Регулятор мощности дуговой сталеплавильной печи

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники, в частности к устройствам управления дуговыми сталеплавильными печами, используемыми для плавки стали, цветных металлов, ферросплавов.

Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в повышении точности, скорости и качества регулирования за счет автоматической адаптации параметров регулятора к изменяющейся величине задания.

Регулятор мощности дуговой электрической печи, содержащий задающий элемент 1, элемент измерения и сравнения 2, элемент измерения режима 3, дуговую печь 4, электрод 5, ванну печи 6, между которыми поддерживается электрическая дуга 7, усилительный элемент 8, первый блок умножения 9, первый нелинейный усилитель 10, сумматор 11, исполнительный двигатель 12, исполнительный механизм 13, интегратор 14, второй блок умножения 15, второй нелинейный усилитель 16.

1 илл.

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники, в частности к устройствам управления дуговыми сталеплавильными печами, используемыми для плавки стали, цветных металлов, ферросплавов.

Известно устройство для регулирования мощности дуговой электроплавки, содержащее объект регулирования - одну фазу дуговой печи и регулятора, состоящего из элемента измерения режима, элемента измерения и сравнения, усилительного элемента, исполнительного двигателя, механизма перемещения электрода и задающего элемента (Сидоренко М.Ф., Косырев А.И. Автоматизация и механизация электросталеплавильного и ферросплавного производств. - М.: Металлургия, 1975, с.27-28). Данное устройство позволяет управлять процессом расплавления в автоматическом режиме. Недостатком этого устройства является необходимость ручной настройки параметров корректирующего устройства при изменении величины задания, а так же невозможность учета нелинейных характеристик объекта.

Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в повышении точности, скорости и качества регулирования за счет автоматической адаптации параметров регулятора к изменяющейся величине задания.

Поставленная задача решается тем, что известное устройство, содержащее элемент измерения и сравнения, связанный своим первым входом с задающим элементом, вторым входом - с элементом измерения режима, а первым выходом через усилительный элемент с исполнительным двигателем и механизмом перемещения электрода

дуговой электропечи, содержащей электрод и ванну печи, согласно полезной модели, дополнительно снабжено первым и вторым нелинейными усилителями, первым и вторым блоками умножения, интегрирующим элементом и сумматором, при этом первый блок умножения соединен выходом со входом сумматора, а первым входом с выходом усилительного элемента, соединенного входом с первым выходом элемента измерения и сравнения, а вторым входом - с выходом первого нелинейного усилителя, соединенного своим входом со вторым выходом элемента измерения и сравнения, который так же третьим выходом соединен со входом второго нелинейного усилителя, подключенного выходом ко второму входу второго блока умножения, связанного своим первым входом с выходом интегрирующего элемента, связанного входом с четвертым выходом элемента измерения и сравнения, а выходом с сумматором, соединенным выходом с исполнительным двигателем.

Функциональная схема регулятора мощности дуговой сталеплавильной печи представлена на чертеже.

Регулятор мощности дуговой сталеплавильной печи содержит задающий элемент 1, соединенный первым выходом с первым входом элемента измерения и сравнения 2, подключенного вторым входом к элементу измерения режима 3, входящего в состав дуговой печи 4, состоящей из электрода 5, ванны 6, между которыми поддерживают электрическую дугу 7. Первый выход элемента измерения и сравнения 2 соединен с входом усилительного элемента 8, в свою очередь подключенного к первому входу блока умножения 9, соединенного вторым входом с первым нелинейным усилителем 10, связанного входом со вторым выходом элемента измерения и сравнения 2. Выход блока умножения 9 соединен с первым входом сумматора 11, подключенного выходом к входу исполнительного двигателя 12, соединенного выходом со входом исполнительного механизма 13, воздействующего на электрод 5

печи 4. Третий выход элемента измерения и сравнения 2 соединен с входом интегрирующего элемента 14, связанного выходом с первым входом второго блока умножения 15, подключенного вторым входом со вторым нелинейным усилителем 16, связанного входом с четвертым выходом элемента измерения и сравнения 2. Выход второго блока умножения 15 связан со вторым входом сумматора 11.

Устройство работает следующим образом. Технологический процесс плавки в ванне печи 6 электрической дугой 7, горящей между ванной 6 и электродом 5, регулируется изменением положения электрода 5 исполнительным механизмом 13. Требуемое значение параметров режима задается оператором перед началом плавки на входе задающего элемента 1. Канал обратной связи образуется элементом измерения режима 3, подключенного к элементу измерения и сравнения 2, где параметры режима сравниваются с уставкой. Сигнал разности текущего значения и уставки подается на вход корректирующего устройства, состоящего из усилительного элемента 8 и интегрирующего элемента 14, вырабатывающего пропорционально-интегральный (ПИ) закон регулирования. Введение в замкнутую систему регулирования корректирующего устройства с ПИ законом позволяет путем настройки его параметров обеспечить устойчивость системы и достигнуть желаемого качества и устойчивости системы.

В известных системах регулирования параметры корректирующего устройства, определяющие пропорциональную k ₁X и интегральную k₂X составляющие закона регулирования (где Х -параметр режима - ток, напряжение и т.д.), после настройки системы далее в процессе работы установки не изменяются, т.е. k₁ и k₂ сохраняются постоянными при изменении задания, а так же при отработке различных возмущений - обрывах дуги, эксплуатационных коротких замыканий и т.д. Для линейных систем неизменность параметров ПИ-регулятора не приводит к ухудшению качества регулирования при изменении задания,

что делает такую систему адекватной. Однако рассматриваемый регулятор мощности дуговой печи является существенно нелинейным по многим факторам, что приводит к зависимости качества регулирования от величины задания, конкретного режима работы, а так же различных влияющих факторов, в том числе и скорости перемещения электрода. Для устранения данного недостатка известных систем регулирования в предлагаемой системе введены дополнительные функциональные элементы, обеспечивающие изменение (адаптацию) параметров ПИ-регулятора.

Требуемые зависимости k₁(_эл) и k₂(_эл) закона регулирования вырабатываются на выходах нелинейных усилителей 10, 16, сигналы с выходов которых поступают на вторые входы блоков умножения 9, 15. Таким образом, в предлагаемой системе осуществляется параметрическая адаптация параметров ПИ-регулятора, обеспечивающая автоподстройку системы.

Автоподстройка регулятора мощности дуговой сталеплавильной печи позволяет повысить скорость, точность и качество регулирования, и как следствие повысить производительность дуговой сталеплавильной печи и качество выпускаемой продукции.

Блоки умножения являются стандартными элементами схемотехники, а нелинейные усилители могут быть реализованы на основе операционных усилителей с нелинейными обратными связями либо программно на основе программируемого логического контроллера.

Регулятор мощности дуговой электрической печи, содержащий элемент измерения и сравнения, связанный своим первым входом с задающим элементом, вторым входом - с элементом измерения режима, а первым выходом через усилительный элемент с исполнительным двигателем и механизмом перемещения электрода дуговой электропечи, содержащей электрод и ванну печи, отличающийся тем, что регулятор снабжен первым и вторым нелинейными усилителями, первым и вторым блоками умножения, интегрирующим элементом и сумматором, при этом первый блок умножения соединен выходом со входом сумматора, а первым входом с выходом усилительного элемента, соединенного входом с первым выходом элемента измерения и сравнения, а вторым входом - с выходом первого нелинейного усилителя, соединенного своим входом со вторым выходом элемента измерения и сравнения, который также третьим выходом соединен со входом второго нелинейного усилителя, подключенного выходом ко второму входу второго блока умножения, связанного своим первым входом с выходом интегрирующего элемента, связанного входом с четвертым выходом элемента измерения и сравнения, а выходом с сумматором, соединенным выходом с исполнительным двигателем.