电极调节自动控制系统

王怀祥

摘 要：电弧炉炼钢的关键技术就是电极调节过程，本文结合某钢铁厂的实际情况叙述了电极调节的自动控制系统实现过程，经现场调试后达到了理想的控制效果。

关键词：电弧炉；电极调节；可编程控制器

1 前言

电极调节是电弧炉炼钢中的关键技术，电弧炉是以电能为热源冶炼钢和合金的设备，电极调节系统是整个电弧炉系统中的一个重要组成部分。电极自动調节装置的作用就是快速调节电极的位置，保持恒定的电弧长度，以减少电流波动，维持电弧电压和电流比值的恒定，使输入功率稳定，其工作效果好坏直接影响到钢水质量和用电单耗。手动控制过程中容易出现过流、断弧等现象影响正常的钢水加热，且不容易控制三相平衡，因此只有良好的自动控制才能实现高质量、高效率和低电耗。

2 控制原理

在电弧炉冶炼过程中，一般要求电功率保持不变，恒功率调节。通过抽头变压器选定档位后输入到电弧炉的功率与电弧的长短有直接关系，当电弧长度发生变化时，输入的炉内的功率将随之而变，对电弧炉电气设备的要求就是在最佳输入功率曲线下维持需要的电弧长度。电弧炉电极控制方式采用固定电流和电压比的方法——阻抗控制，就是在不同的档位电压下，选择不同的电流曲线维持恒定的功率，当电弧电流大于最佳供电曲线电流时，应提升电极；当电弧电流小于最佳供电曲线电流时，应下放电极。电极升降的速度与偏差相关，偏差越大升降速度越快，偏差小时进行微调，保证了调节系统的快速性和稳定性，使电弧电流波动较小，三相功率平衡。不管采用什么算法，但最终的控制要求为：

（1）提高钢材质量，能量利用率高，减低用点单耗。

（2）提高工作效率，控制简洁。

（3）控制系统响应快，稳定性好，超调量小。

（4）维持三相平衡，谐波分量较小。

3 系统组成

3.1 硬件组成

3.1.1 可编程控制器

由电源模块PS407、CPU412和工业以太网模块、模拟量输入模块SM431、模拟量输出模块SM432、数字量输入模块SM421、数字量输出模块SM422等组成。模拟量输入模块采集三相0—10V电弧电压和电流信号，经程序运算后由模拟量输出模块输出-10V—+10V信号到伺服阀控制各相电极自动升降调整位置。数字量输入模块采集选定的档位电压，电流曲线，手动控制电极信号等。

3.1.2 工控机

上位机采用西门子监控软件WinCC通过以太网与PLC通讯，2台工控机可独立监控。主要用来显示各相电极的工作状态，各相电弧电压和电流，高压合闸状态及电弧炉炼钢时过流报警记录，并能根据不同钢种加热工艺调整一些重要参数，记录每次加热的钢种，报表记录各种钢的配方，为不断完善工艺和控制提供重要参数。

3.1.3 执行机构

由于该电弧炉容量较大，我们仍选用输出功率较大的电气—液压伺服阀系统作为电极升降的执行机构，由模拟量输出信号控制伺服阀的开关程度控制电极升降。电极升降的速度与电弧流偏差密切相关。考虑到电极的硬度我们对电极升降的速度在软件方面做了处理，既能保证电极能快速响应，又不致使电极断裂。

3.2 软件实现

由于电气—液压伺服阀系统的惯性较大，而冶炼过程中要保持电极工作稳定但是响应快，控制电弧流在设定值下波动较小，我们采用恒阻抗PID算法，通过设定不同的参数调整稳态工作下的电弧流，分段设定电弧流曲线实现各个工作阶段的算法。

4 结束语

通过应用该电极控制系统后，提高了钢水质量，缩短了冶炼时间，降低了用电单耗从而降低了成本，达到了理想的控制效果。

参考文献

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