Електродъжена печка, работеща с ръчно управление — с квалифициран оператор, който регулира позицията на трансформатора и електрода чрез усещане — може да постигне респектиращи резултати. Електродъжена печка, работеща с добре настроена система за автоматизация от ниво 2, може да намали времето за включване с 8-12%, консумацията на електроди с 10-15% и консумацията на електроенергия с 20-40 kWh на тон. Разликата не е незначителна. За инсталация с капацитет 500 000 тона годишно, която плаща 0,08 долара на kWh, икономиите от 30 kWh/тон се равняват на 1,2 милиона долара годишно.
MONTE INTELLIGENCE интегрира системи за управление на процеси в нашите пакети за доставка на електрообработващи печки. Тази статия разглежда архитектурата на управление, алгоритмите, които я управляват, и предизвикателствата при практическото внедряване.
Автоматизацията на ниво 1 осъществява контрол в реално време — регулиране на електродите, управление на хидравличната система, регулиране на потока на водно охлаждане. Тези функции се изпълняват на програмируеми логически контролери (PLC) с време на цикъла от 10-50 милисекунди. Системата за регулиране на електродите е най-критичната функция на ниво 1: тя трябва да поддържа стабилна дължина на дъгата, въпреки смущенията от движението на скрапа, разпенването на шлаката и колебанията в напрежението в електрическата мрежа.
Стандартният подход е регулирането на електрода въз основа на импеданса. Регулаторът измерва напрежението и тока на дъгата, изчислява импеданса (Z = V/I) и регулира позицията на електрода, за да поддържа зададената стойност на импеданса. Зададената стойност варира в зависимост от топлината: по-висок импеданс по време на фазата на топене на скрапа, за да се предпази корпусът на пещта от излъчване на дъгата, по-нисък импеданс по време на фазата на плоска баня, за да се увеличи максимално входящата мощност.
Съвременните регулатори използват адаптивно управление на усилването — пропорционалното и интегралното усилване на PID контура се настройват автоматично въз основа на работните условия. Когато дъгата е нестабилна (срутване на скрап, вариации в пенеста шлака), усилванията се увеличават, за да осигурят по-бърза реакция. Когато дъгата е стабилна, усилванията намаляват, за да се избегне ненужно движение на електрода, което увеличава консумацията на енергия от електрода и износването на хидравличната система.
Автоматизацията от ниво 2 осигурява оптимизация на нивото на нагряване, която е над управлението в реално време от ниво 1. Системата от ниво 2 получава спецификацията за клас стомана от системата за управление на производството (MES) на завода, изчислява оптималните зададени стойности за всяка фаза на нагряването и изтегля тези зададени стойности в системата от ниво 1. След нагряването, системата от ниво 2 анализира производителността спрямо целите и коригира зададените стойности за следващото нагряване въз основа на резултатите.
Топлинният профил в система от ниво 2 разделя цикъла на електродъговата печка на отделни фази: зареждане на кошницата 1, топене 1, зареждане на кошницата 2, топене 2, рафиниране и източване на метал. Всяка фаза има целеви зададени стойности за напрежение на дъгата, ток на дъгата, дебит на кислорода, скорост на впръскване на въглерод и работа на горелката. Системата от ниво 2 настройва тези зададени стойности въз основа на действителната смес от скрап, желаната температура на източването и целевото съдържание на въглерод.
Приложенията на невронните мрежи в управлението на електродъговата печка (EAF) са се преместили от изследователски статии към производствени системи. Най-честото приложение е прогнозирането на крайни точки — оценка на температурата на ваната и съдържанието на въглерод в края на плавката въз основа на данни от процеса в реално време, без да се чака химичен анализ. Невронна мрежа, обучена върху исторически данни за плавките, може да предскаже крайната температура в рамките на ±15°C и крайния въглерод в рамките на ±0,02% за 85-90% от плавките.
Входните данни към мрежата за прогнозиране на крайни точки включват кумулативна електрическа енергия, кумулативен обем кислород, кумулативен инжектиран въглерод, температура и състав на отпадъчните газове (CO, CO2, H2), повишаване на температурата на охлаждащата вода и изминало време. Мрежата изучава връзките между тези променливи и условията в крайната точка от хиляди исторически нагрявания. След като бъде обучена, тя предоставя оценка в реално време, която позволява на оператора да предприеме коригиращи действия - да регулира потока на кислород, да добави въглерод, да удължи или съкрати нагряването - преди вземането на проби да потвърди действителната крайна точка.
Прогнозното управление на мощността е функция, която става важна, когато електрообработващата печка работи в ограничена електрическа мрежа. Електрообработващата печка е голям, силно променлив електрически товар. Таксите за потребление от електроснабдителната компания могат да добавят 5-15 долара на MWh към цената на електроенергията. Системата за прогнозно управление на мощността използва топлинния профил, за да прогнозира потреблението на мощност 5-15 минути напред и управлява товара, за да остане в рамките на договорените ограничения на потреблението. Ако прогнозата надвиши лимита, системата може временно да намали отклонението на трансформатора, да регулира позицията на електрода, за да намали тока, или да забави началото на следващото загряване.
Инфраструктурата за данни често е пречка при внедряването на усъвършенстван контрол на процесите. Системата се нуждае от данни от PLC (ниво 1), системата за управление на енергията, анализатора на отработените газове, системата за измерване на температурата и лабораторната информационна система. Данните трябва да бъдат синхронизирани по време с точност до една секунда. Много заводи откриват по време на надстройките на автоматизацията, че съществуващата им инфраструктура за данни не може да поддържа тези изисквания, а надстройките на мрежата и базата данни се превръщат в значителна част от разходите по проекта.
MONTE INTELLIGENCE си партнира с водещи доставчици на автоматизация, за да предоставя интегрирани системи за управление на електрообработващи печки. Нашият обхват включва спецификация на системи за управление, интеграционно инженерство, въвеждане в експлоатация и обучение на оператори.
За обсъждания относно управлението на процеса, специфични за конфигурацията на вашата пещ, се свържете с helenxu@cnlymonte.com.
