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1、电炉电仪自动控制系统讲解电炉电仪自动控制系统讲解1.1.1.1.电气、自动化、仪表设备电气、自动化、仪表设备: :熔分电炉电仪自动化控制系统是基于以下目的设计的:熔炼成本主要取决于电能的单位消耗量和原料的有效利用率，因此只有控制好电炉的冶炼过程，才能实现能耗小、产量高以及最大效率地利用原料。2.2.1.电气设备：电气设备： 2.2.1.1.电源接入点：35kV 电源：由 35kV 变电站提供一路电源到电炉冶炼车间高压配电室的 35kV 受电柜内，接至受电断路器。380V 电源：由 35kV 变电站提供两种电源，一种常规供电，另一种作为一类负荷供电，接入电炉冶炼车间低压配电室的+1B0、+2B0
2、 两个低压受电柜。2.2.1.2.各主要用电设备的电压等级：PLC 电源： AC220VPLC 输入信号： DC24VPLC 信号输出： DC24V（驱动信号灯、中间继电器）非调速电动机： AC380V液压电磁阀 ： DC24V，AC220V信号灯： DC24V，AC220V电炉变压器进线侧输入电压： 35kV动力电源： 380V 50Hz控制电源： 220V 50Hz动力电源来自 35kV 变电站/0.4KV 动力变压器，控制柜采用固定分隔式；一类负荷 380V 供电电源来自 35kV 变电站送电柜内；控制电源从低压配电室取电源经磁饱和稳压器后提供给系统；系统所需的 24V 控制电源根据用途
3、经稳压电源（220V/24V ）分别提供。2.2.1.3.用电负荷说明：熔分电炉生产主要用电负荷包括高压负荷：9MVA 电炉冶炼用 1 台 35kV、9000kVA 三相变压器； 低压负荷：二次燃烧室鼓风机、出铁牵引卷扬电机、单梁吊、出渣、出铁堵口装置、液压油泵、变压器辅助设备、配料皮带称等。液压油泵电机、电炉冷却水等设备为一级负荷，其余设备均为二、三级负荷。对于一级负荷设备采用双路进线，母联互备的方式供电，正常运行时保安电源不投入使用，在断电时通过电源自动转换装置切换到 380v 保安电源供电。2.2.1.4.供配电系统:2.2.1.4.1.高压配电设备:由厂区 35 kV 供电区引一路 3
4、5 kV 高压三相交流电接入电炉冶炼车间高压配电室 35kV 进线柜中，经 35 kV 配电室内的高压开关柜输出到 9000kVA 变压器的一次侧进线端，再从变压器的二次侧经短网与三根电炉冶炼用电极相连接。35kV 高压配电室设置在电炉车间+11 米平台处，主要布置有 35 kV 电源进线柜、PT 及过电压保护器柜、电炉变压器馈线柜。电源进线柜内设有手车式真空断路器，PT 柜中主要设有高压电压互感器、过电压保护器；变压器馈出柜内设有手车式真空断路器、电流互感器等。高压开关柜选用 JYN1-35 型移开式金属封闭开关柜,断路器选用ZN23-35/1250A-31.5kA 真空断路器，柜内设有氧化
5、锌避雷器、阻容吸收器，作为过电压吸收装置，吸收操作过电压和浪涌过电压，以保护变压器正常运行。在高压系统中还设有接地保护刀闸，用于断路器分开后的接地保护。高压开关柜内主要设备见下表：序号 开关柜名称元件名称型号及规格数量135KV 电源进线柜 真空断路器1操作机构1电流互感器3过电压保护器1智能电力监测仪12电压互感器柜电压互感器3熔断器3过电压保护器13电炉变压器馈线柜真空断路器 1操作机构1过电压保护器1电流互感器3智能电力监测仪1接地开关1高压系统的真空断路器合、分闸控制由高压柜和控制室的主操作台两地操作控制。高压供电系统二次回路的计量仪表设置在主控室的计量柜上。在高压柜上同时设有电压表及
6、电流表。2.2.1.4.2.直流屏: 高压柜的操作采用免维护直流电源屏操控，该装置配有一组100Ah/220V 蓄电池，内设监测装置，保护信号装置等。电源屏相关参数如下：输入电压： AC380V输出电压： DC220V输出信号：420mA 模拟量5A 开关通讯方式： RS-232 串行接口直流屏： PK-10D电池厂家： 合资厂家优质产品2.2.1.4.3.微机保护装置:继电保护采用微机综合保护系统，具有保护、控制、测量及通讯的功能。系统中的工控机将测量到的高压侧电压、高压侧电流、功率因数、有功功率、无功功率、有功电度及无功电度等完整的记录下来，并记录系统动作的过程及时间,综合保护系统还可与
7、PLC 通信将测量信号传给 PLC 系统中。在 35kV 开关站内高压开关柜上安装独立的微机综合保护器，综合保护系统预留与用户控制管理机的通讯接口,以便统一调度管理。微机综合保护系统拟选用北京紫光产品或同等次的综保系统，综保系统结构图见附图 1。 2.2.1.4.4.35KV 电炉变压器：熔分电炉采用一台 9000kVA 三相变压器给三根电极供电，通过电极加热原料进行熔炼，直到钛铁分离，最终得到钛渣。变压器二次侧采用角形接法。电炉变压器保护设置高压侧电流速断保护、过负荷保护、油循环中断保护、轻重瓦斯保护、绕组温度保护信号报警、油温保护信号报警、压力释放阀动作跳闸、有载调压开关轻重瓦斯保护、油水
8、冷却器信号等，同时与变压器馈出断路器互锁。2.2.1.4.5.低压供配电系统：在电炉车间+7.00 米平台设有低压配电室，布置有低压受电柜、母联柜及低压设备配电用动力柜。电炉的低压供电系统由动力配电柜（柜型为 GGD）及电源柜(柜型为 KS)、控制柜(柜型为 KS)组成，表面涂装颜色为冰灰色，色标号为 RAL7032。动力柜接受车间动力变压器输出馈电，进线电压为380V/220V 三相四线制，通过低压母排连接，然后至每路断路器，分别供给液压油泵电机、二次燃烧室风机、出铁卷扬电机、炉顶单梁吊、变压器控制电源、变压器油水冷却器、炉顶配料皮带称等控制单元。一级负荷、二级负荷主回路分开布置，经过母联柜
9、相连，事故时通过电源自动切换断路器切换到保安电源给一级负荷供电。动力柜的仪表板上安装有指示灯，指示系统的运行状态、通断电情况，在必要回路的仪表面板上还装有电压表、电流表，指示系统电压、电流。操作台、控制柜：主要包括电炉控制操作台、上位机操作台、综保后台、电源柜、PLC 柜、中间继电器柜、电极控制柜、除尘 PLC 柜等组成。从低压配电馈出柜引一路 380V 电源进+7.00 米平台的电炉操作电源柜，经由电源柜的总断路器、隔离变压器（磁饱和稳压变压器） ，通过每路断路器提供操作控制用电、液压控制电源、辅助设备电源及备用电源。计算机系统电源采用两台 UPS 供电（UPS 电源保证断电延时30min）
10、 ，以给计算机系统提供故障处理时间。在断电情况下，UPS电源的容量可同时满足网络上的工控机记录保存数据，以便于追查事故原因。电炉控制操作台配有二次电流表、一次电压表、变压器档位显示表、控制高压真空开关的合/分闸、电极升降调节、变压器有载调压开关调压、用于炉子操作的控制开关及状态指示器。上位机操作台用于安装电炉的 HMI 上位机系统及其附件。电源柜内装有二台标准的直流 24V 电源模块，以供给液压系统电磁阀、PLC 系统、检测元件用 24V 直流电源。PLC 柜包含电炉本体设备控制系统的 PLC。中间继电器柜、电极控制柜内配有 PLC 系统输出中间继电器、电极升降系统的纯手动控制继电器系统，用于
11、当 PLC 系统发生故障时的紧急动作。低压供电及控制系统设备清单：名 称数量安装地点动力柜8 面低压配电室电源柜1 面主控室中间继电器柜2 面主控室PLC 控制柜1 面主控室主操作台1 台主控室计算机台2 台主控室综保后台机1 台主控室现场控制箱及接线箱40现场现场设备1)操作箱：在电炉操作平台上设置有现场操作箱，主要用于在操作平台上控制电极升降与液压系统油泵启动、停止等控制操作。安装有相应的控制按钮和信号灯。2)按钮盒：在现场还设有二次燃烧室风机等系统设备的启动、停止；安装有操作控制按钮、选择开关和信号灯。3)接线盒：为方便现场检测元件连接电缆的铺设，在现场还就近设有接线盒。控制箱、台、柜采
12、用的低压回路控制元件、操作元件统一选用国产优质厂家的低压产品,光电编码器、行程开关、接近开关选用国产优质产品。电线电缆：所有电线电缆均选用铜导体，高压电缆及大容量低压电缆选用YJV 电力电缆，普通动力电缆、控制电缆选用聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆，部分控制电缆选择带屏蔽的聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆，电炉热区附近，选择耐高温硅橡胶电力电缆。供电外线及车间动力电缆敷设以电缆桥架敷设为主，局部穿保护管埋地敷设。配电室内为电缆沟敷设。2.2.1.5.电机清单：序号名称参数数量附注1二次燃烧室风机18.5kw22铁水车移动用卷扬机15kw13堵口机移动装置0.36kw2公司购买45t 单梁葫芦起重机1
13、5.6kw1公司购买5液压系统5.1液压油泵电机（升降） （一用一备）30kw2一类负荷5.2液压油泵电机（压放）7.5kw1一类负荷5.3烟道阀油泵电机11kw1一类负荷5.4循环冷却泵电机7.5kw1一类负荷6炉气除尘风机160kw1公司购买7出炉烟气除尘风机100kw1公司购买8变压器油水冷却器24kw1一类负荷9有载调压开关电机及滤油机0.5kw+1kw1一类负荷2.2.1.6.外形尺寸、涂层方案：熔分炉电控箱、台、柜的表面涂装颜色为冰灰色，色标号为：RAL7032。2.2.1.7.接地系统:所有电气设备均应按国家标准及相关规定接入厂区接地网的就近接地点上, 高压电气接地电阻不大于 4
14、,低压电气接地电阻不大于 4,仪表、PLC 接地电阻不大于 1,以上接地体分别埋设,最终接入厂区接地网。2.2.2.自动化、仪表系统：自动化、仪表系统： 2.2.2.1.系统概述：大重设计采用电气计算机仪表三电一体控制系统的设计方案，整套电炉系统使用计算机自动化控制，并预留接口供生产管理设备使用，以实现钛渣生产的控制、操作、管理一体化。控制网络结构采用两层网络结构，即上层的工业以太网（PLC 与工控机之间、工控机之间）和下层的现场总线网（PROFIBUS DP） 。根据工艺提出的控制要求和电炉冶炼模型算法，钛渣生产自动化控制系统要实现电极自动升降、电炉负压的自动调节等。根据系统要完成的功能将系
15、统分为以下几个部分：1）电极升降自动控制系统；2）炉压自动控制系统；3）辅助控制系统；4）HMI 人机界面系统；2.2.2.2.系统配置:电炉本体 PLC 选用 SIEMENS S7-400 系列模块。主要监控点有：电炉本体的运行状态（炉温、炉压、弧流、弧压、功率等） 、电极系统（电极位置、电极压放情况等） 、循环水系统（水温、水压、流量等）及其它辅助系统的运行状况，模拟量信号经隔离后再进入 PLC模块，系统 I/O 点数留有 20%的裕量。PLC 系统配置如下：电炉本体 PLC 配置：机型SIEMENS 数量1、CPU 414-2DP6ES7 414-2XG03-0AB012、32 点数字量输入模块6ES7 421-7BH00-0AB0103、32 点数字量输出模块6ES7 422-1BH11-0AA024、16 路数字量输出模块14、16 路模拟量输入模块6ES7 431-0HH00-0AB035、8 路模拟量输出模块16、16 路热电偶输入模块27、电源28、分支模块29、以太网通讯模块110、编程适配器111、前连接器22用来监控钛渣冶炼生产过程的 HMI 工作站的配置均选用当前主流硬件配置，保证了对大量数据的快速计算
