目前，在鋼鐵制造過程中使用電弧爐會產(chǎn)生占據(jù)總開發(fā)成本12％到18％的電能成本。僅次于原始材料，電能是第二大成本。從流程工程角度來看，降低這兩個成本是鋼鐵行業(yè)的重中之重。

圖1. SARCON

圖2. 電弧爐

　　在Sarralle，我們旨在為煉鋼工人提供比目前市場上現(xiàn)有更好的工具。我們基于在極高頻率下采集到的電學參數(shù)，開發(fā)了電極控制系統(tǒng)，比現(xiàn)有儀器更精確地控制這些電極運動。借助該系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)現(xiàn)有條件對功率輸入進行優(yōu)化。

　　新的系統(tǒng)降低了“啟動”耗電，減少了電極、能量和折射消耗，并且提高了生產(chǎn)率。

　　硬件

　　為了完成開發(fā)，我們搜索了市場上最快并且能夠滿足鋼鐵工廠穩(wěn)定性標準的實時數(shù)據(jù)采集硬件。

　　我們選擇使用CompactRIO平臺以及十分穩(wěn)定并且提供了工業(yè)I/O板卡的FPGA技術。我們還選擇使用NILabVIEW軟件作為實時控制器和FPGA的編程環(huán)境。對于可視化，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與500GB工業(yè)PC機相連，可以將50000多個鑄件存儲在DIAdem軟件管理的數(shù)據(jù)庫中。

　　數(shù)據(jù)采集

　　在完成設置后，對于每個電極電網(wǎng)循環(huán)（20mseg），系統(tǒng)可以進行100次電流和張力采樣，讓我們可以繪制爐子產(chǎn)生波形的完整曲線。CompactRIO系統(tǒng)的FPGA使實現(xiàn)這個采樣頻率成為可能。這樣，我們可以研究所有波形成分和例如噪聲、共振、諧波等失真。實時控制器完成多種分析，并且執(zhí)行通信、文件寫入和修改。

　　圖4.SARCON能夠完成多種計算

　　可視化與過程控制

　　我們接著討論在開發(fā)人機界面（HMI）系統(tǒng)時的經(jīng)歷，我們已經(jīng)將SARCON集成到機器可視化中。為此，我們使用圖形化用戶接口實現(xiàn)了CompactRIO和基于PC的設備之間的低層通信，使用戶能夠控制和監(jiān)視整個過程。通信還允許在監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集（SCADA）架構中共享數(shù)據(jù)。

　　動態(tài)PID

　　使用動態(tài)比例積分微分（PID）控制，我們可以實現(xiàn)以下功能：

　　分析送到伺服閥門的數(shù)值，它是根據(jù)指令獲得的實際值。動態(tài)PID控制調(diào)整輸出值以避免在發(fā)送信號和電極運動之間的失真，從而減少振動并能夠提高電弧的穩(wěn)定性

　　根據(jù)指令的變化來調(diào)節(jié)常數(shù)K的不同數(shù)值

　　調(diào)節(jié)液壓工作曲線的比例積分常數(shù)

　　可調(diào)節(jié)液壓信號的頻率

　　系統(tǒng)并不只是為Sarralle設計并建造的堅固設備而設計的，它還適用于那些并不很堅固且在相對快速運動時受到振動和共振影響的設計。借助SARCON，用戶可以調(diào)節(jié)伺服閥門的電信號輸出間隔，以避免產(chǎn)生消極共振。用戶還可以設置伺服閥門信號出口時間的參數(shù)，它適用于任何類型的伺服閥門和反應時間，能夠?qū)u桿內(nèi)的振動降至最小，從而減少電極斷裂。

　　新系統(tǒng)的改進與優(yōu)點

　　我們開發(fā)了具有更高數(shù)據(jù)采集速度的系統(tǒng)，為控制系統(tǒng)提供了采集更好信息的功能。我們的系統(tǒng)還允許向液壓發(fā)送指令，對現(xiàn)有機械和液壓設計的功率輸入進行優(yōu)化。

　　在設計中，我們提出了一個基于商業(yè)硬件的堅固的系統(tǒng)，由于沒有使用來自其他系統(tǒng)的專用電極，無需強制用戶儲存大量電子元件，因此使得客戶的維護過程更加容易。此外，系統(tǒng)還擁有能夠存儲歷史數(shù)據(jù)的大型數(shù)據(jù)庫。