"我们选择了CompactRIO平台以及十分稳定且提供了工业I/O板卡的FPGA技术。"
– Ion Arizti, Sarralle equipos siderúrgicos, dpto. Ingeniería. Oficina técnica eléctrica
挑战:
使用耐久的商业可视化与过程控制为电弧炉开发电极控制系统，以降低电力消耗并缩短钢铁熔化时间。
解决方案:
使用NI CompactRIO技术借助用于现场可编程门阵列（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。
作者:
Ion Arizti - Sarralle equipos siderúrgicos, dpto. Ingeniería. Oficina técnica eléctrica
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。
图1. SARCON
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。
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。
图2 电弧炉
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。
图3. 基于LabVIEW的SARCON HMI
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。
作者信息:
Ion Arizti
Sarralle equipos siderúrgicos, dpto. Ingeniería. Oficina técnica eléctrica
