電極調節自動控制系統

王懷祥

摘 要：電弧爐煉鋼的關鍵技術就是電極調節過程，本文結合某鋼鐵廠的實際情況敘述了電極調節的自動控制系統實現過程，經現場調試后達到了理想的控制效果。

關鍵詞：電弧爐；電極調節；可編程控制器

1 前言

電極調節是電弧爐煉鋼中的關鍵技術，電弧爐是以電能為熱源冶煉鋼和合金的設備，電極調節系統是整個電弧爐系統中的一個重要組成部分。電極自動調節裝置的作用就是快速調節電極的位置，保持恒定的電弧長度，以減少電流波動，維持電弧電壓和電流比值的恒定，使輸入功率穩定，其工作效果好壞直接影響到鋼水質量和用電單耗。手動控制過程中容易出現過流、斷弧等現象影響正常的鋼水加熱，且不容易控制三相平衡，因此只有良好的自動控制才能實現高質量、高效率和低電耗。

2 控制原理

在電弧爐冶煉過程中，一般要求電功率保持不變，恒功率調節。通過抽頭變壓器選定檔位后輸入到電弧爐的功率與電弧的長短有直接關系，當電弧長度發生變化時，輸入的爐內的功率將隨之而變，對電弧爐電氣設備的要求就是在最佳輸入功率曲線下維持需要的電弧長度。電弧爐電極控制方式采用固定電流和電壓比的方法——阻抗控制，就是在不同的檔位電壓下，選擇不同的電流曲線維持恒定的功率，當電弧電流大于最佳供電曲線電流時，應提升電極；當電弧電流小于最佳供電曲線電流時，應下放電極。電極升降的速度與偏差相關，偏差越大升降速度越快，偏差小時進行微調，保證了調節系統的快速性和穩定性，使電弧電流波動較小，三相功率平衡。不管采用什么算法，但最終的控制要求為：

（1）提高鋼材質量，能量利用率高，減低用點單耗。

（2）提高工作效率，控制簡潔。

（3）控制系統響應快，穩定性好，超調量小。

（4）維持三相平衡，諧波分量較小。

3 系統組成

3.1 硬件組成

3.1.1 可編程控制器

由電源模塊PS407、CPU412和工業以太網模塊、模擬量輸入模塊SM431、模擬量輸出模塊SM432、數字量輸入模塊SM421、數字量輸出模塊SM422等組成。模擬量輸入模塊采集三相0—10V電弧電壓和電流信號，經程序運算后由模擬量輸出模塊輸出-10V—+10V信號到伺服閥控制各相電極自動升降調整位置。數字量輸入模塊采集選定的檔位電壓，電流曲線，手動控制電極信號等。

3.1.2 工控機

上位機采用西門子監控軟件WinCC通過以太網與PLC通訊，2臺工控機可獨立監控。主要用來顯示各相電極的工作狀態，各相電弧電壓和電流，高壓合閘狀態及電弧爐煉鋼時過流報警記錄，并能根據不同鋼種加熱工藝調整一些重要參數，記錄每次加熱的鋼種，報表記錄各種鋼的配方，為不斷完善工藝和控制提供重要參數。

3.1.3 執行機構

由于該電弧爐容量較大，我們仍選用輸出功率較大的電氣—液壓伺服閥系統作為電極升降的執行機構，由模擬量輸出信號控制伺服閥的開關程度控制電極升降。電極升降的速度與電弧流偏差密切相關。考慮到電極的硬度我們對電極升降的速度在軟件方面做了處理，既能保證電極能快速響應，又不致使電極斷裂。

3.2 軟件實現

由于電氣—液壓伺服閥系統的慣性較大，而冶煉過程中要保持電極工作穩定但是響應快，控制電弧流在設定值下波動較小，我們采用恒阻抗PID算法，通過設定不同的參數調整穩態工作下的電弧流，分段設定電弧流曲線實現各個工作階段的算法。

4 結束語

通過應用該電極控制系統后，提高了鋼水質量，縮短了冶煉時間，降低了用電單耗從而降低了成本，達到了理想的控制效果。

參考文獻

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