УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РЕЖИМОМ ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ Российский патент 2014 года по МПК H05B7/148 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам управления дуговыми сталеплавильными печами.

Известно, что в процессе плавки металла в дуговой сталеплавильной печи изменяется сопротивление шихты R_x и другие параметры силовой цепи, что приводит к увеличению колебательности силового тока. Это приводит к увеличению времени плавки и снижению энергоэффективности печи. Одним из важнейших свойств, которым должна обладать система управления, является малая чувствительность к изменяющимся параметрам.

Известно устройство (см. заявка на изобретение РФ №95112317 - Опубл. 27.07.1996.), содержащее адаптивный блок изменения коэффициента усиления, один вход которого подсоединен к выходу блока сравнения, а второй вход соединен с выходом трехфазного выпрямителя адаптивного блока автоматического задания режима, а выход через силовой усилитель связан с исполнительным механизмом перемещения электродов.

Недостатком данного устройства является многокритериальность адаптации (к сигналу с блока сравнения и к сигналу с блока автоматического задания), что может привести к неоднозначности решения поставленной задачи.

Наиболее близким техническим решением является устройство для управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи (см. патент РФ №2436265 - Опубл. 10.12.2011.), содержащее блок задания силового тока, датчик силового тока, датчик скорости перемещения электрода, устройство суммирования, регулятор, привод перемещения электрода, звено модели.

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности изменения контурного коэффициента усиления при параметрических изменениях в силовой цепи.

Общим признаком прототипа и предлагаемого решения является наличие блока задания силового тока, датчика тока, датчика скорости перемещения электрода, устройства суммирования, регулятора, привода.

Техническим результатом предлагаемого устройства является подавление колебаний силового тока дуговой сталеплавильной печи за счет изменения контурного коэффициента усиления в контуре регулирования силового тока, а также снижение чувствительности системы управления дуговой сталеплавильной печи к изменяющимся параметрам процесса плавки и, как следствие - повышение стабильности режимов работы, уменьшение уровня пульсаций силового тока, снижение потерь электроэнергии.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена структурная схема устройства для управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи, на фиг.2 приведены диаграммы функций чувствительности системы управления дуговой сталеплавильной печи к изменению R_X, на фиг.3 и фиг.4 приведены диаграммы силового тока дуговой сталеплавильной печи при воздействии возмущающих сигналов для одноконтурной системы и системы с упреждающей коррекцией и схемой подавления колебаний соответственно.

Устройство для управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи содержит блок 1 задания силового тока, выход которого подключен к положительному входу первого сумматора 3, к отрицательному входу которого подключен первый выход датчика 2 силового тока. Выход сумматора 3 подключен к первому входу умножителя 5, выход которого подключен к входу регулятора 7, выход которого подключен к входу привода 11 перемещения электрода. Выход привода 11 перемещения электрода подключен к входу датчика 12 скорости перемещения электрода, выход которого подключен к входу звена 8 модели объекта управления. Выход звена 8 модели объекта управления подключен к отрицательному входу сумматора 3. Второй выход датчика 2 силового тока подключен к последовательно соединенным датчику 4 колебаний и фильтру 6, выход которого соединен с положительным входом второго сумматора 10, отрицательный вход которого соединен с блоком 9 задания допустимого значения амплитуды колебаний тока, выход второго сумматора 10 подключен к входу первого компаратора 13, выход которого подключен к последовательно соединенным первому формирователю 15 импульсов и первому счетчику 17 импульсов, также выход первого компаратора 13 подключен к последовательно соединенным элементу «НЕ» 14, элементу «И» 16, второму формирователю 18 импульсов и второму счетчику 19 импульсов. Выход первого счетчика 17 импульсов и второго счетчика 19 импульсов соединены соответственно с отрицательным и положительным входами третьего сумматора 20, третий вход которого соединен с выходом блока 22 задания коэффициента усиления, выход блока 22 задания коэффициента усиления соединен также с первым входом второго компаратора 21, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора 20, выход второго компаратора 21 соединен с вторым входом элемента «И» 16. Выход третьего сумматора 20 соединен со вторым входом умножителя 5.

Устройство работает следующим образом. Сигналы с блока 1 задания силового тока и первого выхода датчика 2 силового тока поступают в первый сумматор 3, сигнал рассогласования на выходе первого сумматора 3, пройдя через умножитель 5, воздействует на регулятор 7, выходной сигнал регулятора 7, воздействуя на привод 11 перемещения электрода, приводит к перемещению l_x электрода. Для снижения чувствительности системы управления дуговой сталеплавильной печи к изменяющимся параметрам в структуру системы управления введена обратная связь по скорости, содержащая датчик 12 скорости, выход которого подключен ко входу звена 8, характеризующего модель объекта управления, выход которого подключен к отрицательному входу первого сумматора 3. Кроме того, сигнал со второго выхода датчика 2 силового тока поступает на дифференцирующее звено - датчик 4 колебаний. Полученный сигнал пропускается через фильтр 6 и сравнивается с уровнем допустимого значения амплитуды колебаний тока (ΔI₀) во втором сумматоре 10, если этот сигнал превышает ΔI₀, то срабатывает первый компаратор 13, который запускает первый формирователь импульсов 15, сигнал с которого через первый счетчик 17 импульсов поступает в третий сумматор 20 и пошагово снижает значение заданного контурного коэффициента усиления K₀ до момента, когда ΔI₀>ΔI, либо до достижения максимально допустимого числа шагов снижения коэффициента усиления (n_MAX). Если в результате этих действий уровень колебаний снизится до выполнения условия ΔI₀>ΔI, то первый компаратор 13 изменит свое состояние и разрешающий сигнал через элемент «НЕ» 14 поступит на элемент «И» 16, на его второй вход поступает разрешающий сигнал по условию K<K₀ со второго компаратора 21. Элемент «И» 16 срабатывает и запускает цепь «второй формирователь 18 импульсов-второй счетчик 19 импульсов», которая начинает увеличивать значение контурного коэффициента усиления K₀, итоговое значение коэффициента K₀ поступает на второй вход умножителя 5.

Передаточная функция звена 8, характеризующего модель объекта управления, имеет вид , где

β - градиент потенциала в столбе дуги;

K_OCT - коэффициент обратной связи по току;

- постоянная времени контура силового тока дуговой сталеплавильной печи;

L_X,R_X - суммарные индуктивность и сопротивление контура силового тока дуговой сталеплавильной печи;

p - оператор Лапласа.

Известно [1], что при определении функции чувствительности значение изменяемого параметра принимается номинальным. При этом условии функции чувствительности к изменению R_X для систем без обратной связи по скорости и с предлагаемой обратной связью по скорости имеют вид соответственно, где

S_O - чувствительность системы к объекту управления;

- чувствительность объекта управления к параметру R_X.

Сравнение различных систем по функциям чувствительности можно провести по виду переходных процессов этих функций или использовать квадратичную интегральную оценку [2].

По известной методике [2] квадратичные интегральные оценки функций S_O и имеют вид

;

.

Отмечается [3], что значение T_C составляет тысячные доли секунды, поэтому .

Результаты моделирования по выражениям функций чувствительности (1, 2) приведены на фиг.2, где пунктирная линия - график функции чувствительности для системы без обратной связи по скорости, сплошная линия - график функции чувствительности для системы с предлагаемой обратной связью по скорости и схемой подавления колебаний.

На фиг.3, 4 представлены результаты моделирования. На фиг.3 показан график тока в одноконтурной системе при воздействии случайного сигнала, на фиг.4 - график тока в системе с упреждающей коррекцией и схемой подавления колебаний при воздействии случайного сигнала. Применение упреждающей коррекции и схемы подавления колебаний существенно (до 10 раз) снижает частоту пульсаций тока и дисперсию выходного сигнала.

Достигаемый технико-экономический эффект обусловлен снижением чувствительности системы управления дуговой сталеплавильной печи к изменению параметра R_x за счет введения обратной связи по скорости, а также подавлением колебаний силового тока дуговой сталеплавильной печи за счет изменения контурного коэффициента усиления в контуре силового тока в зависимости от изменяющегося режима работы, что уменьшает уровень пульсаций силового тока, в результате чего снижаются потери электроэнергии и уменьшается время плавки.

Информационный материал, используемый при составлении описания

1. Дорф, Р. Современные системы управления. / Р. Дорф, Р. Бишоп. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002. - 832 с.

2. Бессекерский, В.А. Теория систем автоматического регулирования. / В.А. Бессекерский, Е.П. Попов. - М.: Наука, 1966. - 992 с.

3. Миронов, Ю.М. Передаточные функции электрической цепи электрометаллургической печи как элемента системы управления. / Ю.М. Миронов // Электричество. - 1978. - №8. - С.88-91.

Изобретение относится к электротермии, в частности к устройствам управления дуговыми сталеплавильными печами. Технический результат - снижение чувствительности системы управления дуговой сталеплавильной печи к изменяющимся параметрам процесса плавки, повышение стабильности режимов работы, уменьшение уровня пульсаций силового тока, снижение потерь электроэнергии, а также подавление колебаний силового тока дуговой сталеплавильной печи. Устройство содержит блок 1 задания силового тока, выход которого подключен к положительному входу первого сумматора 3, к отрицательному входу которого подключен первый выход датчика 2 силового тока. Выход сумматора 3 подключен к первому входу умножителя 5, выход которого подключен к входу регулятора 7, выход которого подключен к входу привода 11 перемещения электрода. Выход привода 11 перемещения электрода подключен к входу датчика 12 скорости перемещения электрода, выход которого подключен к входу звена 8 модели объекта управления. Выход звена 8 модели объекта управления подключен к отрицательному входу сумматора 3. Второй выход датчика 2 силового тока подключен к последовательно соединенным датчику 4 колебаний и фильтру 6, выход которого соединен с положительным входом второго сумматора 10, отрицательный вход которого соединен с блоком 9 задания допустимого значения амплитуды колебаний тока, выход второго сумматора 10 подключен к входу первого компаратора 13, выход которого подключен к последовательно соединенным первому формирователю 15 импульсов и первому счетчику 17 импульсов, также выход первого компаратора 13 подключен к последовательно соединенным элементу «НЕ» 14, элементу «И» 16, второму формирователю 18 импульсов и второму счетчику 19 импульсов. Выход первого счетчика 17 импульсов и второго счетчика 19 импульсов соединены соответственно с отрицательным и положительным входами третьего сумматора 20, третий вход которого соединен с выходом блока 22 задания коэффициента усиления, выход блока 22 задания коэффициента усиления соединен также с первым входом второго компаратора 21, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора 20, выход второго компаратора 21 соединен с вторым входом элемента «И» 16. Выход третьего сумматора 20 соединен со вторым входом умножителя 5. 4 ил.

Устройство для управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи, содержащее блок задания силового тока, датчик силового тока, датчик скорости перемещения электрода, устройство суммирования, регулятор, привод перемещения электрода, звено модели, отличающееся тем, что второй выход датчика тока соединен последовательно с датчиком колебаний и фильтром, выход фильтра соединен с первым входом второго сумматора, отрицательный вход которого соединен с выходом блока задания допустимого значения амплитуды колебаний тока, выход второго сумматора подключен к входу первого компаратора, выход которого подключен к последовательно соединенным первому формирователю импульсов и первому счетчику импульсов, также выход первого компаратора подключен к последовательно соединенным элементу «НЕ», элементу «И», второму формирователю импульсов и второму счетчику импульсов, выходы первого счетчика импульсов и второго счетчика импульсов соединены соответственно с отрицательным и положительным входами третьего сумматора, третий вход которого соединен с выходом блока задания коэффициента усиления, выход блока задания коэффициента усиления соединен также с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора, выход второго компаратора соединен со вторым входом элемента «И», выход третьего сумматора соединен с входом умножителя.