电弧炉电极调节器智能控制及远程监控
发布时间：2021-08-09 11:51
在当今工业炼钢过程中,电弧炉越来越受到欢迎。电弧炉电极控制器是工业炼钢过程中最核心的部分,有效的电极控制器可以提高电弧炉生产率、减少电极消耗和出钢时间。研究一种新型的电极控制算法是非常有必要的。本设计以电弧炉电极调节器为研究对象,建立了电弧炉阻抗模型、供电系统模型、液压系统模型及电弧炉电极调节系统模型,通过simulink来进行仿真,得到了弧流与弧长之间的非线性曲线图,然后通过最小二乘法对其曲线进行拟合,得到弧流与弧长的关系表达式,最后根据实际运行参数对液压调节系统中的比例阀、液压缸等给出了具体的传递函数,为了与实际电弧炉工作尽可能相似,在仿真过程中加入了白噪声和干扰来模拟电弧的时变性、随机性,从而更好的建立电弧炉模型。在交流电弧炉模型建立的基础上,分析了现有的电极调节系统的控制算法,总结出这些算法的优缺点,对于非线性时变性的电弧炉来说,控制效果不太好。本文针对这种复杂的时变系统,采用了遗传模糊逻辑控制器（GFLC）算法来进行电极控制,该算法是利用遗传算法来构造模糊逻辑控制器的双层迭代进化算法,设计了一种新型的编码方式克服了非线性不好控的问题,使得控制性能更加高效。与传统PID控制算法...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电弧炉炼钢生产过程
西安理工大学工程硕士专业学位论文8图2-1电弧炉结构简图Fig.2-1Electricarcfurnacestructurediagram2.2.1液压调节系统介绍本次设计采用液压调节器来控制电极升降[20]，液压调节系统是一个带有比例阀的系统，主要用于调节电极与钢水的距离，即电弧炉的弧长。因为电弧炉炼钢现场温度非常高，工作环境恶劣、炉内燃烧比较复杂，导致无法直接测量弧长，所以借助互感器将检测出来的弧流弧压与弧长的关系，来推算弧长的变化。液压系统调节电极的工作原理：电弧炉是由高压电缆给供电的，传送的电信号较大，无法直接测量，因此先通过电压互感器和电流互感器来进行信号采集，根据一定的比例变换，得到较小的二次侧弧流和弧压，然后通过弧流、弧压变送器将其送到控制系统中，通过控制算法将其信号转换成V10~V10-输入给比例阀，比例阀接收到信号会驱动液压缸工作，从而调节电弧长度。具体操作步骤：当实际弧长比设定的弧长小时，相对应的电弧电压就会变小，电弧电流增大，比例阀中的磁铁就会操作里面的阀芯向上移动，加快了电液流动速度，使得液压缸的液体迅速增加，驱动升降立柱向上提升从而达到电极上升，在此过程中，电极上升速度与比例阀开度有关，开度越大，电极上升速度越快，反之，上升的较慢。当实际弧长比设定弧长大时，所对应的电弧电流变小，比例阀接收到相反的电信号，磁铁操作阀芯向下移动，液压缸中电液向外流出，升降立柱快速下降从而使电极下降，当下降至设定弧长时，控制系统停止操作。当实际弧流和设定值相比偏差为0时，阀芯会重新回到中间点，控制系统停止操作，此刻电极不移动。2.2.2电弧炉本体电弧炉本体主要由炉体、炉盖、电极升降夹持器、倾炉装置、装料系统、水冷装置、排烟除尘装置等组成[21]，以下简要介绍各个设备构建及用途
2电弧炉系统模型的建立9装置，由于电弧炉炼钢现场温度高达千度以上，所以炉壳必须设计成夹层，中间夹着水管冷却装置，降低炉壳温度防止爆裂。炉门的用途是进行加料操作和炼钢完成后抛渣，也是需要水管冷却的。钢水出口槽通常和炉壳连接在一起的，便于出钢。(2)电极升降夹持器：想要降低用电消耗和提高钢铁生产量，必须随时升降电极来调节电弧长度。目前工业钢厂主要使用起落架和立柱式两种电极升降装置，一般炼钢吨数较大时采用立柱式比较好。根据传动方式的不同，升降机构分为两类，一种是电机驱动另一种是液压驱动。由于液压驱动是根据电液的流入流出来决定的，控制比较方便快速，所以电弧炉采用了液压驱动方式。(3)倾炉装置：废钢经过电弧炉冶炼后变成了钢水，由于炉底的设计是椭圆形，为了把炉底的钢水都倒出来，需要添加一个倾炉装置，倾斜角度一般在40度左右。倾炉装置采用液压方式来倾动。(4)装料系统：电弧炉有两种加料方式，一种是人工加料，劳动强度高，另一种是炉顶机械加料。加料流程：首先将炉盖及炉盖内的石墨电极都提出炉腔，再用车间吊车将冷料从炉顶倒入炉腔。(5)水冷及排烟除尘装置：由于冶炼现场温度较高，为了保护电弧炉，需要水管冷却装置。排烟除尘装置是为了除去炼钢过程中烟尘和气体，确保一个良好的环境。2.2.3主电路设备电弧炉是将电能转换为热能从而熔炼废钢的，实现这一功能的基本设备是电弧炉电气设备，在该系统中，主电路占据非常核心的位置，它的作用是将高压电缆中的高压电转换成低压大电流，向电极供电并产生电唬电弧炉的主电路接线图如图2-2所示。图2-2电弧炉主电路图Fig.2-2Electricfurnacemaincircuitdiagram
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MQTT及云平台的PLC远程监控系统[J]. 吴程浩. 工业控制计算机. 2019(11)
[2]西门子S7-1500与电子秤的Modbus-RTU通讯[J]. 舒秋旺. 铜业工程. 2019(03)
[3]基于Modbus与MQTT融合工业能耗网关系统设计[J]. 胡存,骆德汉,童怀. 物联网技术. 2019(04)
[4]西门子S7-1500的PID温度控制在挤出机上的应用[J]. 许志胜,刘英. 橡塑技术与装备. 2019(06)
[5]基于S7-300PLC和模糊控制的锅炉分布式控制系统设计[J]. 张弛,吴明亮,吴明永,黄将诚. 机械设计与制造工程. 2018(04)
[6]浅述新一代电弧炉电极调节智能控制系统的开发[J]. 张豫川. 工业加热. 2017(04)
[7]基于RBF神经网络的电弧炉电极调节系统PID参数整定[J]. 鲁军,霍金彪. 电气工程学报. 2017(04)
[8]基于MQTT协议的在线离子色谱仪远程监控系统设计[J]. 孙燕芹,马兴录,郭孔跃. 计算机测量与控制. 2017(04)
[9]多输入多输出Hammerstein-Wiener交流电弧炉电极系统模型[J]. 白晶,毛志忠,浦铁成. 仪器仪表学报. 2017(04)
[10]基于MATLAB/simulink仿真的几种电弧炉模型[J]. 郭太平,刘晓波,王丹妮,朱红梅. 贵州电力技术. 2017(02)
博士论文
[1]电弧炉电极升降控制算法的研究[D]. 李磊.东北大学 2012
硕士论文
[1]盾构机电气故障智能诊断及掘进参数优化研究[D]. 车文龙.西安理工大学 2019
[2]基于MQTT协议的重组竹生产监控管理系统的设计与实现[D]. 陈祥海.山东大学 2019
[3]基于模糊PID算法的电弧炉电极控制系统研究[D]. 朱雁鹏.吉林大学 2018
[4]基于MQTT的工业物联网接入平台研究与设计[D]. 牛浩男.广西师范大学 2018
[5]基于RBF神经网络逆辨识的电弧炉电极控制系统研究[D]. 胡贵妹.安徽工业大学 2018
[6]工业远程监控系统的云服务器软件设计[D]. 孙燕芹.青岛科技大学 2017
[7]电弧炉炼钢控制系统的研究[D]. 王奇伟.哈尔滨理工大学 2016
[8]基于SIEMENS S7-300 PLC的模糊控制算法开发[D]. 汶爱文.华北电力大学 2016
[9]基于WinCC与PLC的100吨LF炉控制系统研究[D]. 张永辉.辽宁科技大学 2016
[10]电弧炉电极调节系统RBF算法的研究[D]. 霍金彪.沈阳理工大学 2016
本文编号：3332015
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电弧炉炼钢生产过程
西安理工大学工程硕士专业学位论文8图2-1电弧炉结构简图Fig.2-1Electricarcfurnacestructurediagram2.2.1液压调节系统介绍本次设计采用液压调节器来控制电极升降[20]，液压调节系统是一个带有比例阀的系统，主要用于调节电极与钢水的距离，即电弧炉的弧长。因为电弧炉炼钢现场温度非常高，工作环境恶劣、炉内燃烧比较复杂，导致无法直接测量弧长，所以借助互感器将检测出来的弧流弧压与弧长的关系，来推算弧长的变化。液压系统调节电极的工作原理：电弧炉是由高压电缆给供电的，传送的电信号较大，无法直接测量，因此先通过电压互感器和电流互感器来进行信号采集，根据一定的比例变换，得到较小的二次侧弧流和弧压，然后通过弧流、弧压变送器将其送到控制系统中，通过控制算法将其信号转换成V10~V10-输入给比例阀，比例阀接收到信号会驱动液压缸工作，从而调节电弧长度。具体操作步骤：当实际弧长比设定的弧长小时，相对应的电弧电压就会变小，电弧电流增大，比例阀中的磁铁就会操作里面的阀芯向上移动，加快了电液流动速度，使得液压缸的液体迅速增加，驱动升降立柱向上提升从而达到电极上升，在此过程中，电极上升速度与比例阀开度有关，开度越大，电极上升速度越快，反之，上升的较慢。当实际弧长比设定弧长大时，所对应的电弧电流变小，比例阀接收到相反的电信号，磁铁操作阀芯向下移动，液压缸中电液向外流出，升降立柱快速下降从而使电极下降，当下降至设定弧长时，控制系统停止操作。当实际弧流和设定值相比偏差为0时，阀芯会重新回到中间点，控制系统停止操作，此刻电极不移动。2.2.2电弧炉本体电弧炉本体主要由炉体、炉盖、电极升降夹持器、倾炉装置、装料系统、水冷装置、排烟除尘装置等组成[21]，以下简要介绍各个设备构建及用途
2电弧炉系统模型的建立9装置，由于电弧炉炼钢现场温度高达千度以上，所以炉壳必须设计成夹层，中间夹着水管冷却装置，降低炉壳温度防止爆裂。炉门的用途是进行加料操作和炼钢完成后抛渣，也是需要水管冷却的。钢水出口槽通常和炉壳连接在一起的，便于出钢。(2)电极升降夹持器：想要降低用电消耗和提高钢铁生产量，必须随时升降电极来调节电弧长度。目前工业钢厂主要使用起落架和立柱式两种电极升降装置，一般炼钢吨数较大时采用立柱式比较好。根据传动方式的不同，升降机构分为两类，一种是电机驱动另一种是液压驱动。由于液压驱动是根据电液的流入流出来决定的，控制比较方便快速，所以电弧炉采用了液压驱动方式。(3)倾炉装置：废钢经过电弧炉冶炼后变成了钢水，由于炉底的设计是椭圆形，为了把炉底的钢水都倒出来，需要添加一个倾炉装置，倾斜角度一般在40度左右。倾炉装置采用液压方式来倾动。(4)装料系统：电弧炉有两种加料方式，一种是人工加料，劳动强度高，另一种是炉顶机械加料。加料流程：首先将炉盖及炉盖内的石墨电极都提出炉腔，再用车间吊车将冷料从炉顶倒入炉腔。(5)水冷及排烟除尘装置：由于冶炼现场温度较高，为了保护电弧炉，需要水管冷却装置。排烟除尘装置是为了除去炼钢过程中烟尘和气体，确保一个良好的环境。2.2.3主电路设备电弧炉是将电能转换为热能从而熔炼废钢的，实现这一功能的基本设备是电弧炉电气设备，在该系统中，主电路占据非常核心的位置，它的作用是将高压电缆中的高压电转换成低压大电流，向电极供电并产生电唬电弧炉的主电路接线图如图2-2所示。图2-2电弧炉主电路图Fig.2-2Electricfurnacemaincircuitdiagram
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MQTT及云平台的PLC远程监控系统[J]. 吴程浩. 工业控制计算机. 2019(11)
[2]西门子S7-1500与电子秤的Modbus-RTU通讯[J]. 舒秋旺. 铜业工程. 2019(03)
[3]基于Modbus与MQTT融合工业能耗网关系统设计[J]. 胡存,骆德汉,童怀. 物联网技术. 2019(04)
[4]西门子S7-1500的PID温度控制在挤出机上的应用[J]. 许志胜,刘英. 橡塑技术与装备. 2019(06)
[5]基于S7-300PLC和模糊控制的锅炉分布式控制系统设计[J]. 张弛,吴明亮,吴明永,黄将诚. 机械设计与制造工程. 2018(04)
[6]浅述新一代电弧炉电极调节智能控制系统的开发[J]. 张豫川. 工业加热. 2017(04)
[7]基于RBF神经网络的电弧炉电极调节系统PID参数整定[J]. 鲁军,霍金彪. 电气工程学报. 2017(04)
[8]基于MQTT协议的在线离子色谱仪远程监控系统设计[J]. 孙燕芹,马兴录,郭孔跃. 计算机测量与控制. 2017(04)
[9]多输入多输出Hammerstein-Wiener交流电弧炉电极系统模型[J]. 白晶,毛志忠,浦铁成. 仪器仪表学报. 2017(04)
[10]基于MATLAB/simulink仿真的几种电弧炉模型[J]. 郭太平,刘晓波,王丹妮,朱红梅. 贵州电力技术. 2017(02)
博士论文
[1]电弧炉电极升降控制算法的研究[D]. 李磊.东北大学 2012
硕士论文
[1]盾构机电气故障智能诊断及掘进参数优化研究[D]. 车文龙.西安理工大学 2019
[2]基于MQTT协议的重组竹生产监控管理系统的设计与实现[D]. 陈祥海.山东大学 2019
[3]基于模糊PID算法的电弧炉电极控制系统研究[D]. 朱雁鹏.吉林大学 2018
[4]基于MQTT的工业物联网接入平台研究与设计[D]. 牛浩男.广西师范大学 2018
[5]基于RBF神经网络逆辨识的电弧炉电极控制系统研究[D]. 胡贵妹.安徽工业大学 2018
[6]工业远程监控系统的云服务器软件设计[D]. 孙燕芹.青岛科技大学 2017
[7]电弧炉炼钢控制系统的研究[D]. 王奇伟.哈尔滨理工大学 2016
[8]基于SIEMENS S7-300 PLC的模糊控制算法开发[D]. 汶爱文.华北电力大学 2016
[9]基于WinCC与PLC的100吨LF炉控制系统研究[D]. 张永辉.辽宁科技大学 2016
[10]电弧炉电极调节系统RBF算法的研究[D]. 霍金彪.沈阳理工大学 2016
本文编号：3332015
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