CN107131756B - 交流电弧炉电极升降实时在线修正的控制方法 - Google Patents

交流电弧炉电极升降实时在线修正的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种交流电弧炉电极升降实时在线修正的控制方法，包括：采集电弧炉的工作参数，所述工作参数至少包括工艺参数、电气参数和电弧炉每一相升降立柱的实时位置参数；根据所述工艺参数，获取瞬时电弧稳定率，以及目标执行器的输出中间值，所述工艺参数至少包括电流的预设值；分别计算目标执行器的输出中间值对应的电流值与电流的预设值的差值，以及检测电流值与电流的预设值的差值，并将两个差值进行比较；根据比较结果，输出目标执行器的最终值；本发明克服了只能通过判断电弧电流或者阻抗的变化进行调节，而无法判断实际电弧弧柱随炉况变化而发生的改变，导致电弧炉调节***无法长期地保证最佳功能稳定实现的问题。

Description

交流电弧炉电极升降实时在线修正的控制方法
技术领域
本发明涉及冶金领域，尤其涉及一种交流电弧炉电极升降实时在线修正的控制方法。
背景技术
在电弧炉生产中，电极升降自动控制***是电弧炉冶炼生产中的核心设备，要求通过电极升降立柱的位置变化来调节电弧的长短，从而来调节因为炉内条件的变化而导致的电弧的变化。传统的电极调节***采用阻抗调节或者电流调节等调节方式时，由于电弧本身的动态电气特性导致调节器***在使用过程中存在电弧电流变化，导致电弧弧柱不能快速进入下一个平衡点，从而导致调节***要么超调，要么***反复震荡，某些时候还会加剧短网***的不稳定性的情况。而目前，为了提高电弧炉炼钢的质量，虽然国内外开发出一系列的方法防止电弧炉电极调节***发生上述的情况，但是效果并不理想，现有的电弧炉调节器依然存在着只能通过判断电弧电流或者阻抗的变化进行调节，而无法判断实际电弧弧柱随炉况(温度、压力和周期)变化而发生的改变，导致电弧炉调节***无法长期地保证最佳功能稳定实现的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种交流电弧炉电极升降实时在线修正的控制方法，以解决上述技术问题。
本发明提供的交流电弧炉电极升降实时在线修正的控制方法
进一步，一种交流电弧炉电极升降实时在线修正的控制方法，其特征在于，包括：
采集电弧炉的工作参数，所述工作参数至少包括工艺参数、电气参数和电弧炉每一相升降立柱的实时位置参数；
根据所述工作参数，获取瞬时电弧稳定率，以及目标执行器的输出中间值，所述工艺参数至少包括电流的预设值；
分别计算目标执行器的输出中间值对应的电流值与电流的预设值的差值，以及检测电流值与电流的预设值的差值，并将两个差值进行比较；
根据比较结果，输出目标执行器的最终值。
进一步，所述工艺参数还包括工艺热平衡推导电弧周围温度值、炉内压力值和冶炼阶段对电弧稳定的影响系数，所述电气参数包括电流和电压的幅值，以及电流和电压的功率角。
进一步，所述电弧稳定率通过如下公式获取：
其中，Gfn为n相电的电弧稳定率，K1n为电流变化修正系数，K2n为电压变化修正系数，K3n为电极立柱速度变化修正系数，in为电流函数，un为电压函数，dn为电极位置函数，n为三相电的任一项。
进一步，根据所述电弧稳定率、环境对电弧的影响系数、工艺参数和电气参数获取目标执行器的输出中间值，所述环境对电弧的影响系数通过如下公式获取：
其中，βn为环境对电弧稳定的影响系数，a为冶炼阶段对电弧稳定的影响系数，p为炉内气压值，T为电弧周围温度，Un为电压有效值，In为电流有效值，ln为电弧长度，n为三相电的任一项。
进一步，所述目标执行器的输出中间值，通过如下公式获取：
其中，Kp为比例系数，KI为积分时间转换常数，KD为微分时间转换常数，K为液压比例放大系数，IC为电流的预设值，n-1为对应相上一个计算周期的计算值，n-2为对应相上两个计算周期的计算值，Gfn为电弧稳定率。
进一步，当比较结果在预设的阈值范围之内时，输出值为0；当比较结果在预设的阈值范围之外时：
如果K*sn-IC＞0，In-IC＞0，则
当K*sn＞In时，
输出值为
当K*sn＜In时，
输出值为
如果K*sn-IC＜0，In-IC＞0，或者K*sn-IC＞0，In-IC＜0，则
输出值为
如果K*sn-IC＜0，In-IC＜0，
K*sn＜In时，
输出值为
其中，Sn为目标执行器的最终值，为调节灵敏度。
进一步，周期性进行速度检测，并根据检测结果对电极立柱速度变化修正系数进行动态修正。
进一步，根据实时采集的工艺参数、电气参数以及电弧炉每一相升降立柱的实时位置参数，建立预测模型，并对电弧进行预测。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法。
本发明还提供一种电子终端，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行如上述任一项所述方法
本发明的有益效果：本发明中的交流电弧炉电极升降实时在线修正的控制方法，根据不同情况进行判断，并最终输出给目标执行器作为输出最终值，从而保证动态电极升降***能长期、稳定地发挥稳定电弧燃烧的功能，本发明克服了现有的电弧炉调节器只能通过判断电弧电流或者阻抗的变化进行调节，而无法判断实际电弧弧柱随炉况(温度、压力和周期)变化而发生的改变，导致电弧炉调节***无法长期地保证最佳功能稳定实现的问题。
附图说明
图1是本发明的实施例中的流电弧炉电极升降实时在线修正的控制方法原理示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，本实施例中的交流电弧炉电极升降实时在线修正的控制方法，包括：
采集电弧炉的工作参数，所述工作参数至少包括工艺参数、电气参数和电弧炉每一相升降立柱的实时位置参数；
根据所述工艺参数，获取瞬时电弧稳定率，根据电流、温度和炉压模型得到此时环境对电弧的影响系数，以及目标执行器的输出中间值，所述工艺参数至少包括电流的预设值；
分别计算目标执行器的输出中间值对应的电流值与电流的预设值的差值，以及检测电流值与电流的预设值的差值，并将两个差值进行比较；
根据比较结果，输出目标执行器的最终值。
在本实施例中，工艺参数还包括工艺热平衡推导电弧周围温度值、炉内压力值和冶炼阶段对电弧稳定的影响系数，所述电气参数包括电流和电压的幅值，以及电流和电压的功率角，当电弧炉变压器处于通电并开始电极升降自动控制状态时，开始采集电弧炉的工艺参数，短网(冶炼变压器二次侧***)电气参数和电弧炉每一相升降立柱的实时位置参数，根据所述电弧炉短网电气参数和三相升降立柱的位置参数，估算出此时的电弧稳定率Gf，根据电流、温度和炉压模型估算出此时的环境对电弧的影响系数β，根据电弧炉的电弧稳定率Gf、环境对电弧的影响系数β、工艺参数和电气参数转化成目标执行器的输出中间值sn，将目标执行器的输出中间值sn所对应的电流值与预设值IC的差值和检测电流值与预设值IC的差值进行比较，根据比较以后的情况进行判断，并最终输出给目标执行器作为输出最终值Sn进行相应的动作。
在本实施例中，电弧稳定率通过如下公式获取：
式中，K1n为电流变化修正系数，K2n为电压变化修正系数，K3n为电极立柱速度变化修正系数，in为电流函数，un为电压函数，dn为电极位置函数，n分别对应a,b和c三相，通过式(1)可以求出每一相的电弧稳定率Gfn。
根据所述电弧稳定率、环境对电弧的影响系数、工艺参数和电气参数获取目标执行器的输出中间值，所述环境对电弧的影响系数通过如下公式获取：
式中，a为冶炼阶段对电弧稳定的影响系数，p为炉内气压值(标准大气压)，T为电弧周围温度(工艺模型推算提供，单位K)，Un为电压有效值(单位kV)，In为电流有效值(单位kA)本实施例中的电压有效值Un和电流有效值In可以直接通过仪器测试，ln为电弧长度(通过两相电极立柱位置进行估算，单位m)，n分别对应a,b和c三相。
根据电弧稳定率Gfn、环境对电弧的影响系数βn、用离散化的方程表示PID(Proportion Integration Differentiation，比例-积分-微分控制器)调节目标执行器的电流设定中间值sn：
式中，Kp、KI和KD分别为比例系数，积分时间转换常数和微分时间转换常数，K为液压比例放大系数(与液压比例阀选型有关)，IC为电流的预设值，式中n分别对应a,b，c三相；n-1为对应相上一个计算周期的计算值，n-2为对应相上两个计算周期的计算值。
在本实施例中，当比较结果在预设的阈值范围之内时，输出值为0；当比较结果在预设的阈值范围之外时：
如果K*sn-IC＞0，In-IC＞0，则
当K*sn＞In时，
输出值为
当K*sn＜In时，
输出值为
如果K*sn-IC＜0，In-IC＞0，或者K*sn-IC＞0，In-IC＜0，则
输出值为
如果K*sn-IC＜0，In-IC＜0，
K*sn＜In时，
输出值为
其中，Sn为目标执行器的最终值，为调节灵敏度。
本实施例中的阈值范围为-0.02到0.02之间，其中调节灵敏度的取值范围为0.6至1之间，与液压***的响应时间有关。在本发明的实施例中，每隔固定的时间周期(时间周期可根据具体的设备和现场条件确定，参考为0.0 5s)与工艺模型计算机通讯一次。
优选地，在本实施例中，对所述电弧炉电极液压升降***进行定期的速度检测，将所检测的结果反馈至所述电弧稳定率模型，用于修正三相电极的K3n电极立柱速度变化修正系数，进一步修正电弧炉电极液压升降***速度与电弧稳定的函数关系。本实施例中的速度检测是指通过输出比例阀的正负最大阈值和死区最小启动阈值找寻最大速度和最小速度，再通过实际速度与预设速度的比值来修正比例曲线，使比例阀修正到在自动条件下最大速度和最小速度满足预设值。根据实时采集的工艺参数、电气参数以及电弧炉每一相升降立柱的实时位置参数，建立预测模型，并对电弧进行预测，通过在电弧炉生产过程中在线采集电弧炉的工艺参数和电气参数，实时跟踪电弧炉升降立柱的位置，预测电弧下一步的变化，进行相应的参数化建模，给出相应的动态电极升降立柱控制策略，解决了因为电弧本身的动态电气特性导致的电极调节***超调或者因为炉内条件变化导致的电弧从一个平衡点到达另一个新的平衡点慢的问题。保证了电弧炉电极调节器***能高效、稳定地发挥稳定电弧燃烧和因外界干扰能使电弧迅速达到新的平衡点的效果，当预测的冶炼阶段、工艺热平衡推导电弧周围温度和炉内压力值与实际存在明显区别时，可通过人工手动输入的方式对所述电流温度模型估算环境对电弧的影响系数β的函数中所对应的参数进行修改。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本实施例中的任一项方法。
本实施例还提供一种电子终端，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行本实施例中任一项方法。
本实施例中的计算机可读存储介质，本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本实施例提供的***，包括处理器、存储器、收发器和通信接口，存储器和通信接口与处理器和收发器连接并完成相互间的通信，存储器用于存储计算机程序，通信接口用于通信，处理器和收发器用于运行计算机程序，使***执行如上交流电弧炉电极升降实时在线修正的控制方法的各个步骤。
在本实施例中，存储器可能包含随机存取存储器(RandomAccessMemory，简称RAM)，也可以包含只读存储器(Read-Only Memory)，简称ROM,也可能还包括非易失性存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－ProgrammableGateArray，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件，还可以是可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种交流电弧炉电极升降实时在线修正的控制方法，其特征在于，包括：
采集电弧炉的工作参数，所述工作参数至少包括工艺参数、电气参数和电弧炉每一相升降立柱的实时位置参数；
根据所述工作参数，获取瞬时电弧稳定率，以及目标执行器的输出中间值，所述工艺参数至少包括电流的预设值；
分别计算目标执行器的输出中间值对应的电流值与电流的预设值的差值，以及检测电流值与电流的预设值的差值，并将两个差值进行比较；
根据比较结果，输出目标执行器的最终值；
所述电弧稳定率通过如下公式获取：
其中，Gfn为n相电的电弧稳定率，K1n为电流变化修正系数，K2n为电压变化修正系数，K3n为电极立柱速度变化修正系数，in为电流函数，un为电压函数，dn为电极位置函数，n为三相电的任一项；
根据所述电弧稳定率、环境对电弧的影响系数、工艺参数和电气参数获取目标执行器的输出中间值，所述环境对电弧的影响系数通过如下公式获取：
其中，βn为环境对电弧稳定的影响系数，a为冶炼阶段对电弧稳定的影响系数，p为炉内气压值，T为电弧周围温度，Un为电压有效值，In为电流有效值，ln为电弧长度，n为三相电的任一项；
所述目标执行器的输出中间值，通过如下公式获取：
其中，Kp为比例系数，KI为积分时间转换常数，KD为微分时间转换常数，K为液压比例放大系数，IC为电流的预设值，n-1为对应相上一个计算周期的计算值，n-2为对应相上两个计算周期的计算值，Gfn为电弧稳定率。
2.根据权利要求1所述的交流电弧炉电极升降实时在线修正的控制方法，其特征在于：所述工艺参数还包括工艺热平衡推导电弧周围温度值、炉内压力值和冶炼阶段对电弧稳定的影响系数，所述电气参数包括电流和电压的幅值，以及电流和电压的功率角。
3.根据权利要求1所述的交流电弧炉电极升降实时在线修正的控制方法，其特征在于：当比较结果在预设的阈值范围之内时，输出值为0；当比较结果在预设的阈值范围之外时：
如果K*sn-Ic＞0，In-Ic＞0，则
当K*sn＞In时，
输出值为
当K*sn＜In时，
输出值为
如果K*sn-Ic＜0，In-IC＞0，或者K*sn-Ic＞0，In-Ic＜0，则
输出值为
如果K*sn-Ic＜0，In-IC＜0，
K*sn＜In时，
输出值为
其中，Sn为目标执行器的最终值，为调节灵敏度。
4.根据权利要求1所述的交流电弧炉电极升降实时在线修正的控制方法，其特征在于：周期性进行速度检测，并根据检测结果对电极立柱速度变化修正系数进行动态修正。
5.根据权利要求1所述的交流电弧炉电极升降实时在线修正的控制方法，其特征在于：根据实时采集的工艺参数、电气参数以及电弧炉每一相升降立柱的实时位置参数，建立预测模型，并对电弧进行预测。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述方法。
7.一种电子终端，其特征在于，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行如权利要求1至5中任一项所述方法。
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