莱钢50吨电炉电极调节系统的数字化改造

摘要

电弧炉电极调节器是电炉核心控制系统，它通过控制电极的高度来控制电弧电流，起到提高电炉冶炼效率和保护设备的作用。莱钢集团特殊钢厂50吨电炉电极调节器是西门子上世纪80年代初模拟电路插件式产品，由于元器件老化损坏严重，造成系统故障率高，冶炼电耗高。因此，根据技术进步要求对其进行数字化改造。 通过对电炉的炼钢工艺进行分析发现必须有电极的阻抗控制和保护电极和保护炉墙等功能，通过对电气系统的分析可以得到必须有短路、过电流和保护开关的功能，通过对液压机械性能进行了分析和测试发现液压阀存在死区需要进行补偿。 论文参考西门子模拟电路式电极调节器的控制方法，将调节器分为三个相互独立的控制单元，每个单元是一个阻抗控制系统。实际二次电压U和电弧电流Ⅰ经检测和A/D转换后相除得到实际阻抗值Z。与变压器档位和曲线号相对应的阻抗设定值Z*经过系统调整和最小值限定后和实际阻抗值Z进行比较，得到调节偏差△Z。偏差经过闭环放大和信号放大、D/A转换后控制液压阀动作，使电极升降，调节阻抗达到设定值，即一定电压档位下电流达到设定值。系统还能完成电极保护、变压器保护和炉墙保护等功能。 系统利用西门子S7-400PLC来完成，包括上位监控站、PLC系统、信号检测系统和现场总线等。总线选用Profibus总线。PLC控制软件选用SIEMENS的STEP7V5.3，上位机监控软件采用西门子的SIMATICWinCC组态软件。 通过对电炉的工艺、电气和液压机械性能进行了综合理论分析和测试，控制系统吸收了西门子的优秀的电极控制方法，开发了一系列基本控制功能和保护功能，如恒阻抗控制、过电流和短路控制等主要功能，电极接触废钢、接触非导电物、变压器抽头转换等保护功能，测温取样、测试等附加功能。 相对于国内大多数电极调节系统其功能更完善、控制更准确，保护最全面。新调节系统很好适应了电炉的高灵敏性和高可靠性要求，改造后的电炉产量大幅提高，冶炼电耗降低，创造了良好效益。它在国内具有先进性，值得在国内1700多台电炉上推广。

目录

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

摘要

第1章前言

1.1课题背景和意义

1.1.1莱钢50t超高功率电炉简介

1.1.2原电炉电极调节系统存在问题

1.2国内外电极调节系统现状

第2章系统分析测试

2.1炼钢工艺对电极调节系统要求

2.2电炉供电系统分析

2.2.1电炉变压器系统分析

2.2.2电炉短网系统分析

2.3调节器外部信号系统分析

2.4电炉液压系统测试分析

第3章控制方案设计

3.1控制系统方案比较

3.1.1PLC、DCS、FCS三大控制系统的基本特点

3.1.2三大控制系统之间的差异

3.2控制系统设计要求

3.2.1电极调节器需要具备以下特点

3.2.2电极调节器的功能

3.3控制系统可靠性要求

第4章控制系统设计

4.1控制系统的组成

4.2硬件的选型

4.2.1PLC的选型

4.2.2上位机的选型

4.2.3其它元件的选型

4.3软件设计

4.4数据通信系统的设计

4.4.1数据通信结构

4.4.2从电炉PLC到电极调节系统PLC传送的数据

4.4.3从电极调节系统PLC到电炉PLC传送的数据

4.4.4Profibus结构方案

4.5上位机监控系统设计

4.5.1组态软件WinCC简介

4.5.2WinCC在该系统中的应用

第5章控制功能的实现

5.1系统控制原理

5.2控制功能分析

5.2.1恒阻抗控制

5.2.2过电流控制

5.2.3短路控制

5.2.4闭环放大

5.2.5手动控制

5.2.6液压阀死区补偿

5.3设备保护功能

5.3.1电炉高压断路器保护

5.3.2电炉变压器换挡保护

5.3.3保护电极-接触导电废钢停止

5.3.4保护电极-接触非导电物

5.3.5保护电极-高压开关送电前等提升电极

5.3.6保护炉墙-检测电极短

5.3.7液压机械故障-检测调节偏差

5.4附加功能

5.4.1测温取样功能

5.4.2测试功能

5.4.3电弧精炼炉控制功能

第6章控制效果

第7章总结

参考文献

致谢