專利名稱：一種礦熱爐電極的非接觸檢測及最佳熔煉控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及礦熱爐冶煉中的生產(chǎn)工藝過程，特別涉及一種礦熱爐冶煉過程中電極 相對長度的非接觸檢測及最佳熔煉控制方法。
背景技術(shù)：
電弧爐按其工作原理可分為直接加熱電弧爐、間接加熱電弧爐和電阻電弧爐三大 類，礦熱爐是直接加熱式電弧爐，它的特點是電弧在電極和爐料之間放電使焦炭催化燃 燒，將鐵礦粉熔化。爐料實際上亦為燃弧電極之一。在此類電弧爐中，直接處于高溫電弧 之下的爐料瞬即熔化。如果，爐料的熔點較低，氣化溫度低，則爐料大量氣化，造成很大的損 耗。另外，由于該種電弧爐的電極是直立的，不受彎曲的應(yīng)力，所以電極的尺寸可以加大。很 顯然，電極的尺寸大，則輸入爐內(nèi)的功率就可以加大，所以爐子的容量就不受限制，可以做 成超大型的。綜上所述可以認(rèn)為直接加熱式電弧爐適合用來熔煉熔點較高，且產(chǎn)量較高的金屬。所以在工業(yè)當(dāng)中，主要用它來冶煉不同規(guī)格的鋼鐵、特種鋼以及各種合金材料。特 別適用于以下兩種情況第一，用來熔煉優(yōu)質(zhì)鋼，因為電弧爐的爐溫高，且調(diào)溫方便，在爐內(nèi) 能夠保持還原性氣氛，從而能有效的除硫、磷等有害雜質(zhì)。第二、這種電弧爐還適宜鑄鋼車 間熔煉鑄造鋼。這一方面是由于澆鑄鋼件時，鋼水需用量不多，電弧爐在容量匹配上容易滿 足澆鑄要求；另一方面，還因為在電弧爐內(nèi)熔煉及精煉出來的鋼水溫度高，且流動性好，因 而適宜用來澆鑄形狀復(fù)雜的鑄鋼件。現(xiàn)代化電弧爐均為直接加熱、爐底不導(dǎo)電式電爐。電 弧發(fā)生在每一電極與爐料之間，已熔化的金屬則形成負(fù)荷的中心點。目前，在國內(nèi)95 %以上的電弧爐都沒有實現(xiàn)全自動智能化的無人操作的電弧爐， 都還使用人工操作方法，操作人員工作環(huán)境艱苦、勞動強度大、產(chǎn)品投入成本過高、耗能突
ψ絕
OD寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種礦熱爐電極的非接觸檢測及最佳熔煉控制方法，其實 現(xiàn)全自動智能化操作，降低勞動強度，降低產(chǎn)品投入成本，降低能耗。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下—種礦熱爐電極的非接觸檢測及最佳熔煉控制方法，包括如下步驟第一步在礦熱爐的三相電極控制裝置上，加裝三套電極相對長度傳感器，用于檢 測三個電極的各自相對長度，為最佳熔煉過程提供電極的相對長度及電極的耗損參數(shù)，以 使工業(yè)控制計算機系統(tǒng)根據(jù)最佳熔煉過程的算法及其參數(shù)，確定對電極輸出的控制量；第二步在礦熱爐的三相電極液壓控制裝置上，加裝導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸位置檢 測系統(tǒng)，用于檢測導(dǎo)電橫梁的平衡及電極的垂直度，以使工業(yè)控制計算機系統(tǒng)結(jié)合電極相 對長度傳感器所檢測的參數(shù)，計算出電極與冶煉溶面的電弧間距，調(diào)整最佳熔煉過程；第三步在礦熱爐的布料控制裝置上，由工業(yè)控制計算機系統(tǒng)控制布料車根據(jù)按需布料的原則，配合電極的運行方式實現(xiàn)礦熱爐的自動合理布料；第四步根據(jù)電極的相對長度、導(dǎo)電橫梁的位置量、布料下料量、爐底溫度的參數(shù)， 建立礦熱爐電極的控制算法，并采用遺傳算法對測量結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化處理，由工業(yè)控制計算 機系統(tǒng)自動輸出控制量；第五步在礦熱爐的電流環(huán)控制中，控制算法根據(jù)電流的變化區(qū)間內(nèi)電極的相對 長度及導(dǎo)電橫梁的位置，編制電極控制量在子區(qū)間的位置上、下限，從而保證電極在運行中 不飛車和失控，并在每一子區(qū)間設(shè)定報警、問詢子系統(tǒng) ，其問詢量包括布料量、爐底溫度、出 品量等工藝參數(shù)，此過程由軟件及算法自動完成；第六步采用數(shù)字液壓控制系統(tǒng)實現(xiàn)對電極的精確控制，同時結(jié)合第四步的控制 算法及輸出量，對電極進(jìn)行精確的閉環(huán)控制，從而實現(xiàn)礦熱爐電極的非接觸檢測及最佳熔 煉控制方法。本發(fā)明的方法在實施過程中有如下要求1)在熔煉過程中具有高靈敏度，對電弧電流變化的反應(yīng)要靈敏，可以用非靈敏區(qū) 來衡量。非靈敏區(qū)指當(dāng)電極調(diào)節(jié)量發(fā)生變化時，電極仍保持靜止的整個區(qū)間。通常用不感 系數(shù)代表調(diào)節(jié)器非靈敏區(qū)的大小。執(zhí)行機構(gòu)在開始向兩個方向動作時的被調(diào)量之差與其算 術(shù)平均值之比的百分?jǐn)?shù)稱為不感系數(shù)。2)對電極調(diào)節(jié)的快速性要好，電極提升速度要快，否則容易造成短路而使高壓斷 路器自動跳閘；下降要慢，適量進(jìn)給，以免電極碰撞爐料而折斷或插入熔液中。電極速度由 零升至最大速度的90%所需時間不得大于0. 35S，電極速度由最大速度降到10%所需時間 不得大于0. 155。3)自動運行過程中，要保證電弧電流能在額定值的30-125 %的范圍內(nèi)平滑地整 定，無斷流發(fā)生。4)在電極同爐料短路時，在保證電弧穩(wěn)定的情況下，應(yīng)使電極以最大速度上升，并 停止布料。5)在控制過程中，保證電極升降控制能迅速地從自動切換為手動，或由手動切換 為自動。6)在礦熱爐通電時，電極控制系統(tǒng)能保證自動燃弧。其調(diào)節(jié)器應(yīng)能保證調(diào)節(jié)工作
高度可靠，操作簡單。 7)要保證良好的三相間的平衡性及相互間的盡可能小的影響。本發(fā)明的有益效果是由于對礦熱爐的電極電流變化區(qū)間參數(shù)、電極的相對長度 及導(dǎo)電橫梁的位置關(guān)系參數(shù)的精確檢測，使電極與熔液面之間的位置關(guān)系為最佳，在熔煉 過程中的功率釋放為最大，降低其電能的損耗，達(dá)到節(jié)能的目的；本發(fā)明的方法能夠?qū)崿F(xiàn)全 自動智能化操作，降低勞動強度，降低產(chǎn)品投入成本。


圖1是本發(fā)明礦熱爐電極的非接觸檢測及最佳熔煉控制方法示意圖。圖2是本發(fā)明礦熱爐電極的非接觸檢測原理示意圖。圖3是本發(fā)明采用的遺傳算法流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明是在礦熱爐電極的相關(guān)部位上，加裝非接觸式傳感器檢測其電極的相對長度，加裝導(dǎo)電橫梁的位置傳感器檢測導(dǎo)電橫梁的平衡和電極的垂直度，配合電流環(huán)、爐底溫 度的檢測、布料量的檢測，使礦熱爐電極工作在最佳熔煉狀態(tài)的控制方法。本發(fā)明采用電極放電最佳位置及工況參數(shù)的在線檢測技術(shù)，基于機電一體化綜合 技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)對礦熱爐電極的相對長度及工況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，通過工業(yè)控制計 算機系統(tǒng)及電極數(shù)控液壓進(jìn)給控制系統(tǒng)，來控制電極的工作電流，保證礦熱爐在熔煉過程 中，電極的相對長度及垂直度處于最佳狀態(tài)，同時結(jié)合電流控制系統(tǒng)，使礦熱爐的功率因數(shù) 在最佳參數(shù)上運行，降低無功消耗，調(diào)平三相輸出功率，提高電能的利用率，降低企業(yè)生產(chǎn) 成本。本發(fā)明采用光電轉(zhuǎn)換原理設(shè)計了一個非接觸式電極位移在線檢測裝置及方法，對 于測量結(jié)果的誤差采用遺傳算法原理做優(yōu)化，并結(jié)合礦熱爐的其它參數(shù)，完成電極的控制 動作。如圖1所示，其為本發(fā)明礦熱爐電極的非接觸檢測及最佳熔煉控制方法示意圖。 其中，礦熱爐1是礦熱爐的爐體結(jié)構(gòu)，其作用是將礦料通過冶煉形成鋼鐵材料；導(dǎo)電橫梁雙 側(cè)液壓缸系統(tǒng)2用以完成對電極在熔煉過程中的升或降；導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸伺服電磁閥 控制系統(tǒng)3是一數(shù)字式液壓驅(qū)動系統(tǒng)，通過導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸位置檢測系統(tǒng)9完成數(shù)字 給定的要求；非接觸式電極相對長度傳感器系統(tǒng)4采用光鼠式、激光光鼠傳感器或激光紅 外線式傳感器，其包括有光源、光學(xué)系統(tǒng)和探測器，用以完成對礦熱爐電極10的相對長度 的檢測；非接觸式電極相對長度檢測轉(zhuǎn)換系統(tǒng)5包括信號處理電路、A/D采集系統(tǒng)，用以完 成對檢測信號的處理及轉(zhuǎn)換；非接觸式電極相對長度檢測接口系統(tǒng)6包括USB通信接口及 接口協(xié)議，用以完成信號的傳輸，也可以采用雙機通訊系統(tǒng)來實現(xiàn)；工業(yè)控制計算機系統(tǒng) 7是礦熱爐最佳熔煉控制的核心控制器，用以完成整個檢測與控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的運算和處 理；顯示、存儲及記錄系統(tǒng)8是一人機接口設(shè)備，是本發(fā)明的綜合顯示、存儲及記錄系統(tǒng) ’導(dǎo) 電橫梁雙側(cè)液壓缸位置檢測系統(tǒng)9:在礦熱爐中共有三相電極，其中每個電極都有兩支液 壓缸系統(tǒng)，控制電極在熔煉過程中的升或降，而每支液壓缸都對應(yīng)安裝一個位置傳感器，用 以完成導(dǎo)電橫梁的平衡及電極垂直度的檢測；礦熱爐電極10 在礦熱爐中共有三相電極， 圖1中所示為其中一相電極，是一自培式電極，檢測電極的相對長度是由非接觸式電極相 對長度傳感器系統(tǒng)4、非接觸式電極相對長度檢測轉(zhuǎn)換系統(tǒng)5、非接觸式電極相對長度檢測 接口系統(tǒng)6實現(xiàn)，檢測電極的位置由導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸位置檢測系統(tǒng)9實現(xiàn)，對電極實施 控制由導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸系統(tǒng)2、導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸伺服電磁閥控制系統(tǒng)3、工業(yè)控制 計算機系統(tǒng)7實現(xiàn)；礦熱爐的礦料熔池11是一容納冶煉后的鐵水的礦料熔池。如圖2所示，本發(fā)明電極相對長度非接觸位移檢測方法主要由光電非接觸式長度 傳感器、信號處理電路、USB通信接口、工控計算機系統(tǒng)及電極控制系統(tǒng)實現(xiàn)；光電非接觸 式長度傳感器將檢測到的模擬信號送至信號處理電路，信號處理電路將信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換 后，再送至USB通信接口電路，經(jīng)工控計算機系統(tǒng)運算處理后，將控制參數(shù)送給電極控制系 統(tǒng)，達(dá)到對電極長度的相對檢測及控制。圖中1、光電非接觸式長度傳感器包括
①光源采用發(fā)光二極管，提供系統(tǒng)需要的光源，其主要任務(wù)是滿足光學(xué)傳感器的 拍攝需要，將所要拍攝的目標(biāo)照亮。②光學(xué)系統(tǒng)選用專用的LED透鏡，即與LED緊密聯(lián)系在一起的有助于提升LED的 出光效率、改變LED的光場分布的光學(xué)系統(tǒng)。③光學(xué)傳感器光學(xué)傳感器選用安捷倫科技推出的一款LED用的光學(xué)感測器 ADNS3060 ；ADNS3060的工作電壓3. 3V，節(jié)電模式下電流消耗為30uA，最大時鐘頻率為 24MHz，在每秒6400幀時的最大速度為每秒40英寸，分辨率為SOOcpi ；該芯片采用先進(jìn)的 光學(xué)導(dǎo)航技術(shù)，主要包括圖像獲取系統(tǒng)數(shù)字信號處理器兩線串行端口 ；圖像獲取系統(tǒng)通過 照明系統(tǒng)和透鏡組獲得微小的圖像，然后這些圖像信息被DSP處理后判斷移動的方向和距 罔。2、信號處理電路包括①控制芯片控制芯片負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)裝置中各元器件的工作，并與外部電路進(jìn)行橋接 及各種信號的傳送和收取。本發(fā)明選取CY7C63743A-PC控制芯片，CY7C63743A-PC是一款 帶集成USB串口引擎的8位RISC MCU。CY7C63743A-PC與ADNS3060之間的通信通過集成 串行外圍接口實現(xiàn)。②數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是A/D轉(zhuǎn)換器等，用以完成對光電非接觸式長度傳感器處 理后的模擬電信號，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后送到工控計算機處理。3、USB通信接口電路①完成USB驅(qū)動和系統(tǒng)軟件的驅(qū)動通過VB編程采集輸出信號，構(gòu)建USB主機的協(xié) 議，并通過一系列算法實現(xiàn)檢測結(jié)果輸出。②在工控計算機主機部分基于VB 6.0的測量結(jié)果輸出，通過VB 6.0面向?qū)ο蟮?形象化的界面輸出測量結(jié)果。光電非接觸式電極相對長度傳感器系統(tǒng)4的運動在工控計算 機的顯示器上體現(xiàn)為顯示器坐標(biāo)位置的變化，不同坐標(biāo)的變化體現(xiàn)為光電非接觸式電極相 對長度傳感器系統(tǒng)4上下左右不同的運動情況。基于Windows xp的VB 6. 0能夠準(zhǔn)確的獲 得非接觸式電極相對長度傳感器系統(tǒng)4的位置坐標(biāo)，通過編譯將光電非接觸式電極相對長 度傳感器系統(tǒng)4的位移以直線段的形式輸出，得到光電非接觸式電極相對長度傳感器系統(tǒng) 4的運動軌跡從而具體分析運動情況。4、工控計算機系統(tǒng)基于遺傳算法對測量結(jié)果優(yōu)化，并參照冶煉過程中的其它參數(shù)對礦熱爐電極10 進(jìn)行檢測與控制。如圖3所示，遺傳算法參數(shù)的設(shè)定①確定編碼方案。采用遺傳算法的二進(jìn)制編碼方案，其具體用法為假設(shè)某一參數(shù) 的范圍是[Umin，Umax]，用一 m位二進(jìn)制數(shù)η來表示，則它們的關(guān)系如下
γ U = Umin + ^r-J(Umax - Umm )此過程為解碼，它的反過程即為編碼。首先確定待優(yōu)化的取值范圍，然后根據(jù)上 式，用它的反應(yīng)過程對參數(shù)進(jìn)行反編碼。②初始種群的產(chǎn)生。初始種群為8次對同一刻度測量的8個數(shù)據(jù)。
③確定適應(yīng)度函數(shù)。個體適應(yīng)度函數(shù)是確定個體評價方法，是遺傳算法的關(guān)鍵。本裝置中適應(yīng)函數(shù)的獲取是按照多次試驗平均值基于Matlab最小二乘法曲線擬合的方法。 獲取一個3階的曲線函數(shù)，用此函數(shù)作為適應(yīng)度函數(shù)的初始函數(shù)。④控制參數(shù)的選取。控制參數(shù)包括種群的規(guī)模，變量的個數(shù)，算法執(zhí)行的最大代 數(shù)、執(zhí)行不同遺傳操作的概率以及其它一誒輔助的空子參數(shù)等。根據(jù)具體情況可以選擇不 同的參數(shù)，本發(fā)明選擇初始種群大小psize = 8，變量個數(shù)為1，最大迭代數(shù)mxa gen = 25， 交叉概率P。= 0. 85，變異概率Pm = 0. 05。⑤遺傳算子的設(shè)計遺傳算法中的遺傳算子主要包括選擇、交叉和變異。最常用的的選擇算子是比例 選擇算子，比例選擇方法是一種回放式隨機采樣的方法。其基本思想是各個個體被選擇的 概率與其適應(yīng)度大小成正比。由于是隨機操作的原因，這種選擇方法的選擇誤差比較大，有 時甚至連適應(yīng)度較高的個體也選擇不上。設(shè)群體大小為M，個體i的適應(yīng)度為Fi，則個體i被選中的概率pis為
/ Mpis =Fi Y4Fi (i = 1,2, -,M)
/ i=\由上式可見，適應(yīng)度越高的個體被選中的概率也越大；反之，適應(yīng)度越低的個體被 選中的概率也越小。交叉是指對2個相互配對的染色體按某種方式相互交換其部分基因，從而形成2 個新的染色體。常用單點交叉和雙電交叉，本發(fā)明中選用單點交叉，一般交叉的經(jīng)驗取值為 0. 4-0. 99。變異是將個體染色體編碼串長度中某些基因座上基因值用該基因座的其他等位 基因來替代，形成新的個體，通常變異概率的取值范圍是0. 0001-0. 1。⑥確定算法的終止條件遺傳算法的終止條件即遺傳算法的終止進(jìn)化代數(shù)，一般取值100-500。本發(fā)明選擇 最大迭代數(shù)為300。本發(fā)明涉及的一種礦熱爐冶煉過程中電極相對長度的非接觸檢測及最佳熔煉控 制方法，其中光電非接觸式電極長度傳感器4及非接觸式電極相對長度檢測轉(zhuǎn)換系統(tǒng)5，用 來檢測礦熱爐電極10的相對長度；導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸位置檢測系統(tǒng)9可選擇拉繩式光電 編碼器或拉桿式位置傳感器或超聲波式位置傳感器等，其安裝位置可地平式平裝或在導(dǎo)電 橫梁倒置安裝，其安裝位置 可以互換，導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸位置檢測系統(tǒng)9用來檢測導(dǎo)電 橫梁的位置，以防止電極10在運行過程中偏離中心線；由光電非接觸式電極長度傳感器4 及非接觸式電極相對長度檢測轉(zhuǎn)換系統(tǒng)5，結(jié)合導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸位置檢測系統(tǒng)9，對電 極10的最佳工作長度及位置進(jìn)行精確檢測，通過圖2所示的工控計算機系統(tǒng)進(jìn)行處理，由 導(dǎo)電橫梁的壓放系統(tǒng)完成電極10的壓放，同時由導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸伺服電磁閥控制系 統(tǒng)3及導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸系統(tǒng)2完成電極10的位置控制；為了在工作過程中對電極10 導(dǎo)電橫梁位置和導(dǎo)電橫梁是否平衡的檢測，對導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸系統(tǒng)2的定位進(jìn)行精確 檢測，由導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸位置檢測系統(tǒng)9完成。由光電非接觸式電極長度傳感器4及 非接觸式電極相對長度檢測轉(zhuǎn)換系統(tǒng)5，完成電極10在冶煉運行過程中的耗損量及壓放的 進(jìn)給量。導(dǎo)電橫梁的升起或下降，由導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸伺服電磁閥控制系統(tǒng)3、導(dǎo)電橫梁 雙側(cè)液壓缸系統(tǒng)2及導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸位置檢測系統(tǒng)9完成。其中，每個導(dǎo)電橫梁雙側(cè) 液壓缸系統(tǒng)2得到一個共同的數(shù)字開關(guān)量控制信號，由導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸伺服電磁閥控制系統(tǒng)3控制，電磁閥使得液壓缸升起或下降，它是由工業(yè)控制計算機系統(tǒng)7及可編程控制 器發(fā)來的開關(guān)量信號控制。電極10的導(dǎo)電橫梁的位置，是由工業(yè)控制計算機系統(tǒng)7根據(jù)具 有順序號的光電非接觸式電極長度傳感器4、導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸位置檢測系統(tǒng)9得到每 個液壓缸的位置參數(shù)，從而可檢測到電極10的導(dǎo)電橫梁是否平衡。通過礦熱爐1熔煉過程 中電極10上升或下降的編號，計算出其偏差。然后，對電極10的導(dǎo)電橫梁的液壓驅(qū)動裝置 即導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸伺服電磁閥控制系統(tǒng)3及導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸系統(tǒng)2，施加液壓補 償控制或進(jìn)行偏差校正等控制技術(shù)方面的影響，以保證礦熱爐1在工作過程中，電極10的 導(dǎo)電橫梁位置平衡。同時保證導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸系統(tǒng)2的位置參數(shù)，通過有順序號的導(dǎo) 電橫梁雙側(cè)液壓缸位置檢測系統(tǒng)9和光電非接觸式電極長度傳感器4，有效的配合礦熱爐1 在冶煉過程中，電極10電流強度與電極10長度及位置參數(shù)的最佳運行狀態(tài)。導(dǎo)電橫梁的升 起或下降的位置參數(shù)被檢測，并通過有順序號的導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸位置檢測系統(tǒng)9發(fā)出 的數(shù)字量信號傳送給計算機系統(tǒng)顯示或控制。檢測到導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸系統(tǒng)2的位置參 數(shù)偏差，由計算機進(jìn)行位置參數(shù)偏差計算，求出偏差值并通過液壓補償器對導(dǎo)電橫梁雙側(cè) 液壓缸系統(tǒng)2驅(qū)動裝置施加控制，保證爐料熔煉的最佳工作狀態(tài)。其電爐的布料系統(tǒng)要根 據(jù)礦熱爐三相電極的相互位置關(guān)系，布料車進(jìn)行合理布料，以避免在爐子中發(fā)生塌料現(xiàn)象。
礦熱爐電極10在熔煉過程中的最佳狀態(tài)的控制方法如表1所示，表中的檢測量有 電極的相對長度、導(dǎo)電橫梁的位置量、布料下料量、爐底溫度的參數(shù)，在算法中依此為依據(jù) 對礦熱爐的電極進(jìn)行控制。表1中e(i)代表的是礦熱爐三相電極的最佳工作電流量的變 化率；E(Imax)代表的是礦熱爐三相電極的最大工作電流量變化率；Ae(i)代表的是礦熱 爐三相電極的瞬態(tài)工作電流量的變化率；E(Imin)代表的是礦熱爐三相電極的最小工作電 流量變化率。表1三相電極電流控制規(guī)則表 S 轉(zhuǎn)臂工
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______________本發(fā)明根據(jù)礦熱爐壓放過程中的速度慢，位移量小的特點，利用光電轉(zhuǎn)換原理設(shè) 計了一套光電非接觸式電極相對長度檢測方法。該方法利用發(fā)光二極管發(fā)出的光線經(jīng)過透 鏡折射到被測電極表面，光學(xué)傳感器接收圖像，經(jīng)DSP分析處理后由USB轉(zhuǎn)交計算機。本發(fā) 明中數(shù)據(jù)的讀取由面向?qū)ο蟮乃幊绦蛲瓿?。該方法與電極的非接觸測量間距離在5mm以 下，每個液壓缸得到一個共同的控制信號。導(dǎo)電橫梁的位置及電極的相對長度，由計算機根 據(jù)具有順序號的非接觸式傳感器，得到每個電極的相對位置長度參數(shù)，從而可檢測并計算 出電極的位置及電極的運動長度，通過礦熱爐熔煉過程中電極上升或下降的編號算出其偏 差。然后，對導(dǎo)電橫梁的驅(qū)動裝置施加控制技術(shù)的影響，以保證電爐工作過程中，導(dǎo)電橫梁 的位置平衡及電極最佳長度。同時保證液壓缸的位置參數(shù)可得到顯示及可控制，解決了礦 熱爐連續(xù)自動化無人參與的閉環(huán)智能化控制的問題，從而達(dá)到低碳、節(jié)能、降耗、減排的目 的。
權(quán)利要求
一種礦熱爐電極的非接觸檢測及最佳熔煉控制方法，其特征在于，該方法包括如下步驟第一步在礦熱爐(1)的三相電極控制裝置上，加裝三套電極相對長度傳感器(4)用于檢測三個電極(10)的各自相對長度，為最佳熔煉過程提供電極的相對長度及電極的耗損參數(shù)，以使工業(yè)控制計算機系統(tǒng)(7)根據(jù)最佳熔煉過程的算法及其參數(shù)，確定對電極輸出的控制量；第二步在礦熱爐(1)的三相電極液壓控制裝置上，加裝導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸位置檢測系統(tǒng)(9)，用于檢測導(dǎo)電橫梁的平衡及電極的垂直度，以使工業(yè)控制計算機系統(tǒng)(7)結(jié)合電極相對長度傳感器(4)所檢測的參數(shù)，計算出電極與冶煉溶面的電弧間距，調(diào)整最佳熔煉過程；第三步在礦熱爐(1)的布料控制裝置上，由工業(yè)控制計算機系統(tǒng)(7)控制布料車根據(jù)按需布料的原則，配合電極的運行方式實現(xiàn)礦熱爐的自動合理布料；第四步根據(jù)電極的相對長度、導(dǎo)電橫梁的位置量、布料下料量、爐底溫度的參數(shù)，建立礦熱爐電極的控制算法，并采用遺傳算法對測量結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化處理，由工業(yè)控制計算機系統(tǒng)(7)自動輸出控制量；第五步在礦熱爐(1)的電流環(huán)控制中，控制算法根據(jù)電流的變化區(qū)間內(nèi)電極的相對長度及導(dǎo)電橫梁的位置，編制電極控制量在子區(qū)間的位置上、下限，并在每一子區(qū)間設(shè)定報警、問詢子系統(tǒng)；第六步采用數(shù)字液壓控制系統(tǒng)實現(xiàn)對電極的精確控制，同時結(jié)合第四步的控制算法及輸出量，對電極進(jìn)行精確的閉環(huán)控制，從而實現(xiàn)礦熱爐電極的非接觸檢測及最佳熔煉控制方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦熱爐電極的非接觸檢測及最佳熔煉控制方法，其特征在 于，第一步所述的電極相對長度傳感器(4)為接觸式光電傳感器或非接觸式光電傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的礦熱爐電極的非接觸檢測及最佳熔煉控制方法，其特征 在于，所述的電極相對長度傳感器(4)為光鼠式傳感器或激光光鼠傳感器或激光紅外線式 傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦熱爐電極的非接觸檢測及最佳熔煉控制方法，其特征在 于，第二步所述的導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸位置檢測系統(tǒng)(9)對導(dǎo)電橫梁的升起或下降實施控 制，每個液壓缸得到一個共同的控制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的礦熱爐電極的非接觸檢測及最佳熔煉控制方法，其特征 在于，所述的導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸位置檢測系統(tǒng)(9)由兩個傳感器組成，其安裝位置可互 換，導(dǎo)電橫梁雙側(cè)液壓缸位置檢測系統(tǒng)(9)通過得到每個液壓缸的位置參數(shù)，可檢測電極 是否垂直。
全文摘要
本發(fā)明礦熱爐電極的非接觸檢測及最佳熔煉控制方法涉及礦熱爐冶煉技術(shù)領(lǐng)域，該方法基于光電式非接觸檢測原理，檢測電極相對長度的方法，用此數(shù)據(jù)來描述電極的損耗與電極的相對長度，電極在壓放過程中其電流環(huán)與位置環(huán)的關(guān)系集參數(shù)，同時結(jié)合導(dǎo)電橫梁的位置、電極的垂直度、爐料與的電極電流的相互關(guān)系建立系統(tǒng)模型，實現(xiàn)礦熱爐的連續(xù)智能自動化生產(chǎn)。本發(fā)明實現(xiàn)電弧爐的全自動智能化操作，降低勞動強度，降低產(chǎn)品投入成本和能耗。
文檔編號H05B7/156GK101868077SQ20101018691
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月31日
發(fā)明者侯云海, 盧秀和, 白羽, 薛鵬 申請人:長春工業(yè)大學(xué)