專利名稱：一種電極控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電極控制器，屬于冶金自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電極控制器用于控制弧流(即電流，下同)以便實(shí)現(xiàn)廢鋼的熔化或鋼水的合理升溫。一般而言，電極控制器至少要完成兩方面的功能，一是進(jìn)行電極升降有效控制以便使實(shí)際弧流盡量平穩(wěn)(盡量趨于弧流設(shè)定值)和電極抖動(dòng)盡量小，二是針對(duì)工廠現(xiàn)場(chǎng)不同的設(shè)備并采取一定的技術(shù)手段制定出冶煉過(guò)程中，在不同變壓器電壓檔位下所對(duì)應(yīng)的最優(yōu)的弧流設(shè)定值(即所謂的功率設(shè)定點(diǎn)尋優(yōu))。從節(jié)能和減少電極消耗的角度上來(lái)講，這是電極控制器必須具備的兩個(gè)基本功能，缺一不可。除此之外，電極控制器也應(yīng)該能對(duì)高壓系統(tǒng)的故障檢查及設(shè)備維護(hù)提供有效的技術(shù)數(shù)據(jù)支持及相應(yīng)的檢查手段。對(duì)于電極升降的有效控制，比如，文獻(xiàn)“基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的豎式電弧爐電極控制系統(tǒng)”(鑄造技術(shù)，Vol. 30No. 5May 2009)，在該文獻(xiàn)中，作者提出了一種神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制方法，盡管該方法有其自己的優(yōu)點(diǎn)(比如，利用該方法可以避免求證輸出控制信號(hào)和輸入信號(hào)間的復(fù)雜關(guān)系表達(dá)式，也可以包含三相間相互存在強(qiáng)烈影響的耦合關(guān)系)，但其整個(gè)控制器系統(tǒng)卻忽略了一個(gè)基本事實(shí)環(huán)節(jié)，這就是沒(méi)有涉及到液壓系統(tǒng)，該文獻(xiàn)只對(duì)信號(hào)的大小及誤差做對(duì)比分析與輸出信號(hào)的計(jì)算，但沒(méi)有涉及到時(shí)間延遲效應(yīng)。實(shí)際上，電極控制器的輸出信號(hào)并不是即刻就對(duì)電極升降發(fā)生作用的。事實(shí)上，電極控制器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)比例閥放大板后進(jìn)入液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)再依據(jù)放大后信號(hào)的大小調(diào)節(jié)比例閥的不同開(kāi)度，由此產(chǎn)生不同的升降壓力、并因此產(chǎn)生控制電極升降的不同速度。從電極控制器信號(hào)輸出到液壓系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的提升或下降力，這個(gè)過(guò)程是需要一定時(shí)間的。在不同的場(chǎng)合，特別是爐子的底攪拌強(qiáng)烈時(shí)，如果液壓系統(tǒng)的延遲較大，這種情況下，弧流控制就會(huì)容易造成振蕩。這是沒(méi)有考慮到輸出會(huì)產(chǎn)生延遲而引發(fā)的不利結(jié)果。本實(shí)用新型在控制算法中增加了一個(gè)特別環(huán)節(jié)，處理延遲所帶來(lái)的不利影響，具體就是，依據(jù)輸入信號(hào)的周期性變化規(guī)律及輸出控制信號(hào)的大小及幅值，在輸出過(guò)零點(diǎn)一段時(shí)間內(nèi)做大小及移位處理，以便抵消液壓系統(tǒng)延遲所帶來(lái)的“超調(diào)”效應(yīng)。另外，該文獻(xiàn)也沒(méi)有涉及到電極控制器的另一個(gè)基本功能即弧流設(shè)定值如何確定(即在不同的變壓器電壓檔位下，多大的設(shè)定弧流才是最優(yōu)設(shè)置的課題)，這同樣是冶煉過(guò)程中涉及到的一個(gè)最基本的控制參數(shù)，依據(jù)人工不可能完成有效的估算與確定，設(shè)置不合適，對(duì)電能及電極消耗均不利。還有一點(diǎn)，該系統(tǒng)也不能為高壓設(shè)備提供維護(hù)與檢查的技術(shù)數(shù)據(jù)和手段。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決上述問(wèn)題，滿足上述三個(gè)方面的功能要求，提出一種多功能智能電極控制器，一般應(yīng)用于冶金行業(yè)或者機(jī)加工行業(yè)內(nèi)的交流電弧爐(EAF)或者鋼包爐(LF)生產(chǎn)車間。一種電極控制器，包括硬件部分和軟件部分；[0006]硬件部分，包括原邊電壓變送器、原邊電流變送器、副邊電壓變送器、PCI插槽高速數(shù)據(jù)采集卡、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊卡和工控機(jī)；所述的PCI插槽高速數(shù)據(jù)采集卡包括Al卡和AO卡；原邊三相電壓信號(hào)輸入至原邊電壓變送器，原邊電壓變送器包括，每路輸入為AC-100疒100V，輸出為AC-10疒10V，原邊電壓變送器用于原邊電壓信號(hào)的變換；原邊三相電流信號(hào)輸入至原邊電流變送器，原邊電流變送器包括3路，每路輸入為AC-10A 10A，輸出為AC-10疒10V，原邊電流變送器用于原邊電流信號(hào)的變換；副邊三相電壓信號(hào)輸入至副邊電壓變送器，副邊電壓變送器包括3路，每路輸入為AC-100疒100V，輸出為AC-10V 10V，副邊電壓變送器用于副邊電壓信號(hào)的變換；原邊電壓變送器、原邊電流變送器、副邊電壓變送器分別通過(guò)信號(hào)連接線連接Al卡連接底板，Al卡連接底板通過(guò)Al卡信號(hào)連接電纜連接Al卡，Al卡連接底板為輸入信號(hào)連接端子；原邊電壓變送器、原邊電流變送器、副邊電壓變送器變換后的電壓輸出信號(hào)和副邊三相電流信號(hào)通過(guò)輸出至Al卡，Al卡實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集；副邊三相電流信號(hào)為三相副邊電流為大電流檢測(cè)線圈輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；Al卡安裝在工控機(jī)中，Al卡將采集的模擬電壓信號(hào)、電流信號(hào)，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，即電壓電流離散信號(hào)，輸出至工控機(jī)內(nèi)軟件部分的基本電參數(shù)計(jì)算模塊模塊，軟件部分對(duì)Al卡采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后得到控制信號(hào)，輸出至AO卡；AO卡通過(guò)AO卡信號(hào)連接電纜連接AO卡輸出端子盒,AO卡輸出端子盒通過(guò)控制信號(hào)輸出線連接比例閥放大板，AO卡將數(shù)字信號(hào)的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，輸出至比例閥放大板，實(shí)現(xiàn)對(duì)電極的升降運(yùn)動(dòng)控制；以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊卡安裝在工控機(jī)中，以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊卡通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接線連接交換機(jī)，通過(guò)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊卡，得到外部系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)及模擬量信號(hào)，將外部信號(hào)據(jù)輸出給軟件部分的通訊處理模塊；通過(guò)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊卡把綜合處理模塊計(jì)算的電參數(shù)及功率優(yōu)化檔位發(fā)送到外部系統(tǒng)；軟件部分，包括基本電參數(shù)計(jì)算模塊、高壓大電流信號(hào)存儲(chǔ)處理模塊、二次短網(wǎng)參數(shù)計(jì)算模塊、人機(jī)界面、電流設(shè)定檔位優(yōu)化模塊、通訊處理模塊、綜合數(shù)據(jù)處理模塊、恒弧流PID控制模塊、恒阻抗PID控制模塊、智能PID控制模塊、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制模塊、綜合處理模塊和延遲特性處理模塊；基本電參數(shù)計(jì)算模塊的輸入信號(hào)為變壓器原邊三相電壓離散值、變壓器原邊三相電流離散值、變壓器副邊三相電壓離散值、變壓器副邊三相電流離散值，輸出信號(hào)為變壓器原邊三相電壓有效值、變壓器原邊三相電流有效值、變壓器副邊三相電壓有效值、變壓器副邊三相電流有效值、功率因數(shù)、有功功率、視在功率、無(wú)功功率；輸出信號(hào)分別輸出至二次短網(wǎng)參數(shù)計(jì)算模塊和綜合數(shù)據(jù)處理模塊；高壓大電流信號(hào)存儲(chǔ)處理模塊把變壓器原邊三相電壓離散值、變壓器原邊三相電流離散值、變壓器副邊三相電壓離散值、變壓器副邊三相電流離散值及功率因數(shù)存儲(chǔ)為二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件，其輸入為Al卡采集的變壓器原邊/副邊三相電壓/電流的離散數(shù)據(jù)及計(jì)算得到的功率因數(shù)，輸出為數(shù)據(jù)文件；[0018]數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢及處理、波形復(fù)原、圖形剪切與存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、圖形拷貝及打印功能；二次短網(wǎng)參數(shù)計(jì)算模塊計(jì)算二次短網(wǎng)的短路阻抗和短路感抗，輸入信號(hào)為變壓器副邊三相電壓/電流的有效值、變壓器副邊三相功率因數(shù)，輸出信號(hào)為副邊三相短路阻抗和短路感抗；將輸出信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)流輸出至電流設(shè)定檔位優(yōu)化模塊；人機(jī)界面把變壓器銘牌參數(shù)通過(guò)人機(jī)接口模塊輸入到電極控制器，輸入為人工通過(guò)鍵盤(pán)輸入變壓器銘牌數(shù)據(jù)，輸出為變壓器銘牌參數(shù)；輸出通過(guò)數(shù)據(jù)流至電流設(shè)定檔位優(yōu)化模塊；電流設(shè)定檔位優(yōu)化模塊計(jì)算每個(gè)電壓檔位下最優(yōu)的設(shè)定電流值，輸入信號(hào)為變壓器銘牌參數(shù)、副邊三相短路阻抗、短路感抗，輸出信號(hào)為不同電壓檔位下的設(shè)定電流值及對(duì)應(yīng)的有功功率和弧功率，輸出信號(hào)輸出至綜合數(shù)據(jù)處理模塊19 ；通訊處理模塊采集外部的開(kāi)關(guān)量狀態(tài)，以便得到實(shí)現(xiàn)電極升降所需的狀態(tài)量，同時(shí)也采集外部系統(tǒng)的模擬量，輸入為外部的開(kāi)關(guān)量信號(hào)及模擬量，輸出就是把采集到的開(kāi)關(guān)量狀態(tài)及模擬量送到綜合數(shù)據(jù)處理模塊和綜合處理模塊；綜合數(shù)據(jù)處理模塊把基本電參數(shù)計(jì)算模塊、電流設(shè)定檔位優(yōu)化模塊及通訊處理模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行歸類處理，同時(shí)計(jì)算變壓器二次副邊側(cè)阻抗的設(shè)定值及實(shí)際值，然后按需送到恒弧流PID控制模塊、恒阻抗PID控制模塊、智能PID控制模塊、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制模塊；將綜合數(shù)據(jù)處理模塊、恒弧流PID控制模塊、恒阻抗PID控制模塊、智能PID控制模塊、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制模塊的輸出信號(hào)傳送至綜合處理模塊；恒弧流PID控制模塊通過(guò)恒弧流PID控制原理完成電極的升降控制，輸入信號(hào)為設(shè)定電流、實(shí)際電流有效值及實(shí)際副邊電壓有效值，輸出信號(hào)為[-10V，10V]的電極升降電壓信號(hào)；輸出信號(hào)輸出至綜合處理模塊；恒阻抗PID控制模塊通過(guò)恒阻抗PID控制原理完成電極的升降控制，輸入信號(hào)為阻抗設(shè)定值及實(shí)際值，輸出信號(hào)為[-10V，10V]的電極升降電壓信號(hào)；輸出信號(hào)輸出至綜合處理模塊；智能PID控制模塊通過(guò)智能PID控制原理完成電極的升降控制，輸入信號(hào)為設(shè)定電流、電壓有效值、電流有效值，功率因數(shù)，輸出信號(hào)為[-ιον，10V]的電極升降電壓信號(hào)；輸出信號(hào)輸出至綜合處理模塊；神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制模塊通過(guò)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)原理完成電極的升降控制，輸入信號(hào)為設(shè)定電流、電壓有效值、電流有效值，功率因數(shù)、KW因子，輸出信號(hào)為[-10V，10V]的電極升降電壓信號(hào)；輸出信號(hào)輸出至綜合處理模塊；綜合處理模塊依據(jù)采集信號(hào)及計(jì)算數(shù)據(jù)，從通訊處理模塊、恒弧流PID控制模塊、恒阻抗PID控制模塊、智能PID控制模塊、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制模塊輸出中選擇最佳的輸出數(shù)據(jù)作為當(dāng)前的最終輸出信號(hào)，輸出信號(hào)為[-10V，10V]的電極升降電壓信號(hào)；延遲特性處理模塊依據(jù)采集信號(hào)及計(jì)算數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)前液壓系統(tǒng)有無(wú)延時(shí)特性，把綜合處理模塊的輸出信號(hào)做一定的延時(shí)修正，輸入信號(hào)為綜合處理模塊及綜合數(shù)據(jù)處理模塊的輸出信號(hào)，輸出信號(hào)為[-10V，10V]的電極升降電壓信號(hào)；電極升降電壓信號(hào)輸出至AO卡進(jìn)而輸出至液壓系統(tǒng)的比例閥放大板，通過(guò)液壓系統(tǒng)升降機(jī)構(gòu)最終實(shí)現(xiàn)電極升降控制。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于(I)本實(shí)用新型的電極控制器，實(shí)現(xiàn)功率設(shè)定優(yōu)化、有利于節(jié)能和減少電極損耗；(2)本實(shí)用新型提高冶煉過(guò)程中弧流的穩(wěn)定性，消除由于液壓系統(tǒng)存在的延遲可能會(huì)發(fā)生“超調(diào)”從而引發(fā)的振蕩現(xiàn)象；(3)本實(shí)用新型代替人工搜索不同電壓檔位下最優(yōu)的電流檔位，避免人工設(shè)定電流檔位的盲目性；(4)本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、減少電網(wǎng)高次諧波及減少電極損耗；(5)本實(shí)用新型提供高壓設(shè)備維護(hù)工程師所需的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及技術(shù)手段，為高壓設(shè)備的維護(hù)提供了一種有效而無(wú)特殊設(shè)備要求的一條有效途徑。

圖1是本實(shí)用新型裝置的硬件模塊構(gòu)成圖；圖2是本實(shí)用新型裝置的軟件模塊構(gòu)成圖；圖3是本實(shí)用新型裝置中的設(shè)定電流優(yōu)化求解原理圖；圖1 中
權(quán)利要求1. 一種電極控制器，其特征在于，包括硬件部分；硬件部分，包括原邊電壓變送器、原邊電流變送器、副邊電壓變送器、PCI插槽高速數(shù)據(jù)采集卡、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊卡和工控機(jī)；所述的PCI插槽高速數(shù)據(jù)采集卡包括Al卡和AO卡；原邊三相電壓信號(hào)輸入至原邊電壓變送器，原邊電壓變送器包括，每路輸入為 AC-100疒100V，輸出為AC-10疒10V，原邊電壓變送器用于原邊電壓信號(hào)的變換；原邊三相電流信號(hào)輸入至原邊電流變送器，原邊電流變送器包括3路，每路輸入為AC-10A 10A，輸出為AC-10疒10V，原邊電流變送器用于原邊電流信號(hào)的變換；副邊三相電壓信號(hào)輸入至副邊電壓變送器，副邊電壓變送器包括3路，每路輸入為AC-100疒100V，輸出為AC-10V 10V，副邊電壓變送器用于副邊電壓信號(hào)的變換；原邊電壓變送器、原邊電流變送器、副邊電壓變送器分別通過(guò)信號(hào)連接線連接Al卡連接底板，Al卡連接底板通過(guò)Al卡信號(hào)連接電纜連接Al卡，Al卡連接底板為輸入信號(hào)連接端子；原邊電壓變送器、原邊電流變送器、副邊電壓變送器變換后的電壓輸出信號(hào)和副邊三相電流信號(hào)通過(guò)輸出至Al卡，Al卡實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集；副邊三相電流信號(hào)為三相大電流檢測(cè)線圈轉(zhuǎn)換輸出的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)AC-1OflOV ；Al卡安裝在工控機(jī)中，Al卡將采集的模擬電壓信號(hào)、電流信號(hào)，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，即電壓電流離散信號(hào)，輸出至工控機(jī)內(nèi)軟件部分的基本電參數(shù)計(jì)算模塊模塊，軟件部分對(duì)Al卡采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后得到控制信號(hào)，輸出至AO卡；AO卡通過(guò)AO卡信號(hào)連接電纜連接AO卡輸出端子盒,AO卡輸出端子盒通過(guò)控制信號(hào)輸出線連接比例閥放大板；AO卡將控制信號(hào)即數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，輸出至比例閥放大板，實(shí)現(xiàn)對(duì)電極的升降運(yùn)動(dòng)控制；以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊卡安裝在工控機(jī)中，以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊卡通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接線連接交換機(jī)， 通過(guò)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊卡，得到外部系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)及模擬量信號(hào)，將外部信號(hào)據(jù)輸出給軟件部分的通訊處理模塊；通過(guò)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊卡把綜合處理模塊計(jì)算的電參數(shù)及功率優(yōu)化檔位發(fā)送到外部系統(tǒng)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種電極控制器，包括硬件部分和軟件部分；硬件部分，包括原邊電壓變送器、原邊電流變送器、副邊電壓變送器、PCI插槽高速數(shù)據(jù)采集卡、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊卡和工控機(jī)；軟件部分，包括基本電參數(shù)計(jì)算模塊、高壓大電流信號(hào)存儲(chǔ)處理模塊、二次短網(wǎng)參數(shù)計(jì)算模塊、人機(jī)界面、電流設(shè)定檔位優(yōu)化模塊、通訊處理模塊、綜合數(shù)據(jù)處理模塊、恒弧流PID控制模塊、恒阻抗PID控制模塊、智能PID控制模塊、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制模塊、綜合處理模塊和延遲特性處理模塊；本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)功率設(shè)定優(yōu)化、有利于節(jié)能和減少電極損耗；本實(shí)用新型提高冶煉過(guò)程中弧流的穩(wěn)定性，消除由于液壓系統(tǒng)存在的延遲可能會(huì)發(fā)生“超調(diào)”從而引發(fā)的振蕩現(xiàn)象。
文檔編號(hào)H05B7/148GK202857033SQ201220543270
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者陶百生, 溫羅明, 李金峰, 付佳, 童年, 孫聞革 申請(qǐng)人:遼寧金自天正智能控制有限公司, 北京金自天正智能控制股份有限公司