動化程度將是企業(yè)發(fā)展的必由之路，因此，過程監(jiān)管系統(tǒng)將具有很大的發(fā)展前景，同時也將給企業(yè)帶來巨大的經濟效益及管理效益。2024/1/73.2系統(tǒng)組成及架構本系統(tǒng)由硬件及軟件兩部分組成，如下所述。系統(tǒng)硬件組成服務器(磁盤冗余：RAID1/RAID5)HMI工作站維護工程師站網絡設備

UPS、打印機等外設系統(tǒng)軟件組成

平臺軟件

應用軟件

WindowsServer2008/2012 WindowXP/7/8 Oracle10/11g或SQLServer2012 Visualstudio.Net2010/2012

數學模型計算

HMI程序工程師站通信（Socket/OPC等）報表（EXCEL/WEB等）實績管理及查詢

維護輔助工具2024/1/7數據服務器應用服務器工程師站(維護備份終端)檢化驗中心PLCPLC…PLCPLC…PLCPLC…PLCPLC…MES系統(tǒng)L2終端L2終端L2終端L2終端網絡架構示意圖打印機鐵水預處理站轉爐處理站LF處理站RH處理站2024/1/73.3煉鋼過程控制系統(tǒng)的范圍煉鋼企業(yè)煉鋼過程控制系統(tǒng)的范圍主要如下：

鐵水預處理過程監(jiān)管系統(tǒng)

轉爐（BOF）過程監(jiān)管系統(tǒng)

電爐（EAF）過程監(jiān)管系統(tǒng)

鋼包精煉（LF）過程監(jiān)管系統(tǒng)

真空脫氣（VD）過程監(jiān)管系統(tǒng)

真空循環(huán)脫氣（RH）過程監(jiān)管系統(tǒng)2024/1/73.4煉鋼過程控制系統(tǒng)的具體內容及應用意義3.4.1鐵水預處理過程監(jiān)管系統(tǒng)

功能鐵水預處理計劃管理及規(guī)程管理

完成鐵水預處理數學模型計算：脫硫劑用量計算終點硫預報鐵水溫度預報鐵損估算生產數據管理與統(tǒng)計報表網絡數據通信

意義減少原料消耗（節(jié)約生產成本）減少檢測次數（減輕勞動強度及提高操作效率）減少或避免人為誤操作提供生產故障及工藝質量的回溯數據及回溯手段為企業(yè)全面的信息化管理提供基礎支撐2024/1/73.4.2轉爐（BOF）過程監(jiān)管系統(tǒng)

功能轉爐（BOF）計劃管理及規(guī)程管理

完成轉爐（BOF）數學模型計算：靜態(tài)模型計算動態(tài)模型計算鋼包合金優(yōu)化模型自學習模型生產數據管理與統(tǒng)計報表網絡數據通信

意義減少吹氧消耗、減少輔料及合金料浪費（節(jié)約生產成本）減少復吹或再次吹煉次數（減輕勞動強度及提高操作效率）減少或避免人為誤操作提高冶煉終點命中率、加快生產節(jié)奏提供生產故障及工藝質量的回溯數據及回溯手段為企業(yè)全面的信息化管理提供基礎支撐2024/1/73.4.3電爐（EAF）過程監(jiān)管系統(tǒng)

功能電爐（EAF）計劃管理及規(guī)程管理

完成電爐（EAF）數學模型計算：廢鋼配料計算能量平衡計算與溫度預報功率設定模型鋼包合金優(yōu)化模型生產數據管理與統(tǒng)計報表網絡數據通信

意義減少電能及電極消耗、減少合金料浪費（節(jié)約生產成本）減少檢測次數（減輕勞動強度及提高操作效率）減少或避免人為誤操作提高冶煉終點命中率、加快生產節(jié)奏提供生產故障及工藝質量的回溯數據及回溯手段為企業(yè)全面的信息化管理提供基礎支撐2024/1/73.4.4鋼包精煉（LF）過程監(jiān)管系統(tǒng)

功能鋼包精煉（LF）計劃管理及規(guī)程管理

完成鋼包精煉（LF）數學模型計算：能量平衡計算與溫度預報功率設定模型合金配料優(yōu)化計算及成分預報其它輔助模型（淬透性計算、吹氬攪拌設定等計算模型）生產數據管理與統(tǒng)計報表網絡數據通信

意義減少電能及電極消耗、減少合金料浪費（節(jié)約生產成本）減少檢測次數（減輕勞動強度及提高操作效率）減少或避免人為誤操作提高冶煉終點命中率、加快生產節(jié)奏提供生產故障及工藝質量的回溯數據及回溯手段為企業(yè)全面的信息化管理提供基礎支撐2024/1/73.4.5真空脫氣（VD）過程監(jiān)管系統(tǒng)

功能真空脫氣（VD）管理計劃及規(guī)程管理

完成真空脫氣（VD）數學模型計算：能量平衡與溫度預報合金配料優(yōu)化計算及成分預報脫碳計算（靜態(tài)、動態(tài)）模型脫氣（H2、N2）預報模型脫氧預報模型生產數據管理與統(tǒng)計報表網絡數據通信

意義減少原料消耗（節(jié)約生產成本）減少檢測次數（減輕勞動強度及提高操作效率）減少或避免人為誤操作提供生產故障及工藝質量的回溯數據及回溯手段為企業(yè)全面的信息化管理提供基礎支撐2024/1/73.4.6真空循環(huán)脫氣（RH）過程監(jiān)管系統(tǒng)

功能真空循環(huán)脫氣（RH）計劃管理及規(guī)程管理

完成真空循環(huán)脫氣（RH）數學模型計算：能量平衡與溫度預報合金配料優(yōu)化計算