目前，在鋼鐵制造過程中使用電弧爐會(huì)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(gè)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(xué)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(yùn)動(dòng)。借助該系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)現(xiàn)有條件對(duì)功率輸入進(jìn)行優(yōu)化。

　　新的系統(tǒng)降低了“啟動(dòng)”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(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集硬件。

　　我們選擇使用CompactRIO平臺(tái)以及十分穩(wěn)定并且提供了工業(yè)I/O板卡的FPGA技術(shù)。我們還選擇使用NILabVIEW軟件作為實(shí)時(shí)控制器和FPGA的編程環(huán)境。對(duì)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(jī)相連，可以將50000多個(gè)鑄件存儲(chǔ)在DIAdem軟件管理的數(shù)據(jù)庫中。

　　數(shù)據(jù)采集

　　在完成設(shè)置后，對(duì)于每個(gè)電極電網(wǎng)循環(huán)（20mseg），系統(tǒng)可以進(jìn)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(shí)現(xiàn)這個(gè)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(shí)時(shí)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(jì)算

　　可視化與過程控制

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

　　動(dòng)態(tài)PID

　　使用動(dòng)態(tài)比例積分微分（PID）控制，我們可以實(shí)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(shí)際值。動(dòng)態(tài)PID控制調(diào)整輸出值以避免在發(fā)送信號(hào)和電極運(yùn)動(dòng)之間的失真，從而減少振動(dòng)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(hào)的頻率

　　系統(tǒng)并不只是為Sarralle設(shè)計(jì)并建造的堅(jiān)固設(shè)備而設(shè)計(jì)的，它還適用于那些并不很堅(jiān)固且在相對(duì)快速運(yùn)動(dòng)時(shí)受到振動(dòng)和共振影響的設(shè)計(jì)。借助SARCON，用戶可以調(diào)節(jié)伺服閥門的電信號(hào)輸出間隔，以避免產(chǎn)生消極共振。用戶還可以設(shè)置伺服閥門信號(hào)出口時(shí)間的參數(shù)，它適用于任何類型的伺服閥門和反應(yīng)時(shí)間，能夠?qū)u桿內(nèi)的振動(dòng)降至最小，從而減少電極斷裂。

　　新系統(tǒng)的改進(jìn)與優(yōu)點(diǎn)

　　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(duì)現(xiàn)有機(jī)械和液壓設(shè)計(jì)的功率輸入進(jìn)行優(yōu)化。

　　在設(shè)計(jì)中，我們提出了一個(gè)基于商業(yè)硬件的堅(jiān)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(qiáng)制用戶儲(chǔ)存大量電子元件，因此使得客戶的維護(hù)過程更加容易。此外，系統(tǒng)還擁有能夠存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)的大型數(shù)據(jù)庫。