萬噸黃磷電爐自動化操作控制系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了萬噸黃磷電爐自動化操作控制系統，包括中心處理器，中心處理器分別通過電路連接一次電量采集系統、二次電量采集系統、電極夾持器位置數據采集、電極限位狀態采集、液壓系統狀態采集、爐變參數采集、高壓柜參數采集，報警及連鎖控制、爐變報警狀態采集及報警、電極側傾狀態采集、下料檢測及控制、緊急電極提升控制、現場參數監控顯示模塊、電機動作控制模塊、短網運行控制、下料管電錘控制、電極夾持器控制、電極升降控制和綜合報警模塊。本發明的有益效果是通過黃磷電爐智能電爐控制系統可節約黃磷安全生產、方便控制。
【專利說明】萬噸黃磷電爐自動化操作控制系統

【技術領域】
[0001]本發明屬于黃磷生產【技術領域】，涉及萬噸黃磷電爐自動化操作控制系統。

【背景技術】
[0002]黃磷電爐是黃磷冶煉企業的重點熔煉設備，能源消耗非常大，占企業電能的60 %?70 %，在企業產品生產成本中最高可達75 %以上，降低黃磷電爐的能耗，改善黃磷電爐的綜合能效對企業有著極為重要的意義。
[0003]國內黃磷冶煉生產一直沿用人工手動操作的方法進行生產，電流、電壓始終處于不平穩狀態，無法及時發現冶煉電極傾斜，造成電極折斷，能源消耗大，生產過程危險系數大，容易發生人員傷害。
[0004]本發明對黃磷電爐進行了全系統的自動化控制優化設計。項目實施完成后通過黃磷電爐智能電爐控制系統可節約黃磷安全生產、方便控制、減少人員開支、降低生產維護費用、節能降耗、提高企業形象、增加無形資產，使黃磷生產形成控管一體化系統。


【發明內容】

[0005]本發明的目的在于提供萬噸黃磷電爐自動化操作控制系統，解決了現有萬噸黃磷生產線生產過程危險性大的問題。
[0006]本發明所采用的技術方案是包括中心處理器，中心處理器分別通過電路連接一次電量采集系統、二次電量采集系統、電極夾持器位置數據采集、電極限位狀態采集、液壓系統狀態采集、爐變參數采集、高壓柜參數采集，報警及連鎖控制、爐變報警狀態采集及報警、電極側傾狀態采集、下料檢測及控制、緊急電極提升控制、現場參數監控顯示模塊、電機動作控制模塊、短網運行控制、下料管電錘控制、電極夾持器控制、電極升降控制和綜合報警模塊。
[0007]本發明的有益效果是通過黃磷電爐智能電爐控制系統可節約黃磷安全生產、方便控制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發明自動化操作控制系統結構示意圖。

【具體實施方式】
[0009]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0010]本發明如圖1所示，包括采集系統和控制系統、和報警系統，采集系統通過中心處理器I將采集信號進行處理后，輸出控制指令給控制系統，進而控制各部件運行，并且輸出告警信息以警示系統的問題需要及時處理，以免造成損失。
[0011]具體的，中心處理器I分別通過電路連接一次電量采集系統2、二次電量采集系統
3、電極夾持器位置數據采集4、電極限位狀態采集5、液壓系統狀態采集6、爐變參數采集7、高壓柜參數采集8，報警及連鎖控制9、爐變報警狀態采集及報警10、電極側傾狀態采集11、下料檢測及控制12、緊急電極提升控制13、現場參數監控顯示模塊14、電機動作控制模塊15、短網運行控制16、下料管電錘控制17、電極夾持器控制18、電極升降控制19和綜合報警模塊20。
[0012]一次電量采集系統2:—次電量全部信息均由開關站用以太網定時傳送到電爐操作室。通過本采集單元，能完整實時監視到一次側全部電量，及時為操作提供最直接的參考。圖形化的界面使操作人員一目了然。
[0013]二次電量采集系統3:二次電量采集全部的電量信息，含三相電壓Ua、Ub、Uc，三相電流la、lb、Ic的真有效值，頻率F，正反向有功功率P，正反向無功功率Q，正反向功率因素cosc>,正反向有功電量與正反向無功電量。通過本采集單元,能完整實時監視到二次側全部電量，進而為爐內電極運行情況提供直接和間接的數據，為自動配電系統提供必要的實時數據，是電極升降控制的主要參考。
[0014]電極夾持器位置數據采集4:電極夾持器位置采用圖形化顯示，由液壓電極供貨方提供信號，操作界面按實際標尺比例顯示。
[0015]電極限位狀態采集5:電極位置狀態報警與電極位置是兩個不同的方面，這里專指液壓電極升降控制單元的上下限狀態的采集和保護連鎖控制。當電極升降位置達到上極限或者下極限的時候，通過計算機的所有動作將被連鎖，拒絕不恰當動作命令。但在需要進行爐前電極調試、接放電極以及其它需要的時候，系統將取消這個連鎖功能，有關人員將在不受限制的情況下繼續操作。
[0016]液壓系統狀態采集6對液壓系統運行狀態、液位面進行數據采集。
[0017]爐變參數采集7:本功能是完全服務于爐變正常生產需要。7個主要報警因數中任何一個事件發生時，系統將及時通過聲、光和計算機顯示為操作人員提供多種提示。必要的時候，可以將這些信號與高壓分閘和合閘進行連鎖操作。目的只有一個:保護黃磷爐最核心的能源部件。
[0018]高壓柜參數采集8采集高壓柜的電壓參數。
[0019]爐變報警狀態采集及報警10對高溫爐中超溫、速斷、過流、輕瓦斯、重瓦斯、過載、油位信息進行報警。
[0020]電極側傾狀態采集11:電極側傾系統是一個解決爐前常見而重要的事實:電極側傾時必須提示或者強制操作人員采取合適的措施以避免因電極側傾帶來的生產事故。本功能的核心是每條電極安裝三個位置對稱的吊裝拉力點，初始狀態為三個拉力兩兩之間的差值都在設定的范圍內，任何時候兩兩之間的差值超出設定值，系統將給出強烈報警。考慮到會有需要繼續送電操作的情況，本報警功能建議不要直接連鎖到電極動作或者送電控制單
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[0021]下料檢測及控制12:下料監測及控制是為了解決下料管中混合料下行不暢的監測與控制而引入的。其基本思想是在下料管的合適位置安裝貼片熱電阻，通過監測溫度的方式來確定管中空心化的程度，并在指定的時候使用氣錘敲打下料管疏通混合料的進入。
[0022]緊急電極提升控制13:本功能是為了解決電極水封處冒火等需要繼續送電但同時又要減小輸入爐內功率而專門設計的。本功能設計了一個專門的按鈕，按下時，6條電極同時上升，放開后，電極保持不動，只有在按下“進入自動”按鈕后系統才會進入自動調節模式。
[0023]電極升降控制15:電極升降控制是本自動配電系統的核心，其最終結果是體現在電極的升降策略，以期達到快速的送電配平目的，其核心關注包括:
[0024]1、微失衡狀態控制；
[0025]2、大失衡狀態控制；
[0026]3、缺相控制；
[0027]4、相序變化控制；
[0028]5、總功率與分相功率控制。
[0029]這些控制方法是經典的自動控制、先進的模糊邏輯控制和現代神經元方法的結合實現。在我們的控制策略中，這些方法有機結合在一起，根據實際爐況采取的是分時策略和應用，并建立了策略選用有限表，使得各種工況都能在優選的策略下保持正常的送電生產。對于生產過程中經常出現的特殊工況如出渣、塌料和不導電情況，我司的控制系統將會分別優先選擇總功率與分相功率控制策略，這里的一個主要依據是入爐總功率和分相功率全面下降的情況；因為黃磷爐內發生失相的情況極少，塌料往往表現在一相或者多項的電流和電壓的急劇變化，而剩余相繼續相間干擾模式；不導電則主要表現在電極操作達到一定的節拍后電流電壓的較小變化。整個送電過程平穩。目前已經做到的了正常生產的全時間自動過程，幾乎無需操作工介入，滿足了自動率指標。
[0030]現場參數監控顯示模塊14:現場參數是將通過將計算機系統采集到的全部數據用合適的展示界面顯示在計算機顯示屏上。一些需要重點突出的參數將通過聲、光等方式現在GGD柜面板上。需要記錄的參數包括有71個開關量輸入信號、24個模擬量信號、12個熱電阻信號、12個熱電偶信號和12個一次電量信號值和24個二次電量信號值。
[0031]這些數據主要包括:
[0032].一次電量:含一次電量米集全部的電量信息，包括三相電壓Uab、Ubc、Uca,三相電流la、lb、Ic的真有效值，頻率F，正反向有功功率P，正反向無功功率Q，正反向功率因素cosc>,正反向有功電量與正反向無功電量。這些電量只來源于開關站計量儀表。
[0033]?二次電量:含二次電量米集全部的電量信息，包括三相電壓Ua、Ub、Uc,三相電流la、lb、Ic的真有效值，頻率F，正反向有功功率P，正反向無功功率Q，正反向功率因素cosc>,正反向有功電量與正反向無功電量。
[0034]?爐變報警狀態:含超溫、速斷、過流、輕瓦斯、重瓦斯、過載、油位。
[0035]?高壓柜信號:含斷路器合閘、分閘信號和就地、遠程信號。
[0036]籲短網水溫度:含6個短網銅管水溫度。
[0037]?短網水閥:含12個銅管水閥開關信號。
[0038]?爐體溫度:含6個爐壁溫度、6個爐底溫度。
[0039].料管溫度:含6個料管溫度。
[0040]?料管切斷閥:含6個料管切斷閥狀態信號。
[0041]籲電極液壓系統:含6個油缸位置信號和12個限位信號。
[0042].電極拉力:含18個拉力器拉力信號
[0043].電極夾持器:含6個加緊狀態、6個放松狀態和6個油泵油壓開關信號。
[0044]控制系統工作原理:及時為各個生產環節提供數據，將有利于在生產的各個環節加強質量控制，操作人員根據黃磷電爐冶煉工藝過程中各個階段所需求的功率，將電壓、電流、功率和死區以數字的形式輸入智能電爐控制系統的計算機中，計算機控制系統將自動、適時地檢測實際現場的參數值(電壓、電流)，通過Α/D轉換后與設定值進行比較，根據內置的專用黃磷爐優化控制數字模型和所設定的參數進行分析、判斷，然后計算機快速地發出一組指令給控制液壓系統，各組控制液壓系統將相應的指令通過控制液壓系統電磁閥換向來實現電極上、下動作的速率和行程，改變弧流大小，使電極迅速地糾正偏差，使電極插入爐料的距離保持在最優化狀態的范圍之內，實現系統恒流控制。
[0045]智能電爐控制系統功能特點:內部以高速CPU為核心的智能檢測調控系統模塊和優化的監控軟件。針對大電流、惡劣工業環境，采用工業級器件，配備多重保護電路，安全性提高。針對黃磷電爐工況之具體參數量身定制，精心系統配置，優化內部參數設置，綜合能效提高。操作界面友好，全中文菜單提示，實時弧壓、弧流實際值波形圖顯示。人工智能(Al)的判斷功能。通訊采用以太網，可實現多臺電弧爐聯網調控、管理。智能電爐控制系統技術參數:電極上、下方向變換反應時間小于0.15s。電極最大運動速度大于彡950mm/min。電極最小運動行程小于1mm。
[0046]智能電爐控制系統節電原理:從礦熱爐還原反應的基本條件可知，爐料預熱、熔化(造渣)過程是還原反應正常進行的必要前提條件，電弧放電提供足夠的高溫是還原反應的另一必要條件。如何控制電弧功率一既配熱系數，做到爐料預熱、熔化(造渣)和還原速度的均衡是本系統要達到的目的。可以得到的有用信號只有弧壓、弧流、有功功率和功率因數，仔細分析可知:弧流信號是爐內各種變化量的函數。當電極靜止不動時，爐內渣面上升、熔融體層面變化、爐料下塌等都會引起弧流波動。那么如何判斷是何種因素造成弧流波動成為問題的關鍵，如何控制電極在我們希望的位置是問題的一個關鍵。我們推出的智能電爐控制系統就是一種能自動識別爐料預熱、熔化和還原狀況，并能據此穩定控制電極在最佳位置的專家系統。對于黃磷冶煉，萬噸黃磷電爐自動化操作控制系統能夠依據焦碳層和渣層的狀態，自動調整電弧功率大小，控制熔料和還原速度始終處在最佳范圍。同時還可以保持三相電弧功率的不平衡度控制在2%以內，以使主供電回路保持較高的電效率。為避免電極震蕩，系統還對控制系統設有“死區”不調節功能。
[0047]智能電爐控制系統的特點:本系統突破了傳統控制理論的束縛，用獨創的智能信號識別技術，依據爐內預熱、熔料(造渣)和還原反應的速度匹配情況，控制電極的運動，同時兼顧三相電弧功率的電效率和熱效率兩個最佳狀態。
[0048]系統運行時，依據爐內還原反應的狀態變化，適時識別焦碳層熔融體料層的變化，自動調整電極位置，從而調整爐料預熱和熔化速度，使其和還原速度相匹配，以此達到增產節電的目的。遇到爐料缺碳或富碳時，系統會自動作出反映，能夠做到缺碳時電極不深度下插，富碳時電極不上浮，始終維持電極處于適度范圍。系統運行時電極始終處于理想位置，避免了人工控制的功率沖擊，從而保護了主變壓器、短網和供電系統；三相功率平衡度提高使功率因數有所提聞。
[0049]計算機爐變保護系統:
[0050]?電爐變壓器系統保護采用一體化計算機保護方案。主要內容包括電信號保護、溫度保護與瓦斯保護。其測量與控制單元均采用高可靠性可編邏輯控制器作為核心，配以聲光報警等輔助措施。同時，爐變過程監測數據集中到管理系統，為提高長期保護水平，預先防止故障提供第一手的數據和手段。
[0051]?計算機爐變保護系統采用一套獨立的專用高集成度爐變保護裝置，為分析變壓器工作狀態提供第一手的數據，為提高爐變效率、平穩化變壓器工作過程、延長變壓器壽命提供工藝決策數據。
[0052]?專用的爐變保護裝置還配備了一套專用爐變過程監視微機系統，用可靠的工業計算機通過圖形化、數字等手段全程監視爐變工作狀況，進一步提高了黃磷電爐的穩定生產。
[0053]黃磷電爐智能電爐控制系統整體效益:
[0054]?通過安裝黃磷智能電爐控制系統的項目改造后，產品在節省電費支出的情況下，提高了生產率；不僅對黃磷電爐變壓器起到了保護作用，同時還降低了原材料的消耗，提高了黃磷產率，達到節能降耗、延長爐齡的目的。
[0055]?設備故障率降低帶來維護費用支出的減少
[0056]?設備故障率降低帶來生產產能的提升
[0057]?原材料成本降低帶來噸耗減少
[0058]?電極消耗率降低
[0059]?單位化料量的增加
[0060]?單位化磷量的增加
[0061]?單位電耗降低
[0062]以上所述僅是對本發明的較佳實施方式而已，并非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施方式所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均屬于本發明技術方案的范圍內。
【權利要求】
1.萬噸黃磷電爐自動化操作控制系統，其特征在于:包括中心處理器(1)，中心處理器(I)分別通過電路連接一次電量采集系統(2)、二次電量采集系統(3)、電極夾持器位置數據采集(4)、電極限位狀態采集(5)、液壓系統狀態采集(6)、爐變參數采集(7)、高壓柜參數采集(8)，報警及連鎖控制(9)、爐變報警狀態采集及報警(10)、電極側傾狀態采集(11)、下料檢測及控制(12)、緊急電極提升控制(13)、現場參數監控顯示模塊(14)、電機動作控制模塊(15)、短網運行控制(16)、下料管電錘控制(17)、電極夾持器控制(18)、電極升降控制(19)和綜合報警模塊(20)。
【文檔編號】F27D19/00GK104142072SQ201410367837
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】熊黎前, 廖圣泉 申請人:湖北亞太能源科技有限公司, 廖圣泉