萬噸黃磷電爐自動化操作控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了萬噸黃磷電爐自動化操作控制系統(tǒng)，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(tǒng)、二次電量采集系統(tǒng)、電極夾持器位置數(shù)據(jù)采集、電極限位狀態(tài)采集、液壓系統(tǒng)狀態(tài)采集、爐變參數(shù)采集、高壓柜參數(shù)采集，報警及連鎖控制、爐變報警狀態(tài)采集及報警、電極側(cè)傾狀態(tài)采集、下料檢測及控制、緊急電極提升控制、現(xiàn)場參數(shù)監(jiān)控顯示模塊、電機動作控制模塊、短網(wǎng)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(fā)明的有益效果是通過黃磷電爐智能電爐控制系統(tǒng)可節(jié)約黃磷安全生產(chǎn)、方便控制。
【專利說明】萬噸黃磷電爐自動化操作控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于黃磷生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及萬噸黃磷電爐自動化操作控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]黃磷電爐是黃磷冶煉企業(yè)的重點熔煉設(shè)備，能源消耗非常大，占企業(yè)電能的60 %?70 %，在企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)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(yè)有著極為重要的意義。
[0003]國內(nèi)黃磷冶煉生產(chǎn)一直沿用人工手動操作的方法進行生產(chǎn)，電流、電壓始終處于不平穩(wěn)狀態(tài)，無法及時發(fā)現(xiàn)冶煉電極傾斜，造成電極折斷，能源消耗大，生產(chǎn)過程危險系數(shù)大，容易發(fā)生人員傷害。
[0004]本發(fā)明對黃磷電爐進行了全系統(tǒng)的自動化控制優(yōu)化設(shè)計。項目實施完成后通過黃磷電爐智能電爐控制系統(tǒng)可節(jié)約黃磷安全生產(chǎn)、方便控制、減少人員開支、降低生產(chǎn)維護費用、節(jié)能降耗、提高企業(yè)形象、增加無形資產(chǎn)，使黃磷生產(chǎn)形成控管一體化系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供萬噸黃磷電爐自動化操作控制系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有萬噸黃磷生產(chǎn)線生產(chǎn)過程危險性大的問題。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)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(tǒng)、二次電量采集系統(tǒng)、電極夾持器位置數(shù)據(jù)采集、電極限位狀態(tài)采集、液壓系統(tǒng)狀態(tài)采集、爐變參數(shù)采集、高壓柜參數(shù)采集，報警及連鎖控制、爐變報警狀態(tài)采集及報警、電極側(cè)傾狀態(tài)采集、下料檢測及控制、緊急電極提升控制、現(xiàn)場參數(shù)監(jiān)控顯示模塊、電機動作控制模塊、短網(wǎng)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(fā)明的有益效果是通過黃磷電爐智能電爐控制系統(tǒng)可節(jié)約黃磷安全生產(chǎn)、方便控制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明自動化操作控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0010]本發(fā)明如圖1所示，包括采集系統(tǒng)和控制系統(tǒng)、和報警系統(tǒng)，采集系統(tǒng)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(tǒng)，進而控制各部件運行，并且輸出告警信息以警示系統(tǒng)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(tǒng)2、二次電量采集系統(tǒng)
3、電極夾持器位置數(shù)據(jù)采集4、電極限位狀態(tài)采集5、液壓系統(tǒng)狀態(tài)采集6、爐變參數(shù)采集7、高壓柜參數(shù)采集8，報警及連鎖控制9、爐變報警狀態(tài)采集及報警10、電極側(cè)傾狀態(tài)采集11、下料檢測及控制12、緊急電極提升控制13、現(xiàn)場參數(shù)監(jiān)控顯示模塊14、電機動作控制模塊15、短網(wǎng)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(tǒng)2:—次電量全部信息均由開關(guān)站用以太網(wǎng)定時傳送到電爐操作室。通過本采集單元，能完整實時監(jiān)視到一次側(cè)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(tǒng)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(jiān)視到二次側(cè)全部電量，進而為爐內(nèi)電極運行情況提供直接和間接的數(shù)據(jù)，為自動配電系統(tǒng)提供必要的實時數(shù)據(jù)，是電極升降控制的主要參考。
[0014]電極夾持器位置數(shù)據(jù)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(tài)采集5:電極位置狀態(tài)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(tài)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(diào)試、接放電極以及其它需要的時候，系統(tǒng)將取消這個連鎖功能，有關(guān)人員將在不受限制的情況下繼續(xù)操作。
[0016]液壓系統(tǒng)狀態(tài)采集6對液壓系統(tǒng)運行狀態(tài)、液位面進行數(shù)據(jù)采集。
[0017]爐變參數(shù)采集7:本功能是完全服務(wù)于爐變正常生產(chǎn)需要。7個主要報警因數(shù)中任何一個事件發(fā)生時，系統(tǒng)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(shù)采集8采集高壓柜的電壓參數(shù)。
[0019]爐變報警狀態(tài)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(cè)傾狀態(tài)采集11:電極側(cè)傾系統(tǒng)是一個解決爐前常見而重要的事實:電極側(cè)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(cè)傾帶來的生產(chǎn)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(tài)為三個拉力兩兩之間的差值都在設(shè)定的范圍內(nèi)，任何時候兩兩之間的差值超出設(shè)定值，系統(tǒng)將給出強烈報警?？紤]到會有需要繼續(xù)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
J Li ο
[0021]下料檢測及控制12:下料監(jiān)測及控制是為了解決下料管中混合料下行不暢的監(jiān)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(jiān)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(xù)送電但同時又要減小輸入爐內(nèi)功率而專門設(shè)計的。本功能設(shè)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(tǒng)才會進入自動調(diào)節(jié)模式。
[0023]電極升降控制15:電極升降控制是本自動配電系統(tǒng)的核心，其最終結(jié)果是體現(xiàn)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(guān)注包括:
[0024]1、微失衡狀態(tài)控制；
[0025]2、大失衡狀態(tài)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(jīng)典的自動控制、先進的模糊邏輯控制和現(xiàn)代神經(jīng)元方法的結(jié)合實現(xiàn)。在我們的控制策略中，這些方法有機結(jié)合在一起，根據(jù)實際爐況采取的是分時策略和應(yīng)用，并建立了策略選用有限表，使得各種工況都能在優(yōu)選的策略下保持正常的送電生產(chǎn)。對于生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的特殊工況如出渣、塌料和不導(dǎo)電情況，我司的控制系統(tǒng)將會分別優(yōu)先選擇總功率與分相功率控制策略，這里的一個主要依據(jù)是入爐總功率和分相功率全面下降的情況；因為黃磷爐內(nèi)發(fā)生失相的情況極少，塌料往往表現(xiàn)在一相或者多項的電流和電壓的急劇變化，而剩余相繼續(xù)相間干擾模式；不導(dǎo)電則主要表現(xiàn)在電極操作達到一定的節(jié)拍后電流電壓的較小變化。整個送電過程平穩(wěn)。目前已經(jīng)做到的了正常生產(chǎn)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(xiàn)場參數(shù)監(jiān)控顯示模塊14:現(xiàn)場參數(shù)是將通過將計算機系統(tǒng)采集到的全部數(shù)據(jù)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(shù)將通過聲、光等方式現(xiàn)在GGD柜面板上。需要記錄的參數(shù)包括有71個開關(guān)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(shù)據(jù)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(guān)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(tài):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(wǎng)水溫度:含6個短網(wǎng)銅管水溫度。
[0037]?短網(wǎng)水閥:含12個銅管水閥開關(guān)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(tài)信號。
[0041]籲電極液壓系統(tǒng):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(tài)、6個放松狀態(tài)和6個油泵油壓開關(guān)信號。
[0044]控制系統(tǒng)工作原理:及時為各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供數(shù)據(jù)，將有利于在生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)加強質(zhì)量控制，操作人員根據(jù)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(qū)以數(shù)字的形式輸入智能電爐控制系統(tǒng)的計算機中，計算機控制系統(tǒng)將自動、適時地檢測實際現(xiàn)場的參數(shù)值(電壓、電流)，通過Α/D轉(zhuǎn)換后與設(shè)定值進行比較，根據(jù)內(nèi)置的專用黃磷爐優(yōu)化控制數(shù)字模型和所設(shè)定的參數(shù)進行分析、判斷，然后計算機快速地發(fā)出一組指令給控制液壓系統(tǒng)，各組控制液壓系統(tǒng)將相應(yīng)的指令通過控制液壓系統(tǒng)電磁閥換向來實現(xiàn)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(yōu)化狀態(tài)的范圍之內(nèi)，實現(xiàn)系統(tǒng)恒流控制。
[0045]智能電爐控制系統(tǒng)功能特點:內(nèi)部以高速CPU為核心的智能檢測調(diào)控系統(tǒng)模塊和優(yōu)化的監(jiān)控軟件。針對大電流、惡劣工業(yè)環(huán)境，采用工業(yè)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(shù)量身定制，精心系統(tǒng)配置，優(yōu)化內(nèi)部參數(shù)設(shè)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(wǎng)，可實現(xiàn)多臺電弧爐聯(lián)網(wǎng)調(diào)控、管理。智能電爐控制系統(tǒng)技術(shù)參數(shù):電極上、下方向變換反應(yīng)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(tǒng)節(jié)電原理:從礦熱爐還原反應(yīng)的基本條件可知，爐料預(yù)熱、熔化(造渣)過程是還原反應(yīng)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(yīng)的另一必要條件。如何控制電弧功率一既配熱系數(shù)，做到爐料預(yù)熱、熔化(造渣)和還原速度的均衡是本系統(tǒng)要達到的目的?？梢缘玫降挠杏眯盘栔挥谢骸⒒×?、有功功率和功率因數(shù)，仔細分析可知:弧流信號是爐內(nèi)各種變化量的函數(shù)。當電極靜止不動時，爐內(nèi)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(guān)鍵，如何控制電極在我們希望的位置是問題的一個關(guān)鍵。我們推出的智能電爐控制系統(tǒng)就是一種能自動識別爐料預(yù)熱、熔化和還原狀況，并能據(jù)此穩(wěn)定控制電極在最佳位置的專家系統(tǒng)。對于黃磷冶煉，萬噸黃磷電爐自動化操作控制系統(tǒng)能夠依據(jù)焦碳層和渣層的狀態(tài)，自動調(diào)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(nèi)，以使主供電回路保持較高的電效率。為避免電極震蕩，系統(tǒng)還對控制系統(tǒng)設(shè)有“死區(qū)”不調(diào)節(jié)功能。
[0047]智能電爐控制系統(tǒng)的特點:本系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)控制理論的束縛，用獨創(chuàng)的智能信號識別技術(shù)，依據(jù)爐內(nèi)預(yù)熱、熔料(造渣)和還原反應(yīng)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(tài)。
[0048]系統(tǒng)運行時，依據(jù)爐內(nèi)還原反應(yīng)的狀態(tài)變化，適時識別焦碳層熔融體料層的變化，自動調(diào)整電極位置，從而調(diào)整爐料預(yù)熱和熔化速度，使其和還原速度相匹配，以此達到增產(chǎn)節(jié)電的目的。遇到爐料缺碳或富碳時，系統(tǒng)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(tǒng)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(wǎng)和供電系統(tǒng)；三相功率平衡度提高使功率因數(shù)有所提聞。
[0049]計算機爐變保護系統(tǒng):
[0050]?電爐變壓器系統(tǒng)保護采用一體化計算機保護方案。主要內(nèi)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(jiān)測數(shù)據(jù)集中到管理系統(tǒng)，為提高長期保護水平，預(yù)先防止故障提供第一手的數(shù)據(jù)和手段。
[0051]?計算機爐變保護系統(tǒng)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(tài)提供第一手的數(shù)據(jù)，為提高爐變效率、平穩(wěn)化變壓器工作過程、延長變壓器壽命提供工藝決策數(shù)據(jù)。
[0052]?專用的爐變保護裝置還配備了一套專用爐變過程監(jiān)視微機系統(tǒng)，用可靠的工業(yè)計算機通過圖形化、數(shù)字等手段全程監(jiān)視爐變工作狀況，進一步提高了黃磷電爐的穩(wěn)定生產(chǎn)。
[0053]黃磷電爐智能電爐控制系統(tǒng)整體效益:
[0054]?通過安裝黃磷智能電爐控制系統(tǒng)的項目改造后，產(chǎn)品在節(jié)省電費支出的情況下，提高了生產(chǎn)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(chǎn)率，達到節(jié)能降耗、延長爐齡的目的。
[0055]?設(shè)備故障率降低帶來維護費用支出的減少
[0056]?設(shè)備故障率降低帶來生產(chǎn)產(chǎn)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(fā)明的較佳實施方式而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)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(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.萬噸黃磷電爐自動化操作控制系統(tǒng)，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(tǒng)(2)、二次電量采集系統(tǒng)(3)、電極夾持器位置數(shù)據(jù)采集(4)、電極限位狀態(tài)采集(5)、液壓系統(tǒng)狀態(tài)采集(6)、爐變參數(shù)采集(7)、高壓柜參數(shù)采集(8)，報警及連鎖控制(9)、爐變報警狀態(tài)采集及報警(10)、電極側(cè)傾狀態(tài)采集(11)、下料檢測及控制(12)、緊急電極提升控制(13)、現(xiàn)場參數(shù)監(jiān)控顯示模塊(14)、電機動作控制模塊(15)、短網(wǎng)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(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)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