31500KV4密闭电石炉控制系统设计方案

31500KV4密闭电石炉控制系统设计方案

密闭炉的生产过程是由通过加工处理R勺原料兰炭和生石灰，通过

自动配料称进行合理的配比，用输送机将合格的原料送到环型布料

机，从环型布料仓下部的投料管把炉料投到电石炉内。电流由电炉变

压器，经短网、导流铜管和导电元件导入电极，炉料在电石炉内靠电

弧热，加热到1900—2200C而生成电石和CO,生成的电石自出炉口

流料槽流出。

整个自动控制系统运用分布式网络构造实现对密闭炉实现自动

控制。密闭电石炉的控制系统设计为四大部分：1、配料、送料、加

料控制系统。2、炉控系统（包括工艺参量和电参量）。3、循环水检

测系统。4、净化控制系统。。5、自控系统拓扑图。

一、配送料系统配送料系统分为（1）原料输送到原料仓日勺控制部

分。（2）配料控制控制部分。（3）混合料输送过程的控制部分

1、原料输送工艺流程：即原料送到原料仓部分

（1）石灰输送过程总料斗V010X2只——电震机DO#X2——大倾

角皮带机L0101——分料器X0103X2台——大倾角皮带

——筛分机——配料站可逆皮带L0202——原料仓V0202X8

只。

⑵兰碳输送过程：烘干的兰碳皮带机L0102一一大倾角皮带机

L0201——震筛机X0201——合格的兰碳到可逆皮带机L0202

——兰碳储料仓V0202X8只

⑶原料输送过程自动化控制规定，根据原料仓W、J料位控制送料

过程，当原料仓『、J原料处在低位时，送料设备根据所需W、J料仓的

呼喊，进行补充加料。当原料仓的料位处在高位时，送料设各停

止送料。

（4）原料仓的料位确实定，下料位一般安装在能保证2个小时以

上丛J用料；上料位安装在原料口勺堆积角的J下沿，从而保证原料不

冒顶。

⑸原料仓顶部的可逆行走皮带机的控制，一般根据原料下料口

口勺位置进行初步定位控制，从而保证给所需的料仓进行补料。

（6）综合以上所诉，原料输送的控制是，如1#石灰仓低料位呼喊,

配料站可逆皮带机工作找到1#石灰下料仓的入口一一筛分机工作一

一大倾角皮带机工作一一粉料器切到所需口勺部位一一大倾角L0101

——电震机T.作0料加满后，送料设备按照启动的逆向逐渐停I匕

即，送料设备的起动与停止是顺起逆停。

2、配料控制部分一般电石炉配料系统在配料车间（或配料站）完

毕配料，称重设备采用三用一备，两台电石炉使用四台配料称。

⑴配料工艺过程

石灰振动给料机一一配料秤一一振动给料机

兰碳震动给料机一一配料称一一震动给料机

配料可以如下选择：石灰+燃煤：兰炭+石灰：兰炭+燃煤+石灰

⑵配料控制原理

配料控制原理：采用减重法进行配料，首先将称重斗上满，即基

本到达额定计量（入1000KG左右），后运行称重斗下振动给料机，

先高速运行，再根据下料的状况逐渐减速，直至停止。这里在上振动

给料机运行时，下振动给料机停止；反之，亦然。

⑶称重模块的安装方式见下图：传感器的安装采用悬臂梁安装方式

和拉式两种方式。

A、拉式安装采用S型传感器，安装以便，传感器量程选型范围较宽。

B、压力式采用悬臂梁传感器，安装规定较高，称重斗间隙较小。如

下图

（4）现场安装称重仪表控制箱，以便现场调试和校称。

⑸称重管理

A、配方编辑：提供配方数据的喂料值，排料值。

由于配料和混料基本采用2用2备的，这里只论述一条合格原料

H勺输送过程。其工艺过程如下

⑴配好的合格石灰一一V203配料仓一一粉料器X0205——上

皮带机L0203（下皮带机）——粉料器X0206——大倾角皮带机

⑵配好的合格兰碳——V203配料仓——粉料器X0205——

上皮带机L0203（下皮带机）——粉料器X0206——大倾角皮带

机

这里口勺控制规定同样是顺起逆停。

配料站的设备清单

名称数量DIDOAIAO备注

1电震机2台42原料斗

1#大倾角皮

石灰

2带机1条4111

3粉料器2台62石灰

2#大倾角皮

4条4111石灰

带机1

1#可逆皮带

条石灰仓

5机14111

原料仓料位

只石灰仓

6计88

1#平皮带

71条3111兰碳

2#大倾角

81条4111兰碳

2#可逆皮带

兰碳

9机1条4111

定位开关

108个仓12原料仓

上震机

114台84石灰

下震机

124台844石灰

称重斗

134台4石灰

上震机

144台84兰碳

下震机

154台844兰碳

称重斗

164台4兰碳

电动粉料阀

178台248XO2O5

平皮带机

184条16441L0203

电动粉料阀

184台124X0206

大倾角皮带

194条16441去炉上

机

原料仓料位

208个仓16原料仓

注：大倾角皮带机包括皮带跑偏等

DI：169点DO：46点AI：32AO：16

以上为原料、配料车间的控制站，控制设备可以安装在配料车间,

可以由中控操作，也可以在现场操作。现场控制站和总控之间采用光

缆传播，提高抗干扰能力。

二、炉控部分

炉控部分包括液压站部分、电极升降缸控制、电极压放控制、变

压器日勺检测、炉温、炉压及电炉生产所需日勺工艺参数。详细参看如下

论述。另由于原料日勺配送为电炉生产的公共设施，故将圆盘下料和布

料的控制也设计在炉控系统中作为一种子站。

（一）混合料布料过程控制部分

根据电炉下料仓的料位状况，控制措施采用呼喊优先原则。如

建料仓需要配料，在上限位发出信号时，则启动圆盘下料机并延时启

动1#气动、阀延时启动大倾角皮带、混料皮带和配料系统、，待配料

称卸料结束。输送系统依次延时待料走完后，依次停止对应设备；停

设备时，与启动相反。当料位到达下料位时，即刻报警准备停炉C十

二个料仓的下料位以或逻辑相连接。

⑴在电石冶炼过程中,还常常发生物料不能自行落下的现象,从币导

致物料在料仓中燃烧,而烧毁料仓及检测元件，故根据下料小J速度确

定某根料管超过一定期间没有进行配料，则该料管报警。

⑵工艺参数检测

1）圆盘加料机气动阀门启动显示

2）显示计算配比与实际配比

3）显示各个配料仓的料位状态

4）显示各个设备状态（启停或故障）

5）根据原料料位计信号控制上方设备的启停

⑶配料、送料、布料控制过程

2、料仓，炉上料仓12只

3、每料仓安装料位计两件，料位计高性能阻悬式料位计

4、上限料位开关为缺料一一加料开关，当上限为料位开关发出缺料

信号时，告知配料计算机，起动原料输送系统和环形给料机，以及启

动环形给料机下料气缸，启动失重斗称配料系统进行配料。每次配料

只进一罐量，从而保证料仓不缺料。故需计算上料位口勺高度。

5、当两仓以上的料仓发出缺料信号时，计算机按发出缺料信号的前

后按次序调度配料。

6、下限料位开关为停炉信号开关，当下限料位开关发出信号时，电

石炉立即采用停电措施，以防料封层破坏，炉气进入环形加料机发生

爆炸事故。

7、当计算机发出向某仓配料的调度命令后，开始计时（时间根据为

配料卸料时间+皮带输料时间+环形给料机下料时间）,到达计时周期,

缺料料仓仍然没有消除缺料信号时，计算机发出故障报警。告知巡检

人员进行检查。

8、12个电炉料仓在下料时，其下料的时间均不相似，在程序上可

以设定某一最大时间，当某个料仓在规定的时间内没有呼喊加料，则

报警并告知巡检人员，与否有状况。

（二）液压站

液压站重要是为电极组合把持器和升降电极提供油压动力，通过

组合把持器实现对电极Ef、J压放操作；同步还控制电极升降。作为密闭

炉系统，液压站的操作对时与否、精确与否非常重要，关系着安全生

产，其控制功能及安全操作显得尤为重要，重要有如下几种部分。

1、液压站重要由油压、1台压放油泵、3台升降油泵、1台备用油泵、

过滤油泵及1台冷却泵、油箱压力及温度险测元件构成。

2、各油路油压压力检测0—25Mpa,压力高下报警

液压站油温检测及自动控制，保证夏天不过热，冬天油路不冻结，影

响生产。

3、电极压放和升降时对应油泵自动启动，延时停止，使得控制操作

既简朴以便、又节能，减少设备磨损。

4、油路压力继电器动作报警

5、过滤油泵压力继电器动作报警

6、备用泵切换只需要选择对应油泵开关即可，投备切换选择开关为

可以360度旋转，六位，分别为备用泵、压放泵、升降泵1、升降泵

2升降泵3,投备切换选择是只需将旋钮开关选择至对应油泵即可，

系统自动将油路电磁阀切换至对应油路，无需调整线路。

8、目前有诸多企业使用日勺是储能式液压站，其构造简朴，电机数量

也少，维护以便

汕泵回讯故障检测

9、油泵紧急停止

加热器及送风机控制

可以对三相电极加热器实现中温、高温、低温控制及监视。

可以对三相电极加热器送风机实现控制及监视。

（三）组合把持器简介：本案组合把持器有六个夹紧横向小油缸及六

个纵向压放小油缸构成。夹紧油缸可松开和包紧电极上日勺6道筋肋，

压放油缸使横向油缸上升或下降2cm,完毕电极压放。电极在工作中

一直保持一定的长度，可实现电极定期压放（根据电极工作部的长度

决定），合计压放的长度与电极消耗应相平衡；每组油缸有一种夹紧

油缸和一种压放油缸，共需要14电磁阀。控制规定如下，在油压保

证前提下，压放过程是：每个电极上的6个小油缸先处在抱紧状态，

先松开一种夹紧小油缸，上升该组小油缸，上升到位后，抱紧该组压

放小油缸，再如此执行完剩余的小油缸的动作，最终同步下压，下压

到位后就完毕了小油缸欧I压放。电极压放可实现定期自动压放。

1、电极压放控制：电极压放有如下功能，自动压放和手动压放，自

动压放可以定期压放，也可以手动单步完毕。

2、电极压放由夹紧压放油缸控制，正常时电极由夹紧油缸上H勺碟簧

张力作用于卡钳来夹持电极。压放时，夹紧油缸日勺油卡钳松开电极筋

板，压放缸下腔给油，压放缸升起，然后夹紧油缸泄油卡钳又夹紧电

极筋板，夹紧油缸次序完毕以上动作后，压放油缸同步给油实现电极

W、J压放。

3、压放手动控制单组油缸分别实现夹钳松、把持缸升动作，所有执

行完毕后进行整体压放；开关360度旋转，操作以便简朴。

4、自动压放控制位后就完毕了小油缸W、J压放。电极压放可实现定期

自动压放。

电极压放过程控制：电极压放系统可按下列三种途径实现，一是

自动压放，也就是计算机定期压放；另一种压放是人工压放，即在操

作室和电脑操作台由操作人员根据电极位置开关量显示位置，采用H勺

不定期压放；第三种压放方式为机旁压放，即通过压放箱的手动按钮

进行压放，重要为维护和调整时使用，每根电极上装置位移传感器，

用以精确显示把持器压放的距离。

每电极有7组液压夹钳升降缸，以一号电极为例，逻辑次序为

a夹钳松开一a夹钳上升一a夹钳夹紧一

b夹钳松开一b夹钳上升一b夹钳夹紧一；

c夹钳松开一c夹钳上升一c夹钳夹紧一

d夹钳松开一d夹钳上升一d夹钳夹紧一

e夹钿松开一e夹铝上升一e夹铝夹紧一

f夹钳松开一f夹钳上升一f夹钳夹紧一

g夹钳松开一g夹钳上升一g夹钳夹紧一

a、b、c、d、g、f、g夹钳缸所有下降，实现一次下降。

5、电极升降捽制：电极升降由液压装置给与动力°电极升降靠两侧

大立缸来完毕，上升阀得电时电极升起；下降阀得电时，电极下降。

6、通过电极升降动作，可以调整入炉功率，采用电阻或电流冶炼时,

三相电流或电阻得平衡成为关键原因，这就规定系统可以自动调整三

相电极升降，到达三相基本平衡。重要功能如下：

⑴电石炉电极升降行程、动作次数日勺控制是电石生产过程中十分重

要的控制项目，它控制W、J好坏，直接影响到电石的J电耗及产品质量，

其控制指标为电石炉电极的对地电压（相电压）和电极电流（二次电

流）。电炉生产过程是在电弧作用下实现电能转换为热能，使炉料熔

化且在一定温度下发生反应生成产品的过程。

电气系统由主变压器、短网、电极、炉料和炉体构成。三相电流

从主变压器的次级绕组出来，通过短网再通过三相电极分别导入炉

内，流经电极、电极下方熔池内的电弧以及电极附近的炉料，产生电

弧热和电阻热，故短网、电极、炉料熔池和炉体便构成了变压器的负

载回路。在短网长度、电极炉体等阻抗一定期，变压器负载重要决定

于电极插入的深度。在实际操作中，电极电流日勺控制也就是对电极插

深度口勺控制，其关系式如下：

电极电流，1=112/(R2+X2)1/2

R——电炉总电阻

X——电炉总电抗

电极升降控制规定以尽量少的升降动作次数到达最佳的调整效

果，其控制规律如图1所示。控制偏差不不小于阈值a--------a可调整

在1%〜3%之间。所谓阈值，即是偏差值不不小于某一固定数值时，

控制系统一直无输出，这个“一定数值”就称为“阈值”控制系统的

这一特性可完全防止频繁地升降电极，不使系统产生振荡，并能延长

设备日勺寿命。

(2)控制偏差不小于阈值时日勺延迟反应，负荷控制偏差日勺误差时间区

是恒定时，即误差和反应时间成反比。控制系统的这一“延迟”特性

可以克制受控量(电流或阻抗)H勺短时波动。

(3)电极电流要尽量保持稳定，同步尽量防止频繁提降电极，以防

导致电极射弧面大小不一，只有伴随电极的消耗，电极端头不停上移

时，需要压放三相电极来保证应有的射弧面。

(4)控制偏差的瞬时反应等于或不小于A,一般+A比一A绝对值小，这

样大H勺正误差(过电流)可以很快被调整过来。一A——A图1

控制特性如下：

-A-a0aA

(5)电极上升上限和下限限位保护，防止电极提出水冷套或者下降至

炉底导致事故，同步还显示大立缸的行程。

(6)电极工作长度检测(计算tga折算长度加水冷套上沿与护屏上沿的

距离)

7、电炉工艺参量

(1)炉气温度：密闭炉炉气温度可以间接反应电炉炉膛内温度，炉膛

温度越高，炉内温度越高，根据实际应用经验，选择()一11()()摄氏度

的热电偶即可以安全可靠检测。

(2)炉膛压力：炉膛压力是密闭炉生产的非常关键的仪表，按照

密闭炉正常生产规定，炉压保持在正负lOPa作用，选择正负500Pa

的炉压变送器，实现炉压检测。由于密闭炉炉气温度越高，并且具有

焦油、灰尘较多，因此炉压检测仪表必须配置降温、降尘专用的灰尘

装置，并且系统要配置手动清灰装置，间隔一定期间对炉压检测管进

行氮气反吹扫，保证炉压的检测稳定可靠。

手动控制：在手动控制状态，操作工只需输入阀门开度即可。系

统自动调整阀门至目时值c

自动控制：系统自动按照已设定好欧I目口勺值，自动跟随炉压变化

调整阀门开度，一直使炉压保证在设定日勺炉压稳定值上。

(3)直排阀：炉压调整：直排阀作为炉压调整口勺关键执行机构，

阀门的调整好坏直接影响到生产，因此根据经验，提议采用气动调整

阀，运用PLC系统日勺PID调整功能，可以一直保持在工艺设定的目

W、J值

紧急直排：碰到特殊状况，按下急停按钮，阀门自动打开。

(4)紧急直排：由于炉料含水量大、炉内塌料、翻料等诸多状况都会

影响到炉压的稳定，炉气可以在几秒钟内到达几百Pa的压力，使得

路面到处能见到火，并且气体中具有有毒气体，非常轻易对人、对设

备导致损坏，因此系统必须设置紧急直排更能，一旦发生炉压波动很

大的状况，立即打开阀门，进行紧急直排，防止发生事故。

（5）一次电流：密闭电炉一般都采用三台单相变压器给炉体供电，炉

内负荷大小从变压器的一次电流可以直接看出来。

（6）二次电流：根据变压器的出现方式，如同想出线或者交叉出线，

可以选择安装二次侧电流互感器，对于无法安装二次电流互感器口勺出

现方式，因此自控系统可以发挥PLC强大时运算功能，运用公路守

恒原理计算出二次电流，反应给表工，以便操作。

（7）二次电压：根据电炉变压器的出线电E,直接进数显仪表进行检

测，可以很好的反应电炉变二次侧输出的电压，提议安装位置应当选

择在导电鄂板位置，更能精确反应电极电乐口

（8）流压比：二次电流对二次电压口勺比值，即为操作电阻的倒数

（9）运动电阻；根据电炉的某些电参数，可以计算出可以反应电炉炉

况电阻的工艺参量。由运动电阻可以判断在同一种物料日勺情形下，电

极应当上升还是下降W、J操作。

（10）操作电阻：重要用来控制电流电压比。同步也是衡量物料均衡的

一种重要参数。

（11）每根电极的一次电流、一次电压、二次电流、二次电压、功率原

因、有功、无功及每个班实际用电量等。

（12）电压档位，可通过上位机和仪表进行操作并显示。

03）炉底温度

（14）炉底风机的控制

（15）氢氧在上位机的显示

8、电炉变W、J分合闸操作

⑴专用开关：电炉送电是电炉运行的第一步，对电炉变送变电操作至

关重要，本方案系统设计具有如下功能：

专用高压分合闸开关，具有预备合闸、合闸后、合闸、预备分闸、

分闸后、分闸六个状态位的分合闸开关

（2）电炉分合闸锁：由于电炉变采用35KV直接上炉，开关站35KV

开关接到合闸命令后执行动作，轻易由于储能机构的原因，导致合闸

失败（自动控制系统识别为回讯故障），在机构检修正常后会自动合

闸,因此必须将电炉分和闸锁加锁.防止电炉在条件满足后自动送电，

发生误送电事故。

⑶紧急分闸按钮：在碰到特殊状况下，考虑安全的原因，可以直接拍

下紧急分闸按钮，系统会将电炉变，保证安全。

8、炉控设备一览表（一）下料部分

名称数量DIDOAIAO备注

圆盘下料机

I3台31

电机

气动阀圆盘下料

212只24

机

料位检测下料仓

324只24

4DI：51点DO:1点

炉控设备一览表（二）液压系统

名称数量DIDOAIAO备注

电接点温度

112

计

压力测控

211

加热

3111

油泵

3262

水阀

4111

压差检测

511

机械定位

611

（正）

机械定位

711

（反）

汇总

81251

9总计DI：12点DO：5AI：1

炉控设备一览表（三）变压器部分

名称数量DIDOAIAO备注

1档位显示3台24

2档位调整3台66

3闭锁保护3台6

4油温3台3

5水泵3台93

6水温3台3

7瓦斯3台3轻瓦斯

8瓦斯3台31重瓦斯

9汇总51106

10总计DI：51DO：10AI：

炉控设备一览表（四）

名称数量DIDOAIAO备注

1进线电流33线电流

2进线电压33线电压

总功率因数

3

分相功率因

4

数

单项有功

5

单项无功

6

总有功

7

总无功

8

单项电流

933

二次侧线电

1()33

压

二次侧对地

1133

电压

总有功电量

12

分相有功电

13

量

总电流电压

14

比

分相电流电

15

压比

炉温

1611

炉压

1711

直排阀

18142

调整阀

19111

炉底温度

2033

炉底风机

21131

氢氧分析仪

2213

23DI：7DO：3AI：24AO：

注：有关电能管理方面的做法

1）将电炉正常冶炼时日勺负荷作为表准值，下设变压器的容量、一次

线电压、一次线电流、三相电极的功率原因。

2）二次侧变压器输出日勺有效容量，二次侧的线电压、对地相电压、

每个电极的近似电流和近似电流电压比。

3）每个班次的电能记录

4）画面规定，将以上各个电能参数设为三个数值区域，黄色通道、

绿色通道、红色通道。

A.绿色通道是电炉正常运行通道，并有数值和曲线显示

B.黄色、红色为电炉非正常通道；红色为电参数过高，需要将其调

低的通道；黄色为电参数过低，需要将其调高的通道。

C.在黄色、红色通道不仅有数值和曲线显示，并且尚有报警提醒。

D.电能管理我企业确定采用威盛日勺电能综合管理器与上位机通讯。

可以测出总电流、总电压、单项电流、单项电压、总有功、单项有功、

总无功、单项无功、总功率原因、单项功率原因、总视在功率、单项

视在功率等。

E.同步还可以获得每班的电能计量。

F.电能综合管理器的精度可到达0.5S级

炉控设备一览表（五）高压配电系统设备表

名称数量DIDOAIAO备注

1过电压33

2过电流33

3欠压33

4系统接地33

5总计AI：12点

炉控设备一览表（六）电极部分

名称数量DIDOAIAO备注

电极电磁阀点为切

台3

142342换

压放量检测

23套3脉冲量

大