电石炉自动化控制方案

31500KVA密闭电石炉控制系统设计方案密闭炉的生产过程是由经过加工处理的原料兰炭和生石灰，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—2200℃而生成电石和CO，生成的电石自出炉口流料槽流出。

整个自动控制系统利用分布式网络结构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）原料输送到原料仓的控制部

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

⑴石灰输送过程总料斗V010×2只——电震机D0#×2——大

倾角皮带机L0101 ——分料器X0103×2台——大倾角皮

带——筛分机——配料站可逆皮带L0202 ——原料仓

V0202×8只。

⑵兰碳输送过程：烘干的兰碳皮带机L0102——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V0202×8只

⑶原料输送过程自动化控制要求，根据原料仓的料位控制送料

过程，当原料仓的原料处于低位时，送料设备根据所需的料仓

的呼叫，进行补充加料。当原料仓的料位处于高位时，送料设

备停止送料。

⑷原料仓的料位的确定，下料位一般安装在能保证2 个小时以

上的用料；上料位安装在原料的堆积角的下沿，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

的位置进行初步定位控制，从而保证给所需的料仓进行补料。

⑹综合以上所诉，原料输送的控制是，如1#石灰仓低料位呼

叫，配料站可逆皮带机工作找到1#石灰下料仓的入口——筛分机工

作——大倾角皮带机工作——粉料器切到所需的部位——大倾角

L0101——电震机工作。料加满后，送料设备按照启动的逆向逐步停止。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

成配料，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——配料秤——振动给料机

兰碳震动给料机——配料称——震动给料机

配料可以如下选择：石灰+煅煤：兰炭+石灰：兰炭+煅煤+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，即基本达到额定计量（入1000KG左右）,后运行称重斗下振动给料机，

先高速运行，再根据下料的情况逐步减速，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，安装方便，传感器量程选型范围较宽。

B、压力式采用悬臂梁传感器，安装要求较高，称重斗间隙较小。如下图

⑷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。

B、配方下载：提供配方数据下载，到控制器中。

C、配方打印：可跟据用户需求

D、实时打印

配料系统主要功能说明

1）：实现手动操作和自动控制配料功能；

2）：生产过程动态模拟，能实时显示工作状态和每种物料的目标重量，实际重量。

3)：可随时进行配方更该。

4）：每批料数据都有历史记录，可对耗料进行报表统计。查询统计。

配方设置

在配料之进行配方前，必须进行配方设置，点击配方设置按钮，弹出设置窗。

仓号：系统自动根据选定仓号打开电震机配料。

物料名：填写对应仓号的原料名称,保证一致。

目标重量值：配方中各原料所需的重量。

当配方修改后，需要保存到当前配方名或另存为其他配方名，点击保存配方按钮，

统计值实时值显示

报表打印和预览

3、混合料输送过程的控制部分

由于配料和混料基本采用2 用2 备的，这里只叙述一条合格原料的输送过程。其工艺过程如下

⑴配好的合格石灰——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

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

这里的控制要求同样是顺起逆停。

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输，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、变压器的检测、炉温、炉压及电炉生产所需的工艺参数。具体参看

以下叙述。另由于原料的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个子站。

（一）混合料布料过程控制部分

根据电炉下料仓的料位情况，控制方法采用呼叫优先原则。如1#料仓需要配料，在上限位发出信号时，则开启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，依次停止相应设

备；停设备时，与启动相反。当料位达到下料位时，即刻报警准备停炉。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,还经常发生物料不能自行落下的现象,从而导

致物料在料仓中燃烧,而烧毁料仓及检测元件,故根据下料的速度确定某根料管超过一定时间没有进行配料，则该料管报警。

⑵工艺参数检测

1）圆盘加料机气动阀门开启显示

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——加料开关，当上限为料位开关发出缺料信号时，通知配料计算机，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。故需计算上料位的高度。

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

石炉马上采取停电措施，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（时间依据

为配料卸料时间+皮带输料时间+环形给料机下料时间），达到计时周

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。通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同，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叫加料，则报警并通知巡检人员，是否有情况。

(二) 液压站

液压站主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的压放操作；同时还控制电极升降。作为密闭炉系统，液压站的操作正确与否、准确与否非常重要，关系着

安全生产，其控制功能及安全操作显得尤为重要，主要有以下几个部分。

1、液压站主要由油压、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、油箱压力及温度检测元件组成。

2、各油路油压压力检测0—25Mpa，压力高低报警

液压站油温检测及自动控制，确保夏天不过热，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，使得控制操作既简单方便、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能够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、目前有很多企业使用的是储能式液压站，其结构简单，电机数量也少，维护方便

油泵回讯故障检测

9、油泵紧急停止

加热器及送风机控制

能够对三相电极加热器实现中温、高温、低温控制及监视。

能够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组成。夹紧油缸可松开和包紧电极上的6道筋肋，压放油缸使横向油缸上升或下降2cm，完成电极压放。电极在工作

中始终保持一定的长度，可实现电极定时压放（根据电极工作部的长度决定），累计压放的长度与电极消耗应相平衡；每组油缸有一个夹紧油缸和一个压放油缸，共需要14电磁阀。控制要求如下，在

油压保证前提下，压放过程是：每个电极上的6个小油缸先处于抱紧状态，先松开一个夹紧小油缸，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，最后同

时下压，下压到位后就完成了小油缸的压放。电极压放可实现定时自动压放。

1、电极压放控制：电极压放有以下功能，自动压放和手动压放，自动压放可以定时压放，也可以手动单步完成。

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的碟簧张力作用于卡钳来夹持电极。压放时，夹紧油缸的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，夹紧油缸顺序完成以上动作后，压放油缸同时给油实现电极的压放。

3、压放手动控制单组油缸分别实现夹钳松、把持缸升动作，全部执行完成后进行整体压放；开关360度旋转，操作方便简单。

4、自动压放控制位后就完成了小油缸的压放。电极压放可实现定时自动压放。

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，也就是计算机定时压放；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，采取的不定时压放；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，主要为维护和调整时使用，每根电极上装置位移传感器，用以准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→a夹钳上升→a夹钳夹紧→

a夹钳松开→b夹钳上升→b夹钳夹紧→；

a夹钳松开→c夹钳上升→c夹钳夹紧→

b夹钳松开→d夹钳上升→d夹钳夹紧→

c夹钳松开→e夹钳上升→e夹钳夹紧→

d夹钳松开→f夹钳上升→f夹钳夹紧→

e夹钳松开→g夹钳上升→g夹钳夹紧→

a、b、c、d、g、f、g夹钳缸全部下降，实现一次下降。

5、电极升降控制：电极升降由液压装置给与动力。电极升降靠两侧

大立缸来完成，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，能够调整入炉功率，采用电阻或电流冶炼时，

三相电流或电阻得平衡成为关键因素，这就要求系统能够自动调节

三相电极升降，达到三相基本平衡。主要功能如下：

⑴电石炉电极升降行程、动作次数的控制是电石生产过程中十分重

要的控制项目，它控制的好坏，直接影响到电石的电耗及产品质量，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，经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时，变压器负载

主要决定于电极插入的深度。在实际操作中，电极电流的控制也就是对电极插深度的控制，其关系式如下：

L

2 2 1/2

电极电流，I=U2／(R+X )

R ——电炉总电阻

X ——电炉总电抗

电极升降控制要求以尽可能少的升降动作次数达到最佳的调节

效果，其控制规律如图1所示。控制偏差小于阈值a—— -a可调整

在1％～3％之间。所谓阈值，即是偏差值小于某一固定数值时，控

制系统始终无输出，这个“一定数值”就称为“阈值”控制系统的这一特性可完全避免频繁地升降电极，不使系统产生振荡，并能延长设备的寿命。

(2)控制偏差大于阈值时的延迟反应，负荷控制偏差的误差时间区是恒定的，即误差和反应时间成反比。控制系统的这一“延迟”特性可以抑制受控量(电流或阻抗)的短时波动。

（3）电极电流要尽量保持稳定，同时尽量避免频繁提降电极，以防造成电极射弧面大小不一，只有随着电极的消耗，电极端头不断上移时，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大于A，通常+A比一A绝对值小，这

样大的正误差(过电流)可以很快被调整过来。一A—— A图l

控制特性如下：

误差时间

-A -a 0 a A

(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造成事故，同时还显示大立缸的行程。

(5)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

⑴炉气温度：密闭炉炉气温度能够间接反映电炉炉膛内温度，炉膛温度越高，炉内温度越高，根据实际应用经验，选择0—1100摄

氏度的热电偶即可以安全可靠检测。

⑵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要求，炉压保持在正负10Pa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，并且含

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，间隔一定时间对炉压检测管进行氮气反吹扫，确保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。系统自动调节阀门至目标值。

自动控制：系统自动按照已设定好的目标值，自动跟随炉压变化调节阀门开度，始终使炉压保证在设定的炉压稳定值上。

⑶直排阀：炉压调节：直排阀作为炉压调节的关键执行机构，

阀门的调节好坏直接影响到生产，因此根据经验，建议采用气动调节阀，利用PLC系统的PID 调节功能，能够始终保持在工艺设定的目标值

紧急直排：遇到特殊情况，按下急停按钮，阀门自动打开。

⑷紧急直排：由于炉料含水量大、炉内塌料、翻料等诸多情况都会影响到炉压的稳定，炉气能够在几秒钟内达到几百Pa 的压力，使得路面到处能见到火，而且气体中含有有毒气体，非常容易对人、对设备造成损坏，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情况，立即打开阀门，进行紧急直排，避免发生事故。⑸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能够直接看出来。

⑹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的出现方式，因此自控系统可以发挥PLC强大的运算功能，利用公路守恒原理计算出二次电流，反映给表工，以便操作。

⑺二次电压：根据电炉变压器的出线电压，直接进数显仪表进行

检测，能够很好的反映电炉变二次侧输出的电压，建议安装位置应该选择在导电鄂板位置，更能准确反映电极电压。

⑻流压比：二次电流对二次电压的比值，即为操作电阻的倒数⑼运动电阻；根据电炉的某些电参数，可以计算出能够反映电炉炉

况电阻的工艺参量。由运动电阻可以判断在同一种物料的情形下，电极应该上升还是下降的操作。

⑽操作电阻：主要用来控制电流电压比。同时也是衡量物料均衡的一个重要参数。

⑾每根电极的一次电流、一次电压、二次电流、二次电压、功率因素、有功、无功及每个班实际用电量等。

⑿电压档位，可通过上位机和仪表进行操作并显示。

⒀炉底温度

⒁炉底风机的控制

⒂氢氧在上位机的显示

8、电炉变的分合闸操作

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以下功能：

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

⑵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，容易由于储能机构的原因，造成合闸失败（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，避免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：在遇到特殊情况下，考虑安全的因素，可以直接拍下紧急分闸按钮，系统会将电炉变，确保安全。

注：关于电能管理方面的做法

1）将电炉正常冶炼时的负荷作为表准值，下设变压器的容量、一次线电压、一次线电流、三相电极的功率因素。

2）二次侧变压器输出的有效容量，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）每个班次的电能统计

4）画面要求，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，而且还有报警提示。

D．电能管理我公司拟定采用威盛的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、总功率因素、单项功率因素、总视在功率、单项视在功率等。

E．同时还能够取得每班的电能计量。

F．电能综合管理器的精度可达到0.5S 级

以上炉控系统总的控制点数为：

DI：135点DO：70点AI：43点AO：2点

三、水循环部分

循环水系统实现对密闭炉冷却循环水的系统监视及控制工作，主要监测部位如下：

1、过程监测部分

⑴循环水进口压力、温度各一个

⑴循环水分水槽压力各一个

⑵各冷却管温度，共计81 个，所列如下：