Способ автоматического управления электрическим режимом шестиэлектродной руднотермической электропечи и система для его реализации Советский патент 1992 года по МПК F27D11/10 F27D19/00 

измерения активной мощности, связанной с индуктивным взаимодействием фаз.

В настоящее время при управлении электрическим режимом в качестве регулируемого параметра используются ток элек- трода, импеданс или мощность фазы, мощность печи. При отклонении регулируемого параметра от установленной величины вносится управляющее воздействие- перемещение электрода или переключение сту- пени напряжения печного трансформатора.

Недостатками этих устройств является низкая точность регулирования активной мощности печи, неравномерное распределение ее по фазам и возможность выхода из строя печного трансформатора.

В устройстве по а.с, СССР № 12458740 в отличии от других аналогов выполняется коррекция погрешности измерения напряжения электрод-подина, связанной с ин- дуктивным взаимодействием фаз, что повышаетточностьопределения регулируемого параметра - импеданса электрода. В качестве регулирующего воздействия используется перемещение электрода в функ- ции от отклонения импеданса электрода. Основным недостатком этого устройства является низкая точность регулирования активной мощности печи и распределения ее по фазам, что связано с использованием косвенного параметра - импеданса. Кроме того в нем не используется второе управляющее воздействие - ПСН, что существенно ухудшает качество регулирования электрическим режимом печи.

Поэтому, на рудно-термических электропечах эти и другие устройства управления электрическим режимом или не применяются или используются неэффективно.

В качестве прототипа выбрано устрой- ство АРР-1-36, предназначенное для регулирования активного сопротивления и активной мощности трехфазных шестиэлек- тродных печей.

Способ управления, реализованный в регуляторе АРР-1-36 предусматривает регулирование активного сопротивления цепи электрод-подина и фазной активной мощности. В качестве управляющих воздействий используются: перемещение электрода в функции от активного сопротивления и переключение ступени напряжения трансформатора в функции от активной мощности фазы. В регуляторе предусмотрен ряд блокировок, связанных в основном с конечным положением электрододержателей.

Основными недостатками этого устройства являются: низкая точность стабилизации активной мощности печи, связанная с регулированием по двум функционально независимым каналам, что приводит к колебательному режиму управления из-за отличающихся времен реакции ванны печи на воздействие по перемещению электрода и переключению ступеней напряжения; возможность выхода из строя трансформаторов из-за переключения при перегрузке на 8-10%.

Указанные и другие недостатки не позволили использовать регуляторы серии АРР-1 в промышленности.

Дальнейшим развитием серии регуляторов АРР-1 стали шкафы управления Ш 9701, с которыми алгоритм управления не поставляется и должен разрабатываться пользователем.

Таким образом, известные устройства не обеспечивают необходимую точность регулирования активной мощности печи, равномерное распределение ее по фазам и безаварийную работу печных трансформаторов.

Целью настоящего изобретения является повышение производительности электропечи, снижение удельного расхода электроэнергии и повышение надежности работы печных трансформаторов за счет стабилизации активной,мощности печи, равномерного распределения ее по фазам и переключения ПСН в номинальных для трансформаторов режимах.

Поставленная цель достигается тем, что известными способами измеряют активную мощность фаз и активное сопротивление цепи электрод-подина, стабилизируют заданное сопротивление перемещением элек- трододержателя и заданную активную мощность фаз путем переключения ступеней напряжения трансформаторов.

Новым является то, что определяют средние значения тока, активной мощности фаз и активного сопротивления цепи электрод-подина за заданный по технологии интервал времени, сравнивают их с заданными по технологии значениями и при превышении тока фазы предельной по технологии величины поднимают тот электрод фазы, сопротивление которого меньше заданной потехнологии величины, притоке не более предельной по технологии величины и превышении мощности фазы заданного по технологии значения уменьшают напряжение трансформатора, а при снижении мощности и при токе не более предельной по технологии величины, опускают тот электрод фазы, сопротивление которого больше заданной по технологии величины, а если сопротивления находятся в заданных по технологии пределах, то увеличивают напряжение трансформатора.

В системе для реализации способа выход датчика активной мощности фазы соединен с первым входом первого порогового элемента, второй и третий входы которого соединены соответственно с за датчиком ак- тивной мощности фазы и таймером, а два биполярных выхода соединены с первыми входами первой и второй ячеек И, причем положительный выход соединен с первой, а отрицательный со второй ячейкой И, вы- ход датчика тока фазы, задатчика тока фазы и таймера соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами второго порогового элемента, отрицательный выход которого соединен со вторыми входами первой и второй ячеек И, а положительный - с первыми вхогчми третьей и четвертой ячеек И, выход датчика активного сопротивления 1-го электрода соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика минимального сопротивления, а выход соединен со вторым входом третьей ячейки И, выход которой соединен с блоком yri- равления подъемом 1-го электрода, выход датчика активного сопротивления 2-го электрода соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с задатчиком минимального сопротивления, а выход соединен со вторым входом четвертой ячейки И, выход которого соединен с блоком управления подъемом 2-го электрода, выход второй ячейки И соединен с первыми входами пятой, шестой и седьмой ячеек И, причем второй вход пя- той ячейки И соединен с выходом третьего блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом датчика активного сопротивления 2-го электрода, а второй вход соединен с задатчиком максимального со- противления, выход пятой ячейки И соединен с блоком управления опусканием 2-го электрода, кроме того, второй вход шестой ячейки ЙИ соединен с выходом четвертого блока сравнения, первый вход которого со- единен с датчиком активного сопротивления 1-го электрода, а второй вход соединен с задатчиком максимального сопротивления, причем выход шестой ячейкич И соединен с блоком управления опусканием 1-го электрода, выход третьего блока сравнения соединен с первой ячейкой НЕ, выход которой соединен со вторым входом седьмой ячейки И, выход четвертого блока сравнения соединен со второй ячейкой НЕ, выход которой соединен с третьим входом седьмой ячейки И, выход которой соединен со вторым входом блока управления переключателем ступеней напряжения печного трансформатора, первый вход которого соединен с выходом первой ячейки И.

На чертеже изображена блок-схема системы для реализации способа автоматического управления электрическим режимом шестиэлектродной рудно-термической электропечи (для одной фазы). Система содержит датчик 1 и задатчик 2 активной мощности фазы, таймер 3, пороговый элемент 4, первую и вторую ячейки 5,6 И, датчик 7 и задатчик 8 тока фазы, второй пороговый элемент 9, третью и четвертую ячейки 10,11 И, датчик 12 активного сопротивления 1-го электрода, первый и второй блоки 13,15 сравнения, задатчик 14 минимального сопротивления, блок 16 управления подъемом 1-го электрода, датчик 17 активного сопротивления 2-го электрода, блок 18 управления подъемом 2-го электрода, пятую, шестую, седьмую ячейки 19,20,21, И, задатчик 22 максимального сопротивления, третий и четвертый блоки 23,24 сравнения, ячейку 25 НЕ, блок 26 управления опусканием 2-го электрода, вторую ячейку , блок 28 управления опусканием 1-го электрода, блок 29 управления переключателем ступеней напряжения печного трансформатора.

Выходы датчика 1, задатчика 2 активной мощности фазы и таймера 3 соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первого порогового элемента 4. Два биполярных выхода элемента 4 соединены соответственно с первыми входами первой и второй ячеек 5,6 И.

Выходы датчика 7 тока фазы, задатчика 8 тока фазы, таймера 3 соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами второго порогового элемента 9. Первый выход элемента 9 соединен со вторыми входами ячеек 5 и 6, а второй выход соединен с первыми входами третьей и четвертой ячеек 10,11 И.

Выход датчика 12 активного сопротивления 1-го электрода соединен с первым входом первого блока 13 сравнения. Выход задатчика 14 минимального сопротивления соединен со вторыми входами первого и второго блоков 13,15 сравнения. Выход блока 13 соединен со вторым входом ячейки 10. Выход ячейки 10 соединен со входом блока 16 управления подъемом 1-го электрода.

Выход датчика 17 активного сопротивления 2-го электрода соединен с первым входом второго блока 15 сравнения. Выход блока 15 соединен со вторым входом ячейки 11. Выход ячейки 11 соединен со входом блока 18управления подъемом 2-гоэлектрода.

Выход ячейки 6 соединен с первыми входами пятой, шестой и седьмой ячеек 19,20,21 И. Выход задатчика 22 максимального сопротивления соединен со входами третьего и четвертого блоков 23,24 сравнения. Выход блока 23 соединен со вторым входом ячейки 19 и входом первой ячейки 25 НЕ. Выход ячейки 19 соединен со входом блока 26 управления опусканием 2-го электрода. Выход блока 24 соединен со вторым входом ячейки 20 и входом второй ячейки 27 НЕ. Выход ячейки 20 соединен со входом блока 28 управления опусканием 1-го электрода. Выходы ячеек 25,27 соединены соответственно со вторым и третьим входами ячейки 21. Выходы ячеек 5,21 соединены соответственно с первым и вторым входам-1 блока 29 управления переключателем ступеней напряжения печного трансформатора.

Система работает следующим образом. После включения печи выходной сигнал Руф задатчика 2 поступает на вход первого порогового элемента 4, где он сравнивается с величиной активной мощности фазы Рф, поступающей отдатчика 1. Сигнал РФ является усредненной за интервал t величиной предварительно скорректированной активной мощности фазы. На выходе элемента 4 с периодичностью t, определяемой таймером 3 формируется сигнал или -ЬРф соответственно При Рф Руф И Рф Руф. ЭТИ

сигналы поступают на первые входы соответственно первой и второй ячеек 5,6 И. Одновременно, сигнал усредненного за t значения тока фазы 1ф поступает от датчика 7 на вход второго порогового элемента 9, где сравнивается с установкой 1Уф, поступающей от задатчика 8. На выходе элемента 9 с периодичностью t, определяемой таймером 3 формируются сигналы +с11ф или -оМф, которые соответствуют превышению тока фазы над установкой или норму (с учетом зоны нечувствительности dl). Сигнал поступает на вторые входы ячеек 5 и 6, а сигнал +сЛф поступает на первые входы третьей и четвертой ячеек 10,11 И.

При одновременном поступлении на оба входа элемента 5 сигналов +с)1ф и -сЛф, на его выходе формируется сигнал -сЛ1ф, который поступает на вход блока 29 переключения ступеней напряжения. Выполняется снижение напряжения печного трансформатора фазы на одну ступень.

Сигнал RI усредненного за t и скорректированного значения активного сопротивления 1-го электрода от датчика 12 поступает на вход блока 13, где сравнивается с уставкой RMHH минимального значения сопротивления, поступающий от задатчика

14. При RI RMKH на выходе блока 13 формируется сигнал, который поступает на второй вход ячейки 10. При одновременном поступлении сигналов на оба входа ячейки 10 на ее выходе формируется сигнал, который поступает на вход блока 16 управления подъемом 1-го электрода. Выполняется подъем 1-го электрода на заданную величину.

Аналогично сигнал RZ значения активного сопротивления 2-го электрода отдатчика 17 поступает на вход блока 15, где сравнивается с RMHH. При Ra Нмин на выходе блока 15 формируется сигнал, который

поступает на второй вход ячейки 11. При одновременном поступлении сигналов на оба входа ячейки 11 на ее выходе формируется сигнал, который поступает на вход блока 18 управления подъемом 2-го электрода.

Выполняется подъем 2-го электрода на заг данную величину.

При одновременном поступлении на оба входа элемента 6 сигналов -4Рф и -сЛф, на его выходе формируется сигнал, который

поступает на первые входы пятой, шестой и седьмой ячеек 19,20 и 21 И.

В блоке 23 сравниваются сигналы Ra и Рмак, поступающие соответственно от датчика 17 и задатчика 22 максимального сопротивления. При R2 Рмак на выходе блока 23 формируется сигнал, который поступает на второй вход ячейки 19. При одновременном поступлении сигналов на оба входа ячейки 19, на ее выходе формируется сигнал, который поступает на вход блока 26 управления опусканием 2-го электрода. Выполняется опускание 2-го электрода на заданную величину.

В блоке 24 сравниваются сигналы RI и

Rwaic, поступающие соответственно от датчика 12 и задатчика 22. При RI RMSK на выходе блока 24 формируется сигнал, который поступает на второй вход ячейки 20. При одновременном поступлении сигналов

на оба входа ячейки 20, на ее выходе формируется сигнал, который поступает на вход блока 28 управления опусканием 1-го электрода. Выполняется опускание 1-го электрода на заданную величину.

При RI RMaK и Ra RMBK на выходе блоков 23 и 24 сигналы отсутствуют, а их инверсные сигналы, формируемые ячейками 25 и 27 НЕ поступают на второй и

третий входы ячейки 21. При одновременном поступлении сигналов на три входа ячейки 21 на ее выходе формируется сигнал +сШф, который поступает на вход блока 29. Выполняется увеличение напряжения трансформатора фазы на одну ступень.

В целом система обеспечивает формирование следующих управляющих воздействий:

при ф 1Уф и Ri RMHH выполняется подъем 1-го электрода на установленную величину;

при 1ф 1уф и R2 RMMH выполняется подъем 2-го электрода на установленную величину;

При 1ф 1уф И Ri Ямин, И R2 RMHH

выполняется подъем 1-го и 2-го электродов на установленную величину;

При Рф Руф И 1ф уф - dl, И Ri RMait

выполняется опускание 1-го электрода на установленную величину;

при РФ Руф и ф уф - dl, и R2 RMBK выполняется опучание 2-го электрода на установленную величину;

при РФ Руф и ф уф - dl, и Ri RMa. и R2 RMSK выполняется опускание 1-го и 2-го электродов на установленную величину;

ПРИ Рф РуфИ ф уф - dl, И Ri Рмак, И

R2 RMSK выполняется переключение ПСН на повышение напряжения трансформатора фазы на одну ступень;

при Рф Руф и 1ф 1Уф - dl выполняется переключение ПСН на снижение напряжения трансформатора фазы на одну ступень.

. Таким образом, избирательное применение управляющих воздействий - перемещение электрода или переключение ступеней напряжения, позволяет обеспечить стабилизацию активной мощности печи с ограничением тока фаз при равномерном распределении ее по фазам и переключение печных трансформаторов в номинальных режимах.

Для исключения погрешностей измерения активной мощности и активного сопротивления цепи электрод-подина предусмотрена коррекция по авт.св. СССР № 1237051.

Для представительности значений активной мощности и тока фазы, при выработке управляющих воздействий, выполняется их усреднение за время 1 - 3 мин. Оптимальное значение интервала усреднения, принятое при проверке способа в промышленных условиях Никопольского ферросплавного завода (НЗФ) для плавки силикомарганца и ферромарганца составило 1-2 мин. При интервале усреднения менее 1 мин снижается представительность параметра из-за колебания тока и мощности, связанного с дуговым характером процесса. При интервале более 2мин ухудшаются динамические свойства системы, особенно по ограничению тока фазы и снижается представительность параметра.

Для отстройки от влияния постоянной времени ванны печи на качество регулирования, управляющее воздействие вносится один раз за 1 - 3 мин на дискретную величину. Для условий НФЗ оптимальный цикл внесения управляющего воздействия составил 1-2 мин. Дискрета управляющего воздействия по ПСН составила 1 ступень, а по перемещению электрода 10-15 мин. При

0 цикле управления менее 1мин возникает перерегулирование. При цикле управления более 2мин снижается точность стабилизации параметров. При дискрете управляющего воздействия менее 10мм снижается точ5 ность стабилизации параметров, а при дискретах более 1 ступени и более 15мм наблюдается перерегулирование и возможен перегруз по току.

Система может быть реализована на се0 рийных средствах ВТ и приборах ГСП.

Изобретение создано в результате проведения научно-исследовательских ра- бот: Разработка и внедрение АСУ ТП выплавки ферросплавов на основе марган5 ца в электропечах мощностью 63

В 1991 - 1995 г.г. предусмотрено внедрение изобретения в промышленную эксплуатацию на 10 печах НФЗ.

0 Экспериментальные исследования, проведенные на электропечах НФЗ показали возможность следующего улучшения технико-экономических показателей работы печей:

5 увеличение производительности на 3 - 4%;

сн ижение удельного расхода электроэнергии на 2 - 3%;

обеспечение безаварийной работы печ0 ных трансформаторов.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения изобретения составит 150 - 200 тыс. руб, на одну печи в год. Формула изобретения

5 1. Способ автоматического управления электрическим режимом шестиэлектродной рудно-термической электропечи, включаю- щий измерение активной мощности фаз и активного сопротивления цепи электрод0 подина, стабилизацию установленного сопротивления путем перемещения элект- рододержателя и стабилизацию заданной активной мощности фаз путем переключения ступеней напряжения трансформато5 ров, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности электропечи, снижения удельного расхода электроэнергии и повышения надежности работы печных трансформаторов, определяют средние значения тока, активной мощности

фаз и активного сопротивления цепи олект- род-подина за заданный по технологии интервал времени, сравнивают и с заданными по технологии значениями и при превышении тока фазы предельной по технологии величины поднимают тот электрод фазы сопротивление которого меньше заданной по технологии величины при токе не более

ч f bffi&Ґffi& Ј& -

предельной по технологии величины и превышении мощности фазы заданного по технологии значения уменьшают напряжение трансформатора, а при снижении мощности и при токе, не более предельной поТехно- логии величины, опускают тот электрод фа- зы, сопротивление которого больше заданной по технологии величины, а если сопротивления находятся в заданных по технологии пределах, то увеличивают напряжение трансформатора.

2. Система автоматического управления электрическим режимом шестиэлектродной рудно-термической электропечи, содержащая датчики и задатчики активной мощности фаз, датчики и задатчики активного сопротивления цепи электрод-подина, блоки сравнения, пороговые элементы, блоки управления подъемом и опусканием электродов, блоки управления переключением ступеней напряжения трансформаторов отличающаяся тем, что, с целью увеличения производительности электропечи, снижения удельного расхода электроэнергии и повышения надежности работы печных трансформаторов, она снабжена датчиком и задатчиком тока фаз, таймером, ячейками И, НЕ, причем выход датчика активной мощности фазы соединен с первым входом первого порогового Элемента, второй и третий входы которого соединены со- ответственно с задатчиком активной мощности фазы и таймером, а два биполярных выхода соединены с первыми входами первой и второй ячеек И, причем положительный выход соединен с первой, а отрицательный - с второй ячейкой И, выходы датчика тока фазы, задатчика тока фазы и таймера соединены соответственно с первым, вторым и третьи м входамй второго порогового элемента, отрицательный выход которого соединен с вторыми входами пер- i ой и второй ячеек И, а положительный - с первыми входами третьей и четвертой ячеек

И, выход датчика активного сопротивления первого электрода соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика минимального сопротивления, а выход соединен с вторым входом третьей ячейки И, выход которой соединен с блоком управления подъемом первого электрода, выход датчика активного сопротивления второго электрода соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с задатчиком минимального сопротивление, а выход соединен с вторым входом четвертой ячейки И, выход которой соединен с блоком управления подъемом

второго элемента, выход второй ячейки И соединен с первыми входами пятой, шестой и седьмой ячеек И, причем второй вход пятой ячейки И соединен с выходом третьего блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом датчика активного сопротивления второго электрода, а второй вход соединен с задатчиком максимального сопротивления выход пятой ячейки И соединен с бл Шм управления опусканием

второго электрода, второй вход шестой ячейки И соединен с выходом четвертого блока сравнения, первый вход которого соединен с датчиком активного эпротивле- ния первого электрода, а второй вход

соединен с задатчиком максимального сопротивления, причем выход шестой ячейки И соединен с блоком управления опусканием первого электрода, выход третьего блока сравнения соединен с первой ячейкой НЕ,

выход которой соединен с вторым входом седьмой ячейки И, выход четвертого блока сравнения соединен с второй ячейкой НЕ, выход которой соединен с третьим входом седьмой ячейки И, выход которой соединен

с вторым входом блока управления переключателем ступеней напряжения печного трансформатора, первый вход которого соединен с выходом первой ячейки И

ЬоЗатчик актибмой

мощности ролы

/fay антабной мощности patu

Влек упражнение переключателе еяцяеней юппхем

блок цп/яблени ърюниен to мктррЗа

JIM cfofnew

Кто

22

ЗаЗатчик максимального

.OOWOinutjCfmB

Ааъчик тока рощ

ЗоЗотщх току Фазь;

bafamvifx

MUHUHMbHOtO

сояром/енив

Влак юооЈле и1

подъеЬон

ie 3ftKmpoda

Ячейка И

.чан

cpclntw.9

Влок ynoafae- ни Txtitt- ном -у inexrtoffa

fiC nwK

of cff-etc

CO/pot/Aitituo

IJ-U WAVrt J

Способ автоматического управления электрическим режимом шестиэлектродной рудно- термической , ектропечи и система его реализации отнс ится к области электрометаллургии, преис ущественно к электропечам и может быть использовано при выплавке фосфора, карбида кальция, мед- но-никелевых и других сплавов. Способ включает измерение активной мощности Изобретение относится к области электрометаллургии, преимущественно к электропечам, выплавляющим ферросплавы и может быть использовано при выплавке фосфора, карбида кальция, медно-никеле- вых и других сплавов. При выплавке ферросплавов в рудно- термической печи величина подводимой мощности и ее равномерное распределение по фазам в решающей степени определяет полному восстановительных реакций, а слефаз и активного сопротивления цепи электрод-подина, стабилизацию установленного сопротивления путем перемещения элект- рододержателя и стабилизацию заданной актив ной мощности фаз путем переключения ступеней напряжения трансформаторов. Система для автоматического управления электрическим режимом шестиэлектродной рудно-термической электропечи содержит датчик и задатчики активной мощности фаз, датчики и задатчики активного сопротивления цепи электрод-подина, блоки сравнения, пороговые элементы, блоки управления подъемом и опусканием электродов, блоки управления переключением ступеней напряжения трансформаторов, датчик и задатчик тока фаз, таймер, ячейки И, НЕ, Изобретение позволяет повысить производительность электропечи, снизить удельный расход электроэнергии и повысить надежность работы печных трансформаторов за счет стабилизации активной мощности, равномерного распределения ее по фазам и переключения ступеней напряжения печных трансформаторов в номинальных режимах. 2 с.п.ф-лы, 1 ил. довательно эффективность работы электропечного агрегата. Задача сводится к выбору, при данном нарушении электрического режима, наиболее эффективного регулирующего воздействия - перемещение электрода или переключение ступеней напряжения печного трансформатора (ПСН) для стабилизации активной мощности печи при равномерном распределении ее по фазам и обеспечении сохранности печного трансформатора. При этом необходимо исключить погрешность w Ё 1 Os сл о о