电弧炉控制系统设计
《毕业设计(论文)-plc电弧炉控制系统总体设计》[管理资料]
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摘要电弧炉炼钢是靠电极和炉料间放电产生的电弧，使电能在弧光中转变为热能，并借助辐射和电弧的直接作用加热并熔化金属和炉渣，是冶炼某些特殊金属及合金必须使用的炼钢方法。
论文以40吨电弧炉计算机控制系统为背景，在查阅了大量国内外相关文献的基础上，综述了电弧炉控制技术的发展历程、研究现状及今后的发展趋势。
根据电弧炉熔炼工艺对控制系统的控制要求，给出了控制系统总体设计方案，对电弧炉计算机控制系统的硬件系统配置作了详细的说明。
在电极调节器控制方案设计的基础上给出了实用的控制算法的实现方法，应用日本欧姆龙系列编程软件编写了整个控制系统控制软件，包括电极调节控制单元、液压站控制单元、真空开关合、分闸控制单元、变压器调压换档控制单元和其它逻辑控制单元。
关键词：电弧炉，电极调节，计算机控制，PLCABSTRACTThe steel-making of Electric Arc Furnace transfers the electricity to heat by the arc between electrode and charging. The Arc and its radiation melt the metals along with slag, it is the essential way to produce the special steel and alloy.The thesis is based on the 40-Ton electric arc furnace computer distributed control system of the Second Steel-making plant. The summaries of the historic, present state and perspective trend of control techniques of electric arc furnace are based on consulting a great deal of documentation. According to the control demands of the system, the system’s solving scheme is presented. The thesis thoroughly describes the hardware configuration of the computer distributed control system of electric arc furnace. Based on the design of the electrode’s position control algorithm,the realization method of control algorithm is proposed. The control software is designed with the Omron series programming language produced by Siemens Company, including electrode’s position control unit,hydraulics control unit, vacuum switch on/off control unit, changing the level of transformer control unit, oxygen gun movement control unit and other logical control units.Key words: Electric Arc Furnace, Electrode Regulator, Computer Control.，PLC第一章概述 (4)： (5)电弧炉系统 (5)电弧炉炼钢发展概况 (5)电弧炉炼钢的特点 (6)电弧炉炼钢计算机控制发展概况 (7)电弧炉炼钢设备概括 (7)电弧炉炼钢的机械设备 (7)电弧炉炼钢的电气设备 (9)电弧炉炼钢过程及工艺简介 (10)电弧炉炼钢过程 (10)电弧炉炼钢工艺简述 (12)电弧炉工艺对控制系统的要求 (12)电弧炉炼钢工艺对电极调节器的要求 (13)本论文所做的工作 (13)第二章电弧炉控制系统 (14)电极升降自动控制系统 (14)液压、水冷、气动控制系统 (16)液压控制系统 (16)水冷控制系统 (17)气动控制系统 (17)PLC控制系统 (18)计算机在电弧炼钢中的应用 (18)电弧炉PLC控制系统的构成 (19)电弧炉PLC控制系统的功能 (20)第三章电弧炉电极控制的建模 (21)电极系统电气部分建模 (21)单向电极的建模 (22)三相电极的建模 (23)电极工作原理及性能要求 (27)工作原理 (27)性能要求 (28)传动系统的建模 (29)第四章电弧炉控制系统的软硬件设计 (30)变压器保护 (30)液压站控制 (32)炉体操作 (37)水冷系统 (42)事故报警 (44)上料系统 (45)电弧炉控制系统程序的检查和编译 (48)结束语 (50)参考文献 (51)致谢 (52)第一章概述：钢包精炼炉，是用来对初炼炉（电弧炉、平炉、转炉）所熔钢水进行精炼，并且能调节钢水温度，工艺缓冲，满足连铸、连轧的重要冶金设备。
模糊控制在电弧炉调节系统中的应用
程中 ， 电极的实际位置在移动到给定位置 之前 ， 根据系统 的预估 计 ， 降低 ＰＤ增 益 的大 小 ， 先 Ｉ 或采 用 变 参 数 的调 节 方 式 。 当 系统 捕 捉 到理 想 设 定值 时 ， 速 减 小 比例 控 制 作 用 ， 行 对 设 定 值 的 迅 进
技术要求 ：
（） １托圈直径允许误差≤Ｄ （ ｓ为托圈设计直径） ｓＤ 即≤１ ｍｍ。 ６
２ 当电机 拖 动 电 动机 采 用 同步 伺 服 电动 机 时 系统 的 数 据模 型
系 统 的 结 构 框 图 见 图 １ 它 由速 度 反 馈和 位 调 节 系统 的 结 构框 图
其 各环 节 的简 化 传 递 函数 由 以下 ５部 分 组 成 ： （ ） 量环 节 Ｇ（）８ ４００ ８ ４ ＋ ； １测 ０ ＝ ２５ｌ ．Ｏ ３ Ｓ １ ｓ ／ （ Ｓ Ｗ Ｍ 变 换 器 Ｇ （）３ ／．０ Ｓ ： ２）Ｐ ＝ ５ＯＯ １ ＋１ ｓ ７ （ 同步 伺 服 电动 机 Ｇ （）４０（．０ ５ ＋１（．８ ＋１； ３） ２ ＝ ．／ ０ ２ Ｓ ） １ Ｓ ） ｓ Ｏ ０ （ 减 速 器 Ｇ （）Ｏ３ ／ ４） ３ ＝ ．７Ｓ； ｓ （ 速 度 反 馈 Ｋｓ： ．０ ６ 。 ５） （ Ｏ０ ６ ７ ） 其 中 ， （） ２ ） 简 化 为 Ｇ （）２ｓ＝ ４ ／ Ｏ ８ ５ ０ Ｇ１ Ｇ （ 可 ｓ ｓ １ Ｇ （） １ Ｏ０ Ｏ ７ Ｓ＋ ｓ １ ４ Ｓ １内环 闭环 传 递 函数 ， ６７ ＋ 整理 得 ：
跟踪， 保证系统既有较短的上升时间， 又有很小的超调。
为达 到最优控 制 目的 ， 电极调节 系统 中， 在 采用专家智能 系统 ， 通 过 对 电极 的调 节 ， 持 不 同 阶段 电弧 炉 所 要 求 的 电 功率 。 这 保 就 要 求专 家 系统 能提 出一 种 完 全理 解 的 电极 位 置 ， 系统 根 据 专 家数据 库 ， 进行不断 的修正 电极 的运行模 式 ， 不断根据 实际 并 台 炼情 况对 专家数据库 ，进行 不断地修 正 电极的运行模式 ， 并 不断根据 实际冶炼情 况对 专定 数据库 内的数据进行修改 ， 从而 达 到 自学 习、 优 控 制 的 目的 。 最 电弧炉系统是一种典型 的非线性 、时 变和分布参数的多输 入、 多输 出的 多相 耦 合 系 统 ， 采 用 常规 的控 制 方 法 很 难 收 到理 入 想 的控制效果。如果我们将数据模型 中确定的部分采用传 统的
电弧炉钢铁冶炼中的优化调控技术研究
电弧炉钢铁冶炼中的优化调控技术研究电弧炉是钢铁冶炼的重要设备之一，其通过高温下的电弧放电、炉料熔化、合金化学反应等过程，将铁源、废钢等原料转化为高质量的钢材。
在钢铁生产领域，电弧炉钢铁冶炼已经成为主要的生产方式，在现代化的冶炼企业中已广泛使用。
但是，在电弧炉冶炼中，炉温控制和化学成分控制等问题一直是影响产品质量和生产效率的关键因素。
因此，研究电弧炉中的优化调控技术，对于提升炉冶产能、提高冶炼质量等方面有着重要作用。
1.电弧炉优化调控技术的研究现状随着科学技术的不断发展，电弧炉优化调控技术研究层出不穷。
其中，炉温控制、化学成分控制、结构优化等方面的技术研究成果应用广泛，并在生产中得到了有效运用。
(1)炉温控制在电弧炉冶炼中，炉温是影响产品质量的主要因素之一。
通过对电弧炉炉壳、炉衬、冷却水、进水温度、气体流量等因素进行综合优化调控，可以实现炉温的精准控制。
目前，热补偿、模型预测、智能控制等技术已广泛应用在电弧炉炉温控制中。
(2)化学成分控制电弧炉钢铁冶炼的化学成分控制难度较大，因为炉内化学反应较为复杂，需要采用多种手段进行控制。
目前，化学成分控制主要依靠离线分析和在线监测技术。
离线分析主要通过对钢水的取样和分析来确定钢水的化学成分，通常需要较长时间才能获得准确数据。
在线监测技术利用传感器对炉内参数进行实时采集，然后将数据通过计算机处理，反馈到控制系统中进行调控操作。
在线监测技术具有响应速度快、精度高等优点，在实际生产中得到广泛应用。
(3)结构优化电弧炉的结构优化是提高炉冶效率的重要手段之一。
通过对底吹氧气的位置、角度、速度等参数进行调整，可以有效控制氧气吹入、钢液的混合均匀度，从而实现炉内物料的快速熔化和高效合金化。
此外，通过合理设计炉衬、电极和电弧头等结构，可以降低电能的损失，提高能量利用率。
2.电弧炉优化调控技术面临的挑战尽管电弧炉优化调控技术已经取得了不小的进展，但是仍然面临着一系列的挑战。
(1)精度问题电弧炉优化调控技术的精度问题一直是困扰该领域科研人员的难题，在实际应用中易出现误差较大的情况。
电弧炉操作系统设计介绍
电弧炉操作系统设计介绍电弧炉操作系统是用于控制和监控电弧炉工作的一种软件系统。
它通过实时监测电弧炉的温度、电流、电压等参数，对电弧炉进行自动控制，从而提高生产效率、降低能耗、减少人工操作。
本文将就电弧炉操作系统设计进行详细介绍。
首先，电弧炉操作系统的设计需要考虑到以下几个方面：1.实时监测：电弧炉操作系统需要实时监测电弧炉的温度、电流、电压等参数，以便及时调整工作状态。
这需要使用传感器来采集数据，并将数据传输给操作系统进行处理。
2.自动控制：根据实时监测到的数据，电弧炉操作系统需要自动调整电弧炉的工作状态，以维持合适的温度、电流、电压等参数。
这需要使用控制算法来分析数据，并输出控制信号给电弧炉进行调整。
3.故障诊断：电弧炉操作系统需要能够检测电弧炉的故障，并实时报警。
这需要使用故障检测算法来分析数据，并输出警报信号。
同时，操作系统还需要能够记录故障信息，以便后续分析和改进。
4.界面设计：电弧炉操作系统需要提供人机交互的界面，以方便操作员进行监控和调整。
这需要设计友好的界面，使操作员能够清楚地了解电弧炉的工作状态，并进行相应的调整。
基于以上考虑，电弧炉操作系统的设计可以分为以下几个模块：1.数据采集模块：该模块负责采集电弧炉的温度、电流、电压等参数。
它通过传感器实时监测电弧炉的工作状态，并将采集到的数据传输给后续模块进行处理。
2.数据处理模块：该模块负责对采集到的数据进行处理和分析。
它根据预设的控制算法，分析数据并输出控制信号给电弧炉进行相应的调整。
3.故障检测模块：该模块负责检测电弧炉的故障，并进行实时报警。
它根据预设的故障检测算法，分析数据并输出警报信号。
同时，它还负责记录故障信息，以便后续分析和改进。
4.用户界面模块：该模块负责提供人机交互的界面。
它将电弧炉的工作状态以图形化的方式展示给操作员，使其能够清楚地了解电弧炉的工作状态，并进行相应的调整。
为了确保电弧炉操作系统的可靠性和稳定性，还需要考虑以下几个方面：1.备份与恢复：为了避免数据丢失或系统崩溃造成的停工损失，应该在系统中加入备份与恢复机制。
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冶金用电弧炉控制系统的设计
的生产将起到推动作用 。
关键 词 ： 电极 升 降 ； 糊控 制 ； ｏ ｂ ｓ 议 ； 态 模 Ｍ ｄｕ 协 组
Ｋｅ ｒ ｓ： ｌｃｒｃｐ ｌ ｕ ｔａｉｎ；ｕ ｚ ｏ ｔｏ ； ｄ ｕ ｒｔｃ ｌｃ ｎ ｇ ｒｔ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ｅｅ ｔ ｏｅｆ ｃｕ ｔ ｆｚｙｃ ｎｒｌｍｏ ｂ ｓｐｏｏ ｏ ；ｏ ｆ ｕ ａｉ ｉ ｌ ｏ ｉ ｏ
１ 引 言
目前 ， 自耗 电极 真空 电弧炉 电极 升降控 制系统 一 般采 用模拟器 件 控制 方 式 ， 践 证 明 ， 种模 拟器 件 实 这 的控制方式带 来 了诸 如 故 障率 高 、 护 量 大 、 产 成 维 生 本高 等一 系列 问题 。为 了解 决这 些 问题 ， 必须 采用 一 种新 的控制方 式 。考 虑 到 Ｐ Ｃ功 能 齐全 、 用 灵 活 、 Ｌ 应
２０ ０ ７年 ６月
Ｊｎ２０ ｕ ．０７
冶金 用 电弧 炉 控 制 系统 的设 计
杨青杰
（ 河南科技学院 ， 河南 新乡 ４ ３０ ） ５ ０３
摘要： 介绍了系统主要硬件配置、Ｐ Ｌ Ｆ ＧＰ Ｃ程序结构、 ｏｂｓ Ｍ ｄｕ 通讯协议、 操作面板 、 组态画面 ， 并给出了主程序循环
阀换向阀进行控制并完成 自动升降的。上位机的组 态监控 软 件采 用 ＭＣ Ｓ 同时具 有 电流 、 率 、 Ｇ。 功 限位
保 护等 功 能 。 本 系 统 主 要 由 Ｆ Ｇ Ｃ ４ ２ Ｌ 人 机 界 面 Ｐ — ２ Ｒ Ｐ Ｃ、
电弧炉控制系统方案
五矿（湖南）铁合金有限责任公司103#硅锰合金冶炼炉优化控制系统方案设计说明书中南大学信息科学与工程学院二○一○年三月一、开发背景五矿（湖南）铁合金集团有限公司103#10000KVA矿热炉主要用于熔炼硅锰合金和碳锰合金，整个生产系统由炉体、供电变压器及保护系统、配加料系统、电极卷扬升降控制系统、电极压放子系统和炉体水冷系统等组成。
目前，配加料子系统采用了计算机自动控制；电极压放子系统依靠人工凭经验综合考虑炉况、二次电压、一次电流、熔炼时间等因素，输入控制信号给PLC，由PLC来完成电极的定长压放；电极升降是依靠人工凭经验综合考虑二次电压、一次电流及炉盖温度等因素进行调节；供电变压器二次侧电压等级靠人工根据炉况和电压、电流、功率等因素凭经验进行调整。
这种靠人工凭经验来控制冶炼过程的方法难以保证矿热炉稳定持续地工作在最佳工作范围内，调节过程相对滞后、工人操作强度大、工作效率低，容易出现电极烧结不好、耗电量大、炉况不稳定等问题，难以保证产品的产量和质量。
二、设计要求针对五矿（湖南）铁合金集团有限公司103#矿热炉熔炼过程控制自动水平低下带来的各种问题，通过现场调研和与工艺技术人员交流沟通，结合生产的实际需要，搭建103#矿热炉优化控制系统，以达到如下目标：1．通过建立电极位置模型，在线检测电极的升降量和压放量，实现电极自动升降和自动压放；并通过采用合理的算法，计算电极长度及其位置，控制电极处于最优位置区域内，使三相有功功率平衡度在原有基础上提高2-3%，提高功率因数。
2．通过建立实时数据库，实时采集熔炼过程数据，实现整个矿热炉控制系统的运行监视、事故报警与记录、统计分析和报表打印、日常生产管理以及安全管理等功能，并实现变压器的继电保护。
3．通过对矿热炉供电网电能质量在线检测与监视，实时监测电极升降压放等操作和供电电流电压、功率因数的对应状态，分析三相不平衡、无功损耗及其对用电设备的影响，分析谐波损耗及其波形畸变用电设备的影响，使电能质量各项指标的监测精度达到2%以上。
HX-3t电弧炉电极控制系统
３系统主要保护 ． （） １ 电极最大上 升速度 。石 墨电极一旦 和炉 内钢液短路 ， 弧 流实际值将远大于设定值 ，此 时 Ｐ Ｃ输 出电压信号 为负最大 ， Ｌ 电极 以程序 中设定 的最大速度提升 ， 减小弧流 。 调整最大上升速 度 的原则是 电弧炉可在 ５ ６ 消除短路现象。 ～ｓ
流、 弧压实 际值 ，Ｌ Ｐ Ｃ应用程序对这些信号进行转换 、 比较判断 、
块转换为变化 的模拟 电压信号（ １Ｖ）分别输入至变频器 １ ２ ±０ ， 、、
代数运算、Ｉ Ｐ 运算等处理后 ， 给出综合控制信号 ， 模转换模 实际值等于设定值， 经数， 此后电极将根据起弧电流设定值不断波动，
３ 变频器根据 电压信号 幅度 和极性控制 电机转速和转 向 ， ， 电机
带动减速器控制三相 电极升降和速度 。
２弧流 调 节 ．
压（ 功率 ） 不可过高 ， 否则 电弧较长 ， 易烧坏炉顶 。 点弧阶段结束后 ， 电炉进 入熔 化期 ， 电极不 断下 降 ， 炉料 完 全包 围电弧 ， 几乎 吸收全部热量 ， 不会破 坏炉衬 ， 此时可输入最
Ｔ ２ ．＋ Ｍ６ １ ３ ７
实施 过 程 。
电除尘 系统
文献标 识码
应用
Ｂ
中图分类号
～
、
Ｐ 实 时 数 据 库 系 统 Ｉ
该 系统是美 国 Ｏ ＩＳ ｆ ａｅ 司开发 的基 于 ＣＳ ＢＳ结构 Ｓ ｏ ｗ ｒ 公 ｔ ／、 ／
。 互 。
系 统 主
赂 系 统主
系 统 主机 串行 通 信 服 务 器
（） ２ 堵转保 护。 电极升 降过程 中遇到 障碍 物或不导 电炉料 时， 电机将 堵转 。Ｐ Ｃ采集电机反馈电流信号 ， Ｌ 经过运算 、 比较 ，
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2006 年 6 月南京
毕业设计（论文）中文摘要
目录
1 绪论 (1)
1.1 系统设计背景 (1)
1.2 设计要求与设计思路 (2)
2 电弧炉与PTI枪 (2)
2.1 电弧炉炼钢工作原理 (2)
2.2 电弧炉炼钢的发展现状 (3)
2.3 PTI枪系统组成 (3)
3 可编程控制器（PLC）简介 (7)
3.1 可编程序控制器的概述 (7)
3.2 PLC的工作原理 (7)
3.3 PLC发展现状与趋势 (8)
3.4 西门子S7-300PLC (8)
3.5 西门子STEP-7编程软件 (10)
4 碳仓系统总体设计要求 (13)
4.1 设计要求 (13)
4.2 功能要求 (15)
5 硬件设计 (16)
5.1 硬件组态 (16)
5.2 上载硬件实际组态到编程器 (16)
6 软件设计 (19)
6.1 料仓部分的程序设计 (19)
6.2 运行仓部分的程序设计 (21)
6.3 三路碳粉分配器部分的程序设计 (28)
7 程序调试 (35)
结论 (36)
致谢 (37)
参考文献 (38)
附录 A 碳仓控制系统源程序 (39)
1 绪论
据统计，目前全世界粗钢产量的30%由电炉生产，我国电炉钢也约占总钢产量的20%左右。
电弧炉电气运行是电炉冶炼生产最基本的保障，它关系到冶炼工艺、
原料、电气、设备等诸多方面的问题，直接影响电炉炼钢生产的各项技术和经济指标，因此对其进行最佳化的研究意义重大，不但可保障冶炼工艺的顺行和充分发挥设备资源的作用，还能提高生产率，节能降耗。
可编程控制器是在继电器控制和计算机控制发展的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术，计算机技术，通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置。
随着微处理器、计算机、网络和数字通信技术的飞速发展，工业生产自动化控制技术已扩展到了几乎所有的工业领域。
应用计算机网络技术来解决工业自动化任务已逐渐成为普通的技术。
可编程序控制器是应用面最广、功能强
Q12.3
3号阀延迟关闭
T89S
TV
R BCD
BI
Q S5T#30s
Q12.1
3号阀延迟开
T210S
TV
R BCD
BI
Q S5T#30s
Q12.3
4号阀延迟关闭
T213S
TV
R BCD
BI
Q S5T#30s
M246.2
( )
Q12.1
3号阀控制
I9.4
I9.1
I9.2
S-OFFDT S-OFFDT S-ODT
Q12.3
5号阀延迟关闭
T218S
TV
R BCD
BI
Q S5T#30s
Q12.4
5号阀延迟开
T217S
TV
R BCD
BI
Q S5T#30s
M245.3
( )
Q12.4
5号阀控制
I10.0
I9.2
Q11.2
通风阀延迟开
T91S
TV
R BCD
BI
Q S5T#30s
I8.1
S-ODT S-OFFDT S-ODT
Q11.2
通风阀延迟关
T92S
TV
R BCD
BI
Q S5T#30s
I8.2
M251.7
( )
Q29.1
1线载气自动运行
M246.3
( )
Q29.5
碳注入1线
M247.3
( )
Q29.3
2线载气自动运行
Q12.2
( )
Q29.4
1线载气手动运行
M247.6
M251.7
Q12.3
S-OFFDT
Q12.4
M246.0
( )
Q29.7
碳注入2线
M290.1
( )
Q30.1
3线载气自动运行
Q12.0
( )
Q29.6
2线载气手动运行
M247.3
M250.6
Q12.1
M245.1
( )
Q30.0
碳注入3线
Q12.4
( )
Q30.2
3线载气手动运行
M290.1
M260.6
Q12.4。