CN104388623B - 一种用于转炉铁水脱硫的铁水液面检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于转炉铁水脱硫的铁水液面检测方法和装置，其中可编程逻辑控制器从驱动搅拌头的升降电机的变频器中读取驱动电流，将搅拌头位于铁水液面以上时，变频器所用驱动电流大小设置为初始电流值，搅拌头在升降电机的带动下由铁水液面上方向铁水液面移动，可编程逻辑控制器采集变频器的实时驱动电流，计算初始电流值与实时驱动电流比值，将该比值与预设值相比较，如果该比值小于预设值，可编程逻辑控制器采集设置在搅拌头的升降电机上的编码器的电信号，得到搅拌头高度值，将该高度值与所述预设值相对应的补偿值相加，得到铁水液面高度值。通过本发明铁水液面检测方法和装置达到节约人力和时间，实现精确检测铁水液面高度的目的。

Description

一种用于转炉铁水脱硫的铁水液面检测方法和装置

技术领域

本发明涉及转炉冶金铁水脱硫领域，尤其涉及一种用于转炉铁水脱硫的铁水液面检测方法和装置。

背景技术

机械搅拌法脱硫工艺，是将十字形的搅拌头下降至铁水罐铁水内一定深度，经过旋转搅拌将脱硫剂与铁水充分接触反应，达到脱硫的目的。转炉冶金铁水脱硫过程中，“一键脱硫”方法通过自动采集铁水重量、温度、硫含量、硅含量数据，计算脱硫剂加入量，只需要按下“一键脱硫”键开始，完成降罩、开除尘阀、降搅拌头、备料、铁水液面检测、搅拌头升速旋转、投料、搅拌头降速停车、甩渣、搅拌头回待用位结束等一系列动作。通过实现一键自动脱硫，达到缩短脱硫周期，规范投料的最佳时刻，减少脱硫剂消耗，减少岗位操作工繁琐操作的目标。而铁水液面的自动检测，是实现“一键脱硫”的关键技术。

脱硫铁水到站后，由于每罐铁水装入量不同及罐形罐厚的差异，会导致铁水在罐内的液面高度（相对于地面的高度）发生变化，达到最佳脱硫效果的搅拌头插入深度也要随之变化。操作人员为了确认搅拌头的插入深度，必须知道铁水液面的高度，传统的铁水液面检测方法是：操作人员手动将搅拌头下降，目测搅拌头接触到铁水冒出红光，即停止搅拌头下降，察看当时搅拌头所处高度就是铁水液面高度。这种铁水液面的检测方法费时费力，搅拌头上升下降浪费大量生产时间，且采用目测判断，难免出现误差，无法准确知道真实的铁水液面高度。

发明内容

本发明针对现有手动检测铁水液面高度技术中的缺陷，提供一种用于转炉铁水脱硫的铁水液面检测方法和装置，达到节约人力和时间，并实现精确检测铁水液面高度的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于转炉铁水脱硫的铁水液面检测方法，该方法包括以下步骤，该方法包括以下步骤，可编程逻辑控制器从驱动搅拌头的升降电机的变频器中读取驱动电流，将搅拌头位于铁水液面以上时，变频器所用驱动电流大小设置为初始电流值，搅拌头在升降电机的带动下由铁水液面上方向铁水液面移动，可编程逻辑控制器采集变频器的实时驱动电流，计算初始电流值与实时驱动电流比值，将该比值与预设值相比较，如果该比值小于预设值，可编程逻辑控制器采集设置在搅拌头的升降电机上的编码器的电信号，得到搅拌头高度值，将该高度值与所述预设值相对应的补偿值相加，得到铁水液面高度值，所述预设值为1.05～1.15，对应的补偿值为100～200mm；可编程逻辑控制器与变频器之间通过DP网通讯；所述变频器为西门子6SE70装机装柜型变频器。

按上述技术方案，所述补偿值为与所述预设值相对应的数值，为对搅拌头高度值与铁水液面高度值之间的偏差进行补偿的数值。

按上述技术方案，所述预设值为1.1。

一种用于转炉铁水脱硫的铁水液面检测装置，包括转炉内部用于驱动搅拌头的升降电机的变频器，其特征在于，还包括设置在搅拌头的升降电机上的编码器，可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器用于从变频器中读取驱动电流、将驱动电流进行处理与比较、读取编码器电信号，以获取搅拌头高度；所述可编程逻辑控制器与变频器之间通过DP网通讯；所述变频器为西门子6SE70装机装柜型变频器。

本发明产生的有益效果是：使用本发明铁水液面检测方法和装置，通过可编程逻辑控制器从驱动搅拌头的升降电机的变频器中读取驱动电流并进行处理，与预设值相比较，同时结合从搅拌头的升降电机上的编码器获得的搅拌头高度，可精确检测出铁水液面的高度，该方法节约人力和时间，同时可避免人工检测可能出现误差的情况。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是机械搅拌法脱硫工艺流程图；

图2是本发明实施例结构示意图；

图3是BiCo功能图；

图4是CB/TB板数据传输功能图；

图5是PLC读取变频器电流功能图；

图6是升降电机力矩变化采集功能图；

图7是变频器驱动电流值采集功能图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，可见铁水液面高度检测在机械搅拌法脱硫工艺流程流程中所处的节点。如图2所示，搅拌头与铁水液面接触时，根据阿基米德定律：搅拌头所受的浮力等于搅拌头所排出液态铁的重力，由于搅拌头会受到铁水的浮力，此时搅拌头的重量会减轻，根据这一特点，利用搅拌头的升降电机的力矩的变化，而搅拌头的升降电机的力矩的变化可以通过驱动升降电机的变频器的驱动电流来反映，进而可以准确检测出铁水的液面高度。而采集变频器的电流、频率，搅拌头的升降电机的力矩、速度等参数是很便利的，通过对上述参数的监控和趋势记录分析，我们发现，搅拌头在下降过程中，插入铁水液面的瞬间，搅拌头的升降电机的力矩会出现拐点，然后力矩会以一定斜率持续下降。通过原理分析，搅拌头插入铁水液面，因铁水浮力的作用，力矩会减小，随着插入深度增加，搅拌头进入铁水的体积会增加，浮力会增大，力矩随之减小。因此，只要能确定升降电机力矩的拐点，再对渣厚进行补偿，当电流变化率达到了1.05～1.15时，对应的补偿值为100～200mm，可以精确地自动检测出铁水液面的高度，进而完成“一键脱硫”中将搅拌头自动下降到所需的插入深度。

从WINCC画面采集到数据分析，搅拌头（小车）高度在6米时，升降电机力矩出现了拐点，变频器中读取的驱动电流也出现了拐点，驱动电流与力矩的关系，其换算公式为：

T=（9549×1.732×U×I×cosφ）/n

其中，T：力矩，U：升降电机额定电压，I：升降电机额定电流，Cosφ：升降电机功率因数，N: 搅拌器的额定转速。从该公式可知驱动电流与升降电机力矩成正比关系，其变化趋势也是同步的，因此可以认为检测驱动电流拐点的变化就能够检测到铁水液面高度。如何用程序检测到拐点并不会像眼睛观察曲线这样直观，只有当驱动电流曲线在拐点后的斜率产生了，程序才能知道拐点已经形成，因此程序检测到电流变化率达到了1.05～1.15，电流变化率为变频器的初始电流值与实时驱动电流比值，将该电流变化率达作为预设值预先设置在可编程逻辑控制器中，即判断电流已在斜坡下降，拐点已经形成。但此时搅拌头的位置已经冲过了拐点，所以还要加上一个修正值，同时渣厚的值也要进行补偿。将修正值与渣厚的值相加作为补偿值。得到搅拌头高度值后，将该高度值与所述预设值相对应的补偿值相加，得到铁水液面高度值。

如图2所示，本实施例中用于转炉铁水脱硫的铁水液面检测装置，包括转炉系统中用于驱动搅拌头的升降电机1的变频器，设置在搅拌头的升降电机上的编码器，还包括可编程逻辑控制器，用于从变频器中读取驱动电流、将驱动电流进行处理与比较、读取编码器电信号，以获取搅拌头4高度。升降电机带动升降台车2作升降运动，搅拌马达3与搅拌器4固定在升降台车2上，搅拌马达3用于驱动搅拌器4的搅拌头进行旋转。

可编程逻辑控制器与变频器之间通过DP网通讯。DP网，即Decentralized Periphery。全称PROFIBUS – DP，使用DP网实现可编程逻辑控制器与变频器之间的通讯，具有高速低成本的优点。

搅拌头的升降电机使用的是SIEMENS公司的MASTER DRIVE 6SE70系列矢量控制变频调速装置。变频器可安装支持PROFIBUS-DP网的网卡。《矢量控制使用大全》是SIEMENS变频器的设置手册。BiCo 功能是一种很灵活的把输入和输出功能联系在一起的设置方法。同时，它也是西门子变频器特有的功能，可以方便客户根据实际工艺需求来灵活定义端口。现在需要把变频器电流输出给PLC（可编程逻辑控制器），就可以依据BiCo功能图，如图3所示，把电流端口定义到BiCo上进行输出。如图4所示，CB/TB板是支持PROFIBUS-DP网的网卡，依据CB/TB板数据传输功能图，可以设置参数，把BiCo输出的电流值传递给CB/TB板的输入端。这样PLC就能通过网卡读到电机的电流。

为了实现铁水液面的自动检测，可编程逻辑控制器程序必须获取搅拌头升降电流值，采用的是一台西门子公司S7-400可编程控制器 （PLC），变频器的通迅、电流周期采样，液面高度判断等都靠可编程逻辑控制器控制完成。如图5所示，编程完成的功能是调用S7-400标准功能块读取变频器的电流。如图6、图7所示，分别是对升降电机力矩变化、变频器驱动电流值进行周期性采样，检测变化率并判定液面高度。变频器与PLC通讯使用DP网通讯。所使用变频器为西门子6SE70装机装柜型变频器。要让变频器输出工作电流必须修改变频器参数，查西门子《矢量控制使用大全》功能图285，电机工作电流所对应的BICO连接点为K0022，所连接的参数为P736.2，将参数P736.2设置为22，这样就将电机的工作电流输出到CB/TB板接口。经过以上对变频器参数的修改，就可以通过对PLC进行编程读取到变频器的工作电流。

可编程逻辑控制器读取到变频器的电流值后，在搅拌头升降的过程中，可编程逻辑控制器程序对电机的工作电流循环扫描，连续进行采样，一旦程序捕获到变频器驱动电流的电流变化率达到了1.05～1.15，即认为搅拌头接触到铁水液面。此时读取的搅拌头升降高度，得到搅拌头高度值后，将该高度值与所述预设值相对应的补偿值相加，得到铁水液面高度值。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于转炉铁水脱硫的铁水液面检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，可编程逻辑控制器从驱动搅拌头的升降电机的变频器中读取驱动电流，将搅拌头位于铁水液面以上时，变频器所用驱动电流大小设置为初始电流值，搅拌头在升降电机的带动下由铁水液面上方向铁水液面移动，可编程逻辑控制器采集变频器的实时驱动电流，计算初始电流值与实时驱动电流比值，将该比值与预设值相比较，如果该比值小于预设值，可编程逻辑控制器采集设置在搅拌头的升降电机上的编码器的电信号，得到搅拌头高度值，将该高度值与所述预设值相对应的补偿值相加，得到铁水液面高度值，所述预设值为1.05～1.15，对应的补偿值为100～200mm；可编程逻辑控制器与变频器之间通过DP网通讯；所述变频器为西门子6SE70装机装柜型变频器。

2.根据权利要求1所述的用于转炉铁水脱硫的铁水液面检测方法，其特征在于，所述补偿值为与所述预设值相对应的数值，为对搅拌头高度值与铁水液面高度值之间的偏差进行补偿的数值。

3.根据权利要求2所述的用于转炉铁水脱硫的铁水液面检测方法，其特征在于，所述预设值为1.1。

4.一种用于转炉铁水脱硫的铁水液面检测装置，包括转炉内部用于驱动搅拌头的升降电机的变频器，其特征在于，还包括设置在搅拌头的升降电机上的编码器，可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器用于从变频器中读取驱动电流、将驱动电流进行处理与比较、读取编码器电信号，以获取搅拌头高度；所述可编程逻辑控制器与变频器之间通过DP网通讯；所述变频器为西门子6SE70装机装柜型变频器。