万吨黄磷电炉自动化操作控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了万吨黄磷电炉自动化操作控制系统，包括中心处理器，中心处理器分别通过电路连接一次电量采集系统、二次电量采集系统、电极夹持器位置数据采集、电极限位状态采集、液压系统状态采集、炉变参数采集、高压柜参数采集，报警及连锁控制、炉变报警状态采集及报警、电极侧倾状态采集、下料检测及控制、紧急电极提升控制、现场参数监控显示模块、电机动作控制模块、短网运行控制、下料管电锤控制、电极夹持器控制、电极升降控制和综合报警模块。本发明的有益效果是通过黄磷电炉智能电炉控制系统可节约黄磷安全生产、方便控制。
【专利说明】万吨黄磷电炉自动化操作控制系统
【技术领域】
[0001]本发明属于黄磷生产【技术领域】，涉及万吨黄磷电炉自动化操作控制系统。
【背景技术】
[0002]黄磷电炉是黄磷冶炼企业的重点熔炼设备，能源消耗非常大，占企业电能的60 %?70 %，在企业产品生产成本中最高可达75 %以上，降低黄磷电炉的能耗，改善黄磷电炉的综合能效对企业有着极为重要的意义。
[0003]国内黄磷冶炼生产一直沿用人工手动操作的方法进行生产，电流、电压始终处于不平稳状态，无法及时发现冶炼电极倾斜，造成电极折断，能源消耗大，生产过程危险系数大，容易发生人员伤害。
[0004]本发明对黄磷电炉进行了全系统的自动化控制优化设计。项目实施完成后通过黄磷电炉智能电炉控制系统可节约黄磷安全生产、方便控制、减少人员开支、降低生产维护费用、节能降耗、提高企业形象、增加无形资产，使黄磷生产形成控管一体化系统。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供万吨黄磷电炉自动化操作控制系统，解决了现有万吨黄磷生产线生产过程危险性大的问题。
[0006]本发明所采用的技术方案是包括中心处理器，中心处理器分别通过电路连接一次电量采集系统、二次电量采集系统、电极夹持器位置数据采集、电极限位状态采集、液压系统状态采集、炉变参数采集、高压柜参数采集，报警及连锁控制、炉变报警状态采集及报警、电极侧倾状态采集、下料检测及控制、紧急电极提升控制、现场参数监控显示模块、电机动作控制模块、短网运行控制、下料管电锤控制、电极夹持器控制、电极升降控制和综合报警模块。
[0007]本发明的有益效果是通过黄磷电炉智能电炉控制系统可节约黄磷安全生产、方便控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明自动化操作控制系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0009]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0010]本发明如图1所示，包括采集系统和控制系统、和报警系统，采集系统通过中心处理器I将采集信号进行处理后，输出控制指令给控制系统，进而控制各部件运行，并且输出告警信息以警示系统的问题需要及时处理，以免造成损失。
[0011]具体的，中心处理器I分别通过电路连接一次电量采集系统2、二次电量采集系统
3、电极夹持器位置数据采集4、电极限位状态采集5、液压系统状态采集6、炉变参数采集7、高压柜参数采集8，报警及连锁控制9、炉变报警状态采集及报警10、电极侧倾状态采集11、下料检测及控制12、紧急电极提升控制13、现场参数监控显示模块14、电机动作控制模块15、短网运行控制16、下料管电锤控制17、电极夹持器控制18、电极升降控制19和综合报警模块20。
[0012]一次电量采集系统2:—次电量全部信息均由开关站用以太网定时传送到电炉操作室。通过本采集单元，能完整实时监视到一次侧全部电量，及时为操作提供最直接的参考。图形化的界面使操作人员一目了然。
[0013]二次电量采集系统3:二次电量采集全部的电量信息，含三相电压Ua、Ub、Uc，三相电流la、lb、Ic的真有效值，频率F，正反向有功功率P，正反向无功功率Q，正反向功率因素cosc>,正反向有功电量与正反向无功电量。通过本采集单元,能完整实时监视到二次侧全部电量，进而为炉内电极运行情况提供直接和间接的数据，为自动配电系统提供必要的实时数据，是电极升降控制的主要参考。
[0014]电极夹持器位置数据采集4:电极夹持器位置采用图形化显示，由液压电极供货方提供信号，操作界面按实际标尺比例显示。
[0015]电极限位状态采集5:电极位置状态报警与电极位置是两个不同的方面，这里专指液压电极升降控制单元的上下限状态的采集和保护连锁控制。当电极升降位置达到上极限或者下极限的时候，通过计算机的所有动作将被连锁，拒绝不恰当动作命令。但在需要进行炉前电极调试、接放电极以及其它需要的时候，系统将取消这个连锁功能，有关人员将在不受限制的情况下继续操作。
[0016]液压系统状态采集6对液压系统运行状态、液位面进行数据采集。
[0017]炉变参数采集7:本功能是完全服务于炉变正常生产需要。7个主要报警因数中任何一个事件发生时，系统将及时通过声、光和计算机显示为操作人员提供多种提示。必要的时候，可以将这些信号与高压分闸和合闸进行连锁操作。目的只有一个:保护黄磷炉最核心的能源部件。
[0018]高压柜参数采集8采集高压柜的电压参数。
[0019]炉变报警状态采集及报警10对高温炉中超温、速断、过流、轻瓦斯、重瓦斯、过载、油位信息进行报警。
[0020]电极侧倾状态采集11:电极侧倾系统是一个解决炉前常见而重要的事实:电极侧倾时必须提示或者强制操作人员采取合适的措施以避免因电极侧倾带来的生产事故。本功能的核心是每条电极安装三个位置对称的吊装拉力点，初始状态为三个拉力两两之间的差值都在设定的范围内，任何时候两两之间的差值超出设定值，系统将给出强烈报警。考虑到会有需要继续送电操作的情况，本报警功能建议不要直接连锁到电极动作或者送电控制单
J Li ο
[0021]下料检测及控制12:下料监测及控制是为了解决下料管中混合料下行不畅的监测与控制而引入的。其基本思想是在下料管的合适位置安装贴片热电阻，通过监测温度的方式来确定管中空心化的程度，并在指定的时候使用气锤敲打下料管疏通混合料的进入。
[0022]紧急电极提升控制13:本功能是为了解决电极水封处冒火等需要继续送电但同时又要减小输入炉内功率而专门设计的。本功能设计了一个专门的按钮，按下时，6条电极同时上升，放开后，电极保持不动，只有在按下“进入自动”按钮后系统才会进入自动调节模式。
[0023]电极升降控制15:电极升降控制是本自动配电系统的核心，其最终结果是体现在电极的升降策略，以期达到快速的送电配平目的，其核心关注包括:
[0024]1、微失衡状态控制；
[0025]2、大失衡状态控制；
[0026]3、缺相控制；
[0027]4、相序变化控制；
[0028]5、总功率与分相功率控制。
[0029]这些控制方法是经典的自动控制、先进的模糊逻辑控制和现代神经元方法的结合实现。在我们的控制策略中，这些方法有机结合在一起，根据实际炉况采取的是分时策略和应用，并建立了策略选用有限表，使得各种工况都能在优选的策略下保持正常的送电生产。对于生产过程中经常出现的特殊工况如出渣、塌料和不导电情况，我司的控制系统将会分别优先选择总功率与分相功率控制策略，这里的一个主要依据是入炉总功率和分相功率全面下降的情况；因为黄磷炉内发生失相的情况极少，塌料往往表现在一相或者多项的电流和电压的急剧变化，而剩余相继续相间干扰模式；不导电则主要表现在电极操作达到一定的节拍后电流电压的较小变化。整个送电过程平稳。目前已经做到的了正常生产的全时间自动过程，几乎无需操作工介入，满足了自动率指标。
[0030]现场参数监控显示模块14:现场参数是将通过将计算机系统采集到的全部数据用合适的展示界面显示在计算机显示屏上。一些需要重点突出的参数将通过声、光等方式现在GGD柜面板上。需要记录的参数包括有71个开关量输入信号、24个模拟量信号、12个热电阻信号、12个热电偶信号和12个一次电量信号值和24个二次电量信号值。
[0031]这些数据主要包括:
[0032].一次电量:含一次电量米集全部的电量信息，包括三相电压Uab、Ubc、Uca,三相电流la、lb、Ic的真有效值，频率F，正反向有功功率P，正反向无功功率Q，正反向功率因素cosc>,正反向有功电量与正反向无功电量。这些电量只来源于开关站计量仪表。
[0033]?二次电量:含二次电量米集全部的电量信息，包括三相电压Ua、Ub、Uc,三相电流la、lb、Ic的真有效值，频率F，正反向有功功率P，正反向无功功率Q，正反向功率因素cosc>,正反向有功电量与正反向无功电量。
[0034]?炉变报警状态:含超温、速断、过流、轻瓦斯、重瓦斯、过载、油位。
[0035]?高压柜信号:含断路器合闸、分闸信号和就地、远程信号。
[0036]籲短网水温度:含6个短网铜管水温度。
[0037]?短网水阀:含12个铜管水阀开关信号。
[0038]?炉体温度:含6个炉壁温度、6个炉底温度。
[0039].料管温度:含6个料管温度。
[0040]?料管切断阀:含6个料管切断阀状态信号。
[0041]籲电极液压系统:含6个油缸位置信号和12个限位信号。
[0042].电极拉力:含18个拉力器拉力信号
[0043].电极夹持器:含6个加紧状态、6个放松状态和6个油泵油压开关信号。
[0044]控制系统工作原理:及时为各个生产环节提供数据，将有利于在生产的各个环节加强质量控制，操作人员根据黄磷电炉冶炼工艺过程中各个阶段所需求的功率，将电压、电流、功率和死区以数字的形式输入智能电炉控制系统的计算机中，计算机控制系统将自动、适时地检测实际现场的参数值(电压、电流)，通过Α/D转换后与设定值进行比较，根据内置的专用黄磷炉优化控制数字模型和所设定的参数进行分析、判断，然后计算机快速地发出一组指令给控制液压系统，各组控制液压系统将相应的指令通过控制液压系统电磁阀换向来实现电极上、下动作的速率和行程，改变弧流大小，使电极迅速地纠正偏差，使电极插入炉料的距离保持在最优化状态的范围之内，实现系统恒流控制。
[0045]智能电炉控制系统功能特点:内部以高速CPU为核心的智能检测调控系统模块和优化的监控软件。针对大电流、恶劣工业环境，采用工业级器件，配备多重保护电路，安全性提高。针对黄磷电炉工况之具体参数量身定制，精心系统配置，优化内部参数设置，综合能效提高。操作界面友好，全中文菜单提示，实时弧压、弧流实际值波形图显示。人工智能(Al)的判断功能。通讯采用以太网，可实现多台电弧炉联网调控、管理。智能电炉控制系统技术参数:电极上、下方向变换反应时间小于0.15s。电极最大运动速度大于彡950mm/min。电极最小运动行程小于1mm。
[0046]智能电炉控制系统节电原理:从矿热炉还原反应的基本条件可知，炉料预热、熔化(造渣)过程是还原反应正常进行的必要前提条件，电弧放电提供足够的高温是还原反应的另一必要条件。如何控制电弧功率一既配热系数，做到炉料预热、熔化(造渣)和还原速度的均衡是本系统要达到的目的。可以得到的有用信号只有弧压、弧流、有功功率和功率因数，仔细分析可知:弧流信号是炉内各种变化量的函数。当电极静止不动时，炉内渣面上升、熔融体层面变化、炉料下塌等都会引起弧流波动。那么如何判断是何种因素造成弧流波动成为问题的关键，如何控制电极在我们希望的位置是问题的一个关键。我们推出的智能电炉控制系统就是一种能自动识别炉料预热、熔化和还原状况，并能据此稳定控制电极在最佳位置的专家系统。对于黄磷冶炼，万吨黄磷电炉自动化操作控制系统能够依据焦碳层和渣层的状态，自动调整电弧功率大小，控制熔料和还原速度始终处在最佳范围。同时还可以保持三相电弧功率的不平衡度控制在2%以内，以使主供电回路保持较高的电效率。为避免电极震荡，系统还对控制系统设有“死区”不调节功能。
[0047]智能电炉控制系统的特点:本系统突破了传统控制理论的束缚，用独创的智能信号识别技术，依据炉内预热、熔料(造渣)和还原反应的速度匹配情况，控制电极的运动，同时兼顾三相电弧功率的电效率和热效率两个最佳状态。
[0048]系统运行时，依据炉内还原反应的状态变化，适时识别焦碳层熔融体料层的变化，自动调整电极位置，从而调整炉料预热和熔化速度，使其和还原速度相匹配，以此达到增产节电的目的。遇到炉料缺碳或富碳时，系统会自动作出反映，能够做到缺碳时电极不深度下插，富碳时电极不上浮，始终维持电极处于适度范围。系统运行时电极始终处于理想位置，避免了人工控制的功率冲击，从而保护了主变压器、短网和供电系统；三相功率平衡度提高使功率因数有所提闻。
[0049]计算机炉变保护系统:
[0050]?电炉变压器系统保护采用一体化计算机保护方案。主要内容包括电信号保护、温度保护与瓦斯保护。其测量与控制单元均采用高可靠性可编逻辑控制器作为核心，配以声光报警等辅助措施。同时，炉变过程监测数据集中到管理系统，为提高长期保护水平，预先防止故障提供第一手的数据和手段。
[0051]?计算机炉变保护系统采用一套独立的专用高集成度炉变保护装置，为分析变压器工作状态提供第一手的数据，为提高炉变效率、平稳化变压器工作过程、延长变压器寿命提供工艺决策数据。
[0052]?专用的炉变保护装置还配备了一套专用炉变过程监视微机系统，用可靠的工业计算机通过图形化、数字等手段全程监视炉变工作状况，进一步提高了黄磷电炉的稳定生产。
[0053]黄磷电炉智能电炉控制系统整体效益:
[0054]?通过安装黄磷智能电炉控制系统的项目改造后，产品在节省电费支出的情况下，提高了生产率；不仅对黄磷电炉变压器起到了保护作用，同时还降低了原材料的消耗，提高了黄磷产率，达到节能降耗、延长炉龄的目的。
[0055]?设备故障率降低带来维护费用支出的减少
[0056]?设备故障率降低带来生产产能的提升
[0057]?原材料成本降低带来吨耗减少
[0058]?电极消耗率降低
[0059]?单位化料量的增加
[0060]?单位化磷量的增加
[0061]?单位电耗降低
[0062]以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1.万吨黄磷电炉自动化操作控制系统，其特征在于:包括中心处理器(1)，中心处理器(I)分别通过电路连接一次电量采集系统(2)、二次电量采集系统(3)、电极夹持器位置数据采集(4)、电极限位状态采集(5)、液压系统状态采集(6)、炉变参数采集(7)、高压柜参数采集(8)，报警及连锁控制(9)、炉变报警状态采集及报警(10)、电极侧倾状态采集(11)、下料检测及控制(12)、紧急电极提升控制(13)、现场参数监控显示模块(14)、电机动作控制模块(15)、短网运行控制(16)、下料管电锤控制(17)、电极夹持器控制(18)、电极升降控制(19)和综合报警模块(20)。
【文档编号】F27D19/00GK104142072SQ201410367837
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】熊黎前, 廖圣泉 申请人:湖北亚太能源科技有限公司, 廖圣泉