CN102776319A - 防转炉溜炉的电气控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防转炉溜炉的电气控制方法，首先获取转炉倾动角度，通过转炉倾动角度来计算转炉倾动的角加速度；然后通过转炉倾动的角加速度判断转炉是否出现溜炉现象，最后根据判断结果来控制转炉倾动电机；倾动电机抱闸电气系统采用进线电源接双接触器和双断路器的电气设计方法，有效的避免了由于接触器发生粘连而不能机械抱闸带来的事故。通过对倾动角度变化计算其角加速度，根据角加速度来判别转炉是否存在溜炉；并且通过倾动角度的改变趋势与摇炉手柄的所给转炉操作方向进行比较，从而判断出转炉运动的方向与摇炉手柄的操作方向是否一致，防止操作与实际方向不一致所带来的溜炉事故。

Description

防转炉溜炉的电气控制系统及方法

技术领域

本发明属于钢铁冶炼中的转炉炼钢领域，具体涉及一种转炉倾动的安全电气控制控制系统及方法。

背景技术

在大型的钢铁业中，采用转炉炼钢工艺已经占据着炼钢工艺的主要地位。转炉倾动系统是转炉炼钢的核心炼钢设备，集成了交流电气传动和机械齿轮传动特点；由于工况的特殊性，要求该设备在运行过程中速度均匀可调，并可实现快速加速；系统特性硬，受负载变化的影响小，启动力矩大、响应速度快，可实现快速准确停车，设备故障率低等特性；并且必须具备高可靠性和安全性。

转炉倾动系统，现在大多是采用交流传动系统，设置为4台倾动电机通过机械齿轮带动转炉旋转运动。由于转炉环境是高温，高压环境，危险性大，特别是在出钢时危险性最大，控制不好易炉体倾翻事故，造成设备和人员的重大安全事故。因此转炉倾动系统在安全性能上是否考虑到位，对减少事故有着重要的作用。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种防止转炉溜炉的电气控制系统及方法。

本发明的目的之一是提出一种防转炉溜炉的电气控制系统；本发明的目的之二是提出一种防转炉溜炉的电气控制方法。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的防转炉溜炉的电气控制系统，包括转炉倾动电机，还包括角度采集器、数据处理器、变频控制器、第一接触器、第二接触器、第一断路器和倾动电机制动器；

所述第一接触器和第二接触器串接后与转炉倾动电机制动器连接，所述第一断路器与第一接触器电连接，用于控制第一接触器的通断状态；所述角度采集器用于采集转炉倾动角度信息；所述转炉倾动角度信息输入到数据处理器中进行处理；所述数据处理器与变频控制器连接，所述变频控制器与转炉倾动电机连接。

进一步，所述角度采集器为倾动角度编码器；所述第一断路器为两个联动的断路器，一个断路器与外部动力电源连接，另一个断路器与备用UPS电源连接。

进一步，所述数据处理器根据转炉倾动角度信息实时获取倾动角度变化的加速度，并通过比较倾动角度变化的加速度与预设阈值的大小关系，来判断转炉倾动电机是否需要停止工作。

进一步，所述数据处理器根据通过对转炉倾动角度的变化与转炉摇炉手柄的操作方向关系来判断是否停止转炉工作过程，如果转炉倾动方向与转炉操作方向在不一致时，则停止转炉倾动电机的工作。

本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的防转炉溜炉的电气控制方法，包括以下步骤：

S1：获取转炉倾动角度；

S2：通过转炉倾动角度来计算转炉倾动的角加速度；

S3：通过转炉倾动的角加速度判断转炉是否出现溜炉现象，如果否，则返回步骤S1；

S4：如果是，则使变频器处于零速状态，使转炉电机处于抱闸状态。

进一步，所述步骤S3中出现溜炉现象是通过以下步骤来进行的：

S21：判断转炉倾动的角加速度是否超过预设值，如果否，则不出现溜炉现象；

S22：如果是，则出现溜炉现象。

进一步，所述步骤S3中出现溜炉现象是通过以下步骤来进行的：

S31：获取摇炉手柄操作方向；

S32：通过转炉倾动的角度获取转炉倾动角度的变化方向；

S33：判断摇炉手柄操作方向与转炉倾动角度的变化方向是否一致，如果是，则不出现溜炉现象；

S34：如果否，则出现溜炉现象。

进一步，所述转炉倾动角度是通过倾动角度编码器获取的。

进一步，所述转炉倾动的角加速度通过以下公式来计算：

a＝|θ_k+1-θ_k|，

其中，a表示转炉倾动的角加速度，θ_k表示第K秒时的转炉倾动角度，θ_k+1表示第k+1秒时的转炉倾动角度，k为第k秒时刻；

进一步，所述步骤S4中使转炉电机处于抱闸状态包括以下步骤：

S41：在变频器发出零速指令后延时1s-2s；

S42：向机械抱闸装置发出指令，实现机械抱闸。

进一步，所述摇炉手柄操作方向与转炉倾动角度的变化方向是否一致是通过以下步骤来进行的：

S331：保持当前转炉的倾动角度值；

S332：摇炉手柄对转炉倾动进行操作，获取摇炉手柄操作方向和摇炉手柄所给的转炉倾动速度；

S333：记录在摇炉手柄操作时，转炉倾动角度的变换；

S334：如果摇炉手柄向炉前操作，则转炉倾动角度应该变大，如果角度变小则方向不一致；

S335：如果摇炉手柄向炉后操作，则转炉倾动角度应该变小，如果角度变大则方向不一致。

本发明的优点在于：本发明采用通过对转炉倾动角度变化来计算其角加速度，根据角加速度来判别转炉是否存在溜炉；并且通过倾动角度的改变趋势与摇炉手柄的所给转炉操作方向进行比较，从而判断出转炉运动的方向与摇炉手柄的操作方向是否一致，防止操作与实际方向不一致所带来的溜炉事故，保证转炉操作的安全性。

本发明提供防止转炉溜炉的倾动电机抱闸控制系统采用进线电源接双接触器和双断路器的结构，有效的避免了由于一个接触器通电时间过长，而发生粘合，不能够断电使转炉抱闸失灵而发生的事故，提高了转炉抱闸系统的电气安全性和可靠性。

综合上面所述，本发明极大地提高了转炉倾动的安全性和稳定性。具有重要的经济价值和社会价值。

本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为抱闸的电气设计图；

图2为抱闸系统电气原理框图；

图3为防溜炉控制流程图；

图4为转炉操作方向与实际方向判别流程图。

图中，1表示第一断路器、2表示第一接触器、3表示第二接触器、4表示倾动电机一制动器断路器、5表示倾动电机二制动器断路器、6表示倾动电机三制动器断路器7表示倾动电机四制动器断路器8表示变频器输出抱闸打开开关、9表示PLC输出抱闸控制、10表示紧停开关。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

图1为抱闸的电气设计图，图2为抱闸系统电气原理框图，如图所示：本发明提供的防转炉溜炉的电气控制系统，包括转炉倾动电机、角度采集器、数据处理器、变频控制器、倾动电机制动器、第一接触器2、第二接触器3和第一断路器1；

所述第一接触器和第二接触器串接后与转炉倾动电机制动器连接，所述第一断路器与第一接触器电连接，用于控制第一接触器的通断状态；所述角度采集器用于采集转炉倾动角度信息；所述转炉倾动角度信息输入到数据处理器中进行处理；所述数据处理器与变频控制器连接，所述变频控制器与转炉倾动电机连接。所述角度采集器为倾动角度编码器。所述转炉倾动抱闸系统为两路电源供电，一个断路器与外部动力电源连接，另一个断路器与备用UPS电源连接。

本发明提供的实施例如图1所示，倾动电机一制动器断路器4、倾动电机二制动器断路器5、倾动电机三制动器断路器6、倾动电机四制动器断路器7，以及控制相应的倾动电机制动器的断路器，四个倾动电机制动器的断路器作为制动器电机的保护和制动器检修时使用的电气器件。在正常情况下，转炉抱闸倾动系统由外部动力电源供电，在外部动力电源出现问题时，切换到UPS电源供电。正常运行时，倾动1～4号电机制动器断路器处于闭合状态，倾动电机抱闸系统由第一接触器和第二接触器来控制。在此设计中，紧停开关10是以常闭点直接接入到抱闸系统的控制回路中，在出现转炉失控的情况下，操作人员拍下操作台上面的紧停，可以直接使抱闸电气回路的接触器断电而使转炉通过机械抱闸力停止。

倾动电机抱闸控制回路由变频器输出抱闸开关8和PLC输出抱闸控制9，在开闸时，变频器输出抱闸开关闭合，并且PLC输出抱闸控制命令，在无紧急停止的情况下，第一和第二接触器的辅助继电器得电，第一接触器和第二接触器吸合，抱闸打开；在控制回路中的一条命令不满足时，第一和第二接触器的辅助继电器失电，第一接触器和第二接触器断开，抱闸关闭。

本实施例中转炉出现溜炉现象是指转炉倾翻事故。采用了双接触器和双继电器的控制方式，提高了抱闸系统的电气控制的稳定性，安全的抱闸系统电气设计见图1。在需要抱闸时，通过断路器来控制接触器断开，第一接触器、第二接触器采用的是不同型号的接触器，这样可以避免由于一个接触器发生粘合不能断开而导致溜炉的事故发生。

其中，数据处理器中通过角度采集器用于采集转炉倾动角度信息，实时判定倾动角度变化的加速度，计算式为：a＝|θ_k+1-θ_k|k为第k秒时刻，通过比较倾动角度变化的加速度与预设阈值的大小关系，即如果a＞λ，λ为角加速度预设阈值，初步设置为6；则判断转炉已经有滑炉趋势了；在判明转炉存在溜炉危险的情况下，立刻给倾动变频控制器发出零速指令，同时延长1.5s，立刻给倾动电机制动器发出抱闸指令，断开制动系统的双接触器，实现机械抱闸。

本发明实施例中的数据处理器还提供了一种根据通过对转炉倾动角度的变化与转炉摇炉手柄的操作方向关系来判断是否停止转炉工作过程，如果转炉倾动方向与转炉操作方向在不一致时，采取安全措施，保证操作的安全性。

首先保持当前转炉的倾动角度值；然后摇炉手柄对转炉倾动进行操作，获取摇炉手柄操作方向和摇炉手柄所给的转炉倾动速度；记录在摇炉手柄操作时，转炉倾动角度的变换；根据以下规则来判断是否应该停止转炉工作过程：

如果摇炉手柄向炉前操作，则转炉倾动角度应该变大，如果角度变小则方向不正确；如果摇炉手柄向炉后操作，转炉倾动角度应该变小，如果角度变大则方向不正确；

最后判断出转炉倾动方向不正确，则采取安全措施，停止转炉。

图3为防溜炉控制流程图，图4为转炉操作方向与实际方向判别流程图，如图所示：本发明实施例提供的防转炉溜炉的电气控制方法，包括以下步骤：

S1：获取转炉倾动角度；

S2：通过转炉倾动角度来计算转炉倾动的角加速度；

S3：通过转炉倾动的角加速度判断转炉是否出现溜炉现象，如果否，则返回步骤S1；

S4：如果是，则使变频器处于零速状态，使转炉电机处于抱闸状态。

所述步骤S3中出现溜炉现象是通过以下步骤来进行的：

S21：判断转炉倾动的角加速度是否超过预设值λ，如果否，则不出现溜炉现象；λ为角加速度固定的阈值；

S22：如果是，则出现溜炉现象。

所述步骤S3中出现溜炉现象是通过以下步骤来进行的：

S31：获取摇炉手柄操作方向；

S32：通过转炉倾动的角度获取转炉倾动角度的变化方向；

S33：判断摇炉手柄操作方向与转炉倾动角度的变化方向是否一致，如果是，则不出现溜炉现象；

S34：如果否，则出现溜炉现象。

所述转炉倾动角度是通过倾动角度编码器获取的。

所述转炉倾动的角加速度通过以下公式来计算：

a＝|θ_k+1-θ_k|，

其中，a表示转炉倾动的角加速度，θ_k表示第K秒时的转炉倾动角度，θ_k+1表示第k+1秒时的转炉倾动角度，k为第k秒时刻；

所述步骤S4中使转炉电机处于抱闸状态包括以下步骤：

S41：在变频器发出零速指令后延时1s-2s；延长时间本实施例中取1.5s；

S42：向机械抱闸装置发出指令，断开制动系统的双接触器，实现机械抱闸。

所述摇炉手柄操作方向与转炉倾动角度的变化方向是否一致是通过以下步骤来进行的：

S331：保持当前转炉的倾动角度值；

S332：摇炉手柄对转炉倾动进行操作，获取摇炉手柄操作方向和摇炉手柄所给的转炉倾动速度；

S333：记录在摇炉手柄操作时，转炉倾动角度的变换；

S334：如果摇炉手柄向炉前操作，则转炉倾动角度应该变大，如果角度变小则方向不一致；

S335：如果摇炉手柄向炉后操作，则转炉倾动角度应该变小，如果角度变大则方向不一致。

也可以定义手柄向炉前操作为正，手柄向炉后操作为负；通过检测转炉倾动角度编码器变化的正负，从而判断操作与实际是否一致，在一致的情况下，转炉倾动能够正常操作，如果方向不一致时，转炉倾动则立刻停止。

转炉倾动角度编码器变化的正负通过以下公式来判断：

b＝θ_k+1-θ_k，如果b≥0,则变化为正，反之如果b＜0,则变化为负。

还可以将转炉倾动的角加速度超过预设值λ和摇炉手柄操作方向与转炉倾动角度的变化方向不一致同时作为判断转炉是否会发生溜炉现象的条件，如果同时满足，则发生溜炉现象。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.防转炉溜炉的电气控制系统，包括转炉倾动电机，其特征在于：还包括角度采集器、数据处理器、变频控制器、第一接触器、第二接触器、第一断路器和倾动电机制动器；

所述第一接触器和第二接触器串接后与转炉倾动电机制动器连接，所述第一断路器与第一接触器电连接，用于控制第一接触器的通断状态；所述角度采集器用于采集转炉倾动角度信息；所述转炉倾动角度信息输入到数据处理器中进行处理；所述数据处理器与变频控制器连接，所述变频控制器与转炉倾动电机连接。

2.根据权利要求1所述的防转炉溜炉的电气控制系统，其特征在于：所述角度采集器为倾动角度编码器；所述第一断路器为两个联动的断路器，一个断路器与外部动力电源连接，另一个断路器与备用UPS电源连接。

3.根据权利要求2所述的防转炉溜炉的电气控制系统，其特征在于：所述数据处理器根据转炉倾动角度信息实时获取倾动角度变化的加速度，并通过比较倾动角度变化的加速度与预设阈值的大小关系，来判断转炉倾动电机是否需要停止工作。

4.根据权利要求4所述的防转炉溜炉的电气控制系统，其特征在于：所述数据处理器根据通过对转炉倾动角度的变化与转炉摇炉手柄的操作方向关系来判断是否停止转炉工作过程，如果转炉倾动方向与转炉操作方向在不一致时，则停止转炉倾动电机的工作。

5.防转炉溜炉的电气控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：获取转炉倾动角度；

S2：通过转炉倾动角度来计算转炉倾动的角加速度；

S3：通过转炉倾动的角加速度判断转炉是否出现溜炉现象，如果否，则返回步骤S1；

S4：如果是，则使变频器处于零速状态，使转炉倾动电机处于抱闸状态。

6.根据权利要求5所述的防转炉溜炉的电气控制方法，其特征在于：所述步骤S3中出现溜炉现象是通过以下步骤来进行的：

S21：判断转炉倾动的角加速度是否超过预设值，如果否，则不出现溜炉现象；

S22：如果是，则出现溜炉现象。

7.根据权利要求5所述的防转炉溜炉的电气控制方法，其特征在于：所述步骤S3中出现溜炉现象是通过以下步骤来进行的：

S31：获取摇炉手柄操作方向； 

S32：通过转炉倾动的角度获取转炉倾动角度的变化方向；

S33：判断摇炉手柄操作方向与转炉倾动角度的变化方向是否一致，如果是，则不出现溜炉现象；

S34：如果否，则出现溜炉现象。

8.根据权利要求6所述的防转炉溜炉的电气控制方法，其特征在于：所述转炉倾动角度是通过倾动角度编码器获取的；所述转炉倾动的角加速度通过以下公式来计算：

a＝|θ_k+1-θ_k|，

其中，a表示转炉倾动的角加速度，θ_k表示第K秒时的转炉倾动角度，θ_k+1表示第k+1秒时的转炉倾动角度，k为第k秒时刻。

9.根据权利要求5所述的防转炉溜炉的电气控制方法，其特征在于：所述步骤S4中使转炉电机处于抱闸状态包括以下步骤：

S41：在变频器发出零速指令后延时1s-2s；

S42：向机械抱闸装置发出指令，实现机械抱闸。

10.根据权利要求7所述的防转炉溜炉的电气控制方法，其特征在于：所述摇炉手柄操作方向与转炉倾动角度的变化方向是否一致是通过以下步骤来进行的：

S331：保持当前转炉的倾动角度值；

S332：摇炉手柄对转炉倾动进行操作，获取摇炉手柄操作方向和摇炉手柄所给的转炉倾动速度；

S333：记录在摇炉手柄操作时，转炉倾动角度的变换；

S334：如果摇炉手柄向炉前操作，则转炉倾动角度应该变大，如果角度变小则方向不一致；

S335：如果摇炉手柄向炉后操作，则转炉倾动角度应该变小，如果角度变大则方向不一致。 

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