在攀鋼鈦業公司鈦渣廠，25.5MVA鈦渣電爐（國內最大的鈦渣電爐）采用控制液壓系統電磁閥得電時間，來實現電極升降動作從而達到對單相電極熔煉過程的恒流控制。為達到爐內電極三相功率平衡，在以電流為主進行控制的同時輔以二次電壓的調節，來保證輸入爐內的三相功率在一定范圍內達到平衡。

　　在鈦渣冶煉工藝中，使用西門子S7-400 PLC對電極調節過程進行控制能夠保證設備可靠、準確運行，完全能滿足鈦渣冶煉過程電極控制要求。

　　1 電極電流控制工藝要求及控制原理說明

　　常規的電極升降控制，被控量計算取決于電極升降調節方式，有阻抗控制、功率控制和電流控制。而鈦渣冶煉是按功率曲線的設定和優化進行控制。

　　一個完整的工作過程是系統投運前，自動檢查各設備運行狀態，使其置于設定的初始位置，并由PLC系統發出確認指令，電極的升降控制由預先輸入到PLC的功率曲線來完成。

　　在鈦渣冶煉過程中由于同時存在電阻爐和電弧爐的工作過程，所以我們應按2個階段來考慮。在埋弧時，電極下部埋在爐料中，其加熱來自電極和爐料之間的電弧熱，但主要是電流通過爐料時產生的爐料電阻熱，此時負荷量很小，電流從零逐漸上升，電流變化快，功率因數高，三相負荷電流控制較難實現。當爐料逐漸熔化，熔體的導電性增加，電阻值下降，明弧放電現象更加明顯，常易出現塌料翻渣現象，此時須快速提升電極，以防短路。爐料完全熔化后，電極根據設定參數與爐料保持一定高度，該過程通過調節電極的升降，控制電極電流和相電壓的變化，使電極功率按給定曲線運行。相對于整個工藝過程，此階段進入冶煉“平穩區”，同時，電極與時間及爐內熔體中的FeO含量一起作為控制終點的輔助控制。在冶煉終點鈦渣出爐時，電極隨熔體液面下降，保持一定的電流電壓值，當出渣時間接近設定值，切斷電爐供電電源。一個冶煉周期完成，電爐按預設程序恢復到開爐前狀態。

　　因冶煉工藝的特點，對爐子的控制和運行要采取相應的保護措施，主要有短路保護和斷電極保護。系統設有優先級：單相手動、三相手動、短路或斷電極時快速提升。設定點的計算和給定在上位機完成。

　　短路保護：監控高壓側相電流，當其超過一預設最大值時，電極上升。如翻渣時，電流成倍增大，計算機輸出電信號給液壓系統，迅速給大力缸供液，在5s內使電極達到2.5~3m/min的速度迅速提升,并使電流下降,甚至為零。如電流值仍不下降，則延時T秒后系統供電系統自動切斷。

　　斷電極保護：在起弧階段，當出現三電極不同時與物料接觸時，若仍采用正常調節方式，將因設定值和實際值之間偏差使電極下降，導致電極折斷。因此對這種情況采用“電壓-電流”控制方式，當單個電極與爐料接觸時，雖電流為零，但弧壓也為零，該相輸出為零，電極停止下插。

　　在冶煉中，我們期望以最小的輸入功率換取最佳冶煉效果，但在冶煉過程中，電極電流和電壓的變化與爐料反應及爐況息息相關。因此要實現恒電流控制首先就要找出一個參照系來做被控參數?？紤]到冶煉工藝與化工控制中精細性的區別，在本方案中恒流控制的參照系是在PLC中輸入的一條設定功率曲線，它按時間段設定電極電流的大小，在一個冶煉周期中的不同冶煉時間，對電極電流設定值加以調整。

　　電爐變壓器高壓側如A相電流互感器檢測到A相電流變化，通過電流變送器轉化成4~20mA的電信號。電壓信號經I/O卡板整形濾波，并與設定值比較、運算及放大處理后，去控制液壓系統的電磁閥，由電磁閥控制液壓換向閥導通時間，從而升降液壓缸以改變電極位置，最終達到控制電流的目的，原理圖見圖1。做為電爐本體的控制，爐體溫度、爐內壓力、變壓器極數也是必須要檢測控制的。

　　

　　用PLC裝置實現電極控制主要由硬件和軟件2部分組成。

　　2 硬件組成

　　鈦渣控制系統硬件組成如圖2所示。根據現場控制點數、控制的精確性，電爐控制系統采用SIEMENS公司的S7-400系列控制器?？刂葡到y主要由S7414-1和S7414-2組成，并配有2套西門子工控機做為上位機，1臺做操作員站，1臺通過權限設置平時做操作員站，修改程序時做工程師站。S7414-1主要完成電爐電極的升降控制、壓放控制，熱參數控制及電爐本體數據的采集、計算及控制等；S7414-2主要完成原料稱量輸送數據的采集、計算及控制。2臺主控制器與其遠程I/O模塊之間通過Profibus-DP通信實現數據的交換與共享。S7414-1及S7414-2控制器與上位機之間通過工業以太網通信，2臺上位機互為冗余。計算機操作站主要完成對電爐系統的運行狀態監控，通過網絡總線采集電極升降、電爐本體等各種模擬量、開關量信號，并在操作站實時顯示工藝過程動態畫面、設備運行狀態及故障報警等信息。

　　

　　2.1電爐本體S7 414-1控制器

　　電爐本體S7 414-1控制器主要由以下400系列模塊組成：

　　數字量輸入模塊DI，數字量輸出模塊DO，模擬量輸入模塊AI，模擬量輸出模塊AO，通信接口模塊461-0，電源模塊等。

　　I/O主要用于采集現場模擬量及數字量信號，參與控制。

　　2.2主要檢測控制參數及檢測元件

　　2.2.1電信號

　　電流互感器（配電室內的MCC柜內），電流互感器裝于電爐變壓器的高壓側，主要檢測二次電流，檢測后將0～5A電流信號，接入綜合自動化系統，通過以太網送入PLC完成算法控制，并在操作站實時顯示。

　　電壓互感器,檢測電爐變壓器二次側電壓，并將電壓輸出信號轉化為4～20mA模擬信號送入控制系統。

　　其它需要的電信號包括有功功率、無功功率、功率因數，電度量等。

　　2.2.2非電量信號

　?。?）電極位置檢測。采用超聲波物位計將電極的相對位移量轉換成電信號，經PLC控制器比較，用于輸出顯示，并設置電極位置限位。

　?。?）爐內負壓檢測。采用壓力傳感器檢測爐內負壓，將其輸入PLC參與控制。爐內負壓一般保持在-2～0Pa，當出現渣沸騰時，根據爐壓高低判斷，決定尾氣是否放散，以保證人身及設備安全。

　?。?）執行機構。鈦渣電爐電極升降采用的是液壓裝置,每根電極被2個大力油缸支撐，當上下缸內充滿帶壓油時，即可完成升降動作。大力缸充油方向和時間決定電極的升降及其幅度。

　　當壓力油進入油缸桿腔時，電極上升，電極下降靠電極自重，泵打出的油和桿腔排出的油進入油缸的無桿腔，電極下降速度由調速閥確定。因此控制換向閥上2組電磁閥的通斷時間及通斷順序即可控制電極的升降。液壓系統采用雙油源，以確?？煽啃浴?/div>