【正文】 1 1112132222333LFZUMF230。246。230。246。D247。247。231。231。=180。D232。248。248。232。（） 1 112132 233 3I LK246。246。231。231。247。247。180。D232。248。248。232。（） 電極工作原理及性能要求 工作原理電極自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要由電壓電流的測量比較環(huán)節(jié)、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行機構(gòu)組成。執(zhí)行機構(gòu)分為機電式電極升降裝置和液壓式電極升降裝置。機電式電極升降裝置一般用于中小容量的電弧爐，而液壓式電極升降裝置一般用于大型電弧爐。超高功率電弧爐常用液壓式電極升降裝置。互感器液壓缸 比例閥電極調(diào)節(jié)器 V WU鋼包電極 液壓式電極調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)原理液壓式電極調(diào)節(jié)器的工作原理是取自電流互感器的電弧電流信號和取自電極與爐底之間的電弧電壓信號經(jīng)整流、濾波后，進(jìn)入電極調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，其控制變量輸入電液比例閥的電磁線圈。當(dāng)弧長小于給定值時，電弧電流大于給定值，比例閥輸出的電氣信號使液壓系統(tǒng)帶動電極上升；當(dāng)電弧電流重新達(dá)到設(shè)定值時，電氣信號使比例閥回到中間位置，電極停止移動。反之，當(dāng)弧長大于給定值時，電弧電流小于給定值，比例閥輸出的電氣信號使液壓系統(tǒng)帶動電極下降，電極上升和下降的速度取決于比例閥閥門的開度，即電氣信號的大小。電弧爐電極調(diào)節(jié)器也叫電極位置控制器，從供電系統(tǒng)取得電流、電壓反饋信號，按照相應(yīng)的控制策略進(jìn)行控制計算，通過計算出的控制結(jié)果來調(diào)節(jié)電極位置。調(diào)節(jié)性能好的調(diào)節(jié)器對隨機干擾反應(yīng)快，平穩(wěn)調(diào)節(jié)，可以縮短熔煉時間，提高電弧爐的生產(chǎn)效率。 性能要求電極調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)條件和調(diào)節(jié)任務(wù)頗為復(fù)雜。在點弧熔化冷料時，數(shù)毫米長的電弧在不大的爐膛范圍內(nèi)，就能產(chǎn)生數(shù)千千瓦的功率，此時電弧溫度高達(dá)幾千度，爐底的廢鋼料在電極的作用下迅速而激烈的熔化、飛濺，時有短路和斷弧現(xiàn)象的發(fā)生，影響弧長、輸入功率的不斷變化。當(dāng)電弧電流小于設(shè)定值時，輸入到爐內(nèi)的電能減少，熔化時間延長，電能及電極的消耗量均有增加。而當(dāng)電弧電流突然非常大時，雖然幾秒鐘，就使線路損耗大大增加，導(dǎo)致輸入電弧爐內(nèi)的電能減少，降低了設(shè)備的各項指標(biāo)。而此時電弧的弧長非常短，當(dāng)電極同沸騰的熔液接觸時，會使熔液有增碳(電極材料主要為石墨)的危險，嚴(yán)重時可折斷電極。因此電弧爐電極調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用非常關(guān)鍵，即在保證穩(wěn)定調(diào)節(jié)的情況下，要求電極調(diào)節(jié)器靈敏度高，響應(yīng)快，超調(diào)量小。具體要求有:（1）高靈敏度:對電弧電流變化的反應(yīng)要靈敏，可以用非靈敏區(qū)來衡量。非靈敏區(qū)是指當(dāng)電極調(diào)節(jié)量發(fā)生變化時，電極仍保持靜止的整個區(qū)間。通常用不感系數(shù)表示調(diào)節(jié)器非靈敏區(qū)的大小。不感系數(shù)是執(zhí)行機構(gòu)開始向兩個方向動作時的被調(diào)量之差與其算術(shù)平均值之比的百分?jǐn)?shù)；（2）電極調(diào)節(jié)響應(yīng)快:電極提升速度要快，否則容易造成短路而使高壓斷路器自動跳閘；電極下降速度要慢，以免電極碰撞爐料而折斷或插入熔液里；（3）電弧電流在額定值的30—125%的范圍內(nèi)平穩(wěn)調(diào)整；（4）電極同爐料接觸發(fā)生短路時，在保證電弧穩(wěn)定的前提下，應(yīng)使電極以最大速度上升；（5）電極控制能迅速地從自動切換為手動，或由手動切換為自動；（6）電弧爐通電時，電極調(diào)節(jié)器可以自動燃??；（7）調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)工作高度可靠，操作簡單；（8）三相電極的平衡性及相互間的影響要小。由于爐內(nèi)廢鋼的放置是不均勻的，因而三相電極之間也是不平衡的，同時三相電極之間存在相互的影響；（9）具有抗參數(shù)時變的能力，即魯棒性好。在各項性能要求中，電極的調(diào)節(jié)響應(yīng)快可以提高電弧功率的平均值、功率因數(shù)和電效率，改善電氣設(shè)備的工作條件，同時有利于減少電極對熔液增碳的影響。高靈敏度不僅能以高準(zhǔn)確度來維持每相電弧功率相等，而且能改善各項性能指標(biāo)。三相電極的平衡性技術(shù)是三相電弧爐控制系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵，某相電流的變化都會引起其它兩相電流的變化，這樣就要重新調(diào)節(jié)，反復(fù)多次才能使三相電流回到正常范圍內(nèi)，從而增大了電極及其設(shè)備的損耗。 傳動系統(tǒng)的建模液壓式電極傳動系統(tǒng)的傳遞函數(shù)主要有：（1） 比例閥執(zhí)行環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：()1GsK=式中： —比例系數(shù)。（2） 液壓系統(tǒng)傳遞函數(shù)為： ()23Ss()22nsswx=+式中： —阻尼系數(shù)； —固有頻率。nxn（3） 速度與位置積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為： ()23KGSs式中： —比例系數(shù)。2第四章 電弧爐控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計電弧爐PLC控制系統(tǒng)構(gòu)成由工控機作為上位機監(jiān)控站，和PLC作為下位機構(gòu)成的一個二級計算機監(jiān)控系統(tǒng)。下位機構(gòu)成基礎(chǔ)控制級，承擔(dān)電弧爐各個設(shè)備運行狀態(tài)的實時采集和過程、邏輯控制任務(wù)。上位機構(gòu)成管理監(jiān)控機，可配置兩套，互為備用。通過與PLC點對點通信獲得實時數(shù)據(jù)，監(jiān)控整個電爐設(shè)備的運行狀態(tài)，以及電爐冶煉過程中的各個量的變化趨勢、故障報警、生產(chǎn)與消耗報表等。電弧爐PLC1邏輯控制部分，由一個基本安裝機架和一個本地擴展安裝機架組成。在基本安裝機架上安裝有CPU42Z模塊一塊，基本I/O輸入模塊ID212CH八塊，電源模塊PA204S一塊，在本地擴展安裝機架上安裝有基本I/O輸出模塊OC225CH四塊，電源模塊PA204S一塊。承擔(dān)電爐125點開關(guān)量的輸入和46點開關(guān)量的輸出 [11]。 變壓器保護(hù)變壓器保護(hù)包括過流、油溫過高、重瓦斯、輕瓦斯、有載開關(guān)重瓦斯、施壓器動作，2冷卻器全停、變壓器油位過低過高。并將這些實時狀態(tài)通過I/O輸入輸出端口送入PLC，實現(xiàn)PLC自動檢測與記錄，同時，PLC還檢測和記錄高壓操作斷路器的跳、合閘狀態(tài)。通過PLC軟件功能，油I/O輸入輸出端口發(fā)出事故音響預(yù)告、燈光預(yù)告指示和高壓跳閘。當(dāng)變壓器發(fā)生過流、重瓦斯、有載開關(guān)重瓦斯、總進(jìn)水壓力低，2冷卻器全停故障時，以及在爐體18176。傾體出鋼時，變壓器高壓斷路器跳閘繼電器動作，并作用于高壓操作斷路器跳閘回路，對變壓器進(jìn)行保護(hù)。，示，高壓 （ 操作斷路器處 ） 過流高壓 （ 線路斷路器處 ） 過流變壓器重瓦斯有載開關(guān)重瓦斯總進(jìn)水壓力低爐體 1 8 176。 出鋼1 ， 2 冷卻器全停高壓 （ 操作斷路器處 ） 過流變壓器輕瓦斯高壓 （ 線路斷路器處 ） 過流釋壓器動作變壓器重瓦斯油溫過高有載開關(guān)重瓦斯1 冷卻器全停2 冷卻器全停變壓器油位低變壓器油位高0 0 1 0 40 1 1 0 0高壓跳閘變壓器事故0 0 2 0 30 0 2 0 40 0 2 0 60 0 2 0 80 0 0 0 20 0 3 0 80 0 2 1 00 0 2 1 10 0 2 0 30 0 2 0 5 0 0 2 0 40 0 2 0 70 0 2 0 60 0 2 0 90 0 2 1 10 0 2 0 80 0 2 1 40 0 2 1 50 0 2 1 0 變壓器保護(hù)梯形圖變壓器二次過流變壓器一次過流變壓器輕瓦斯變壓器重瓦斯釋壓器動作有載開關(guān)重瓦斯油溫過高1 冷卻器全停2 冷卻器全停高壓分閘高壓合閘P +D C 2 4 V0 0 0 0 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 C O MP L C 輸入端口 2 P 3 K S 1 K CP S 1P S 2 P S 3 P S 4 P S 5 T L 1 T L 2 H P 1 Q F H P 1 Q F PLC輸入I/O端口原理圖P L C 輸出端口 （ 0 1 ）變壓器事故事故總音響高壓跳閘0 0 0 0 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 D C 2 4 VP +事故總音響 高壓跳閘0 1 5 C O MP H AK A 4 3 K A 4 2N3 W 2 PLC輸出端口原理 液壓站控制液壓由3臺高壓油泵22kW；；一臺M7水泵3kW；1臺空氣壓縮機11kW；1儲液箱；一組40t電路控制閥站；2個高壓蓄能罐(一個氣罐，一個液罐，二者串接)及油路所組成。正常情況下，PLC自動控制高壓油泵（2開1備）將主油箱的工作油打入高壓蓄能罐。高壓卸荷及高壓罐投入工作全部自動控制。高壓蓄能罐由5個檔位的液位指示送入PLC系統(tǒng)，當(dāng)液壓系統(tǒng)過壓時（壓力超過45MPa）或液位到達(dá)E1時，高壓油泵卸荷；當(dāng)液位在E2—E1之間時（相當(dāng)于壓力在48MPa—52MPa之間），只有一臺高壓油泵工作；當(dāng)液位在E3—E2之間時（相當(dāng)于壓力在46MPa—48MPa之間）,2臺高壓油泵同時工作；當(dāng)液位下降到E4時，認(rèn)為液壓系統(tǒng)有泄漏，此時，全部停泵，同時，電磁閥Y4得電，打開高壓蓄能罐打開閥，檢查油路故障。冷卻水泵和攪拌水泵分別用于主油箱的冷卻和攪拌。攪拌泵為手動控制；冷卻泵為手動或自動兩種控制方式，當(dāng)主油箱溫度超過預(yù)定設(shè)定值T1時，則電接點溫度計接點閉合。自動啟動冷卻水泵循環(huán)冷卻工作油，當(dāng)主油箱溫度下降到低限值T2時自動停泵。M7水泵用于將儲液箱的回油打入主油箱，既可手動又可自動控制，當(dāng)儲液箱為高液位L3或主油箱未達(dá)到高液位L1時，自動啟動M7水泵，當(dāng)儲液箱為低液位L4或主油箱為高液位L1時，M7自動停泵?？諌簷C控制分為手動控制和自動控制兩種方法。用于高壓蓄能罐的充氣，以保證高壓蓄能罐壓力充足。根據(jù)以上要求，以及40t電弧爐液壓動力源動作，可編制液壓站PLC控制軟件功能梯形圖（,），PLC輸入端口接線原理圖（,，,所示），PLC輸出端口接線原理圖（）。0 0 7 0 00 0 7 0 0 0 0 7 0 2 0 0 6 0 90 1 6 0 30 0 5 0 70 1 7 0 0 0 1 6 0 0 0 0 5 0 80 1 7 0 10 1 6 0 1 0 0 5 0 80 1 7 0 20 1 6 0 2 0 0 5 0 80 1 7 0 30 1 6 0 0 0 0 5 0 7 0 1 7 0 40 1 6 0 1 0 0 5 0 7 0 1 7 0 50 1 6 0 2 0 0 5 0 7 0 1 7 0 60 0 5 1 0 0 1 7 0 70 0 7 0 10 0 5 1 0 0 1 7 0 80 0 7 0 30 0 7 0 5 0 0 5 1 0 0 1 7 0 90 1 7 0 90 1 7 0 80 1 7 0 7 0 0 5 0 80 1 7 0 60 0 5 0 80 1 7 0 50 0 5 0 8 0 1 7 0 40 0 5 0 90 1 7 0 30 0 5 0 90 1 7 0 20 0 5 0 9 0 1 7 0 10 0 5 0 80 0 7 0 00 0 5 0 80 0 7 0 40 0 7 0 40 0 7 0 2 0 1 6 0 30 1 6 0 20 1 6 0 10 1 6 0 0 0 0 5 0 6 0 0 7 0 0T 0 2 4 0 1 6 0 2 0 0 5 1 20 0 5 1 10 0 7 1 00 0 5 0 5 0 1 7 1 00 1 7 0 7 0 0 5 0 60 1 7 1 1 0 1 7 0 20 1 7 0 40 1 7 0 50 1 7 0 0 0 0 5 0 50 1 6 0 3 0 0 5 0 6 0 0 7 0 10 1 7 1 00 1 7 1 1T 0 1 6 T 0 2 40 1 7 1 0 0 1 4 0 7 0 1 4 0 0 0 0 5 0 6 0 0 7 0 2T 0 2 5 0 0 5 1 30 1 6 0 10 0 5 1 10 1 7 1 20 0 5 0 5 0 1 7 1 20 1 7 0 8 0 0 5 0 60 1 7 1 30 1 7 0 10 1 7 0 40 1 7 0 60 1 7 0 00 1 6 0 30 0 7 0 30 0 5 0 5 0 0 5 0 6T I MT 0 1 6 0 0 3 0 1T I MT 0 1 6 0 0 3 0 1T I MT 0 1 6 0 0 3 0 1T I MT 0 1 6 0 0 3 0 10 1 7 1 20 1 7 1 30 1 7 1 2 0 1 4 0 1 0 1 4 0 8T 0 1 7 T 0 2 5 液壓站PLC控制軟件功能梯形圖10 0 6 0 40 0 7 1 2 0 0 5 0 5 0 0 5 0 60 1 4 1 00 0 6 0 00 0 6 0 1 0 0 6 0 20 0 6 0 30 0 6 0 4