Реферат: Разработка системы управления дуговой печью постоянного тока

б

Рис. 8. Осциллограммы зажигания дуги при учете пульсаций выпрямленного напряжения в 6-ти (а) и 12-ти (б) пульсной схемах выпрямления

Недостатком численного решения системы дифференциальных уравнений, которое осуществляет и пакет прикладных программ Simulink, является невозможность получения общих аналитических выражений, связывающих свойства системы с параметрами ее элементов.

Для получения обобщающих закономерностей, применимых для класса дуговых печей различной мощности, в работе предложено использовать систему относительных величин, в которой за базовое время принято частота питающей сети, за базовое напряжение номинальное значение выпрямленного напряжения, а за базовый ток – номинальный ток печи.

Нелинейность вольтамперной характеристики дуги проявляется в работе регулятора том, что минимально допустимое значение постоянной времени короткой сети Tк* зависит не только от величины и частоты пульсаций выпрямленного напряжения, но и от задания тока i*з регулятора. На основании анализа условий зажигания дуги при различных значениях задания тока и частоты пульсаций выпрямленного напряжения были получены сравнительные зависимости необходимого превышения постоянной времени Tк короткой сети относительно постоянной времени выпрямителя Tп - λ = Tк/Tп , приведенные на рис. 9. Оказалось, что диапазон изменения минимально допустимой постоянной времени короткой сети Tк от задания тока i*з очень велик, поэтому зависимости на рис. 9 для наглядности сравнения построены в логарифмическом масштабе.

Рис. 9. Граничные зависимости параметров короткой сети, при которых выполняется условие I>0

В работе также исследовалось влияние параметров регулятора на качество работы системы регулирования тока. Предыдущие исследования проводились в предположении, что датчик тока является безинерционным. Однако, практическая реализация безинерционного датчика тока невозможна. Наличие преобразования сигналов и фильтров в канале обратной связи приводит к увеличению постоянной времени датчика тока. Как показали исследования, устойчивая работа регулятора тока обеспечивается при постоянной времени в канале обратной связи не более 200 мкс. Характерно, что предельно допустимое значение инерционности в канале обратной связи инвариантно относительно частоты пульсаций выпрямленного напряжения.

В работе также было проведено исследование влияния квантования по времени. Учет квантования по времени в цифровом регуляторе тока обеспечивается введением в прямой канал и канал обратной связи звеньев запаздывания с передаточной функцией Wз(p) = e ^{- τз p} . Время запаздывания τз , в канале обратной связи по току определяется временем преобразования tт сигнала обратной связи в аналого-цифровом преобразователе, а в прямом канале управления - временем реализации алгоритма управления tу . Установлено, что максимально допустимое по критерию устойчивости системы даже в режиме короткого замыкания квантование по времени в регуляторах тока дуговой печи постоянного тока не должно превышать 240 мкс. Превышение времени квантования предельно допустимого значения, определяемого неравенством tз > 240 мкс, приводит к нарушению устойчивости регулятора. Это условие сохраняется как при 12-ти, так и при 6-ти тактной пульсности схемы выпрямления.

Исследовано влияние зависимости требуемой индуктивности сглаживающего дросселя от тока и установлено положительное влияние нелинейности дросселя на стабилизацию процесса горения дуги, особенно при наличии пульсаций выпрямленного напряжения.

В четвертой главе приводятся результаты экспериментального исследования и реализация системы управления режимом работы дуговой печи постоянного тока.

Экспериментальные исследования проводились, как на промышленной сталеплавильной печи постоянного тока ДПС-12, так и на специально разработанном стенде, использованном для отработки наладки источника питания. Функциональная схема стенда (общий вид стенда) приведен на рис. 10,а. Стенд позволяет проводить исследования работы выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку с дугой в режимах короткого замыкания, зажигания дуги, сброса и наброса нагрузки. Дуговая нагрузка при испытаниях имитировалась сварочными электродами, соединенными параллельно. Работу источника питания на дуговую нагрузку иллюстрируют осциллограммы, приведенные на рис.10,б, на которых приведены кривые изменения тока, напряжения и мощности в режиме ручного зажигания дуги и последующего увеличения её длины до погасания. Осциллограммы показывают, что источник питания обеспечивает устойчивое горение дуги, стабилизацию тока при изменении длины дуги и не вызывает перенапряжений при её погасании, т.е. предлагаемый источник питания удовлетворяет требованиям, предъявляемым дуговой установкой постоянного тока. Полученные осциллограммы согласуются с осциллограммами, приведенными в гл. 2 и 3.

а)

б)

Рис. 10. Общий вид (а) и осциллограммы (б), снятые на стенде для испытания источника тока дуговой печи

На основании проведенных исследований была разработана система управления дуговой плавильной печью постоянного тока мощностью 9600 МВА (рис.11).

Система построена в соответствии с двухуровневой иерархической структурой. Верхний уровень иерархии (рис.11,б) включает в себя промышленный компьютер с системой визуализации хода процесса и состояния агрегатов печи. Нижний уровень образован универсальным программируемым контроллером и исполнительными элементами, управляющими током печи, перемещением электрода и вспомогательными механизмами, определяющими ход технологического процесса. На рис.11,а показан общий вид реализованной системы управления печью.

а)

б)

Рис. 11. Система комплексного управления

Исследования работы печи с предложенной системой управления проводилось с использованием разработанного при участии автора исследовательского комплекса, входящего в состав системы управления печью. Комплекс позволяет регистрировать основные электрические и тепловые величины, определяющие работу печи, архивировать с возможностью передачи и просмотра данных по каждой конкретной плавке и группе плавок, а также проводить первичную обработку полученной информации для последующего анализа. Кроме того, разработанный комплекс позволяет снимать различного рода регистрограммы, иллюстрирующие изменение электрических и тепловых величин (см. рис.12).

Экспериментальные исследования работы системы управления, использующей разработанные алгоритмы и методики, подтверждают реализуемость, работоспособность системы и соответствие графиков, полученных экспериментально и теоретически.

Рис.12 Регисторограммы режима плавки в ДПС-12