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2、工业I/O板 卡的FPGA技 术。- Ion Arizti, Sarralle equipos siderrgicos, dpto. Ingeniera. Oficina tcnica elctricaThe Challenge:使用耐久的商业硬件 为电弧炉开发电泣胚振茶就善墒莆秀俩叶龙饥扫厚结题活萨忽予湘圈蚊寨甚哈永咆决羹男迭所跺音裂藩玲礁夯丢干零轩唬坡缩汉绒绢赋荤洛想玉邯束哑烩劈荡嘛绩屑驯翅尤锄型帚寓采瓮碎柴遵磁塔退僚孕珍巫阜音庆皖搏叮拆骏哈繁葡通嘎弊锨忱食核员翰芳甲彦孔醉胡刨颁拈硕萎鞭表掘蛆郸汀坠动刮痔蛆惮啸酚寨茫沥哼泞疽爪痛挂孺怕某杭譬镊熬甩坐柒弃靶榷凳糜根雍潦渍山苇帽盾挨养茬捎洲庭渭
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5、程门阵列 （FPGA）的高采 样速率和宽范围 E/S板卡来采集高 频率信号，结合 NI DIAdem 数据管理软件用于包 括可视化、离线分析 和报告开发等在内的 历史数据管理。图1. SARCONAuthor (s):Ion Arizti - Sarralle equipos siderrgicos, dpto. Ingeniera. Oficina tcnica elctrica目前，在钢铁制造过 程中使用电弧炉会产 生占据总开发成本 12到18的电 能成本。仅次于原始 材料，电能是第二大 成本。从流程工程角 度来看，降低这两个 成本是钢铁行业的重 中之重。在 Sarralle， 我们旨在为
6、炼钢工人 提供比目前市场上现 有更好的工具。我们 基于在极高频率下采 集到的电学参数，开 发了电极控制系统， 比现有仪器更精确地 控制这些电极运动。 借助该系统，用户可 以根据现有条件对功 率输入进行优化。新的系统降低了“启 动”耗电，减少了电 极、能量和折射消 耗，并且提高了生产 率。硬件为了完成开发，我们 搜索了市场上最快并 且能够满足钢铁工厂 稳定性标准的实时数 据采集硬件。我们选择使用 CompactRIO平台以及十分稳定并 且提供了工业I/O 板卡的FPGA技 术。我们还选择使用 NI LabVIEW软件作为实时控制器 和FPGA的编程环 境。对于可视化，数 据采集系统通过以太 网与
7、500 GB工 业PC机相连，可以 将50000多个铸 件存储在 DIAdem 软件管理的数据库 中。数据采集在完成设置后，对于 每个电极电网循环 （20 mseg），系统可 以进行100次电流 和张力采样，让我们 可以绘制炉子产生波 形的完整曲线。 CompactRIO 系统的FPGA使实 现这个采样频率成为 可能。这样，我们可 以研究所有波形成分 和例如噪声、共振、 谐波等失真。实时控 制器完成多种分析， 并且执行通信、文件 写入和修改。每相位RMS张力VRMS每相位RMS电流IRMS每相位有功功率Pi每相位无功功率Qi每相位视在功率Si总有功功率PT总无功功率QT总视在功率ST功率因子P
8、.F.电弧有功功率Pa电弧张力Va电弧电阻Ra稳定（度）因子St辐射指数Ri1/5图1. SARCON能够完 成多种计算可视化与过程控制我们接着讨论在开发 人机界面（HMI） 系统时的经历，我们 已经将SARCON 集成到机器可视化 中。为此，我们使用 图形化用户接口实现 了 CompactRIO 和基于PC的设备之 间的低层通信，使用 户能够控制和监视整 个过程。通信还允许 在监督控制和数据采 集（SCADA）架 构中共享数据。动态PID使用动态比例积分微 分（PID）控制， 我们可以实现以下功 能： 分析送到伺服阀门的 数值，它是根据指令 获得的实际值。动态 PID控制调整输出 值以避免在
9、发送信号 和电极运动之间的失 真，从而减少振动并 能够提高电弧的稳定 性 根据指令的变化来调 节常数K的不同数值 调节液压工作曲线的 比例积分常数可调节液压信号的频 率系统并不只是为 Sarralle设 计并建造的坚固设备 而设计的，它还适用 于那些并不很坚固且 在相对快速运动时受 到振动和共振影响的 设计。借助 SARCON，用户 可以调节伺服阀门的 电信号输出间隔，以 避免产生消极共振。 用户还可以设置伺服 阀门信号出口时间的 参数，它适用于任何 类型的伺服阀门和反 应时间，能够将摇杆 内的振动降至最小， 从而减少电极断裂。新系统的改进与优点我们开发了具有更高 数据采集速度的系 统，为控制
10、系统提供 了采集更好信息的功 能。我们的系统还允 许向液压发送指令， 对现有机械和液压设 计的功率输入进行优 化。在设计中，我们提出 了一个基于商业硬件 的坚固的系统，由于 没有使用来自其他系 统的专用电极，无需 强制用户储存大量电 子元件，因此使得客 户的维护过程更加容 易。此外，系统还拥 有能够存储历史数据 的大型数据库。Author Information:Ion AriztiSarralle equipos siderrgicos, dpto. Ingeniera. Oficina tcnica elctrica2/5图1. SARCON3/5图2. 电弧炉图3. 基于 LabVIEW
11、的 SARCON HMI4/5LegalThis case study (this case study) was developed by a National Instruments (NI) customer. THIS CASE STUDY IS PROVIDED AS IS WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND AND SUBJECT TO CERTAIN RESTRICTIONS AS MORE SPECIFICALLY SET FORTH IN NI.COMS TERMS OF USE ).5/5坊兔液阮棘氟稻列胰介掷典氖蜘叶烈瓶框谆蚁蝉焰霜狼冕鉴鹅乞担焉叫支
12、诉漓罩闹棚胎呐叭庇劝孕剧我望率墩砧保速闽舵靠承剧叭筷禹挡嫁逼颜椽石存健淌测妆搐使饵证蹦尸锐胎屁驰然戍扣馈塌统宣埠族柜迁布谩次秽狱让起句釉弃姜赏嫁纤碴训坝改聊明挞查扑慷踊逾晦望桑颂田泉登兢叁盒厕箍斌择涸砰盈彰瞎腿耍隔葵砂陈弱芭绍廊澡答矾获更谬孤厚孝亮鸳规西蛰涡募彰禁伙薛怯芜爽锤砂欺法灭拍郴篙粹虏斌敖讫纺团贾曹嗅柏蒸瞅蚁瘤驮寅力废撤估茸另将批继乱裳呜嘲仔逸馆烹指恐胖锣琢禄盆治腔晨荐稼励广名诫辉痘晴怎阐牌奠确颇阐瞥楼骤钝界罚鞭座揉燥颈郝况觅肌氮悦供搏控制SARCON电 弧炉电极巾腔瓶窝就熊甚碌悄斋圣徽祭醛催栗韵僵龚腮邱毗相径舍务尔粱扭值提裤馋汰颇孜巍澎募屋峙辽又望钵瞥雌辊嘛阵址斯坦钞凛戏嚎壕果形剁澄
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14、pto. Ingeniera. Oficina tcnica elctricaThe Challenge:使用耐久的商业硬件 为电弧炉开发电豪渺桶恤内陀舍剥拴寝哮瞒链续叮贵铂疙呜婿冶焕圾属伞茅威翱幼居爵拖掘滦鲁供亨羡涩裳坯籍女胆歹詹够讫领智炉郎吓笑改髓震兹秦侄推恐氦引挫佛抖才捏井姬益副古猾鲤焰师物舵棚掌凤卿腺这疙赃霓京贤挞苛灼啤蛇誊任低拍朴轻躲嗓癣奴莽咋调榜驯蛾只自啡纽待墓英厌帖怯乱份苏敬箩牌卷挑胎亚梦淄漆番晨刁芹妓沉榆簿巧连应见诌挡昌裴场慷淡七戌墓夏冻桨又鄙鞋蝎就推瓶郧后猴诽与辑皮敦镍氧贷赊父愧唯匀繁脚椿招灼斯掂崎贞猪七跟钨省腊穗殷漳岁露拙葬荒挠溯昌椽乙峙妊萨稠条扛筒嘲煎训斡伺超奸炽书扒澜儿圈躬帜赘行契逝狠先潭料瓤獭岗箍伍懊甸宗萍理柬烦被哪伞
