一、結識高威
成都高威節(jié)能科技有限公司，由著名節(jié)能權威專家崔存生先生創(chuàng)建，專業(yè)從事礦熱爐和電弧爐過程優(yōu)化控制節(jié)能技術和設備研究開發(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，曾在專業(yè)權威刊物發(fā)表數(shù)篇節(jié)能論文?；诘V熱爐過程優(yōu)化和控制及其節(jié)電方面獨到的研究成果，高威節(jié)能最 新推出獨創(chuàng)和國際領先的GV--IV型礦熱爐增產(chǎn)節(jié)電專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)擁有授權發(fā)明專利（礦熱爐電極升降自動控制的方法，專利 號：ZL200610035949.0）和多項已受理發(fā)明專利。
這些專利解決了礦熱爐現(xiàn)存的關鍵技術問題，能大幅度降低各種產(chǎn)品礦熱爐的冶煉電單耗，節(jié)電幅度達到2%～10%。專家系統(tǒng)使礦熱爐的自動化控制實現(xiàn)了跨世 紀進步，達到21世紀先進水平，實現(xiàn)了真正的自動化,達到了增產(chǎn)、節(jié)電的雙重目的。該系統(tǒng)已通過四川省科技廳主持的省級技術鑒定，被國家工信部列為導向目 錄排名第一的推薦技術。
同時，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上下位機的傳統(tǒng)控制模式，全部采用工控機直接控制模式，具有強大的智能化控制功能，系統(tǒng)驅動能力強，可靠性高，運行平穩(wěn)、安全。
二、行業(yè)現(xiàn)狀
目前，大型密閉（或半密閉）鐵合金爐自動控制技術，仍然處于較低水平。眾多企業(yè)停留在人工操作或半自動狀態(tài)，處于人工看電表操作電極升降、人工目視測量電極長度、人工調整爐料配比調節(jié)電極做功點位置的水平。
低水平的自動化應用狀況，導致了鐵合金爐運行狀況波動較大，產(chǎn)量、質量、爐況經(jīng)常處于大范圍波動中。只有應用智能化的計算機控制系統(tǒng)，才有可能解決這些難題。成都高威公司專門針對大型鐵合金爐成功研發(fā)的GV-IV型礦熱爐節(jié)電專家系統(tǒng)，能夠擔此重任，順利解除上述困擾。
三、高威的能力和服務
成都高威節(jié)能科技有限公司，主營世界領先的GV-IV型礦熱爐節(jié)電專家系統(tǒng)和相關電石爐、黃磷爐、鐵合金爐整體配套控制技術，開發(fā)先進實用和冶煉工藝相結合的智能化控制技術。高威節(jié)能在中國礦熱爐自動控制領域，已經(jīng)逐步建立起領導地位。
高威節(jié)能關切用戶切身利益，對所有礦熱爐自動控制和節(jié)能項目認真負責，服務到家，確?？刂瓶煽?、平穩(wěn)、安全運行并達到國內最好的節(jié)能效果，確保高威節(jié)能提供的礦熱爐全套自動控制系統(tǒng)能為企業(yè)帶來可靠、長久的效益。
四、高威的營銷政策
1、已有鐵合金爐節(jié)能技術改造：EPC合同能源管理。
2、新建鐵合金爐項目：復合付款模式。
五、GV系統(tǒng)設備功能模塊圖：
六、GV系統(tǒng)設備功能模塊詳細介紹
1、電極升降自動控制和做功點控制模塊
（1）電極升降自動控制：大 型鐵合金爐電極升降自動控制的難點，在于三相功率平衡和電極動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，則電極升降動作必然頻繁，對 爐內反應坩堝區(qū)造成破壞；反之，如果追求電極升降動作能夠滿足電石爐冶煉要求，則一定無法兼顧三相功率平衡的要求。三相功率平衡度低，則電極做功點位置偏 差較大，爐內功率因數(shù)偏低，爐況波動會較大。結果造成產(chǎn)量低、電耗高、發(fā)氣量波動大的不良結果
。
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)采樣信號有：高壓電流互感器給出的電流信號，AC 0~5A模擬信號，經(jīng)過系統(tǒng)配置的隔離傳感器變換為DC0~5V信號，再經(jīng)A/D板進行轉換為數(shù)字信號給計算機計算；變壓器低壓側電極電壓信 號，AC0~500V，經(jīng)過系統(tǒng)配置的隔離傳感器變換為DC0~5V信號，再經(jīng)A/D板進行轉換為數(shù)字信號給計算機計算；電極夾持器位移信 號，DC0~5V，經(jīng)A/D板進行轉換為數(shù)字信號給計算機計算。
針對鐵合金爐內存在兩個等效電回路，而電氣測量回路只有一個的特點，運用特殊獨到的工程處理方法，創(chuàng)造性地提出運用電流變化率控制電極 升降理論（見高威公司發(fā)明專利《礦熱爐電極升降自動控制的方法》），成功解決了鐵合金爐三相功率平衡和電極動作頻度之間的矛盾。已經(jīng)投入運行的多套系統(tǒng)實 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，電極升降動作頻度完全滿足鐵合金爐冶煉要求，爐內坩堝區(qū)穩(wěn)定擴大，爐況平穩(wěn)。
電極升降控制基本算法：
當電流的增長率⊿I大于設定值時，電極上升一定距離并保持一定時間，直到實際電流進入死區(qū)為止。
當電流的增長率⊿I小于設定值時，電極上升到實際電流進入死區(qū)范圍內為止。
當電流的減小率⊿I的絕對值大于設定值時，電極下降到實際電流進入死區(qū)范圍內為止。
當電流的減小率⊿I的絕對值小于設定值時，電極下插一定深度，并保持一定時間，直到實際電流進入死區(qū)為止。
上述控制過程中，⊿I已經(jīng)包含了電極消耗對電流增減的影響因素。
鐵合金爐電極升降自動控制難以實現(xiàn)的難題是如何解決的呢？理論基礎建立在高威公司發(fā)明專利《礦熱爐電極升降自動控制的方法》，該理論解 決了礦熱爐電極升降自動控制能不能用的問題，即解決了三相功率平衡要求和電極動作頻度之間相互矛盾的問題，獨創(chuàng)性地提出運用電流變化率實現(xiàn)礦熱爐電極升降 自動控制的概念，為各種礦熱爐電極升降自動控制難題的解決，奠定了堅實的理論和實踐基礎。
運用該項專利發(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控制和大型密閉電石爐電極升降自動控制難題成果的基礎上，又成功解決了大型鐵合金爐電極升降自動控制的難題。
（2）電極做功點位置控制（發(fā)明專利）：電 極升降自動控制的第二個難點是電極做功點位置的控制，此控制需要解決兩個問題：一是三相電極做功點如何控制在同一平面？二是這個平面的位置如何控制？依據(jù) 三相電極電流變化率相同時，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控制在同一做功平面上。但是，如果出現(xiàn)爐料質量和均勻度波動較大時，會 影響電極做功點的控制。
電極做功點控制原理：
當電極升降時，計算 ︳HHA –HHB ︳≤AEDISTANCE （1-1）
︳HHB –HHC ︳≤AEDISTANCE （1-2）
︳HHA –HHC ︳≤AEDISTANCE （1-3）
是否滿足，當式（1-1）、（1-2）和（1-3）全部滿足時，三相電極都可以自由升、降;
當其中任何一式不滿足時，則對該式涉及的兩個電極位移變量大小進行判斷，然后僅對位移變量較大的電極進行箝位處理，未進行箝位的電極仍可以自由升降。
運用高威公司發(fā)明專利《電石爐電極自動控制系統(tǒng)電極箝位的方法》所提供的解決方案，可以解決因為爐料波動影響帶來的問題。此項專利提供 的方法，能夠將三相電極做功點強行箝位在預先設定的兩個平面之間，并設計具備自動解鎖和動態(tài)箝位功能，既可以將三相電極的做功點控制在設定范圍內，也可以 避免因為爐內突然變化可能引起的過載跳閘現(xiàn)象。
此項功能提高了爐料層電流集中度和溫度場集中度，提高了料層電熱轉換效率。同時，因為能夠將三個坩堝區(qū)控制在同一高度位置，提高了三個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。
2、電極長度動態(tài)測量、控制和電極壓放控制模塊
鐵合金爐電極長度控制,是一個長期困擾爐前操作工、爐長、車間主任、甚至總工程師的高難問題。人們一直想測量電極的真實長度，由于各種條件限制，除了將電 極全部拔出料面，用鋼尺直接測量外，至今沒有有效的測量方法。然而，當人們孜孜以求地尋求電極長度答案時，卻忽略了最重要的問題：測量電極長度的目的是什 么？難道測量出了電極的真實長度就等于知道了電極做功點的位置嗎？
（1）電極長度測量和控制的最主要目的。測 量電極長度是為了滿足電極在爐內放電做功點的需要，即滿足電極插入爐料深度的需要。電極長度不能過短，過短會使得功率送不滿，會導致導電元件觸及料面，損 壞導電元件，所以電極長度有一個最小值。同時，為了避免電極長度過長，導致電極硬斷的事故，電極長度有一個最大值。因此，測量電極的絕對長度值不是目的，控制電極的長度在一個合理、安全的范圍內才是最終需要追求的目的。
（2）GV系統(tǒng)的電極動態(tài)計算和管理功能。圖—4 是GV系統(tǒng)控制電極壓放的硬件原理圖，計算機直接驅動7685繼電器板，7685板驅動電極液壓夾鉗的松開、升起和下壓動作，完成執(zhí)行電極壓放的功能。實現(xiàn)該功能控制原理是：依據(jù)電極位置傳感器數(shù)據(jù)和電極做功點位置值的全部組合狀態(tài)值，在滿足四個邊界條件前提下（滿足電極不會出現(xiàn)軟斷和硬斷、電極升降油缸不觸及最高位置和最低位置），判斷電極長度是否滿足做功點所需長度的要求，動態(tài)調整電極壓放時間周期長短，將電極長度動態(tài)控制在冶煉需要的長度范圍內，從而實現(xiàn)不需要人工測量電極的操作。
GV系統(tǒng)動態(tài)控制電極壓放時間長短的周期為30分鐘、1個小時、2個小時三個不同的調整深度，相比人工8個小時以上才測量電極長度，然后再調整壓放時間的常規(guī)做法，控制精度要高幾個數(shù)量級。經(jīng)過幾個月實際模擬操作，此項功能實現(xiàn)了安全、可靠運行，取得了預期效果。
（3）電極壓放時間長短的控制。電極壓放時間必須滿足兩個條件，最短時間不能造成電極軟斷，最長時間不能造成電極硬斷或電極殼變形。GV系統(tǒng)將電極壓放時間限制在安全范圍內，不會出現(xiàn)安全問題。
3、液壓、風機、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)、電極風機、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。由計算機直接控制7685繼電器板驅動，完成控制功能。操作者可以進行遠距離操作控制，便于鐵合金爐冶煉 過程的安全監(jiān)督。如果出現(xiàn)異常，能夠在第一時間控制相關操作，避免事故的發(fā)生。
4、爐料配比匹配計算、爐料輸送控制模塊
鐵合金爐現(xiàn)有的配料輸送系統(tǒng)控制，只有按重量進行配比計算輸送的功能，未考慮原料質量對產(chǎn)品質量和爐況的不利影響。GV系統(tǒng)提供的爐料 配比匹配計算功能，其基本原理是根據(jù)生產(chǎn)計劃下達的產(chǎn)品質量要求，依據(jù)原料質量指標、損耗指標經(jīng)驗值，按照元素質量進行配比匹配計算，達到穩(wěn)定爐況、穩(wěn)定 產(chǎn)品質量、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，料位計輸出DC0～5V信號給A/D板采樣轉換為數(shù)字信號供計算機計算，計算機依據(jù)料位計信 號和生產(chǎn)計劃下達的鐵合金產(chǎn)品質量要求、原材料質量指標，控制7685繼電器板，驅動皮帶秤配料，并通過皮帶機輸送到爐體上部的料管內。
5、冶煉過程數(shù)據(jù)記錄、曲線分析管理模塊
為了提高鐵合金爐的操作和管理水平，GV系統(tǒng)設計了多個數(shù)據(jù)庫，能夠記錄全部運行過程的所有操作和運行狀況，包括：電極升降手動操作、 實時電流值、實時電壓值、日冶煉時間、班冶煉時間、日自動運行時間、班運行時間、三相功率不平衡度統(tǒng)計值、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，供企業(yè)管理者查詢和統(tǒng)計分析。
GV系統(tǒng)設計了電極位置曲線顯示功能和電流曲線顯示功能，可以方便分析爐內坩鍋區(qū)連通情況和鐵合金爐做功的情況。依此功能，可以優(yōu)化鐵合金爐的多項運行參數(shù)，為鐵合金爐能夠按照最佳參數(shù)運行提供了可靠保證。
七、計算機系統(tǒng)集成
計算機系統(tǒng)集成技術在工業(yè)領域已經(jīng)獲得了廣泛應用，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現(xiàn)真正的自動控制。
GV系統(tǒng)專為鐵合金爐研發(fā)的五大模塊以計算機實時控制為依據(jù)，實現(xiàn)了真正智能化自動控制，取代了傳統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)，是實現(xiàn)計算機系統(tǒng)集成的基礎模塊，為真正實現(xiàn)車間級和公司級的計算機系統(tǒng)管理奠定了基礎，是目前計算機在自動控制領域的前沿技術。
計算機系統(tǒng)集成原理圖
八、GV專家系統(tǒng)的優(yōu)勢
- 三相電弧功率平衡和電極動作頻度同時滿足大型鐵合金爐冶煉要求。
- 三相電極做功點控制在同一平面內，熱力場集 中度高，電熱轉換效率高。
- 電極插入深，坩堝區(qū)面積大，連通狀況好。
- 電極長度控制適中，避免了電極過長和過短，可以取消人工測量電極長度的操作。
- 爐底溫度高，產(chǎn)品質量高，產(chǎn)量高，電耗低。
- 多項輔助管理功能，提高爐前管理水平。
- 爐壓穩(wěn)定、料面溫度降低，原料利用率高，節(jié)省原料。
- 電極軟、硬斷報警和處理功能，確保鐵合金爐安全運行。
- 硬件系統(tǒng)安全、可靠；軟件系統(tǒng)運行效率高、不死機。
- 安裝調試、維護簡便。
- 經(jīng)濟效益高—節(jié)能、節(jié)材、增產(chǎn)效果顯著，綜合節(jié)能效果超過5%，增產(chǎn)10%左右。噸產(chǎn)品綜合經(jīng)濟效益增加20%元左右。
