一種新型電弧爐控制裝置的設計

范巍 王光磊 王立春 孟會永 張普紅

摘要：目前，電弧爐煉鋼方式已普遍應用于各類鋼廠。實際中電弧爐控制器與SVC設備不能直接通訊，且各自獨立控制。本文設計了一種新型電弧爐控制裝置，能夠與SVC直接通訊，含自行設計的高速控制單元，內嵌各種協議。該裝置成功應用于遼寧榮信興業電力技術有限公司SVC產品中，并達到高速場合的設計要求。

關鍵詞：電弧爐；直接通訊；高速運算；SVC

中圖分類號：TM924 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）07-0019-03

目前，鋼廠普遍利用電弧能量熔煉金屬，主要是通過電弧爐的電極升降調節器實現的，通常存在以下問題：第一，SVC補償裝置控制器利用采集的電弧爐工作電壓電流信號及部分現場的電弧爐電流信號，計算出所需無功補償功率。而這種做法雖然電壓波動得到抑制，但電壓閃變改善效果不明顯，甚至出現電壓放大現象，有些特殊現場（高速、靈敏、低成本或安全性等）指標甚至也難以達到電網電能質量的要求。第二，電弧爐控制器一般采用PLC控制，而PLC一般內嵌的是標準協議如：DP、MODBUS等，并不能與SVC設備直接通訊，致使SVC設備與電弧爐的控制系統各自采用獨立控制，且PLC計算速度較慢，往往不適用與高速要求的場合。

1 技術方案

為解決上述兩點問題，本文設計了一款新型電弧爐控制裝置，能夠與SVC控制系統直接通訊，補償無功同時也可抑制電壓閃變，還適用于特殊場合需求。電弧爐控制裝置結構圖如圖1所示。

高速控制單元的CPU模塊電路結構圖如圖2所示，其主控DSP芯片、CPLD芯片和FPGA芯片端口互相連接，進行高速運算和控制，同時主控DSP芯片、CPLD芯片還通過總線接口芯片連接背板總線，通過背板總線與通訊模塊、AI/AO模塊和DI/DO模塊進行數據交互。74LVC4245、MAX3378E、SN65HVD230為總線接口芯片，J2為背板總線接口，ROM和RAM芯片均與主控DSP芯片相連接，同時RAM芯片還與FPGA芯片相連接。

1.1 通訊模塊

通訊模塊的以太網接口通過網絡交換機分別與外部的SVC裝置、PLC和工控機進行通訊連接。通訊模塊電路結構圖如圖3所示，其中一個FPGA芯片與背板總線連接，通過背板總線與CPU模塊進行數據交互，另一個FPGA芯片分別連接以太網接口芯片、485/232驅動芯片和CF卡，以太網接口芯片連接以太網接口，485/232驅動芯片連接多個485/232通訊接口。BLVDS為背板總線接口。

1.2 信息輸入輸出模塊

（1）模擬量輸入輸出模塊。第一AI/AO模塊通過輸入信號轉換單元接收電弧爐的弧壓信號、弧流信號、系統母線電壓和油壓反饋信號，第二AI/AO模塊通過輸出信號轉換單元輸出電弧爐電極升降比例閥控制信號。AI/AO模塊電路結構圖如圖4所示。

（2）數字量輸入輸出模塊。第一DI/DO模塊和第二DI/DO模塊，其中，第一DI/DO模塊的DI接口連接開關量輸入隔離單元，接收電弧爐的電極限位、合閘信號、爐變及電抗器狀態信號；第二DI/DO模塊的DO接口連接開關量輸出隔離單元，用于控制電弧爐的爐變檔位信號和跳閘及事故報警信號。DI/DO模塊電路結構圖如圖5所示。

1.3 上位機系統

本文中系統所使用的上位機是榮信興業電力技術有限公司自主設計的，具有人機界面友好等特點。新型電弧爐調節器搭建的主接線圖如圖6所示，也加入了爐變參數、電抗器參數、冶煉參數等設定，即采用多種方式來采集、顯示、分析數據及控制過程。

2 技術優勢

與常規PLC控制器相比較，本文設計新型裝置有如下優勢：（1）運算速度快。CPU單元采用高速DSP芯片+CPLD芯片+FPGA芯片，能夠內嵌各種協議，真正實現直接通訊，進而提高的整個系統的運算速度，方便了數據交互。（2）同步通訊及反應靈敏。可與現有SVC控制系統進行通訊，實現無功功率預測補償。（3）兼容性好。可與PLC實現通訊，以最少的更換量替代現場運行的電弧爐控制系統。

3 結語

該新型電弧爐控制裝置已與遼寧榮信生產的無功補償設備進行了深度融合，采用光通訊方式直接與無功補償設備進行協調控制，真正實現高速互聯通訊，并對無功功率預測補償，尤其對煉鋼過程中可能造成電能質量惡化的階段進行控制，有效抑制電弧爐閃變，從源頭上進行電能質量的預防治理。

參考文獻

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