Способ автоматического управления электрическим режимом шестиэлектродной руднотермической электропечи и система для его реализации

(51)5 Р 27 0 11/10, 19/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ру, при данном режима, наибощего воздейстектрода или ряжения печноя стабилизации и равномерном и обеспечении форматора. При ь погрешность ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Научно-производственное объединениепо автоматизации горнорудных, металлургических и энергетических объектов чернойметаллургии "Днепрчерметавтоматика"(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧ ЕСКОГОУПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМР Е Ж И М О М Ш Е СТИЭЛЕКТРОДНОЙ РУДНО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ(57) Способ автоматического управления электрическим режимом шестиэлектродной руднотермической ектропечи и система егореализации отн ится к области электрометаллургии, преи.:ущественно к электропечам и может быть использовано привыплавке фосфора, карбида кальция, медно-никелевых и других сплавов, Способвключает измерение активной мощности Изобретение относится к области электрометаллургии, преимущественно к электропечам, выплавляющим ферросплавы и может быть использовано при выплавке фосфора, карбида кальция, медно-никелевых и других сплавов. При выплавке ферросплавов в руднотермической печи величина подводимой мощности и ее равномерное распределение по фазам в решающей степени определяет полному восстановительных реакций, а слеЖ 1765667 А 1 фаз и активного сопротивления цепи электрод-подина, стабилизацию установленного сопротивления путем перемещения электрододержателя и стабилизацию заданной активной мощности фаз путем переключения ступеней напряжения трансформаторов. Система для автоматического управления электрическим режимом шести- электродной 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 выбонарушении электрическоголее эффективного регулируювия - перемещение элпереключение ступеней напго трансформатора (ПСН) длактивной мощности печи прраспределении ее по фазамсохранности печного трансэтом необходимо исключитизмерения активной мощности, связанной с индуктивным взаимодействием фаз.В настоящее время при управлении электрическим режимом в качестве регулируемого параметра используются ток электрода, импеданс или мощность фазы, мощность печи. При отклонении регулируемого параметра от установленной величины вносится управляющее воздействие - перемещение электрода или переключение ступени 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 М 12458740 в отличии от других аналогов выполняется коррекция погрешности измерения напряжения электрод-подина, связанной с индуктивным взаимодействием фаз, что повышаетточность определения регулируемого параметра - импеданса электрода. В качестве регулирующего воздействия используется перемещение электрода в функции 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 устройство АРР-36, предназначенное для регулирования активного сопротивления и активной мощности трехфазных шестиэлектродных печей.Способ управления, реализованный в регуляторе АР Р-36 предусматривает регулирование активного сопротивления цепи электрод-подина и фазной активной мощности. В качестве управляющих воздействий используются: перемещение электрода вфункции 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 не 5 10 15 20 25 30 35 4045 50 55 зависимым каналам, что приводит к колебательному режиму управления из-за отличающихся времен реакции ванны печи навоздействие по перемещению электрода ипереключению ступеней напряжения; возможность выхода из строя трансформаторов иэ-за переключения при перегрузке наУказанные и другие недостатки не позволили использовать регуляторы серииАРРв промышленности.Дальнейшим развитием серии регуляторов АРРстали шкафы управления Ш9701, с которыми алгоритм управления непоставляется и должен разрабатыватьсяпользователем,Таким образом, известные устройстване обеспечивают необходимую точность регулирования активной мощности печи, равномерное распределение ее по фазам ибезаварийную работу печных трансформаторов.Целью настоящего изобретения является повышение производительности электропечи, снижение удельного расходаэлектроэнергии и повышение надежностиработы печных трансформаторов за счетстабилизации активной; мощности печи,равномерного распределения ее по фазам ипереключения ПСН в номинальных длятрансформаторов режимах,Поставленная цель достигается тем, чтоизвестными способами измеряют активнуюмощность фаз и активное сопротивлениецепи электрод-подина, стабилизируют заданное сопротивление перемещением электрододержателя и заданную активнуюмощность фаз путем переключения ступеней напряжения трансформаторов,Новым является то, что определяютсредние значения тока, активной мощностифаз и активного сопротивления цепи электрод-подина за заданный по технологии интервал времени, сравнивают их сзаданными по технологии значениями и припревышении тока фазы предельной по технологии величины поднимают тот электродфазы, сопротивление которого меньше заданной потехнологии величины, притоке неболее предельной по технологии величиныи превышении мощности фазы заданного потехнологии значения уменьшают напряжение трансформатора, а при снижении мощности и при токе не более предельной потехнологии величины, опускают тот электрод фазы, сопротивление которого большезаданной по технологии величины, а еслисопротивления находятся в заданных потехнологии 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 соедийены соответственно с задатчиком активной мощности фазь 1 и таймером, адва биполярных выхода соединены с первыми входами первой и второй ячеек "И", приЧем положительный выход соединен с первой, а отрицательный со второй ячейкой "И", выход датчика тока фазы, задатчика тока фазы и таймера соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами второго порогового элемента, отрицателъный выход которого соединен со вторыми входами первой и второй ячеек "И",положительный - с первыми вхо, ми 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 третьейячейки "И", выход которой соединен с блоком управления 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 пятой 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 сопротивления, выход пятой ячейки "И" соединен с блоком управления опусканием 2-го электрода, кроме того, второй вход шестой ячейки "И" соединен с выходом четвертого блока сравнения, первый вход которого соединен с датчиком активного сопротивления 1-го электрода, а второй вход соединен с задатчиком максимального сопротивления, причем выход шестой ячейки "И" соединен с блоком управления опусканием 1-го электрода, выход третьегоблока 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 кото рого соединен с выходом первой ячейки "И". На чертеже изображена блок-схема системы для реализации способа автоматического управления электрическим режимом шестиэлектродйой рудно-термической электропечи (для одной фазы). Система содержит датчик 1 и задатчик 2 активной мощности фазы, таймер 3, пороговый элемент 4,10 первую и вторую ячейки 5,6 "И", датчик 7 и эадатчик 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,датчик 22 максимального сопротивления,третий и четвертый блоки 23,24 сравнения,ячейку 25 "НЕ", блок 26 управления опусканием 2-го электрода, вторую ячейку 27" НЕ",блок 28 управления опусканием 1-го элект 25 рода, 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 30 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 сопротив 40 ления 1-го электрода соединен с первым 45 входом первого блока 13 сравнения. Выход задатчика 14 минимального сопротивления соединен со вторыми входами первого и второго блоков 13,15 сравнения, Выход бло 50 ка 13 соединен со вторым входом ячейки 10,Выход ячейки 10 соединен со входом блока16 управления подъемом 1-го электрода. Выходдатчика 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 18 управления подъемом 2-гоэлектрода.20 шестую, седьмую ячейки 19,20,21, "И", эаВыход 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 соединенсо 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.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 от датчика 1. Сигнал Рф является усредненной за интервал т величиной предварительно скорректированной активной мощности фазы. На выходе элемента 4 с периодичностью 1, определяемой таймером 3 формируется сигнал +б Рф или -б Рф соответственно при РфРуф и РфРуф. Эти сигналы поступают на первые входы соответственно первой и второй ячеек 5,6 "И", Одновременно, сигнал усредненного за 1 значения тока фазы ф поступает от датчика 7 на вход второго порогового элемента 9, где сравнивается с установкой 1 уф, поступающей от задатчика 8. На выходе элемента 9 с периодичностью с, определяемой таймером 3 формируются сигналы +б 1 ф или -б 1 ф, которые соответствуют превышению тока фазы над установкой или норму (с учетом зоны нечувствительности бЦ. Сигнал -б 1 ф поступает на вторые входы ячеек 5 и 6, а сигнал +б 1 ф поступает на первые входы третьей и четвертой ячеек 10,11 "И",При одновременном поступлении на оба входа элемента 5 сигналов +б 1 ф и -бф, на его выходе формируется сигнал -бОф, который поступает на вход блока 29 переключения ступеней напряжения. Выполняется снижение напряжения печного трансформатора фазы на одну ступень.Сигнал Р 1 усредненного за т и скорректированного значения активного сопротивления 1-го электрода от датчика 12 поступает на вход блока 13, где сравнивается с уставкой Рмин минимального значения сопротивления, поступающий от задатчика 14, При В 1ймин 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. 10 Аналогично сигнал Рг значения активного сопротивления 2-го электрода отдатчика 17 поступает на вход блока 15, гдесравнивается с Вмиг. При ВгВмиг на выходе блока 15 формируется сигнал, который15 поступает на второй вход ячейки 11. Приодновременном поступлении сигналов наоба входа ячейки 11 на ее выходе формируется сигнал, который поступает на вход блока 18 управления подъемом 2-го электрода.20 Выполняется подъем 2-го электрода на загданную величину.При одновременном поступлении наоба входа элемента 6 сигналов -бРф и -бф,на его выходе формируется сигнал, который25 поступает на первые входы пятой, шестой иседьмой ячеек 19,20 и 21 "И".В блоке 23 сравниваются сигналы В 2 иВмак, поступающие соответственно от датчика 17 и задатчика 22 максимального со 30 противления. При В 2Рмтк на выходе блока23 формируется сигнал, который поступаетна второй вход ячейки 19, При одновременном поступлении сигналов на оба входаячейки 19, на ее выходе формируется сиг 35 нал, который поступает на вход блока 26управления опусканием 2-го электрода. Выполняется опускание 2-го электрода на заданную величину,В блоке 24 сравниваются сигналы Р 1 и40 Рмак, поступающие соответственно от датчика 12 и задатчика 22. При В 1Рак навыходе блока 24 формируется сигнал, который поступает на второй вход ячейки 20.При одновременном поступлении сигналов45 на оба входа ячейки 20, на ее выходе формируется сигнал, который поступает на входблока 28 управления опусканием 1-го электрода. Выполняется опускание 1-го электрода на заданную величину.50При В 1ймак и Рзймак на выходеблоков 23 и 24 сигналы отсутствуют, а ихинверсные сигналы, формируемые ячейками 25 и 27 "НЕ" поступают на второй и55 третий входы ячейки 21, При одновременном поступлении сигналов на три входаячейки 21 на ее выходе формируется сигнал+бОф, который поступает на вход блока 29.дВыполняется увеличение напряжениятрансформатора фазы на одну ступень.10 15 25 30 35 40 45 50 55 В целом система обеспечивает формирование следующих управляющих воздействий:пРи 1 фуф и В 1Вмин выполнЯетсЯ подъем 1 го электрода на установленную величину;пРи 1 ф1 уф и В 2Вмин выполнЯетсЯ подъем 2-го электрода на установленную величину;при 1 ф1 уф и В 1Вмин и В 2Вмин выполняется подъем 1-го и 2-го электродов на установленную величину;ПРи РфРуф И 1 ф1 уф б 1, и В 1Вмак выполняется опускание 1-го электрода на установленную величину;пРи РфРуф и 1 ф1 уф - б 1, и В 2Вмак выполняется опу"кание 2-го электрода на установленную величину;ПРИ РфРуф И 1 ф1 уф б 1, И В 1Вмак, И В 2Вмак выполнЯетсЯ опУскание 1-го и 2-го электродов на установленную величину;пРи РфРуфи 1 ф1 уф б 1, и В 1Вмак, и В 2Вмак выполнЯетсЯ пеРеклЮчение ПСН на повышение напряжения трансформатора фазы на одну ступень;при РфРуф и 1 ф1 уф - б 1 выполняется переключение ПСН на снижение напряжения трансформатора фазы на одну ступень,, Таким образом, избирательное применение управляющих воздействий - перемещение электрода или переключениеступеней напряжения, 1 йэволяет 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 М 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 2 мин 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 цикле управления менее 1 мин возникает перерегулирование. При цикле управления более 2 мин снижается точность стабилизации параметров. При дискрете управляющего воздействия менее 10 мм снижается точность стабилизации параметров, а при дискретах более 1 ступени и более 15 мм наблюдается перерегулирование и возможен перегруз по току.Система может быть реализована на серийных средствах ВТ и приборах ГСП. Изобретение создано в результате проведения научно-исследовательских работ:"Разработка и внедрение АСУ ТП выплавки ферросплавов на основе марганца в электропечах мощностью 63 МВА НЗФ",В 1991 - 1995 г,г, предусмотрено внедрение изобретения в промышленную эксплуатацию на 10 печах НФЗ.Экспериментальные исследования, проведенные на электропечах НФЗ показали возможность следующего улучшения технико-экономических показателей работы печей:увеличение производительности на 3 - 4%снижение удельного расхода электроэнергии на 2 - 3%;обеспечение безаварийной работы печных трансформаторов,Ожидаемый экономический эффект от внедрения изобретения составит 150 - 200 тыс. руб. на одну печи в год,Формула изобретения 1. Способ автоматического управления электрическим режимом шестиэлектродной рудно-термической электропечи, включающий измерение активной мощности фаз и активного сопротивления цепи электрод- подина, стабилизацию установленного сопротивления путем перемещения электрододержателя и стабилизацию заданной активной мощности фаз путем переключения ступеней напряжения трансформаторов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения производительности электрогечи, снижения удельного расхода электроэнергии и повышения надежности работы печных трансформаторов, определяют средние значения тока, активной мощностифаз и активного сопротивлеййя цепи электрод-подина за заданный по технологии интервал времени, сравнивают и с заданными по технологии значениями и при превышении тока фазы предельной по технологии 5 величины поднимают тот электрод фазы, сопротивление которого меньше заданной по технологии величины, при токе не более предельной по технологии велйчинь й"йревышении мощности фазы заданного по тех нологии значения уменьшают напряжение трансформатора, а при снижении мощности и при токе, не более предельйой по техно" логии величины, опускают тот электрод Фазы, сопротивление которого больше 15 заданной по технологии величины, а если сопротивления находятся в"заданных по технологии пределах, то увеличивают напряжениее трансформатора.2, Система автоматического управления 20 электрическим режимом шестиэлектродной рудно-термической электропечи, содержащая датчики и задатчики активной мощности фаз, датчики и задатчики активного сопротивления цепи электрод-подина, бло ки сравнения, пороговые элементы, блоки управления подъемом и опусканием электродов, блоки управления переключением ступеней напряжения трансформаторов, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью ЗО увеличения производительности электропечи, снижения удельного расхода электроэнергии и повышения надежности работы печных трансформаторов, она снабжена датчиком и эадатчиком тока фаз, таймером, 35 ячейками И, НЕ, причем выход датчика активной мощности фазы соединен с первым входом первого порогового элемента; второй и третий входы которогосбеДийенй соответственно с задатчиком активной 40 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 45 датчика тока фазы, задатчика тока фазы и таймера соединенысоответственно с первым, вторым и третьим вхбдамй"второго порогового элемента, отрицательный выход которого соединен с вторыми входами первой 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 да Мика -активного сопротивления второго электродасоединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с"задатчиком минимального сопротивления, а выход соединен с вторым входом четвертой ячейки И; выход которой соединен с блоком управления подъемом второго элемента, выход второй ячейки И соединен спервыми 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 блбком уп-равления опусканием второго электрода, второй вход шестой ячейки И соединен с выходом четвертого блока сравнения, первый вход которого соединен с датчиком активного , зпротивления 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,,4 аяжт ЗоЗолмч Составитель С.СтепаняТехред М,Моргентал орректор Н,Слободян еда ктор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина Заказ 3378 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5