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三电技术(大功率电力电子及交流调速装置、在线检测、智能控制)
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一、大功率电力电子及交流调速装置 


大功率交流电机调速技术


        大功率交流电机变频调速技术涉及到电力电子、电机、计算机、自动控制等多个学科,是跨学科交叉的高新技术。在能源与电能变换中起着重要角色,广泛应用于国民经济各个领域。通过理论研究和技术创新,建立大功率交流电机调速系统的设计理论与方法。主要研究方向:
        交流电机磁场定向及直接转矩控制理论研究
        基于参数辨识的无速度传感技术研究
        具有自学习、自适应功能的电机智能控制过程研究
        变频调速电机过渡过程研究
        电网、变频器、电机、控制系统一体化系统设计理论与分析方法研究
        电力电子及变流技术是近几年迅速发展的一种高新技术,广泛应用于机电一体化、电机传动、航空航天等领域。现代电力电子技术开始向高频、高效(低开关损耗)、高功率因数、高功率密度(组合集成化)及高压大功率方向迅速发展。对新型电力电子器件及变流技术进行研究,解决变流系统设计的关键理论及技术。主要研究方向:
      新型电力电子器件应用技术研究
      电力电子过渡过程能量变换理论与分析方法研究
      高压大功率变流系统电路拓扑结构研究
      高压大功率变流系统机、电、热、场一体化设计理论与方法研究



实验室
 
国产第一套交交变频(6000KW)矿井提升机用于淮南煤矿 
攀钢主传动现场
 


高压大功率变流系统多重化关键技术研究

        交交变频调速技术广泛应用于轧钢机、矿井提升机等大容量低速运转的生产机械,取代传统的直流调速将产生显著的经济效益,国内外钢铁及煤炭行业已陆续采用并推广这一技术。在国家九五重大装备技术攻关,国家自然科学基金等项目支持下,我院从上世纪八十年代开展该技术的研究及国产化装备的研制,在大功率交流调速理论研究、装备制造、工程设计与调试技术跻身于世界先进行列。首次提出阻尼磁链定向控制理论与方法,完善了同步电机磁场定向控制理论,获得中国发明专利;建立了交交变频同步电机调速系统的仿真平台,提出电网、变频器、电机、控制系统一体化系统理论与分析方法;建立了大型交流调速系统电网无功与谐波计算方法与软件,提出交交变频无功补偿及谐波治理的方法;采用现代控制理论研制成功负荷观测器解决了轧机主传动机电振动问题;提出交交变频同步电机的阻尼绕组理论及设计方法,带动国内电机厂变频同步电机研制成功并形成规模;建立了交交变频调速系统的工程设计理论与方法并获得软件著作权;在国内首次提出交交变频同步电机调速系统的工程调试理论与方法,成功应用于工程实践。
        1993年研制成功国内第一台2500Kw大功率交交变频同步电机调速系统;
        1996年研制成功国内第一台全数字控制交交变频同步电机调速系统;
        1999年研制成功国内第一套轧机双机传动交交变频同步电机调速系统; 
        2000年研制成功国内第一套热连轧机主传动交交变频同步电机调速系统;
        2001年研制成功国内第一套矿井提升机交交变频同步电机调速系统。

高压、大功率晶闸管类器件 


        我院是国内最早研制电力半导体器件的企业之一,在高压、大电流晶闸管类器件的研制、生产及质量方面在国内均居前列。产品多次获得国家科技发明奖、冶金部科技进步奖、全国行业质量评比一等奖、及行业协会的三角金奖等,其高压大电流晶闸管制造技术已获国家专利,目前最大晶闸管可达KP2500A/4500V等级,并已具有批量生产100mm及以下各系列产品的能力,产品已广泛应用于冶金、电力、交通、机械、能源等工程传动领域,在多项国家重点工程项目中替代了国外进口产品,得到用户和业界的一致好评。



高电压大功率元器件系列产品

高压变频调速装置 


        AriDrive—MV系列高压变频调速装置是金自天正开发的是基于系统的传动技术,一种通用和模块式的标准系列产品,该产品具有如下特点:
        (1)工程型传动领域的最佳解决方案 
        AriDrive—MV是具有IGBT逆变器、全数字技术的有中间回路的变频器,体现国际上先进的交流传动与功率电力电子技术,能为高电压、大容量工业电气传动领域和其他相关应用场合提供高性能、最经济的解决方案。 
        (2)遵循 ISO 9001质量认证体系标准
        AriDrive—MV在开发、设计、采购、制造、测试等各个环节都严格遵循ISO 9001 质认证量体系标准。
        (3)提供令客户满意的价值


二、检测技术 

混合流程实时在线检测技术

    
        冶金生产过程在线分析的对象包括钢铁制造流程中的工艺设备的工艺参数及运行工况、冶炼及压力加工中物质流的物性参数、中间产品和产成品的质量参数、能量流相关参数等。本方向开展混合流程各类参数的实时检测的机理研究和产品技术开发。主要研究内容:
        熔态金属成分在线检测。以此为基础实现冶金过程的动态控制和成分调整。研制用于钢铁工业的快速炼钢、炉外精炼、连铸短流程以及有色金属熔融态成分快速在线检测,开发光机电一体化在线检测设备。
      炉气成分在线检测。研制用于烧结、焦化、高炉、热风炉、转炉、炉外精炼冶炼气氛和炉气检测装备。
      热态铸坯或轧坯成分和结构的在线检测。研制热装热送全流程的产品的连续质量监控设备。

工矿企业环境检测技术 

    
        研究钢铁制造流程的污染物的检测技术,检测结果用于冶炼和压力加工工艺控制过程排放评估,支持工矿企业减排。研究内容如下:
      钢铁制造流程典型气体排放检测与远程监控
      基于激光光谱技术的冶金粉尘在线检测
      冶金企业污水重金属检测与处理技术


新一代工业仪表和智能测控技术 

    
        采用新型传感器技术、光机电一体化技术、软测量技术、数据融合和数据处理技术、冶金环境下可靠性技术,以关键工艺参数闭环控制、物流跟踪、能源平衡控制、环境排放实时控制和产品质量全面过程控制为目标,实现混合流程在线检测和监控系统。研究内容如下:
      测控仪表的智能化技术及其应用
      软测量技术及其应用
      面向复杂过程的仪控系统


新能源智能检测与控制 

   
        研究太阳能/风能等新型能源转换设备全局效率的优化技术,综合应用物联网技术、现场总线技术、智能检测技术、数据库技术等,对气候条件、换能器件、汇流装置、并网控制、电量与电能质量等诸多参数进行可靠、精确地检测,并通过数据库、SCADA、HMI、优化模型软件对系统实现实时监控和全局优化。主要研究内容:
      电能转换系统关键参数测量技术
      关键器件寿命监测
      基于实时数据库的全局优化控制软件
      基于物联网技术的光伏(风电)电站综合自动化监控软件



KF100型煤气热值(指数)仪

 
TCH-同位素测厚仪


LF-100激光板形仪

三、智能控制技术
        智能控制室控制理论发展的新阶段,主要用来解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的。常用的智能技术包括模糊逻辑控制、神经网络控制、专家系统、学习控制、分层递阶控制、遗传算法等。以智能控制为核心的智能控制系统具备一定的智能行为。


漏钢预报系统


开放式分布控制系统


宝钢转炉主控室


人工神经元网络开发平台

AriMES(Manufacturing Execution System)冶金制造执行系统 

   
        执行系统作为面向钢铁企业的生产管理系统,通过基于前后工序衔接的生产协调、考虑工序能力的生产计划、实时的物料跟踪与指导等功能,掌握从订单接受到发货的整个过程的物流信息,对产品订单、质量、设备、资源等进行全面的动态管理,从而保证产品的质量、数量、交货期,同时有效的利用工厂资源,最终达到:以灵活的产品结构、生产组织方式和高质量的产品响应市场需求,以有竞争力的价格、短的交货期和良好的服务占领市场;以最低的生产成本获取高的利润。
        冶金自动化研究设计院开发的AriMES是一个支持复杂信息环境下MES应用开发、应用集成和系统运行的产品套件。它基于钢铁企业信息特征,在分布环境下提供透明、一致的信息访问和交互手段,对其上运行的应用进行管理,并为应用提供服务。AriMES包括计划调度、质量管理、物流跟踪、设备管理、库存管理、生产成本管理、能源管理、绩效考核等产品系列,各产品注重的不仅是努力满足企业对生产管理系统的业务功能需求,而且面向客户效益,确保其投资回报。形成的整体解决方案,横向覆盖了钢铁生产的主要工艺流程,从原料、生产工序、库存等各个环节的生产计划、质量管理、物资管理、设备维护、成本控制等业务,纵向实现了从传感器到ERP的信息集成,并可扩展数据挖掘(DM)等企业制造智能(MI)的决策支持功能。
        主要产品系列:计划调度系统、质量管理系统、物流跟踪系统;设备管理系统、库存管理系统、生产成本管理系统、能源管理系统、绩效考核系统、综合监控系统、过程数据集成平台、工厂信息门户;
主要特点:基于分布式服务的软总线框架结构,采用ORPC、SOAP等多种标准协议,保证开放性、可配置、可扩充;系统各功能模块既可整体实施,也可单独分步实施,并按用户的要求配置和定制;通过互联网或者企业内部网来收集和发布工厂信息,便于信息共享,管理者可随时随地掌握生产状况;有效的集成和整合生产过程数据,与企业现有的PCS和ERP应用系统良好的衔接和集成,保护企业过去在信息系统上的投资;系统维护方便,具有友好的人机交互界面。
        实施效果:生产过程中,保持物流连续高效运作,上下工序紧密衔接,降低中间库存量,缩短合同的交货期;充分考虑加工工序的多重并行性和工序自上而下的分解式结构,实现生产的物流平衡(生产计划协调,生产批量的协调)、资源平衡(炼钢炉、精炼炉、连铸机、热轧机、加热炉任务的分配)、时间平衡(生产线列车时刻表的制定与调整), 提高设备利用率,最大限度消除生产瓶颈;实现各工序集中计划管理,使之负荷均衡、物流紧密衔接、保证生产柔性、产品质量和准时交货,选择最佳物流路径,以降低物料成本、能耗和其它各种损耗,从而降低生产成本,提高经济效益;作为生产层与ERP 层之间的桥梁,起到承上启下的核心作用。负责从过程控制系统获取各种生产实绩数据,并进行管理、加工和分析,向ERP 系统及时提供生产实际状况信息,同时将来自ERP 系统的各种任务和指令下达到过程控制系统。
        嵌入式智能控制装备    领域的M2M互联技术和嵌入式软硬件技术为核心,研究满足自动化控制需要的高性能、智能化检测和控制装备。通过综合应用现场总线、无线传感网络、先进控制技术、机电一体化技术、信息化技术,开展混合流程自动化控制装备的共性技术的研究。主要研究内容:
      用于高速控制系统的通用高性能控制器
      冶金典型工艺设备的电能质量检测与控制技术与装备的研制
      高性能控制系统的功能安全研究
      基于PMU的企业电网安全监控设备
      控制系统组态软件研究
      现场总线、无线传感网络研究 
        复杂生产过程智能控制    生产过程中物理化学变化错综复杂,被控对象非线性和不确定性严重,且不能用数学模型描述的问题,研究基于工艺知识、现场经验和过程数据统计分析的混合建模技术,开发基于智能控制的复杂生产过程控制技术, 解决混合工业流程,尤其是冶金工艺过程的自动化控制理论和技术问题.主要研究以下内容:
        (1)压力加工先进工艺与控制系统
      研究轧制工艺技术、轧辊辊形技术,形成完整的轧制工艺知识包
      研究高精度板形和板厚检测技术,开发板形仪和板厚仪,为冷轧薄板生产线的开发提供核心技术和装置。
      研究基于轧制用高性能控制器的系统控制技术
       (2)冶炼先进工艺与控制系统
      研究高炉闭环专家系统
      利用软测量技术研制软融带等复杂工艺参数的测量与控制
      研究高效冶炼工艺模型
        复杂工业生产过程建模平台 AriIPM工业生产过程建模平台系统,系国家科技部科研院所技术开发专项资金项目,是一个开发复杂工业生产过程模型的软件产品。利用统计回归技术、支撑矢量机技术、PLS建模技术、PCR 建模技术、神经网络技术、专家系统技术、Fuzzy-ART技术和数据挖掘方法建立复杂工业生产过程的模型,并通过组合建模技术将多个模型集成,形成更加灵活、更加健壮的复杂生产过程的综合模型。
        AriIPM工业生产过程建模平台系统支持Oracle、SQL Server关系数据库、Excel文件、文本文件、Xml文件等多种数据源,并且可以根据用户需要进行有选择的数据提取。支持用户定义异常值、空值的数据预处理,实现类型定义转换,以及10余种数据变换操作。支持5种定性分析手段、8种以上定量分析手段,并可以进行主要影响因素分析。支持单变量、多变量线性回归、7种多变量非线性回归等几乎所有常用的建模方法,同时提供支撑矢量机分类、支撑矢量机回归、PLS模型、PCR模型建模方法,并且提供了高级的神经网络、专家知识建模方法,使建模工作变得异常轻松。同时还提供通过组合建模技术将多个模型集成的建模方法。
        AriIPM工业生产过程建模平台系统使用的计算模块由国际专业机构提供,所有的计算结果符合国际标准,并可支持大数据量的快速计算。所有的系统功能只需点击几下鼠标即可完成,无须编程,并配有大量使用操作提示,用户无须对所用方法有很深的了解即可正确地使用。
        目前,AriIPM工业生产过程建模平台系统,已经获得《AriIPM工业生产过程建模平台系统》计算机软件著作权(计算机软件著作权登记号:2005SR00169),并申请了发明专利(专利申请号200410009801.0),属于我院具有自主知识产权的软件产品。
        AriIPM工业生产过程建模平台系统,可以应用于包括冶金行业在内的所有涉及工业生产过程建模的企业。

工业自动化装备及复杂系统控制应用技术 


       主要研究内容如下:
       (1)自主品牌的自动化装置
       研究开发以高性能控制器为核心的高性能复杂过程控制系统。研究高性能控制器硬件技术,包括多CPU协调技术、高速数据交换技术、自诊断和冗错技术等;研究基于高性能控制的实时操作系统和组态等工具软件技术。
       为混合流程工业自动化智能设备提供公共基础软硬件平台,与各工艺技术研究结合,形成混合流程智能装备的技术载体。
       (2)过程控制系统
       研究开发混合流程复杂过程建模、优化控制系统。基于机理模型、统计分析、预测控制、专家系统、模糊逻辑、神经元网络、支撑矢量机(SVM)等技术,以过程稳定、提高技术经济指标为目标,在关键工艺参数在线连续检测基础上,建立综合模型,采用自适应智能控制机制,实现混合流程生产过程关键变量的高性能闭环控制。
       (3)信息化软件
       研究开发MES应用软件、能源中心管理系统等企业信息化软件。研究生产过程数据获取技术,主要包括过程实时数据的预处理,异构和分布环境下的信息集成技术,实时关系型数据库,多协议的控制网与管理网的接口技术;采用面向对象和组件技术建立企业各业务流程的组件库,支持企业动态建模及系统的功能配置;
       形成复杂环境下的工作流调度、数据挖掘、智能决策支持、设备在线诊断与预维修、实时生产调度等方向的自主知识产权的成套技术。

 
运行在铝电解大型预焙槽生产现场的ISC3000铝电解智能控制系统


来源:

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