一、結(jié)識(shí)高威
成都高威節(jié)能科技有限公司，由著名節(jié)能權(quán)威專家崔存生先生創(chuàng)建，專業(yè)從事礦熱爐和電弧爐過(guò)程優(yōu)化控制節(jié)能技術(shù)和設(shè)備研究開(kāi)發(fā)。
崔先生具有數(shù)十年礦熱爐和電弧爐綜合節(jié)電豐富經(jīng)驗(yàn)，曾在專業(yè)權(quán)威刊物發(fā)表數(shù)篇節(jié)能論文?；诘V熱爐過(guò)程優(yōu)化和控制及其節(jié)電方面獨(dú)到的研究成果，高威節(jié)能最 新推出獨(dú)創(chuàng)和國(guó)際領(lǐng)先的GV--IV型礦熱爐增產(chǎn)節(jié)電專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)擁有授權(quán)發(fā)明專利（礦熱爐電極升降自動(dòng)控制的方法，專利 號(hào)：ZL200610035949.0）和多項(xiàng)已受理發(fā)明專利。
這些專利解決了礦熱爐現(xiàn)存的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，能大幅度降低各種產(chǎn)品礦熱爐的冶煉電單耗，節(jié)電幅度達(dá)到2%～10%。專家系統(tǒng)使礦熱爐的自動(dòng)化控制實(shí)現(xiàn)了跨世 紀(jì)進(jìn)步，達(dá)到21世紀(jì)先進(jìn)水平，實(shí)現(xiàn)了真正的自動(dòng)化,達(dá)到了增產(chǎn)、節(jié)電的雙重目的。該系統(tǒng)已通過(guò)四川省科技廳主持的省級(jí)技術(shù)鑒定，被國(guó)家工信部列為導(dǎo)向目 錄排名第一的推薦技術(shù)。
同時(shí)，GV專家系統(tǒng)還集成了上料、變壓器檔位控制、爐壓控制、電極壓放控制、液壓系統(tǒng)控制的功能。GV專家系統(tǒng)不再采用PLC上下位機(jī)的傳統(tǒng)控制模式，全部采用工控機(jī)直接控制模式，具有強(qiáng)大的智能化控制功能，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，可靠性高，運(yùn)行平穩(wěn)、安全。
二、行業(yè)現(xiàn)狀
目前，大型密閉電石爐自動(dòng)控制技術(shù)，仍然處于較低水平。眾多企業(yè)停留在人工操作或半自動(dòng)狀態(tài)，處于人工看電表操作電極升降、人工目視測(cè)量電極長(zhǎng)度、人工調(diào)整爐料配比調(diào)節(jié)電極做功點(diǎn)位置的水平。
低水平的自動(dòng)化應(yīng)用狀況，導(dǎo)致了密閉電石爐運(yùn)行狀況波動(dòng)較大，產(chǎn)量、質(zhì)量、爐況經(jīng)常處于大范圍波動(dòng)中。只有應(yīng)用智能化的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，才有可能解決這些難題。成都高威公司專門針對(duì)密閉電石爐成功研發(fā)的GV-IV型礦熱爐節(jié)電專家系統(tǒng)，能夠擔(dān)此重任，順利解除上述困擾。
三、高威的能力和服務(wù)
成都高威節(jié)能科技有限公司，主營(yíng)世界領(lǐng)先的GV-IV型礦熱爐節(jié)電專家系統(tǒng)和相關(guān)電石爐、黃磷爐、鐵合金爐整體配套控制技術(shù)，開(kāi)發(fā)先進(jìn)實(shí)用和冶煉工藝相結(jié)合的智能化控制技術(shù)。高威節(jié)能在中國(guó)礦熱爐自動(dòng)控制領(lǐng)域，已經(jīng)逐步建立起領(lǐng)導(dǎo)地位。
高威節(jié)能關(guān)切用戶切身利益，對(duì)所有礦熱爐自動(dòng)控制和節(jié)能項(xiàng)目認(rèn)真負(fù)責(zé)，服務(wù)到家，確保控制可靠、平穩(wěn)、安全運(yùn)行并達(dá)到國(guó)內(nèi)最好的節(jié)能效果，
四、高威的營(yíng)銷政策
1、已有電石爐節(jié)能技術(shù)改造：EPC合同能源管理。
2、新建電石爐項(xiàng)目：復(fù)合付款模式。
確保高威節(jié)能提供的礦熱爐全套自動(dòng)控制系統(tǒng)能為企業(yè)帶來(lái)可靠、長(zhǎng)久的效益。
五、GV系統(tǒng)設(shè)備功能模塊圖：
六、GV系統(tǒng)設(shè)備功能模塊詳細(xì)介紹
1、電極升降自動(dòng)控制和做功點(diǎn)控制模塊
（1）電極升降自動(dòng)控制：大型密閉電石爐電 極升降自動(dòng)控制的難點(diǎn)，在于三相功率平衡和電極動(dòng)作頻度之間的矛盾難以統(tǒng)一。如果控制系統(tǒng)追求三相功率平衡度高，則電極升降動(dòng)作必然頻繁，對(duì)爐內(nèi)反應(yīng)坩堝 區(qū)造成破壞；反之，如果追求電極升降動(dòng)作能夠滿足電石爐冶煉要求，則一定無(wú)法兼顧三相功率平衡的要求。三相功率平衡度低，則電極做功點(diǎn)位置偏差較大，爐內(nèi) 功率因數(shù)偏低，爐況波動(dòng)會(huì)較大。結(jié)果造成產(chǎn)量低、電耗高、發(fā)氣量波動(dòng)大的不良結(jié)果。
圖－2
圖—2 所示，是成都高威公司研發(fā)成功的GV系統(tǒng)的硬件原理圖。系統(tǒng)采樣信號(hào)有：高壓電流互感器給出的電流信號(hào)，AC 0~5A模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)配置的隔離傳感器變換為DC0~5V信號(hào)，再經(jīng)A/D板進(jìn)行轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)給計(jì)算機(jī)計(jì)算；變壓器低壓側(cè)電極電壓信 號(hào)，AC0~500V，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)配置的隔離傳感器變換為DC0~5V信號(hào)，再經(jīng)A/D板進(jìn)行轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)給計(jì)算機(jī)計(jì)算；電極夾持器位移信 號(hào)，DC0~5V，經(jīng)A/D板進(jìn)行轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)給計(jì)算機(jī)計(jì)算。
針對(duì)電石爐內(nèi)存在兩個(gè)等效電回路，而電氣測(cè)量回路只有一個(gè)的特點(diǎn)，運(yùn)用特殊獨(dú)到的工程處理方法，創(chuàng)造性地提出運(yùn)用電流變化率控制電極升降理論（見(jiàn)高威公司 發(fā)明專利《礦熱爐電極升降自動(dòng)控制的方法》），成功解決了電石爐三相功率平衡和電極動(dòng)作頻度之間的矛盾。已經(jīng)投入運(yùn)行的多套系統(tǒng)實(shí)踐效果表明，在電極插入 深度適宜、穩(wěn)定、三相電極功率偏差小于2%的前提下，電極升降動(dòng)作頻度完全滿足電石爐冶煉要求，爐內(nèi)坩堝區(qū)穩(wěn)定擴(kuò)大，爐況平穩(wěn)。
電極升降控制基本算法：
當(dāng)電流的增長(zhǎng)率⊿I大于設(shè)定值時(shí)，電極上升一定距離并保持一定時(shí)間，直到實(shí)際電流進(jìn)入死區(qū)為止。
當(dāng)電流的增長(zhǎng)率⊿I小于設(shè)定值時(shí)，電極上升到實(shí)際電流進(jìn)入死區(qū)范圍內(nèi)為止。
當(dāng)電流的減小率⊿I的絕對(duì)值大于設(shè)定值時(shí)，電極下降到實(shí)際電流進(jìn)入死區(qū)范圍內(nèi)為止。
當(dāng)電流的減小率⊿I的絕對(duì)值小于設(shè)定值時(shí)，電極下插一定深度，并保持一定時(shí)間，直到實(shí)際電流進(jìn)入死區(qū)為止。
上述控制過(guò)程中，⊿I已經(jīng)包含了電極消耗對(duì)電流增減的影響因素。
電石爐電極升降自動(dòng)控制難以實(shí)現(xiàn)的難題是如何解決的呢？理論基礎(chǔ)建立在高威公司發(fā)明專利《礦熱爐電極升降自動(dòng)控制的方法》，該理論解決了礦熱爐電極升降自 動(dòng)控制能不能用的問(wèn)題，即解決了三相功率平衡要求和電極動(dòng)作頻度之間相互矛盾的問(wèn)題，獨(dú)創(chuàng)性地提出運(yùn)用電流變化率實(shí)現(xiàn)礦熱爐電極升降自動(dòng)控制的概念，為各 種礦熱爐電極升降自動(dòng)控制難題的解決，奠定了堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。
運(yùn)用該項(xiàng)專利發(fā)明理論，高威節(jié)能在前幾年成功解決了各種黃磷爐電極升降自動(dòng)控制和中小型電石爐電極升降自動(dòng)控制難題成果的基礎(chǔ)上，又成功解決了大型密閉電石爐電極升降自動(dòng)控制的難題。
（2）電極做功點(diǎn)位置控制（發(fā)明專利）：電 極升降自動(dòng)控制的第二個(gè)難點(diǎn)是電極做功點(diǎn)位置的控制，此控制需要解決兩個(gè)問(wèn)題：一是三相電極做功點(diǎn)如何控制在同一平面？二是這個(gè)平面的位置如何控制？依據(jù) 三相電極電流變化率相同時(shí)，三相電極的電弧功率相同的理論，可以將三相電極的做功點(diǎn)控制在同一做功平面上。但是，如果出現(xiàn)爐料質(zhì)量和均勻度波動(dòng)較大時(shí)，會(huì) 影響電極做功點(diǎn)的控制。
電極做功點(diǎn)控制原理：
當(dāng)電極升降時(shí)，計(jì)算 ︳HHA –HHB ︳≤AEDISTANCE （1-1）
︳HHB –HHC ︳≤AEDISTANCE （1-2）
︳HHA –HHC ︳≤AEDISTANCE （1-3）
是否滿足，當(dāng)式（1-1）、（1-2）和（1-3）全部滿足時(shí)，三相電極都可以自由升、降;
當(dāng)其中任何一式不滿足時(shí)，則對(duì)該式涉及的兩個(gè)電極位移變量大小進(jìn)行判斷，然后僅對(duì)位移變量較大的電極進(jìn)行箝位處理，未進(jìn)行箝位的電極仍可以自由升降。
運(yùn)用高威公司發(fā)明專利《電石爐電極自動(dòng)控制系統(tǒng)電極箝位的方法》所提供的解決方案，可以解決因?yàn)闋t料波動(dòng)影響帶來(lái)的問(wèn)題。此項(xiàng)專利提供的方法，能夠?qū)⑷?電極做功點(diǎn)強(qiáng)行箝位在預(yù)先設(shè)定的兩個(gè)平面之間，并設(shè)計(jì)具備自動(dòng)解鎖和動(dòng)態(tài)箝位功能，既可以將三相電極的做功點(diǎn)控制在設(shè)定范圍內(nèi)，也可以避免因?yàn)闋t內(nèi)突然變 化可能引起的過(guò)載跳閘現(xiàn)象。
此項(xiàng)功能提高了爐料層電流集中度和溫度場(chǎng)集中度，提高了料層電熱轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)，因?yàn)槟軌驅(qū)⑷齻€(gè)坩堝區(qū)控制在同一高度位置，提高了三個(gè)電極功率圓的交叉面積，提高了電弧熱的集中度和有效利用率，從而取得增產(chǎn)、節(jié)能的效果。
電極升降、壓放部分控制原理框圖
2、電極長(zhǎng)度動(dòng)態(tài)測(cè)量、控制和電極壓放控制模塊
密閉電石爐電極長(zhǎng)度,是一個(gè)長(zhǎng)期困擾爐前操作工、爐長(zhǎng)、車間主任、甚至總工程師的高難問(wèn)題。人們一直想測(cè)量電極的真實(shí)長(zhǎng)度，由于各種條 件限制，除了將電極全部拔出料面，用鋼尺直接測(cè)量外，至今沒(méi)有有效的測(cè)量方法。然而，當(dāng)人們孜孜以求地尋求電極長(zhǎng)度答案時(shí)，卻忽略了最重要的問(wèn)題：測(cè)量電 極長(zhǎng)度的目的是什么？難道測(cè)量出了電極的真實(shí)長(zhǎng)度就等于知道了電極做功點(diǎn)的位置嗎？
（1）電極長(zhǎng)度測(cè)量和控制的最主要目的。測(cè) 量電極長(zhǎng)度是為了滿足電極在爐內(nèi)放電做功點(diǎn)的需要，即滿足電極插入爐料深度的需要。電極長(zhǎng)度不能過(guò)短，過(guò)短會(huì)使得功率送不滿，會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電元件觸及料面，損 壞導(dǎo)電元件，所以電極長(zhǎng)度有一個(gè)最小值。同時(shí)，為了避免電極長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致電極硬斷的事故，電極長(zhǎng)度有一個(gè)最大值。因此，測(cè)量電極的絕對(duì)長(zhǎng)度值不是目的，控制電極的長(zhǎng)度在一個(gè)合理、安全的范圍內(nèi)才是最終需要追求的目的。
（2）GV系統(tǒng)的電極動(dòng)態(tài)計(jì)算和管理功能。圖—4 是GV系統(tǒng)控制電極壓放的硬件原理圖，計(jì)算機(jī)直接驅(qū)動(dòng)7685繼電器板，7685板驅(qū)動(dòng)電極液壓夾鉗的松開(kāi)、升起和下壓動(dòng)作，完成執(zhí)行電極壓放的功能。實(shí)現(xiàn)該功能控制原理是：依據(jù)電極位置傳感器數(shù)據(jù)和電極做功點(diǎn)位置值的全部組合狀態(tài)值，在滿足四個(gè)邊界條件前提下（滿足電極不會(huì)出現(xiàn)軟斷和硬斷、電極升降油缸不觸及最高位置和最低位置），判斷電極長(zhǎng)度是否滿足做功點(diǎn)所需長(zhǎng)度的要求，動(dòng)態(tài)調(diào)整電極壓放時(shí)間周期長(zhǎng)短，將電極長(zhǎng)度動(dòng)態(tài)控制在冶煉需要的長(zhǎng)度范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)不需要人工測(cè)量電極的操作。
GV系統(tǒng)動(dòng)態(tài)控制電極壓放時(shí)間長(zhǎng)短的周期為30分鐘、1個(gè)小時(shí)、2個(gè)小時(shí)三個(gè)不同的調(diào)整深度，相比人工8個(gè)小時(shí)以上才測(cè)量電極長(zhǎng)度，然后再調(diào)整壓放時(shí)間的常規(guī)做法，控制精度要高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月實(shí)際模擬操作，此項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)了安全、可靠運(yùn)行，取得了預(yù)期效果。
（3）電極壓放時(shí)間長(zhǎng)短的控制。電極壓放時(shí)間必須滿足兩個(gè)條件，最短時(shí)間不能造成電極軟斷，最長(zhǎng)時(shí)間不能造成電極硬斷或電極殼變形。GV系統(tǒng)將電極壓放時(shí)間限制在安全范圍內(nèi)，不會(huì)出現(xiàn)安全問(wèn)題。
3、液壓、風(fēng)機(jī)、檔位、高壓分合閘、電極糊加熱控制
模塊
圖—5 為GV系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)、電極風(fēng)機(jī)、變壓器檔位控制硬件原理圖，圖—6 是電極糊加熱和高壓分合閘操作控制的硬件原理圖。由計(jì)算機(jī)直接控制7685繼電器板驅(qū)動(dòng)，完成控制功能。操作者可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作控制，便于密閉電石爐冶 煉過(guò)程的安全監(jiān)督。如果出現(xiàn)異常，能夠在第一時(shí)間控制相關(guān)操作，避免事故的發(fā)生。
4、爐料配比匹配計(jì)算、爐料輸送控制模塊
密閉電石爐現(xiàn)有的配料輸送系統(tǒng)控制，只有按重量進(jìn)行配比計(jì)算輸送的功能，未考慮原料質(zhì)量對(duì)電石發(fā)氣量和爐況的不利影響。GV系統(tǒng)提供的爐料配比匹配計(jì)算功 能，其基本原理是根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)的電石發(fā)氣量要求，依據(jù)原料質(zhì)量指標(biāo)、損耗指標(biāo)經(jīng)驗(yàn)值，按照元素質(zhì)量進(jìn)行配比匹配計(jì)算，達(dá)到穩(wěn)定爐況、穩(wěn)定發(fā)氣量、降低 原料消耗的目的
。
圖—8 所示為供料系統(tǒng)硬件原理圖，爐體上部料管和料斗安裝有料位計(jì)，料位計(jì)輸出DC0～5V信號(hào)給A/D板采樣轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)供計(jì)算機(jī)計(jì)算，計(jì)算機(jī)依據(jù)料位計(jì)信 號(hào)和生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)的電石發(fā)氣量要求、原材料質(zhì)量指標(biāo)，控制7685繼電器板，驅(qū)動(dòng)皮帶秤配料，并通過(guò)皮帶機(jī)輸送到爐體上部的料管內(nèi)。
5、冶煉過(guò)程數(shù)據(jù)記錄、曲線分析管理模塊
為了提高密閉電石爐的操作和管理水平，GV系統(tǒng)設(shè)計(jì)了多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠記錄全部運(yùn)行過(guò)程的所有操作和運(yùn)行狀況，包括：電極升降手動(dòng)操作、實(shí)時(shí)電流值、實(shí)時(shí) 電壓值、日冶煉時(shí)間、班冶煉時(shí)間、日自動(dòng)運(yùn)行時(shí)間、班運(yùn)行時(shí)間、三相功率不平衡度統(tǒng)計(jì)值、電極位置值、日電極壓放次數(shù)、原料配比數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)，供企業(yè)管 理者查詢和統(tǒng)計(jì)分析。
GV系統(tǒng)設(shè)計(jì)了電極位置曲線顯示功能和電流曲線顯示功能，可以方便分析爐內(nèi)坩鍋區(qū)連通情況和電石爐做功的情況。依此功能，可以優(yōu)化密閉電石爐的多項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，為密閉電石爐能夠按照最佳參數(shù)運(yùn)行提供了可靠保證。
七、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)獲得了廣泛應(yīng)用，但是，在礦熱爐所涉及的電石爐、黃磷爐、鐵合金爐等行業(yè)，還處于初級(jí)階段。究其原因，主要是礦熱爐的電極升降控制和電極壓放控制尚未實(shí)現(xiàn)真正的自動(dòng)控制。
GV系統(tǒng)專為密閉電石爐研發(fā)的五大模塊以計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了真正智能化自動(dòng)控制，取代了傳統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)模塊，為真正實(shí)現(xiàn)車間級(jí)和公司級(jí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)管理奠定了基礎(chǔ)，是目前計(jì)算機(jī)在自動(dòng)控制領(lǐng)域的前沿技術(shù)。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成原理圖
八、GV專家系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)
- 三相電弧功率平衡和電極動(dòng)作頻度同時(shí)滿足密閉電石爐冶煉要求。
- 三相電極做功點(diǎn)控制在同一平面內(nèi)，熱力場(chǎng)集 中度高，電熱轉(zhuǎn)換效率高。
- 電極插入深，坩堝區(qū)面積大，連通狀況好。
- 電極長(zhǎng)度控制適中，避免了電極過(guò)長(zhǎng)和過(guò)短，可以取消人工測(cè)量電極長(zhǎng)度的操作。
- 爐底溫度高，電石發(fā)氣量高，產(chǎn)量高，電耗低。
- 多項(xiàng)輔助管理功能，提高爐前管理水平。
- 爐壓穩(wěn)定、料面溫度降低，石灰利用率高，節(jié)省原料。
- 電極軟、硬斷報(bào)警和處理功能，確保電石爐安全運(yùn)行。
- 硬件系統(tǒng)安全、可靠；軟件系統(tǒng)運(yùn)行效率高、不死機(jī)。
- 安裝調(diào)試、維護(hù)簡(jiǎn)便。
- 經(jīng)濟(jì)效益高—節(jié)能、節(jié)材、增產(chǎn)效果顯著，綜合節(jié)能效果超過(guò)5%，增產(chǎn)10%左右。噸電石綜合經(jīng)濟(jì)效益100元左右。
