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.
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.
1
2
1
2
В известных системах регулирования параметры корректирующего устройства, определяющие пропорциональную kΔX и интегральную k ∫ΔX составляющие закона регулирования (где Х -параметр режима - ток, напряжение и т.д.), после настройки системы далее в процессе работы установки не изменяются, т.е. k и k 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.
1
эл
2
эл
Требуемые зависимости k(ν) и k(ν) 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.