CN103589821A - 一种用于炼钢转炉氧枪升降自动控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于炼钢转炉氧枪升降自动控制的方法，包括以下几个步骤：步骤一：设定氧枪的目标枪位；步骤二：当氧枪实际位置距离与目标枪位距离大于等于N时，根据氧枪实际位置所处的控制点，控制氧枪按照控制点区段设定速度匀速运行，并将相应的给定速度发送给变频器；步骤三：当氧枪实际位置距离与目标枪位距离小于N大于等于S1或小于等于-S2大于-N时，进行变速运行；步骤四：当氧枪实际位置距离与目标枪位距离小于S1或大于-S2时，PLC控制系统采用位置滞环控制方法，对氧枪进行控制，此段为锁定段，将相应的给定速度发送给变频器；步骤五：当氧枪实际位置与氧枪设定位置一致时，发出停止指令给变频器，变频停止，结束任务。

Description

一种用于炼钢转炉氧枪升降自动控制的方法

技术领域

本发明涉及一种用于炼钢转炉氧枪升降自动控制的方法，属于冶金自动控制技术领域。

背景技术

氧枪电气传动设备是转炉炼钢控制系统中的关键设备，它与吹氧系统有着最直接的联系。而其电气设备的速度控制与定位精度直接影响到冶炼周期和吹氧效率，因此如何自动快速精确地进行氧枪位置控制成为提高钢产量及质量的关键因素之一。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，针对氧枪电气设备的控制要求，提出一种用于炼钢转炉氧枪升降自动控制的方法，能够自动快速精确地进行氧枪位置控制。

一种用于炼钢转炉氧枪升降自动控制的方法，包括以下几个步骤：

步骤一：设定氧枪的目标枪位；

设定氧枪的目标枪位；

氧枪从最高点至最低点不同的高度位置上设有多个控制点，包括上极限点、工作上限点、换枪点、上变速点、等待点、开关氧阀点、吹炼点、下变速点、工作下限点、下极限点；

上极限点至上变速点区域采用低速升降，匀速运行；上变速点至等待点区域采用高速升降，匀速运行；等待点至下变速点区域采用高速升降，匀速运行；下变速点至氧枪的目标枪位点以上N位置区域采用低速升降，匀速运行，变频器根据PLC控制系统给定速度对氧枪的速度进行控制；氧枪的目标枪位点不得低于下极限点；

低速与高速根据不同的氧枪工艺条件在PLC控制系统中进行设定；

N位置为氧枪速度变速调节的位置起始点，其范围需要根据不同的氧枪工艺条件在PLC控制系统中进行设定；

步骤二：当氧枪实际位置距离与目标枪位距离大于等于N时，根据氧枪实际位置所处的控制点，控制氧枪按照控制点区段设定速度匀速运行，并将相应的给定速度发送给变频器；

步骤三：当氧枪实际位置距离与目标枪位距离小于N大于等于S1或小于等于-S2大于-N时，根据公式（1）进行变速运行；

V=V₀*ΔH/K     （1）

其中：V：为变频器的给定速度，即氧枪的运行速度；

V₀：为进入变速运行段的初始速度；

ΔH：为氧枪的实际枪位与目标枪位的差值；

K：为降速斜率；

此段为变速运行段，并将相应的给定速度发送给变频器；

S1与-S2的范围即为氧枪的位置滞环的范围，需根据不同的氧枪电气传动设备在PLC控制系统中进行设定；

步骤四：当氧枪实际位置距离与目标枪位距离小于S1或大于-S2时，PLC控制系统采用位置滞环控制方法，对氧枪进行控制，此段为锁定段，将相应的给定速度发送给变频器；

步骤五：当氧枪实际位置与氧枪设定位置一致时，发出停止指令给变频器，变频停止，结束任务。

本发明的优点在于：

1、分段控制与位置滞环控制结合。

2、快速与慢速结合、快中求稳。

3、据此方法氧枪升降的控制精度可达到±1cm的范围之内。

附图说明

图1是现有的氧枪电气控制系统图；

图2是氧枪受力分析图；

图3是氧枪控制流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种用于炼钢转炉氧枪升降自动控制的方法，针对氧枪电气设备的控制要求，提供一种氧枪自动快速精确定位的控制方法。

如图1所示，一种用于炼钢转炉氧枪升降的自动控制系统包括：氧枪1、升降小车2、变频驱动电机3、减速机构4、旋转编码器5、变频器6、PLC控制系统7。

氧枪1固定在升降小车2上，升降小车2通过钢丝与变频驱动电机3连接，变频驱动电机3连接变频器6，变频器6通过Profibus总线和信号线连接PLC控制系统7，变频驱动电机3通过钢丝控制升降小车2升降，减速机构4与变频驱动电机3连接，对氧枪1的升降速度进行减速，旋转编码器5固定在减速机构4尾部，检测氧枪1的实际位置，旋转编码器5连接PLC控制系统7，氧枪1的实际位置输出至PLC控制系统7，PLC控制系统7显示氧枪1的实际位置，输出氧枪1速度控制信号至变频器6，进而通过变频器6控制变频驱动电机3运行，调整氧枪1的位置。

根据冶炼的工艺要求，同时为达到氧枪1准确定位和安全运转的目的，在氧枪1从最高点至最低点不同的高度位置上设有多个控制点，包括：上极限点、工作上限点、换枪点、上变速点、等待点、开关氧阀点、吹炼点、下变速点、工作下限点、下极限点，由此将氧枪1的行程分割为多个区段。在不同的区段中对氧枪1的控制方式不同。

上极限点至上变速点区域为防止氧枪1上升过程之中由于速度过快而冲出轨道，故采用低速升降，匀速运行；上变速点至等待点区域采用高速升降，匀速运行；等待点至下变速点区域为节省时间，故采用高速升降，匀速运行；下变速点至氧枪1的目标枪位点以上N位置区域为防止氧枪1位置过低，也是采用低速升降，匀速运行。变频器根据PLC给定速度对氧枪1的速度进行控制；氧枪1的目标枪位点不得低于下极限点。

低速与高速根据不同的氧枪1工艺条件在PLC中由技术人员进行设定。

设定目标枪位，目标枪位位于工作上限点、工作下限点之间。

氧枪升降控制系统根据氧枪1的实际枪位以及氧枪1的目标枪位所处的区域对其行程进行分段处理。

N位置为氧枪1速度变速调节的位置起始点，其值在PLC中进行设定，其取值范围需要根据不同的氧枪工艺条件及调试过程中的测试效果确定，最终以达到迅速、稳定地使氧枪1定位为目的。

当氧枪1实际位置距离与目标枪位距离大于等于N时，根据氧枪1实际位置所处的控制点，按照控制点区段运行，或高速或低速，匀速运行，称其为匀速运行段。

当氧枪1实际位置距离与目标枪位距离小于N大于等于S1或小于等于-S2大于-N时，根据公式（1）进行变速运行，称为变速运行段；

V=V₀*ΔH/K     （1）

其中：V：为变频的给定速度，即氧枪1的运行速度；

V₀：为进入变速区的初始速度；

ΔH：为氧枪1的实际枪位与目标枪位的差值；

K：为降速斜率。

S1与-S2的范围即为氧枪1的位置滞环的范围，其值在PLC中进行设定，其取值范围需要根据氧枪电气传动设备运行状况及调试过程中的测试效果确定，最终以达到迅速、稳定地使氧枪1定位为目的。

当氧枪1实际位置距离与目标枪位距离小于S1或大于等于-S2时，氧枪1到达目标枪位附近时，需要控制其稳定定位，称为锁定段。

锁定段部分的情况较为复杂，氧枪1的受力情况在不同的时期有所不同。在非吹炼过程中氧枪1基本上是受到重力（Fg）和拉力(Ft)的作用，氧枪小车对其的横向支撑力和小车的摩擦力在垂直方向可以忽略不计。氧枪及其升降小车以及相关的附属设备的重力（Fg）在升降过程中有百分之十几的变换量，其方向为上升增加而下降减少。但在吹炼过程中，由于氧气通过氧枪1喷射进转炉8钢水中，钢水中产生的烟气上浮，对氧枪1形成一个浮力（F_浮），其受力分析如图2所示。由于氧气及加入炉中的物料对钢水的搅拌作用和化学反应等各种因素，造成其所产生的烟气状态的不稳定性，因而其对氧枪1的浮力也是极不稳定的，处于不断的波动之中，这也是造成氧枪1枪位控制不易稳定的原因之一。针对这种状况，在控制系统中需采用位置滞环控制的方法，以保证氧枪1枪位的准确调节。

氧枪1的枪位控制按照图3所示流程进行：当氧枪1实际位置与氧枪1设定位置相距较远（氧枪1实际位置距离与目标枪位距离大于等于N）时，通过程序进行匀速控制，并把相应的速度给定发送给变频器；当氧枪1实际位置与氧枪1设定位置接近（氧枪1实际位置距离与目标枪位距离小于N大于等于S1或小于等于-S2大于-N）时，通过程序进行变速控制，并把相应的速度给定发给变频器；当氧枪1实际位置到达氧枪1设定位置附近（氧枪1实际位置距离与目标枪位距离小于S1或大于等于-S2）时，通过程序进行位置滞环控制，并把相应的控制给定发给变频器。当氧枪1实际位置与氧枪1设定位置一致时，发出停止指令给变频器，变频停止，结束任务。

Claims (1)

1.一种用于炼钢转炉氧枪升降自动控制的方法，包括以下几个步骤：

步骤一：设定氧枪的目标枪位；

设定氧枪的目标枪位；

氧枪从最高点至最低点不同的高度位置上设有多个控制点，包括上极限点、工作上限点、换枪点、上变速点、等待点、开关氧阀点、吹炼点、下变速点、工作下限点、下极限点；

上极限点至上变速点区域采用低速升降，匀速运行；上变速点至等待点区域采用高速升降，匀速运行；等待点至下变速点区域采用高速升降，匀速运行；下变速点至氧枪的目标枪位点以上N位置区域采用低速升降，匀速运行，变频器根据PLC控制系统给定速度对氧枪的速度进行控制；氧枪的目标枪位点不得低于下极限点；

低速与高速根据不同的氧枪工艺条件在PLC控制系统中进行设定；

N位置为氧枪速度变速调节的位置起始点，其范围需要根据不同的氧枪工艺条件在PLC控制系统中进行设定；

步骤二：当氧枪实际位置距离与目标枪位距离大于等于N时，根据氧枪实际位置所处的控制点，控制氧枪按照控制点区段设定速度匀速运行，并将相应的给定速度发送给变频器；

步骤三：当氧枪实际位置距离与目标枪位距离小于N大于等于S1或小于等于-S2大于-N时，根据公式（1）进行变速运行；

V=V₀*ΔH/K     （1）

其中：V：为变频器的给定速度，即氧枪的运行速度；

V₀：为进入变速运行段的初始速度；

ΔH：为氧枪的实际枪位与目标枪位的差值；

K：为降速斜率；

此段为变速运行段，并将相应的给定速度发送给变频器；

S1与-S2的范围即为氧枪的位置滞环的范围，需根据不同的氧枪电气传动设备在PLC控制系统中进行设定；

步骤四：当氧枪实际位置距离与目标枪位距离小于S1或大于-S2时，PLC控制系统采用位置滞环控制方法，对氧枪进行控制，此段为锁定段，将相应的给定速度发送给变频器；

步骤五：当氧枪实际位置与氧枪设定位置一致时，发出停止指令给变频器，变频停止，结束任务。

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