专利名称：基于dsp的智能电弧炉炼钢控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于冶金行业炼钢设备领域，特别是一种能够提高钢产品质量和降低成本(如耗电量、电极消耗量)的电弧炉电极智能控制系统。具体讲，涉及基于DSP的智能电弧炉炼钢控制装置。
背景技术：
电弧炉炼钢是靠强大的电弧能量熔化生铁、废钢进行冶炼的。由于在电弧炉中能获得在其它冶金炉中所不能获得的高温，所以，许多对国民经济有重要意义的高级合金钢及特种合金都必须在电弧炉中进行冶炼。电弧炉炼钢是一个复杂的物理化学反映过程，原料在电能作用下由固态变成液态，同时进行成份元素的不断调整。过程参数关系表现为时变非线性且具有分布参数特点的多输入多输出形式，很难用数学方程式准确描述。电弧炉中，电弧是冶炼金属的能源，其工作稳定性对冶炼过程影响极大，是一个典型的非线性控制对象。采用传统线性控制理论设计的电弧炉控制系统，控制效果很差，集中表现在电弧稳定性差；电能浪费严重；功率因数低并且不稳定；钢液品质不稳定；电极损坏严重，炉衬侵蚀严重，运行周期短，并且由于电弧燃烧不稳定，弧长的急剧变化引起炉子电流明显的大幅度冲击，增加了电网的谐波干扰，造成严重的电源污染，影响供电质量。
发明内容
为克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于DSP控制的智能电弧炉电极控制装置，它利用DSP的功能实现基于神经网络模型电流预测，实现电弧炉电极的复合控制，最大程度上减小耗电量、电极消耗量。
本实用新型采用的技术方案是基于DSP控制的智能电弧炉电极控制装置，由数据采集A/D转换模块、D/A转换控制模块、DSP信号处理器、开关量输入输出模块组成，所说的A/D转换模块输出到DSP信号处理器，DSP信号处理器输出分别与D/A转换控制模块、开关量输入输出模块相连接。
上述所说的数据采集A/D转换模块包括由依次相连的低通RC滤波器、输入隔离放大器、A/D转换器构成，低通RC滤波器采用π型RC滤波器。
上述所说的输入隔离放大器选用ISO124P，数据采集A/D转换模块采用AD7864--12位4通道同时采样高速A/D AD7864。
上述所说的DSP信号处理模块采用信号处理器作为主控芯片，包括分别与信号处理器相连的动静态寄存器SDRAM、闪存FLASH、静态寄存器SRAM和内部寄存器ROM。
上述所说的DSP信号处理模块采用信号处理器，该信号处理器型号为TMS320C32。
上述所说的D/A转换控制模块包括D/A转换器、输出隔离放大器，由D/A输出至输出隔离放大器，输出隔离放大器输出到端子。
输出隔离放大器选用ISO124P，D/A采用具有4路模拟输出信号的DAC4813，是12位4通道同时输出高速D/A，4路D/A数据由各通道的锁存器分别锁存，再由统一的D/A输出命令同时输出。
本实用新型具备以下效果①利用高性能数字信号处理芯片实现实现高性能智能控制算法；②本装置运用了一种新型的电流预测方法-基于结构优化的BP网络的电弧炉电流预测模型；③本装置可以有效降低能耗物耗，改善电网供电品质。
图1为本实用新型所涉“基于DSP的智能电弧炉炼钢控制装置“中的总体结构示意图。
图2为本实用新型所设计的“基于DSP的智能电弧炉炼钢控制装置”的数据采集A/D转换部分的电路结构图。
图3为本实用新型所设计的“基于DSP的智能电弧炉炼钢控制装置”的D/A转换控制部分的电路结构图。
图4为本实用新型所设计的“基于DSP的智能电弧炉炼钢控制装置”的流程图。
图5为本实用新型所设计的“基于DSP的智能电弧炉炼钢控制装置”的复合控制方法原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步说明本实用新型。一种基于DSP的智能电弧炉炼钢控制装置(见图1)，包括硬件装置及相关软件编程两部分，所说的硬件部分是由数据采集A/D转换模块、D/A转换控制模块、DSP信号处理器、开关量输入输出模块组成，所说的A/D转换模块输出到DSP信号处理器，DSP信号处理器输出与D/A转换控制模块、开关量输入输出模块组成相连接，其输出信号控制电弧炉电极动作。
上述所说的数据采集A/D转换模块(见图2)A/D包括滤波低通RC滤波器、输入隔离放大器、A/D转换器构成，低通型RC滤波器采用π型RC滤波器，输入隔离放大器选用ISO124P，A/D采用AD7864-12位4通道同时采样高速A/D AD7864，本装置选用2片AD7864构成最多8路模拟量输入，信号输入范围10V。
上述所说的DSP信号处理模块采用信号处理器(TMS320C32)作为主控芯片，包括动静态寄存器SDRAM、闪存FLASH、静态寄存器SRAM和内部寄存器ROM组成，闪存FLASH用于保存DSP的程序，以保证DSP的程序在掉电和上电后程序导入动静态寄存器SDRAM中，再写入DSP内部寄存器RAM中运行；经AD转换后的数字量以及开关量输入DSP芯片以实现相关参数的控制。
上述所说的D/A转换控制模块(见图3)包括D/A转换器、输出隔离放大器，由D/A输出至输出隔离放大器，输出隔离放大器输出到端子。输出隔离放大器选用ISO124P，D/A采用具有4路模拟输出信号的DAC4813，是12位4通道同时输出高速D/A，4路D/A数据由各通道的锁存器分别锁存，再由统一的D/A输出命令同时输出。
上述所说的控制软件(见图4)主要包括初始化模块、数据采集处理模块、性能评估模块、智能控制算法模块、控制信号输出模块等。
初始化模块主要完成系统初始参数设置、中断设置。数据采集是在定时中断子程序中完成的，在主程序中完成数据的处理，按照以下公式计算出三相相电压、电流有效值等参数式中N-20ms内采样次数-第m-1次采样电压-第m-1次采样电流U-电压有效值I-电流有效值性能评估模块根据采集数据和输入功率曲线等信息调整系统控制策略。智能算法模块采用基于神经网络的控制算法，以电压、电流及其变化量、运行模式等参数作为输入计算出控制信息，在控制信号输出模块中输出，调节电极的升降。
本实用新型的基于神经网络模型电流预测的原理为针对电弧炉炼钢这一复杂非线性控制对象，采用基于结构优化的BP网络的电弧炉电流预测模型对每相电流进行预测，当前的三相电弧电流信号(iA，iB，iC)、三相电弧电压信号(uA，uB，uC)、以及前两个时刻的三相电极控制信号(、三相电弧电流信号、三相电弧电压信号作为神经网络预测模型的输入，输出为下一时刻电弧电流的预测值。神经网络电弧电流预测模型为上述模型的确定是通过网络的学习来实现的。
上述所说的系统定时采集三相电压、电流等数据，并做电流预测，性能评估模块根据采集数据、根据预测结果和输入功率曲线等信息调整系统控制策略，判断炼钢过程是否结束，是否适用于实施基于复合控制的电弧炉电极升降控制，若满足条件则执行基于复合控制的电弧炉电极升降控制算法，控制变频器拖动电极。
本实用新型基于复合控制的电弧炉电极升降控制方法的原理为在传统的PID控制的基础上复合模糊预测控制，在预报电弧炉电流的基础上，进行判断，当炉内出现不期望的变化趋势时，在发生之前就可以通过模糊预测控制使其得到纠正。控制方法原理图见附图5。
权利要求1.一种基于DSP控制的智能电弧炉炼钢控制装置，其特征是，由数据采集A/D转换模块、D/A转换控制模块、DSP信号处理器、开关量输入输出模块组成，所说的A/D转换模块输出到DSP信号处理器，DSP信号处理器输出分别与D/A转换控制模块、开关量输入输出模块相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于DSP控制的智能电弧炉炼钢控制装置，其特征是，上述所说的数据采集A/D转换模块包括由依次相连的低通RC滤波器、输入隔离放大器、A/D转换器构成，低通RC滤波器采用π型RC滤波器。
3.根据权利要求2所述的一种基于DSP控制的智能电弧炉炼钢控制装置，其特征是，上述所说的输入隔离放大器选用IS0124P，数据采集A/D转换模块采用AD7864--12位4通道同时采样高速A/D。
4.根据权利要求1所述的一种基于DSP控制的智能电弧炉炼钢控制装置，其特征是，上述所说的DSP信号处理模块采用信号处理器作为主控芯片，包括分别与信号处理器相连的动静态寄存器SDRAM、闪存FLASH、静态寄存器SRAM和内部寄存器ROM。
5.根据权利要求4所述的一种基于DSP控制的智能电弧炉炼钢控制装置，其特征是，上述所说的DSP信号处理模块采用信号处理器，该信号处理器型号为TMS320C32。
6.根据权利要求1所述的一种基于DSP控制的智能电弧炉炼钢控制装置，其特征是，上述所说的D/A转换控制模块包括D/A转换器、输出隔离放大器，由D/A输出至输出隔离放大器，输出隔离放大器输出到端子。
7.根据权利要求6所述的一种基于DSP控制的智能电弧炉炼钢控制装置，其特征是，输出隔离放大器选用ISO124P，D/A采用具有4路模拟输出信号的DAC4813，是12位4通道同时输出高速D/A，4路D/A数据由各通道的锁存器分别锁存，再由统一的D/A输出命令同时输出。
专利摘要本实用新型属于冶金行业炼钢设备领域，具体讲，涉及基于DSP的智能电弧炉炼钢控制装置。为提供一种基于DSP控制的智能电弧炉电极控制装置，它利用DSP的功能实现基于神经网络模型电流预测，实现电弧炉电极的复合控制，最大程度上减小耗电量、电极消耗量。本实用新型采用的技术方案是基于DSP控制的智能电弧炉电极控制装置，由数据采集A/D转换模块、D/A转换控制模块、DSP信号处理器、开关量输入输出模块组成，所说的A/D转换模块输出到DSP信号处理器，DSP信号处理器输出分别与D/A转换控制模块、开关量输入输出模块相连接。本实用新型主要用于冶金行业炼钢设备控制装置的制造。
文档编号G05B19/042GK2932448SQ20062002582
公开日2007年8月8日 申请日期2006年4月19日 优先权日2006年4月19日
发明者岳有军, 王红君 申请人:天津理工大学