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                                  三電技術(大功率電力電子及交流調速裝置、在線檢測、智能控制)
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                                  一、大功率電力電子及交流調速裝置 


                                  大功率交流電機調速技術


                                          大功率交流電機變頻調速技術涉及到電力電子、電機、計算機、自動控制等多個學科,是跨學科交叉的高新技術。在能源與電能變換中起著重要角色,廣泛應用于國民經濟各個領域。通過理論研究和技術創新,建立大功率交流電機調速系統的設計理論與方法。主要研究方向:
                                          交流電機磁場定向及直接轉矩控制理論研究
                                          基于參數辨識的無速度傳感技術研究
                                          具有自學習、自適應功能的電機智能控制過程研究
                                          變頻調速電機過渡過程研究
                                          電網、變頻器、電機、控制系統一體化系統設計理論與分析方法研究
                                          電力電子及變流技術是近幾年迅速發展的一種高新技術,廣泛應用于機電一體化、電機傳動、航空航天等領域,F代電力電子技術開始向高頻、高效(低開關損耗)、高功率因數、高功率密度(組合集成化)及高壓大功率方向迅速發展。對新型電力電子器件及變流技術進行研究,解決變流系統設計的關鍵理論及技術。主要研究方向:
                                        新型電力電子器件應用技術研究
                                        電力電子過渡過程能量變換理論與分析方法研究
                                        高壓大功率變流系統電路拓撲結構研究
                                        高壓大功率變流系統機、電、熱、場一體化設計理論與方法研究



                                  實驗室
                                   
                                  國產第一套交交變頻(6000KW)礦井提升機用于淮南煤礦 
                                  攀鋼主傳動現場
                                   


                                  高壓大功率變流系統多重化關鍵技術研究

                                          交交變頻調速技術廣泛應用于軋鋼機、礦井提升機等大容量低速運轉的生產機械,取代傳統的直流調速將產生顯著的經濟效益,國內外鋼鐵及煤炭行業已陸續采用并推廣這一技術。在國家九五重大裝備技術攻關,國家自然科學基金等項目支持下,我院從上世紀八十年代開展該技術的研究及國產化裝備的研制,在大功率交流調速理論研究、裝備制造、工程設計與調試技術躋身于世界先進行列。首次提出阻尼磁鏈定向控制理論與方法,完善了同步電機磁場定向控制理論,獲得中國發明專利;建立了交交變頻同步電機調速系統的仿真平臺,提出電網、變頻器、電機、控制系統一體化系統理論與分析方法;建立了大型交流調速系統電網無功與諧波計算方法與軟件,提出交交變頻無功補償及諧波治理的方法;采用現代控制理論研制成功負荷觀測器解決了軋機主傳動機電振動問題;提出交交變頻同步電機的阻尼繞組理論及設計方法,帶動國內電機廠變頻同步電機研制成功并形成規模;建立了交交變頻調速系統的工程設計理論與方法并獲得軟件著作權;在國內首次提出交交變頻同步電機調速系統的工程調試理論與方法,成功應用于工程實踐。
                                          1993年研制成功國內第一臺2500Kw大功率交交變頻同步電機調速系統;
                                          1996年研制成功國內第一臺全數字控制交交變頻同步電機調速系統;
                                          1999年研制成功國內第一套軋機雙機傳動交交變頻同步電機調速系統; 
                                          2000年研制成功國內第一套熱連軋機主傳動交交變頻同步電機調速系統;
                                          2001年研制成功國內第一套礦井提升機交交變頻同步電機調速系統。

                                  高壓、大功率晶閘管類器件 


                                          我院是國內最早研制電力半導體器件的企業之一,在高壓、大電流晶閘管類器件的研制、生產及質量方面在國內均居前列。產品多次獲得國家科技發明獎、冶金部科技進步獎、全國行業質量評比一等獎、及行業協會的三角金獎等,其高壓大電流晶閘管制造技術已獲國家專利,目前最大晶閘管可達KP2500A/4500V等級,并已具有批量生產100mm及以下各系列產品的能力,產品已廣泛應用于冶金、電力、交通、機械、能源等工程傳動領域,在多項國家重點工程項目中替代了國外進口產品,得到用戶和業界的一致好評。



                                  高電壓大功率元器件系列產品

                                  高壓變頻調速裝置 


                                          AriDrive—MV系列高壓變頻調速裝置是金自天正開發的是基于系統的傳動技術,一種通用和模塊式的標準系列產品,該產品具有如下特點:
                                          (1)工程型傳動領域的最佳解決方案 
                                          AriDrive—MV是具有IGBT逆變器、全數字技術的有中間回路的變頻器,體現國際上先進的交流傳動與功率電力電子技術,能為高電壓、大容量工業電氣傳動領域和其他相關應用場合提供高性能、最經濟的解決方案。 
                                          (2)遵循 ISO 9001質量認證體系標準
                                          AriDrive—MV在開發、設計、采購、制造、測試等各個環節都嚴格遵循ISO 9001 質認證量體系標準。
                                          (3)提供令客戶滿意的價值


                                  二、檢測技術 

                                  混合流程實時在線檢測技術

                                      
                                          冶金生產過程在線分析的對象包括鋼鐵制造流程中的工藝設備的工藝參數及運行工況、冶煉及壓力加工中物質流的物性參數、中間產品和產成品的質量參數、能量流相關參數等。本方向開展混合流程各類參數的實時檢測的機理研究和產品技術開發。主要研究內容:
                                          熔態金屬成分在線檢測。以此為基礎實現冶金過程的動態控制和成分調整。研制用于鋼鐵工業的快速煉鋼、爐外精煉、連鑄短流程以及有色金屬熔融態成分快速在線檢測,開發光機電一體化在線檢測設備。
                                        爐氣成分在線檢測。研制用于燒結、焦化、高爐、熱風爐、轉爐、爐外精煉冶煉氣氛和爐氣檢測裝備。
                                        熱態鑄坯或軋坯成分和結構的在線檢測。研制熱裝熱送全流程的產品的連續質量監控設備。

                                  工礦企業環境檢測技術 

                                      
                                          研究鋼鐵制造流程的污染物的檢測技術,檢測結果用于冶煉和壓力加工工藝控制過程排放評估,支持工礦企業減排。研究內容如下:
                                        鋼鐵制造流程典型氣體排放檢測與遠程監控
                                        基于激光光譜技術的冶金粉塵在線檢測
                                        冶金企業污水重金屬檢測與處理技術


                                  新一代工業儀表和智能測控技術 

                                      
                                          采用新型傳感器技術、光機電一體化技術、軟測量技術、數據融合和數據處理技術、冶金環境下可靠性技術,以關鍵工藝參數閉環控制、物流跟蹤、能源平衡控制、環境排放實時控制和產品質量全面過程控制為目標,實現混合流程在線檢測和監控系統。研究內容如下:
                                        測控儀表的智能化技術及其應用
                                        軟測量技術及其應用
                                        面向復雜過程的儀控系統


                                  新能源智能檢測與控制 

                                     
                                          研究太陽能/風能等新型能源轉換設備全局效率的優化技術,綜合應用物聯網技術、現場總線技術、智能檢測技術、數據庫技術等,對氣候條件、換能器件、匯流裝置、并網控制、電量與電能質量等諸多參數進行可靠、精確地檢測,并通過數據庫、SCADA、HMI、優化模型軟件對系統實現實時監控和全局優化。主要研究內容:
                                        電能轉換系統關鍵參數測量技術
                                        關鍵器件壽命監測
                                        基于實時數據庫的全局優化控制軟件
                                        基于物聯網技術的光伏(風電)電站綜合自動化監控軟件



                                  KF100型煤氣熱值(指數)儀

                                   
                                  TCH-同位素測厚儀


                                  LF-100激光板形儀

                                  三、智能控制技術
                                          智能控制室控制理論發展的新階段,主要用來解決那些用傳統方法難以解決的復雜系統的。常用的智能技術包括模糊邏輯控制、神經網絡控制、專家系統、學習控制、分層遞階控制、遺傳算法等。以智能控制為核心的智能控制系統具備一定的智能行為。


                                  漏鋼預報系統


                                  開放式分布控制系統


                                  寶鋼轉爐主控室


                                  人工神經元網絡開發平臺

                                  AriMES(Manufacturing Execution System)冶金制造執行系統 

                                     
                                          執行系統作為面向鋼鐵企業的生產管理系統,通過基于前后工序銜接的生產協調、考慮工序能力的生產計劃、實時的物料跟蹤與指導等功能,掌握從訂單接受到發貨的整個過程的物流信息,對產品訂單、質量、設備、資源等進行全面的動態管理,從而保證產品的質量、數量、交貨期,同時有效的利用工廠資源,最終達到:以靈活的產品結構、生產組織方式和高質量的產品響應市場需求,以有競爭力的價格、短的交貨期和良好的服務占領市場;以最低的生產成本獲取高的利潤。
                                          冶金自動化研究設計院開發的AriMES是一個支持復雜信息環境下MES應用開發、應用集成和系統運行的產品套件。它基于鋼鐵企業信息特征,在分布環境下提供透明、一致的信息訪問和交互手段,對其上運行的應用進行管理,并為應用提供服務。AriMES包括計劃調度、質量管理、物流跟蹤、設備管理、庫存管理、生產成本管理、能源管理、績效考核等產品系列,各產品注重的不僅是努力滿足企業對生產管理系統的業務功能需求,而且面向客戶效益,確保其投資回報。形成的整體解決方案,橫向覆蓋了鋼鐵生產的主要工藝流程,從原料、生產工序、庫存等各個環節的生產計劃、質量管理、物資管理、設備維護、成本控制等業務,縱向實現了從傳感器到ERP的信息集成,并可擴展數據挖掘(DM)等企業制造智能(MI)的決策支持功能。
                                          主要產品系列:計劃調度系統、質量管理系統、物流跟蹤系統;設備管理系統、庫存管理系統、生產成本管理系統、能源管理系統、績效考核系統、綜合監控系統、過程數據集成平臺、工廠信息門戶;
                                  主要特點:基于分布式服務的軟總線框架結構,采用ORPC、SOAP等多種標準協議,保證開放性、可配置、可擴充;系統各功能模塊既可整體實施,也可單獨分步實施,并按用戶的要求配置和定制;通過互聯網或者企業內部網來收集和發布工廠信息,便于信息共享,管理者可隨時隨地掌握生產狀況;有效的集成和整合生產過程數據,與企業現有的PCS和ERP應用系統良好的銜接和集成,保護企業過去在信息系統上的投資;系統維護方便,具有友好的人機交互界面。
                                          實施效果:生產過程中,保持物流連續高效運作,上下工序緊密銜接,降低中間庫存量,縮短合同的交貨期;充分考慮加工工序的多重并行性和工序自上而下的分解式結構,實現生產的物流平衡(生產計劃協調,生產批量的協調)、資源平衡(煉鋼爐、精煉爐、連鑄機、熱軋機、加熱爐任務的分配)、時間平衡(生產線列車時刻表的制定與調整), 提高設備利用率,最大限度消除生產瓶頸;實現各工序集中計劃管理,使之負荷均衡、物流緊密銜接、保證生產柔性、產品質量和準時交貨,選擇最佳物流路徑,以降低物料成本、能耗和其它各種損耗,從而降低生產成本,提高經濟效益;作為生產層與ERP 層之間的橋梁,起到承上啟下的核心作用。負責從過程控制系統獲取各種生產實績數據,并進行管理、加工和分析,向ERP 系統及時提供生產實際狀況信息,同時將來自ERP 系統的各種任務和指令下達到過程控制系統。
                                          嵌入式智能控制裝備    領域的M2M互聯技術和嵌入式軟硬件技術為核心,研究滿足自動化控制需要的高性能、智能化檢測和控制裝備。通過綜合應用現場總線、無線傳感網絡、先進控制技術、機電一體化技術、信息化技術,開展混合流程自動化控制裝備的共性技術的研究。主要研究內容:
                                        用于高速控制系統的通用高性能控制器
                                        冶金典型工藝設備的電能質量檢測與控制技術與裝備的研制
                                        高性能控制系統的功能安全研究
                                        基于PMU的企業電網安全監控設備
                                        控制系統組態軟件研究
                                        現場總線、無線傳感網絡研究 
                                          復雜生產過程智能控制    生產過程中物理化學變化錯綜復雜,被控對象非線性和不確定性嚴重,且不能用數學模型描述的問題,研究基于工藝知識、現場經驗和過程數據統計分析的混合建模技術,開發基于智能控制的復雜生產過程控制技術, 解決混合工業流程,尤其是冶金工藝過程的自動化控制理論和技術問題.主要研究以下內容:
                                          (1)壓力加工先進工藝與控制系統
                                        研究軋制工藝技術、軋輥輥形技術,形成完整的軋制工藝知識包
                                        研究高精度板形和板厚檢測技術,開發板形儀和板厚儀,為冷軋薄板生產線的開發提供核心技術和裝置。
                                        研究基于軋制用高性能控制器的系統控制技術
                                         (2)冶煉先進工藝與控制系統
                                        研究高爐閉環專家系統
                                        利用軟測量技術研制軟融帶等復雜工藝參數的測量與控制
                                        研究高效冶煉工藝模型
                                          復雜工業生產過程建模平臺 AriIPM工業生產過程建模平臺系統,系國家科技部科研院所技術開發專項資金項目,是一個開發復雜工業生產過程模型的軟件產品。利用統計回歸技術、支撐矢量機技術、PLS建模技術、PCR 建模技術、神經網絡技術、專家系統技術、Fuzzy-ART技術和數據挖掘方法建立復雜工業生產過程的模型,并通過組合建模技術將多個模型集成,形成更加靈活、更加健壯的復雜生產過程的綜合模型。
                                          AriIPM工業生產過程建模平臺系統支持Oracle、SQL Server關系數據庫、Excel文件、文本文件、Xml文件等多種數據源,并且可以根據用戶需要進行有選擇的數據提取。支持用戶定義異常值、空值的數據預處理,實現類型定義轉換,以及10余種數據變換操作。支持5種定性分析手段、8種以上定量分析手段,并可以進行主要影響因素分析。支持單變量、多變量線性回歸、7種多變量非線性回歸等幾乎所有常用的建模方法,同時提供支撐矢量機分類、支撐矢量機回歸、PLS模型、PCR模型建模方法,并且提供了高級的神經網絡、專家知識建模方法,使建模工作變得異常輕松。同時還提供通過組合建模技術將多個模型集成的建模方法。
                                          AriIPM工業生產過程建模平臺系統使用的計算模塊由國際專業機構提供,所有的計算結果符合國際標準,并可支持大數據量的快速計算。所有的系統功能只需點擊幾下鼠標即可完成,無須編程,并配有大量使用操作提示,用戶無須對所用方法有很深的了解即可正確地使用。
                                          目前,AriIPM工業生產過程建模平臺系統,已經獲得《AriIPM工業生產過程建模平臺系統》計算機軟件著作權(計算機軟件著作權登記號:2005SR00169),并申請了發明專利(專利申請號200410009801.0),屬于我院具有自主知識產權的軟件產品。
                                          AriIPM工業生產過程建模平臺系統,可以應用于包括冶金行業在內的所有涉及工業生產過程建模的企業。

                                  工業自動化裝備及復雜系統控制應用技術 


                                         主要研究內容如下:
                                         (1)自主品牌的自動化裝置
                                         研究開發以高性能控制器為核心的高性能復雜過程控制系統。研究高性能控制器硬件技術,包括多CPU協調技術、高速數據交換技術、自診斷和冗錯技術等;研究基于高性能控制的實時操作系統和組態等工具軟件技術。
                                         為混合流程工業自動化智能設備提供公共基礎軟硬件平臺,與各工藝技術研究結合,形成混合流程智能裝備的技術載體。
                                         (2)過程控制系統
                                         研究開發混合流程復雜過程建模、優化控制系統;跈C理模型、統計分析、預測控制、專家系統、模糊邏輯、神經元網絡、支撐矢量機(SVM)等技術,以過程穩定、提高技術經濟指標為目標,在關鍵工藝參數在線連續檢測基礎上,建立綜合模型,采用自適應智能控制機制,實現混合流程生產過程關鍵變量的高性能閉環控制。
                                         (3)信息化軟件
                                         研究開發MES應用軟件、能源中心管理系統等企業信息化軟件。研究生產過程數據獲取技術,主要包括過程實時數據的預處理,異構和分布環境下的信息集成技術,實時關系型數據庫,多協議的控制網與管理網的接口技術;采用面向對象和組件技術建立企業各業務流程的組件庫,支持企業動態建模及系統的功能配置;
                                         形成復雜環境下的工作流調度、數據挖掘、智能決策支持、設備在線診斷與預維修、實時生產調度等方向的自主知識產權的成套技術。

                                   
                                  運行在鋁電解大型預焙槽生產現場的ISC3000鋁電解智能控制系統


                                  來源:

                                  中國鋼研冶金自動化研究設計院有限公司官網 由一品梅工作室設計制作
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