CN101736110B - 一种探尺防倒锤控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高炉炉顶系统，特别是一种探尺防倒锤控制方法，其依次包括以下步骤：首先滚筒带动探尺以第一给定速度匀速下降；当探尺到达料面区域边界，PLC通过安装在减速机上的绝对值型编码器读取到探尺到达料面区域边界的信号，然后PLC给变频器发出指令，变频器收到指令后，开始控制异步变频电机减速，异步变频电机带动齿轮减速机及滚筒减速，滚筒带动探尺减速；当探尺减速到第二给定速度，PLC根据读取到的数据运算得出异步变频电机修正转矩，然后将异步变频电机修正转矩值传给变频器，变频器根据异步变频电机的原转矩设置值及修正转矩值控制探尺匀速下降；当探尺到达料面后，异步变频电机在变频器控制下转换输出转矩为扶尺转矩，探尺跟随料面动作。

Description

一种探尺防倒锤控制方法

技术领域

本发明涉及高炉炉顶系统，特别是一种探尺防倒锤控制方法。

背景技术

探尺是炼铁厂高炉炉顶及上料系统的重要组成部分。在工作过程中，它能准确的指示料面高度和分布状况，因此对整个高炉系统的高效、安全运行起着重要作用。国内大高炉的探尺大多是采用交流异步电机传动，以交流调速变频器为核心控制单元，采取转矩控制的方法即给定恒定转矩让探尺下放，检测到料面后自动转换为扶尺模式使重锤正立并能跟随料面。但料面的分布并不是一个平面，而是外高内低的一个斜面，且下放过程是一个开环的转矩控制，下放速度不受控制，随着下放深度的增加，链条质量也随之增加，下放的速度会越来越快，所以在探尺下放到料面的时候很容易出现倒锤的现象，这就造成测量的误差，也可能造成设备的误动作。适当增加下放时的转矩，可以减慢下放的速度，从而减少倒锤的次数。但速度过慢可能出现卡尺现象，导致探尺无法正常使用；又有可能拖慢布料的时间，特别是在匮料时，影响高炉上料的速度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种探尺防倒锤的控制方法，本方法能解决快速放尺和倒锤之间的矛盾，保证了探测料面的准确性，又兼顾了探测料面的快速性。

本发明所采用的技术方案是：一种探尺防倒锤控制方法，其不同之处在于：其依次包括以下步骤：

步骤1)、首先滚筒带动探尺以第一给定速度匀速下降；

步骤2)、当探尺到达料面区域边界，PLC通过安装在减速机上的绝对值型编码器读取到探尺到达料面区域边界的信号，然后PLC给变频器发出指令，变频器收到指令后，开始控制异步变频电机减速，异步变频电机带动齿轮减速机及滚筒减速，滚筒带动探尺减速；

步骤3)、当探尺减速到第二给定速度，PLC根据读取到的数据运算得出异步变频电机修正转矩，然后将异步变频电机修正转矩值传给变频器，变频器根据异步变频电机的原转矩设置值及修正转矩值控制探尺匀速下降；

步骤4)、当探尺到达料面后，异步变频电机在变频器控制下转换输出转矩为扶尺转矩，探尺跟随料面动作。

按以上方案，所述步骤1)的具体步骤为：先开抱闸，然后变频器采用速度控制模式控制异步变频电机，异步变频电机通过齿轮减速机带动滚筒转动，从而使滚筒带动探尺以第一给定速度匀速下降。

按以上方案，所述步骤3)的具体步骤为：当探尺减速到第二给定速度后，增量型编码器将与探尺第二给定速度对应的异步变频电机转速信号发送给变频器，PLC通过硬接线或总线方式与变频器进行通讯从而实时获得变频器的工作状态，变频器的工作状态包括工作电流、输出频率，PLC根据读取到的数据运算得出异步变频电机修正转矩值并将其传送给变频器，变频器根据异步变频电机原转矩设置值及异步变频电机修正转矩值控制探尺匀速下降。

本控制系统用到的工作模式有两种：带测速机的速度控制和转矩控制。速度控制模式为：变频器根据给定速度，调节触发脉冲，达到恒速的目的；转矩控制模式：变频器根据给定转矩或是电机电流，调节触发脉冲，达到恒转矩的目的。变频器输出频率0~50HZ可调。PLC通过硬接线或是总线的方式与变频器进行通讯，实时获得变频器的工作状态，包括工作电流、输出频率，根据读得数据运算得出变频器修正转矩，然后传递给变频器。增量型编码器与变频电机同轴连接，变频器通过计算其反馈回的脉冲数，计算电机的实际转速，以实现速度的闭环控制。绝对值型编码器安装在减速机上，通过总线与PLC连接，PLC读取编码器数据，计算得出探尺实际深度。变频器是通过整流模块将380V交流电转换为直流电，再通过逆变模块将直流电转换为频率和电压都可调的交流电。

本发明的优点：探尺下放过程中采用转矩控制和速度控制相结合的方法，所以下放速度可以控制；本发明加入PLC控制，引入料面区域，实现放尺速度逐渐减慢，最后平稳到达料面。

附图说明

图1是系统控制流程图；

图2是控制系统结构图。

具体实施方式

如图1所示，一种探尺防倒锤控制方法，其依次包括以下步骤：

步骤1)、首先滚筒带动探尺以第一给定速度匀速下降；

步骤2)、当探尺到达料面区域边界，PLC通过安装在减速机上的绝对值型编码器读取到探尺到达料面区域边界的信号，然后PLC给变频器发出指令，变频器收到指令后，开始控制异步变频电机减速，异步变频电机带动齿轮减速机及滚筒减速，滚筒带动探尺减速；

步骤3)、当探尺减速到第二给定速度，PLC根据读取到的数据运算得出异步变频电机修正转矩，然后将异步变频电机修正转矩值传给变频器，变频器根据异步变频电机的原转矩设置值及修正转矩值控制探尺匀速下降；

步骤4)、当探尺到达料面后，异步变频电机在变频器控制下转换输出转矩为扶尺转矩，探尺跟随料面动作，此时探尺链条紧绷且探尺能够跟随料面。

其中，步骤1)可按以下具体步骤进行：先开抱闸，然后变频器采用速度控制模式控制异步变频电机，异步变频电机通过齿轮减速机带动滚筒转动，从而使滚筒带动探尺以第一给定速度匀速下降。

其中，步骤3)可按以下具体步骤进行：当探尺减速到第二给定速度后，增量型编码器将与探尺第二给定速度对应的异步变频电机转速信号发送给变频器，PLC通过硬接线或总线方式与变频器进行通讯从而实时获得变频器的工作状态，变频器的工作状态包括工作电流、输出频率，PLC根据读取到的数据运算得出异步变频电机修正转矩值并将其传送给变频器，变频器根据异步变频电机原转矩设置值及异步变频电机修正转矩值控制探尺匀速下降。

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

1.探尺下放第一阶段

变频器松开抱闸，采用速度控制，使探尺匀速下降。此时下降速度可以设定较大，为Setpn1，让探尺较为迅速的接近料面。探尺在静止时，速度n＝0m/s。一旦抱闸打开，重锤开始按照变频器内设定曲线加速至设定速度Setpn1，这个过程的加速时间为0.5s左右。当速度稳定后，重锤速度n≈Setpn1，Setpn1给定在0.4m/s左右，也可以根据实际情况进行调整。

2.探尺下放第二阶段

一旦探尺到达料面区域，PLC便给变频器发出指令。变频器收到指令后，立即调整给定速度为Setpn2，Setpn2＜Setpn1，给定在0.15m/s左右。重锤速度由n≈Setpn1按照S型曲线减速至n≈Setpn2，完成探尺下放的第二阶段。

3.探尺下放第三阶段

重锤速度到达Setpn2后，系统便转换为转矩控制。探尺的整个下放过程中，PLC都在实时监测电机的转矩，因为前二阶段都是恒速控制，重锤处于受力平衡阶段，其重力等于链条的张力。链条的张力又由滑动摩擦力和电机的向上提升力组成，所以电机的转矩T也基本上恒定不变。重锤速度为Setpn1时，电机转矩为T1；重锤速度为Setpn2时，电机转矩为T2。变频器控制模式切换后，设定转矩SetpT1略小于T2，使探尺还能继续按照匀速下降。此时再引入附加转矩Tadd，克服探尺下降，链条质量不断增加，导致速度越来越快的问题。

4.探尺下放第四阶段

探尺到达料面后，SetpT转换为扶尺转矩，保证探尺链条紧绷，且能够跟随料面。取消掉附加转矩Tadd。

料面区域的解释说明：PLC记录下上次探尺到料线后每把探尺的实际深度，根据上一罐所布料的品种(焦炭、矿石、小矿、小焦)推算出现在料面的大致深度。在这里引入料面区域的概念，从推算出的料面深度往上0.5m的这一段距离为料面区域，可以根据实际情况修改0.5m这一数值，来改变料面区域的大小。布料完成后，料面增加高度为Δh，推算布料完成后的料面深度，即是推算Δh的值。Δh初始值手动输入，在每布完一批料(2罐料)后，进行在线自动修正。自动修正采用3段修正曲线，分别对应不同的布料角度。由修正曲线算出此次补偿量，每次补偿值为0.01m。

如图2所示，一种探尺防倒锤控制系统，包括变频器8、PLC系统9、增量型编码器7、绝对值型编码器4，PLC系统9通过硬接线或总线与变频器8进行通讯，增量型编码器7与变频电机6同轴连接并向变频器8发送电机转速脉冲信号，变频器6通过计算其反馈回的脉冲数，计算变频电机6的实际转速，以实现速度的闭环控制，绝对值型编码器4安装在减速机3上并通过总线联接到PLC系统9的位移信号输入端，PLC系统9读取绝对值型编码器4的数据，计算得出探尺1的实际深度；PLC系统9通过硬接线或是总线的方式与变频器8进行通讯，实时获得变频器8的工作状态，包括工作电流、输出频率，根据读得数据运算得出变频器8的修正转矩，然后传递给变频器8。

具体的，所述变频器8包括整流模块、逆变模块，整流模块将380V交流电转换为直流电，逆变模块为晶体管触发电路。变频器是通过整流模块将380V交流电转换为直流电，再通过逆变模块将直流电转换为频率和电压都可调的交流电。

具体的，所述晶体管触发电路由6个IGBT晶体管所组成，晶体管的触发方式决定了变频器的工作模式。

具体的，所述变频器8的输出频率0~50HZ可调。

本控制系统用到的工作模式有两种：带测速机的速度控制和转矩控制。速度控制模式为：变频器8根据给定速度，调节触发脉冲，达到恒速的目的；转矩控制模式：变频器8根据给定转矩或是电机电流，调节触发脉冲，达到恒转矩的目的。

本控制系统用到的工作模式有两种：带测速机的速度控制和转矩控制。速度控制模式为：变频器根据给定速度，调节触发脉冲，达到恒速的目的；转矩控制模式：变频器根据给定转矩或是电机电流，调节触发脉冲，达到恒转矩的目的。变频器输出频率0~50HZ可调。

传统的转矩控制无法控制探尺下放速度，探尺在下放过程中往往出现超速情况，倒锤现象难以避免。本实用新型采用速度与转矩控制相结合的方法，很好的解决了这一问题，且在实际投运中，参数易于调整，控制效果显著。

以上实施例只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作较多的限制，凡是依据对本发明的技术本质作简单修改或等同的变化和修饰，均仍属本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种探尺防倒锤控制方法，其特征在于：其依次包括以下步骤：

步骤1)、首先滚筒带动探尺以第一给定速度匀速下降；

步骤2)、当探尺到达料面区域边界，PLC通过安装在减速机上的绝对值型编码器读取到探尺到达料面区域边界的信号，然后PLC给变频器发出指令，变频器收到指令后，开始控制异步变频电机减速，异步变频电机带动齿轮减速机及滚筒减速，滚筒带动探尺减速；

步骤3)、当探尺减速到第二给定速度，PLC根据读取到的数据运算得出异步变频电机修正转矩，然后将异步变频电机修正转矩值传给变频器，变频器根据异步变频电机的原转矩设置值及修正转矩值控制探尺匀速下降；

步骤4)、当探尺到达料面后，异步变频电机在变频器控制下转换输出转矩为扶尺转矩，探尺跟随料面动作；

料面区域的解释说明：PLC记录下上次探尺到料线后每把探尺的实际深度，根据上一罐所布料的品种推算出现在料面的深度，从推算出的料面深度往上0.5m的这一段距离为料面区域。

2.如权利要求1所述的探尺防倒锤控制方法，其特征在于：所述步骤1)的具体步骤为：先开抱闸，然后变频器采用速度控制模式控制异步变频电机，异步变频电机通过齿轮减速机带动滚筒转动，从而使滚筒带动探尺以第一给定速度匀速下降。

3.如权利要求1所述的探尺防倒锤控制方法，其特征在于：所述步骤3)的具体步骤为：当探尺减速到第二给定速度后，增量型编码器将与探尺第二给定速度对应的异步变频电机转速信号发送给变频器，PLC通过硬接线或总线方式与变频器进行通讯从而实时获得变频器的工作状态，变频器的工作状态包括工作电流、输出频率，PLC根据读取到的数据运算得出异步变频电机修正转矩值并将其传送给变频器，变频器根据异步变频电机原转矩设置值及异步变频电机修正转矩值控制探尺匀速下降。

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