CN102703629B - 高炉探尺控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高炉探尺控制系统及方法，采用速度闭环控制的方式实现匀速放尺，保证探尺的平稳；采用电机转矩电流突变法来精确捕捉料面；结合料面深度和链条的重量，采用实时修改防倒垂力矩和浮尺力矩设定值的变力矩控制的方式完成探尺防倒垂控制和跟随料面控制，保证探尺不倒垂、实时跟随料面；在探尺跟随料面过程中，通过实时判断料面的下降速度来判断高炉是否发生塌料滑料坐料等异常状况，当下降速度过快时，及时将探尺从跟随料面的力矩控制模式切换会速度闭环控制的匀速放尺模式，使得探尺继续平稳放尺、捕捉和跟随料面，让探尺可以应对高炉异常炉况，防止探头被埋。

Description

高炉探尺控制系统及方法

技术领域

本发明属于高炉炉顶系统控制领域，特别涉及高炉探尺控制系统及方法。

背景技术

探尺是用来检测高炉内部矿石和焦炭的料面，供冶炼操作人员了解炉内料面情况和判断炉况的关键设备，探尺的可靠运行是高炉顺利运行的前提保障。当探尺料线下降至设定料线时，探尺自动提升至待机位，矿石或焦炭按照工艺设定的布料方式布入炉内，待布料完毕，探尺自待机位开始下放探测料面，探尺重锤探到料面后开始跟随料面，待收到布料指令且料线下降至设定料线后，探尺提至待机位，如此循环。基于探尺的上述动作过程，对探尺的控制提出非常严格的要求：探尺的放尺过程一定要平稳，探尺在探测和跟随料面过程中，不能出现倒尺和埋尺现象，否则，轻则影响料线数据，重则使重锤烧毁或链条烧断，导致探尺无法正常探料。

目前，探尺的控制方式根据电气控制系统分为以下三类：

（1）单纯的机械抱闸式的探尺控制方式：传统的高炉探尺单靠电机和抱闸来控制重锤的提升和下降，提尺时抱闸打开，同时电机正转；放尺时抱闸打开，重锤凭借重力做自由下降，依靠速度继电器或编码器来判断重锤下降速度，速度过大时关闭抱闸，然后再打开抱闸使重锤继续下降。此种控制方式结构简单，但其抱闸动作过于频繁易损坏、重锤下降易超速、重锤易埋进料面、重锤易脱落等问题，成为影响高炉生产的顽疾。

（2）直流电机驱动的探尺控制方式：直流电机调速特性稳定，转矩特性好，调试方便，能很好的完成对探尺的控制，但是直流电机价格昂贵，维护量大，影响了该控制方式的推广应用。

（3）交流变频矢量的探尺控制方式：随着交流变频矢量控制技术的成熟应用，国内外的大高炉大多采用交流异步电动机传动，以矢量变频器为核心控制单元的控制方式。提尺过程均采用了有速度反馈或无速度反馈的速度控制方法，放尺过程的控制方法有两种：速度控制法和转矩控制法，以电机电流为标志位的速度控制法在探尺捕捉料面容易产生误判断，影响到了探尺的控制效果，而转矩控制法在探尺放尺的平稳性方面存在先天的不足，易造成探尺飞车故障。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种高炉探尺控制系统及方法，实现放尺过程的快速平稳，捕捉料面准确，跟随料面实时，能应对塌料滑料坐料等异常炉况，确保探尺控制的快速性稳定性和安全性。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种高炉探尺控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1）速度控制模式：探尺放尺条件满足时，变频器切换至速度控制模式，采用速度闭环的方式控制匀速放尺，放尺速度设定为V_set1；

S2）实时判断电机的转矩电流是否发生突变，若电机转矩电流发生突变减小，变频器切换至转矩控制模式；否则一直采用速度控制模式；

S3）转矩控制模式：

3.1根据料面深度对探尺链条的重量进行补偿，实时计算得到力矩设定值T_set1和T_set2，其中T_set1为防倒垂力矩，T_set2为浮尺力矩；

3.2在进入转矩控制模式后，首先将力矩给定值设定为T_set1，作用时间为t₁用于拉直重锤和链条，随后将力矩给定值设定为T_set2，探尺开始跟随料面；

3.3在浮尺力矩T_set2的作用下，探尺随料面下降，记录料面深度，计算料面的下降速度；

3.4实时判断料面的下降速度是否超速，若超速则回到S1）；

S4）实时判断探尺是否到达设定料线且收到布料指令，若是则停止放尺，准备提尺；

S5）实时判断探尺深度是否达到下极限，若是则停止放尺，准备提尺。

按上述方案，所述的步骤S1）放尺时，开制动器，发出放尺命令，电机经减速机和滚筒带动探尺以速度V_set1匀速下放。

按上述方案，所述的步骤S4）通过PLC实时读取绝对值编码器的值并换算成探尺深度信息，根据换算的探尺深度信息判断探尺是否到达设定料线。

按上述方案，所述的步骤3）中3.2的作用时间t₁取1秒。

按上述方案，所述的T_set1>重锤重量+下放的链条重量，下放的链条重量<T_set2<重锤重量+下放的链条重量。

一种高炉探尺控制系统，其特征在于：它包括：

速度控制模块，用于在探尺放尺条件满足时，变频器切换至速度控制模式，采用速度闭环的方式控制匀速放尺；

控制模式选择模块，用于实时判断电机的转矩电流是否发生突变，若电机转矩电流发生突变减小，选取转矩控制模块；否则一直采用速度控制模块；

转矩控制模块，包括力矩计算模块、力矩设定模块、料面下降速度计算模块和超速判断模块；其中力矩计算模块用于根据料面深度对探尺链条的重量进行补偿，实时计算得到力矩设定值T_set1和T_set2，其中T_set1为防倒垂力矩，T_set2为浮尺力矩；力矩设定模块用于在进入转矩控制模式后，首先将力矩给定值设定为T_set1，作用时间为t₁用于拉直重锤和链条，随后将力矩给定值设定为T_set2，探尺开始跟随料面；料面下降速度计算模块用于在浮尺力矩T_set2的作用下，探尺随料面下降，记录料面深度，计算料面的下降速度；超速判断模块用于实时判断料面的下降速度是否超速，若超速则选择速度控制模块；

设定料线判断模块，用于实时判断探尺是否到达设定料线且收到布料指令，若是则停止放尺，准备提尺；

下极限判断模块，用于实时判断探尺深度是否达到下极限，若是则停止放尺，准备提尺。

本发明的有益效果为：

1、采用速度闭环控制的方式实现匀速放尺，保证探尺的平稳；

2、采用电机转矩电流突变法来精确捕捉料面；

3、结合料面深度和链条的重量，采用实时修改防倒垂力矩和浮尺力矩设定值的变力矩控制的方式完成探尺防倒垂控制和跟随料面控制，保证探尺不倒垂、实时跟随料面；

4、在探尺跟随料面过程中，通过实时判断料面的下降速度来判断高炉是否发生塌料滑料坐料等异常状况，当下降速度过快时，及时将探尺从跟随料面的力矩控制模式切换会速度闭环控制的匀速放尺模式，使得探尺继续平稳放尺、捕捉和跟随料面，让探尺可以应对高炉异常炉况，防止探头被埋。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构图。

图2为本发明一实施例的控制流程图。

图中，1：探尺重锤；2：探尺链条；3：探尺滚筒；4：减速机；5：联轴器和制动器；6：变频电机；7：绝对值编码器；8：增量型编码器；9：PLC控制器；10：矢量变频器。

具体实施方式

下面结合附图1，附图2，通过具体实施例式进行具体描述，但并不作为本发明做任何限制的依据。

图1为本发明一实施例的结构图，包括探尺重锤1、探尺链条2、探尺滚筒3、减速机4、联轴器及制动器5、变频电机6、绝对值编码器7、增量型编码器8、PLC控制器9和矢量变频器10。变频电机6的轴承经联轴器和制动器5与减速机4机械相连，减速机4与探尺滚筒3同轴连接，探尺滚筒3通过探尺链条2连接探尺重锤1，变频电机6与变频器通过动力变频电缆连接；增量型编码器8与变频电机6同轴连接，用以测量电机转速，增量型编码器8通过硬接线的方式连接到矢量变频器10，以实现电机转速的闭环控制；绝对值编码器7与减速机4同轴连接，绝对值编码器7通过总线或硬接线连接到PLC控制器9，PLC控制器9读取绝对值编码器7的数据，计算得出探尺重锤1的实际深度；PLC控制器通过硬接线或总线连接到矢量变频器8，可实时获得矢量变频器10的转矩电流、输出频率等参数，可实时向矢量变频器下发正转、反转指令、切换速度力矩模式指令，写入速度和力矩的给定值，完成PLC控制器9和矢量变频器10对探尺重锤1的控制。

一种高炉探尺控制方法，如图2所示，它包括以下步骤：

S1）速度控制模式：探尺放尺条件满足时，变频器切换至速度控制模式，采用速度闭环的方式控制匀速放尺，放尺速度设定为V_set1（取0.3m/s左右）；放尺时，开制动器，发出放尺命令，电机经减速机和滚筒带动探尺以速度V_set1匀速下放；

S2）实时判断电机的转矩电流是否发生突变，若电机转矩电流发生突变减小（取：转矩电流<30%额定转矩电流为突变减小的标志，本实施例中额定转矩电流），变频器切换至转矩控制模式；否则一直采用速度控制模式；

S3）转矩控制模式：

3.1根据料面深度对探尺链条的重量进行补偿，实时计算得到力矩设定值T_set1和T_set2，其中T_set1为防倒垂力矩，T_set2为浮尺力矩；T_set1>重锤重量+下放的链条重量，下放的链条重量<T_set2<重锤重量+下放的链条重量；

3.2在进入转矩控制模式后，首先将力矩给定值设定为T_set1，作用时间为t₁（取1秒）用于拉直重锤和链条，随后将力矩给定值设定为T_set2，探尺开始跟随料面；

3.3在浮尺力矩T_set2的作用下，探尺随料面下降，记录料面深度，计算料面的下降速度；

3.4实时判断料面的下降速度是否超速（速度超过0.5m/s），若超速则回到S1）；

S4）通过PLC实时读取绝对值编码器的值并换算成探尺深度信息，实时判断探尺是否到达设定料线且收到布料指令，若是则停止放尺，准备提尺；

S5）实时判断探尺深度是否达到下极限（4m），若是则停止放尺，准备提尺。

一种高炉探尺控制系统包括：

速度控制模块，用于在探尺放尺条件满足时，变频器切换至速度控制模式，采用速度闭环的方式控制匀速放尺；

控制模式选择模块，用于实时判断电机的转矩电流是否发生突变，若电机转矩电流发生突变减小，选取转矩控制模块；否则一直采用速度控制模块；

转矩控制模块，包括力矩计算模块、力矩设定模块、料面下降速度计算模块和超速判断模块；其中力矩计算模块用于根据料面深度对探尺链条的重量进行补偿，实时计算得到力矩设定值T_set1和T_set2，其中T_set1为防倒垂力矩，T_set2为浮尺力矩；力矩设定模块用于在进入转矩控制模式后，首先将力矩给定值设定为T_set1，作用时间为t₁用于拉直重锤和链条，随后将力矩给定值设定为T_set2，探尺开始跟随料面；料面下降速度计算模块用于在浮尺力矩T_set2的作用下，探尺随料面下降，记录料面深度，计算料面的下降速度；超速判断模块用于实时判断料面的下降速度是否超速，若超速则选择速度控制模块；

设定料线判断模块，用于实时判断探尺是否到达设定料线且收到布料指令，若是则停止放尺，准备提尺；

下极限判断模块，用于实时判断探尺深度是否达到下极限，若是则停止放尺，准备提尺。

综上，本发明提出的探尺控制方法及系统，实现探尺放尺过程的平稳性，捕捉料面的准确性，跟随料面实时性，能应对塌料滑料坐料等异常炉况，可以很好满足高炉正常生产。

Claims (6)

1.一种高炉探尺控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1）速度控制模式：探尺放尺条件满足时，变频器切换至速度控制模式，采用速度闭环的方式控制匀速放尺，放尺速度设定为V_set1；

S2）实时判断电机的转矩电流是否发生突变，若电机转矩电流发生突变减小，变频器切换至转矩控制模式；否则一直采用速度控制模式；

S3）转矩控制模式：

3.1根据料面深度对探尺链条的重量进行补偿，实时计算得到力矩设定值T_set1和T_set2，其中T_set1为防倒垂力矩，T_set2为浮尺力矩；

3.2在进入转矩控制模式后，首先将力矩给定值设定为T_set1，作用时间为t₁用于拉直重锤和链条，随后将力矩给定值设定为T_set2，探尺开始跟随料面；

3.3在浮尺力矩T_set2的作用下，探尺随料面下降，记录料面深度，计算料面的下降速度；

3.4实时判断料面的下降速度是否超速，若超速则回到S1）；

S4）实时判断探尺是否到达设定料线且收到布料指令，若是则停止放尺，准备提尺；

S5）实时判断探尺深度是否达到下极限，若是则停止放尺，准备提尺。

2.根据权利要求1所述的高炉探尺控制方法，其特征在于：所述的步骤S1）放尺时，开制动器，发出放尺命令，电机经减速机和滚筒带动探尺以速度V_set1匀速下放。

3.根据权利要求1所述的高炉探尺控制方法，其特征在于：所述的步骤S4）通过PLC实时读取绝对值编码器的值并换算成探尺深度信息，根据换算的探尺深度信息判断探尺是否到达设定料线。

4.根据权利要求1所述的高炉探尺控制方法，其特征在于：所述的步骤S3）中3.2的作用时间t₁取1秒。

5.根据权利要求1所述的高炉探尺控制方法，其特征在于：所述的T_set1>重锤重量+下放的链条重量，下放的链条重量<T_set2<重锤重量+下放的链条重量。

6.一种高炉探尺控制系统，其特征在于：它包括：

速度控制模块，用于在探尺放尺条件满足时，变频器切换至速度控制模式，采用速度闭环的方式控制匀速放尺；

控制模式选择模块，用于实时判断电机的转矩电流是否发生突变，若电机转矩电流发生突变减小，选取转矩控制模块；否则一直采用速度控制模块；

转矩控制模块，包括力矩计算模块、力矩设定模块、料面下降速度计算模块和超速判断模块；其中力矩计算模块用于根据料面深度对探尺链条的重量进行补偿，实时计算得到力矩设定值T_set1和T_set2，其中T_set1为防倒垂力矩，T_set2为浮尺力矩；力矩设定模块用于在进入转矩控制模式后，首先将力矩给定值设定为T_set1，作用时间为t₁用于拉直重锤和链条，随后将力矩给定值设定为T_set2，探尺开始跟随料面；料面下降速度计算模块用于在浮尺力矩T_set2的作用下，探尺随料面下降，记录料面深度，计算料面的下降速度；超速判断模块用于实时判断料面的下降速度是否超速，若超速则选择速度控制模块；

设定料线判断模块，用于实时判断探尺是否到达设定料线且收到布料指令，若是则停止放尺，准备提尺；

下极限判断模块，用于实时判断探尺深度是否达到下极限，若是则停止放尺，准备提尺。

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