Система управления "фоскар" электрическим режимом многофазной рудно-термической печи Советский патент 1984 года по МПК H05B7/148 

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано для управления электрическим режимом рудно-термических печей, например фосфорных, карбидных и т. п.

Основными факторами, возмущаюплими электрический режим, являются непостоянство сопротивления подэлектродного пространства, определяемое различными условиями схода шихты и ее составом, а также колебание питающего напряжения.

Задача регулирования электр;, веского режима состоит в компенсации этих возмущений, что в основном достигается за счет перемещения электродов.

Известна система управления (САУ) режимом рудно-термической печи, содержащая блок сравнения заданного и измеренного значений тока электрода, по разности которых происходит поддержание режима. С целью повыщения качества регулирования дополнительно введены суммнруюпхий и интегрирующий усилители и ограничитель амплитуды 1.

Благодаря включению на выходе усилителя ограничителя амплитуды величины постоянной времени и периодической составляющей в направлении второй производной зависят от амплитуды входного сигнала усилителя.

При большой скорости изменения регулируемого параметра (а следовательно, и сигнала рассогласования) сигнал второй производной имеет малые амплитуды и фазовый сдвиг, рассогласование отрабатывается с высоким быстродействием при слабом демпфировании упругих колебаний. По мере изменения скорости изменения регулируемого параметра сигнал второй производной оказывает все большее влияние и эффективно демпфирует упругие колебания, а переходные процессы имеют малое время и колебательность.

Электрический режим в каждой фазе многофазной электропечи зависит от электрических режимов в соседних фазах. С увеличением (уменьшением) тока в одной из фаз увеличивается (уменьшается) ток в других фазах.

Это приводит к тому, что регуляторы многофазных электропечей для установления заданного электрического режима перемещают одновременно несколько электродов, тогда как нарушение электрического режима происходит по вине одного из них.

Известно также устройство, содержащее однотипные фазные регуляторы, включающие блоки сравнения, исполнительные органы и блоки компенсации, подключенные к разным фазам. Блоки компенсации позволяют при отработке возмущений одной фазы не нарушать электрический режим других фаз 2.

Недостатком данного устройства является то, что блок компенсации выполнен на

функциональных элементах, параметры которых не могут произвольно изменяться, поэтому трудно реализовать оптимальные зависимости между задержкой, скоростью и рассогласование.м регулируемого пара5 метра.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является систе.ма управления «Фоскар электрическим режимом многофазной рудно-термической печи, со0 держащая для каждой фазы датчик и задатчик тока электрода, подключенные к входам блока сравнения токов электрода, вы.ход которого соединен с входами двух пороговых элементов с различной зоной нечувствительности и задержкой на срабатывание, связанных с входом гидравлического блока перемещения электрода через блок запрета, управляющий вход которого соединен с выходом блока потери фазы, подключенного входом к выходу блока сравнения.

В качестве пороговых элементов применены фазочувствительные усилители, количество которых может быть любым (оптимально три). Таким образом, вся область рассогласования регулируемого пара5 метра разделена на несколько зон. Так в САУ «Фоскар первая зона, соответствующая минимальной зоне рассогласования, лежит в пределах 2-6%, и блок нечувствительности первого фазочувствительного усилителя соответственно настраивается дис кретно на 2-4-6% от значения но.минального тока электрода.

Средняя зона рассогласования соответственно с зоной нечувствительности - 8-1012% от величины но.минального тока, и максимальная зона рассогласования с зоной нечувствительности - 14-16-18% от величины номинального тока электрода.

Каждый фазочувствительный усилитель имеет индивидуальную задержку на срабатывание и настройку на отпускание усилителя. Как правило, время задержки задается в пределах 2-4-6 с, но, кроме того, оно зависит от величины сигнала рассогласования, так как реализуется на RC-цепочке и имеет экспоненциальную характеристику. Отпускание усилителя настраивается на 70% от заданной зоны нечувствительности в минимальной зоне рассогласования и на 50% - в остальных зонах. Сигнал рассогласования в зависимости от величины его поступает на входы фазочувствительных

0 усилителей, при этом в зависимости от знака рассогласования на выходе усилителей первой и второй зоны формируется сигнал на подъем или опускание электрода, а на выходе усилителя третьей зоны при превышении тока э,лектрода заданного значе5 ния формируется соответствующий сигнал на сброс напряжения. Это объясняется тем, что гидравлика, посредством которой осуществляется перемещение электрода, и.меет

большое транспортное- запаздывание и не успевает быстро отработать возмущение, в результате чего может произойти отключение печи со всеми вытекающими последствиями, сброс же напряжения осуществляется в течение 3 с. Кроме того, выход блока сравнения соединен с входом блока потери фазы, представляющим собой усилитель, срабатывающий при резком падении тока электрода. Порог срабатывания его настраивается на сигнал, пропорциональный половине номинального значения тока электрода. При срабатывании этого усилителя на запрещающем входе блока запрета, расположенного между выходами усилителей (пороговых элементов) и входом блока перемещения электродов, появляется сигнал, .запрещающий перемещение электрода вниз.

Таким образом, блок потери фазы осуществляет функции защиты, а именно, запрещает резкое опускание электрода вниз, предотвращая его поломку и уменьщает количество перемеп1ений электрода в слу чае возмущения) обрущення щихты и т.п.) 3.

Однако средняя рабочая мощность печей составляет 50-80% номинальной мощности, т.е. по различным причинам (требования энергосистемы, неудовлетворительная работа оборудования, качество шихты) печь длительное время работает на пониженной мощности. При такой работе практически блок потери фазы не выполняет своих защитных функций, так как порог срабатывания (зона нечувствительности) и фактическая величина тока электрода близки по значению.

Кроме того, из-за того, что перемещение электрода осуществляется гидравлической системой, единой для всех фаз, при неудовлетворительной работе ее или при одновременном возмущении двух или более фаз отработка возмущения происходит крайне медленно и возможны перегрузка по току и отключение печи.

Сброс напряжения третьей зоной рассогласования и затем возврат к заданному номеру ступени увеличивают количество срабатываний переключающего устройства на 30%, поэтому ввиду ограничения количества переключений это воздействие используется редко.

Е резу)ьтате снижаются качество регулирования и надежность работы здектро печи.

Цель изобретения - повышение качества регулирования путем ускорения отработки возмущения.

Поставленная цель достигается тем, что системы управления электрическим режимом многофазной рудно-термической печи, содаржащая для каждой фазы датчик и задатчик тока электрода, подключенные к входам блока сравнения токов электрода, вы.ход которого соединен с входами по мепьщей мере двух пороговы.х элементов с различной зоной нечувствительности и задержгидравлического блока перемещения электро да через блок запрета, управляющий в.ход которого соединен с выходом блока потерн фазы, подключенного входом к выходу блока сравнения, снабжена логическим блоком И, выходы которого соединены с управляющи0 ми входами блоков запрета всех фаз, первый вход связан с выходом введенного блока сравнения разности токов пар электродов, к входам которого подключены выходы двух введенных блоков сравнения отклонений токов пары электродов, связанных входами

- с выходами блоков сравнения токов электродов двух фаз, а второй вход блока И связан с вы.ходом введенного блока сравнения давлений, к входам которого подключены введенные датчик и задатчик давления гид росистемы блока перемещения электродов.

Кроме того, блок потери фазы снабжен блоком регулируемой зоны нечувствительности, соединенные с выходом .задатчика тока электрода, а второй вход блока И свя5 зан с выходом блока сравнения давлений через введенный блок задержки.

На фиг. 1 показаны блок-схема системы

управления электрическим режимо.м одной

фазы и некоторые элементы регуляторов

соседних фаз; на фиг. 2 - схема работы

0 блока И.

Устройство состоит из объекта 1 управления - рудно-термической электропечи, регулирующего органа 2 - электрода, печ. ного трансформатора 3, снабженного переключателем 4 ступеней напряжения под нагрузкой (ПСН), датчика 5 тока электрода - т-оковый трансформатор, задатчика 6 тока электрода; блока 7 сравнения фактического и заданного токов электрода, два

0 выхода блока сравнения соединены с блоками 8а и 86 зоны нечувствительности, а третий выход - с входом зоны нечувствительности блока 9 потери фазы, выходы блоков нечувствительности соответственно соединены с входами пороговых элементов уси лителей 10а и 106, причем усилители 10а и 106 имеют блоки Па и 116 за.:.ержки на срабатывание, а усилитель 12 не имеет.

Выходы усилителей 10а и 106 через блок Q I3j запрета соединены с гидравлическим блоком 14 перемещения электрода, а выход усилителя 12 - с управляющим входом блока запрета. Устройство также содержит блока 13гИ 13j3anpeTa второй и третьей фаз датчик 15 и задатчик 16 давления в гид5 росистеме, являющейся исполнительным механизмом перемещения электрода, блок 17 сравнения давлений, блок 18 задержки с контактами 18 i - 18j, .ава блока 19 и 20

сравнения отклонений токов электродов соседних фаз, и блок 21 сравнения разностей токов пар электродов, выходы блоков 17 и 21 сравнения соединены с входами ло.гического элемента И 22, а его выходы соединены с управляющими входами блоков 13j - 13з запрета.

Сигналы 1э,, Ijj и I,j (фиг. 1) - ток соответствующих электродов, где индексы 1-3 - номера фаз; д1,„ Aljj и д,} - сигпалы рассогласования между заданным и фактическим значением токов электродов); fj, Ii, з. fi, г fj - сигналы запрета;уи;,,,возмущающие сигналы; FJ, F, Fj - регулирующие сигналы.

Система работает следующим образом.

Электрический режим задается переключаталем 4 ступеней напряжения печного трансформатора 3 и задатчиком 6 тока электрода. Задание может изменяться плавно или дискретно, кроме того, оно может изменяться в зависи.мости от номера ступени трансформатора. Такая корректировка объясняется особенностями печнЕ х трансформаторов рудно-термических печей, имеющих ступени постоянной мощности, на которых 11оминальный ток трансформатора изменяется.

Сигнал, пропорциональный току электрода, с датчика 5 тока поступает в блок 7 сравнения, где сравнивается с сигналом, пропорциональным току задания. В случае разбаланса на выходе блока 7 сравнения появляется сигнал, который в зависимости от уставки зоны нечувствительности (блоки 8а и 86) поступает на вход фазочувствитель11ЫХ усилителей 10а и 106, нредставляющих и; себя два последовательно соединенных пороговых элемента (нуль-органа). В случае превьнпения сигнала разбаланса зоны псчунствительности усилителя и в зависимости от полярности сигнала срабатывает o.uin из пороговых элементов, выдавая блок 13 запрета сигнал в блок 14 перем(чиения электродов. Если на управляющем входе блока запрета- нет сигналов f-i,fj , сигинл 1- проходит и происходит спуск млн подьем электрода. Сигнал f-j на блоке запрега появляется в том случае, если происхо.игг резкое падение тока электрода, и ;|и |;мируется блоком потери фазы.

Б.кж 9 гютери фазы представляет собой - |;1итель, имеющий дискретную зону нечувci витслыюсти. Это достигается за счет того, ЧГ1 узел зопы нечувствительности механически или электрически связан с задатчиком ч ока электрода. Так, если задана ве.ппчина тока электрода, равная но.минальпому значению (100%), зона нечувствител1)Иости блока потери фазы составляет ,) от номинального тока электрода.

Нсли заданный ток электрода составляет от номинально1-о, то зона нечувствительности блока потери фаза - 40% от номинального, при 60-30% от номинального, т.е. в любом случае зона нечувствительности блока потери фазы равна 0,5 1э задДавление в системе гидравлики должно поддерживаться не менее 60 ати и обеспечиваться насосно-аккумуляторной станцией или насосами. Как показали практика, при работе насосов достаточно двух - трех (обычно их пять-шесть) и давления хватает для подъема одного электрода, но, если рассогласование происходит на двух или более фазах, его явно недостаточно. С 7075 ати при подъеме одного электрода оно падает до 40-45 ати, и поэтому отработка возмущающего сигнала происходит по схеме: вначале поднимается один электрод, потом другой и т.д. При этом не исключается колебательный процесс.

Для исключения этого измеряют давление в гидросистеме датчиком 15, и сигнал пропорциональный этому давлению, сравнивается в блоке 17 сравнения с аналогичным сигналом от задатчика 16 давления. Сигнал рассогласования (только в случае, если оно меньще заданного) поступает на блок перемещения электродов для включения дополнительных насосов. Одновременно сигнал рассогласования давления через блок 18 задержки поступает на вход логического элемента И (совпадения).

Время задержки выбирается ис.ходя из следующих соображений. Необходимо убедиться, что дополнительные насосы включены и хватает давления гидравлики, чтобы быстро отработать возмущение. О скорости перемещения электрода (т.е, скорости отработки возмущения) можно судить по прибора.м перемещения электрода. Если рассогласование по току - на двух н более фазах, а перемещается только один электрод или очень медленно два и более. это свидетельствует о том, что давления в гидросистеме недостаточно и необходимо включить дополнительное число насосов или осуществить програм.му перемещения.

Если давление не хватает или О1раб)тка воз.мущения происходит медленно, перемещение электродов осуществляется но определенной программе. В первую очередь перемещается тот электрод, сигнал рассогласования у которого наибольший и т.д. Это осуществляется следуюищм образом.

В блоке 19 сравнения происходит сравнение сигналов рассогласования первой и второй фаз (д, naljj,, я в блоке 20 сравнения - соответственно д1э и дЬ. Выходные сигналы блоков 19 и 20 сравнения сравниваются в блоке 21 сравнения. В результате на его выходе появляется сигна. отклонений той фазы, у которой он наибольший. Если на обоих входах блока 22 имеется сигнал, на выходе логического блока появляются три сигнала: два «1 - сигналы запрета и «О - разреи1ениена пере.чещение.

Возможные случаи формирования выхолных сигналов прииёдены в таблице.

В варианте 1 в первую очередь отрабатывается сигнал отклонения иутем иеремещения электрода нервой фазы, затем второй и третьей.

Во втором - соответственно вначале перемещается электрод второй фазы, затем третьей и т.д.

Блок И представляет собой сборку из трех элементов И.

Работа блока 22 осуществляется следующим образом.

Если время отработки возмущения превышает время выдержки блока 18 задержки, на его вы.ходе появляются три сигнала запрета, поступающие на вход каждого элемента И. Сигнал запрета на перемещение электрода формируется на основе сочетания контактов 18 -18л блока 18 контактов 22j-22з и выходного реле элементов 22з.

Так как на выходе блока 21 сформирован сигнал об электроде, имеющий наибольшее рассогласование, следовательно, на входах одного из эле.ментов И блока 22 - два сигнала и он срабатывает, размыкая

свои контакт в линии запрета, тем самым снимая запрет на перемещение соответствующего электрода.

Таким обрачом. блок 22 работает по логике И. т.е. при нали.чии на его входах двух сигна.юв от блока 18 задержки и .б.юка 21 сравнения на выходе блока 22 появляется один сигнал 8:Снятие запрета на перемещение (подъем) одного из трех элект-родов.

Если время блока 18 задержки выб)ано оптимальным и гидравлика справляется с отработкой возмущения, на входе ло1ического элемента отсутствует и перемеп1ение электродов осуществляется известным способом, так же, как в системе «Фоскар.

Таким образом, предлагаемая система управления позволяет существенно повысить надежность работы электропечи, так как путем улучшения качества управления иск пючает возможность отключения печи изза перегрузки по току, и уменьшить веро0ятность ложных перемещений э.юктролон и их поломки. При этом обеспечивается качественное управление электрическим режимом при работе на пониженной мопиюсти и ограниченных возможностями гидрав5лики.

.

1. Система управления электрическим режимом многофазной рудно-термической печи, содержащая для каждой фазы датчик и задатчик тока электрода, подключенные к входам блока сравнения токов электрода, выход которого соединен с входами по меньшей мере двух пороговых элементов с раз..,., i- личной зоной нечувствительности и задержкой на срабатывание, связанных с входом гидравлического блока перемещения электрода через блок запрета, управляющий вход которого соединен с выходом блока потери фазы, подключенного входом к выходу блока сравнения, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества регулирования путем ускорения отработки возмущения, система снабжена логическим блоком И, выходы которого соединены с управляющими входами блоков запрета всех фаз, первый вход связан с выходом введенного блока сравнения разности токов пар электродов, к входам которого подключены выходы двух введенных блоков сравнения отклонений токов пары электродов, связанных входами с выходами блоков сравнения токов электродов двух фаз, а второй вход блока И связан с выходом введенного блока сравнения давлений, к входам которого подключены введенные датчик и задатчик давления гидросистемы блока перемещения электродов. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что, блок потери фазы снабжен блоком регулируемой зоны нечувствительности, соединенными с выходами задатчика тока электрода, а второй вход блока И связан с выходом блока сравнения давлений через СП ГчЭ введенный блок задержки. J оо