一种旋转式电熔镁炉自动控制装置及电极电流控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电烙儀炉过程控制技术领域，具体设及一种旋转式电烙儀炉自动控制 装置及电极电流控制方法。
【背景技术】
[0002] 电烙儀砂W精选菱儀矿石或高纯度轻烧儀颗粒为原料，可在Ξ相交流旋转式电烙 儀炉中冶炼提纯，后经冷却结晶制成。冶炼过程中，Ξ相石墨电极的位置需要不断调整，使 Ξ相电极电流保持在电流设定值附近的合理区间内，进而保证冶炼过程平稳;从自动控制 的角度来看，电烙儀炉冶炼过程中通过控制Ξ相电极位置来实现Ξ相电极电流稳定跟踪电 流设定值，是冶炼过程平稳运行的关键，此外还需要确保炉体转动速度、电振启停时间等运 行参数合理，运样才能保证最终产品的品位高、能耗少。目前，旋转式电烙儀炉的电流控制 大多采用基于继电器开关量的电极升降控制方式，电极升降动作幅度大，电流波动较大;加 料操作，即电振机的启停控制也还需要人工实现，加料量和加料时间间隔不能严格保证。上 述现状导致旋转式电烙儀炉的自动化水平还存在很大提升空间。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术存在的不足，本发明提供一种旋转式电烙儀炉自动控制装置及电极 电流控制方法。
[0004] 本发明的技术方案：
[000引一种旋转式电烙儀炉自动控制装置，包括:PLC、电振机、转炉电机、转炉旋转定位 用限位开关、转炉用变频器、电极电机、电极用变频器、D/A转换模块、称重传感器、电极电压 电流信号采集模块、A/D转换模块和上位机监控系统；
[0006] 所述电振机的输出端与原料仓相连接，电振机的控制端与化C的控制端口相连接；
[0007] 所述称重传感器的输入端与原料仓上预设的监测位置相连接，称重传感器的输出 端通过A/D转换模块与化C的输入端相连接；
[0008] 所述转炉电机的输出端与旋转式电烙儀炉炉体相连接，同时旋转式电烙儀炉炉体 又通过限位开关与化C的控制端口相连接;所述转炉电机的控制端通过转炉用变频器和D/A 转换模块与化C的控制端口相连接；
[0009] 所述电极电机的输出端与旋转式电烙儀炉的Ξ相电极相连接，电极电机的控制端 通过电极用变频器和D/A转换模块与化C的控制端口相连接；
[0010] 所述电极电压电流信号采集模块的输入端与旋转式电烙儀炉的Ξ相电极相连接， 电极电压电流信号采集模块的输出端通过A/D转换模块与化C的输入端相连接；
[0011] 所述化C还与上位机监控系统相连接。
[0012] 根据所述的旋转式电烙儀炉自动控制装置，所述电极电压电流信号采集模块，用 于将采集旋转式电烙儀炉的Ξ相电极的电压信号和电流信号，并将所采集的信号传送给 PLC。
[0013] 根据所述的旋转式电烙儀炉自动控制装置，所述上位机监控系统用于对该旋转式 电烙儀炉的冶炼过程进行监控。
[0014] -种旋转式电烙儀炉的电极电流控制方法，采用旋转式电烙儀炉自动控制装置实 现，包括如下步骤：
[0015] 步骤1:通过电极电压电流信号采集模块采集流经电烙儀炉Ξ相电极的Ξ相电流 和Ξ相电压并转换为标准的模拟量电流信号，并输出至A/D转换模块；
[0016] 步骤2:A/D转换模块将步骤1中得到的标准的模拟量电流信号转换为相应的数字 信号后输出给化C;
[0017] 步骤3:在PL帥完成旋转式电烙儀炉的电极电流控制；
[0018] 步骤3.1:首先用改进的限幅平均值滤波方法对输入的Ξ相电流信号进行滤波，得 到滤波后的Ξ相电流值；
[0019] 步骤3.2:计算电极电流误差值，即滤波后的电流值与电流设定值之间的差值，并 根据电流误差值来判断是否有电流超限，是，则执行步骤3.3,否，贝化LC输出为0,电极用变 频器的输入频率为0,从而保持电极电机不动作，并返回步骤1;所述电流超限是指电流误差 值的绝对值大于误差允许值；
[0020] 步骤3.3:将滤波后的电流进行数据转换，同时将电流设定值也进行相应的数据转 换，再根据转换后的电流值和转换后的电流设定值计算新的电流误差值，并将其送入PID控 制器中，PID控制器计算出控制值后，再经过相应的数据转换，作为PID控制器的输出量；
[0021] 步骤3.4:将PID控制器的输出量经过D/A转换模块将其数字量转换为模拟量电压 信号，传递给电极用变频器作为电极用变频器的输入频率，通过改变电极用变频器输入频 率来改变电极电机的供电频率从而改变电极电机的转速和转向，带动电极下降或者上升， 该步骤执行完毕后再返回执行步骤1。
[0022] 根据所述旋转式电烙儀炉的电极电流控制方法，所述改进的限幅平均值滤波方法 为:连续采集η个数据，然后对运η个数据求取平均值a，再将运η个数据中的每个数据与平均 值a进行比较，若比较后的差值超出预设阔值则将对应数据剔除，否则则保留该数据，最后 将保留下的数据再求取平均值作为滤波后的电流值。
[0023] 有益效果:本发明可实现旋转式电烙儀炉的Ξ相电极电流的采集和控制等功能， 使Ξ相电极电流与电流设定值之间的误差稳定在误差允许范围内，保证产品产量的同时降 低电能消耗;本发明装置可W实现自动加料，与W往的电烙儀炉控制系统相比，降低了劳动 者工作强度，而且使得原料在炉壳中分布更均匀，有助于更稳定的生产冶炼;本发明同时实 现炉体转动功能，与W往的电烙儀炉控制系统相比，改进了电烙儀的冶炼工艺，即通过炉体 的转动，使冶炼过程排气更顺杨、冶炼更充分，有效地提高产品的品位，降低了产品能耗。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明一种实施方式中旋转式电烙儀炉自动控制装置的结构示意图；
[0025] 图2为本发明一种实施方式中旋转式电烙儀炉自动控制装置的电路原理图；
[0026] 图3为本发明一种实施方式中旋转式电烙儀炉电极电流控制方法流程图；
[0027] 图4为本发明一种实施方式中旋转式电烙儀炉电极电流控制方法结构图；
[0028] 图5为本发明一种实施方式中旋转式电烙儀炉Ξ相电极电流值变化曲线图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。
[0030] 在本实施方式中，电烙儀炉的基本设备参数为:炉体直径为2500毫米，炉体高度为 3000毫米，石墨电极直径为400毫米，设计生产能力为15吨/炉，冶炼过程额定电压为120伏， 冶炼电流在14000安培，变压器容量为3000千伏安；
[0031] 本实施方式的旋转式电烙儀炉自动控制装置，如图1所示，包括:PLC、电振机、转炉 电机、转炉旋转定位用限位开关、转炉用变频器、电极电机、电极用变频器、D/A转换模块、称 重传感器、电极电压电流信号采集模块、第一 A/D转换模块、第二A/D转换模块和上位机监控 系统；
[0032] 本实施方式中电振机的输出端与原料仓相连接，电振机的控制端与接触器的输出 端相连接，接触器的输入端与继电器的输出端相连接，继电器的输入端与化C的控制端口相 连接，用于实现向炉内自动加入原料；
[0033] 本实施方式中称重传感器的输入端与原料仓上预设的监测位置相连接，称重传感 器的输出端通过A/D转换模块与化C的输入端相连接，用于获得加入炉内的原料质量；
[0034] 本实施方式中转炉电机的输出端通过转炉传动装置(减速机和齿轮机构）与旋转 式电烙儀炉炉体相连接，用于实现炉体旋转；同时，旋转式电烙儀炉炉体又通过限位开关与 PLC的控制端口相连接，用于转炉定位;所述转炉电机的控制端通过转炉用变频器和D/A转 换模块与化C的控制端口相连接;本实施方式的限位开关包括反限位开关和正限位开关。
[0035] 本实施方式中电极电机的输出端通过升降传动装置(减速机和齿轮、齿条)与旋转 式电烙儀炉的Ξ相电极相连接，用于实现Ξ相电极升降；电极电机的控制端通过电极用变 频器和D/A转换模块与化C的控制端口相连接;本实施方式的电极电机由第一电极电机、第2 电极电机和第3电机电机构成，如图2中所示的Ml、M2和M3。
[0036] 本实施方式中电极电压电流信号采集模块的输入端与旋转式电烙儀炉的Ξ相电 极相连接，电极电压电流信号采集模块的输出端通过A/D转换模块与化C的输入端相连接。 本实施方式的电极电压电流信号采集模块用于将采集旋转式电烙儀炉的Ξ相电极的电压 信号和电流信号，并将所采集的信号传送给化C。本实施方式中电极电压电流信号采集模块 由直流电压隔离器、电流互感器和直流电流隔离器构成。而其中直流电流隔离器包括第一 直流电流隔离器、第二直流电流隔离器和第Ξ直流电流隔离器；电流互感器包括第一电流 互感器、第二电流互感器和第Ξ电流互感器;直流电压隔离器包括第一直流电压隔离器、第 二直流电压隔离器和第Ξ直流电压隔离器;所述第一电流互感器、第二电流互感器和第Ξ 电流互感器首尾依次相连接，构成Ξ角形接法;第一电流互感器的输出端与第一直流电流 隔离器的输入端相连接，第二电流互感器的输出端与第二直流电流隔离器的输入端相连 接，第Ξ电流互感器的输出端与第Ξ直流电流隔离器的输入端相连接;第一直流电压隔离 器、第二直流电压隔离器、第Ξ直流电压隔离器的输入端分别与电烙儀炉的Ξ相电极相连 接;第一直流电流隔离器、第二直流电流隔离器、第Ξ直流电流隔离器和第一直流电压隔离 器分别与第一 A/D转换模块相连接;第二直流电压隔离器和第Ξ直流电压隔离器的输出端 分别与第二A/D转换模块相连接；
[0037] 本实施方式的化C还与上位机监控系统相连接