CN104531922B - 一种高炉上料系统节流开度的方法 - Google Patents

Abstract

一种高炉上料系统节流开度的方法，属于高炉无钟炉顶布料技术领域。高炉上料系统通过油缸行程测量控制节流开度的方法，改善了现广泛使用的通过传动装置测量节流角度存在的随着设备使用时间的推移，因转动轴的磨损，测量元件连接部分松动及测量传动部分误差累计等原因，导致测量值的误差增大以致难以控制的情况。本发明的节流角度测量方法，选用有长度反馈装置的节流油缸，采集其反馈的长度变化信号，通过算法将测量到的油缸直行程长度变化转换成节流阀转动角度变化的信号。使用本方法可以将测量值的误差减小。

Description

一种高炉上料系统节流开度的方法

技术领域

本发明属于高炉无钟炉顶布料技术领域，特别是提出一种通过油缸行程测量控制节流开度的方法。

背景技术

现高炉冶炼广泛采用的无钟式炉顶溜槽布料系统。布料过程的料速，是通过节流阀的开度进行控制的。现有的控制方式是通过在节流转动轴向上通过软连接、变速箱等角度传动设备，将节流的转动传导到角度测量装置上，再将测量值与设定值进行比较调节，控制节流开度的。由于传动部分出现的误差加之节流轴磨损出现的非同心转动，导致调节过程误差随设备磨损而大大增加。

图1列举了现有高炉炉顶节流测量的方法，分析节流开度测量误差可由以下原因产生：

(1)节流测量通过软连接传递，连接轴材料疲劳及连接处磨损；

(2)节流大轴磨损产生非转动方向偏移及晃动；

(3)一、二次角机角度传输过程产生误差；

(4)角机与编码器连接轴磨损、固定支架晃动；

(5)编码器本身误差。

由以上分析可见，节流角度测量过程，各个环节产生的误差的叠加将使角度测量条件恶化，从而产生不可预见的调节误差，使得布料流速出现不可预期变化。

由现有布料系统节流调节方式的介绍及不足可以看出，布料系统节流开度测量方式中产生的误差，将使节流调节过程产生严重的误差叠加和不确定性。如何减少测量过程中的误差，使测量过程更加精确、稳定将直接决定节流开度调节过程，对提高布料流速的控制精度有着决定性作用。

针对现有的节流角度测量方式存在的问题，此发明对节流角度测量方式做了如下改进：

如图2所示，节流阀中阀板的转动开启，是通过节流油缸推动连接在节流阀大轴上的摆臂运动来实现节流阀轴向转动的。

由此可见，节流阀开启、关闭过程，运动的部件有：节流大轴的转动、节流摆臂的摆动和节流油缸的直线运动。由于运动最初的动力来源于油缸，因此测量油缸的相对运动即可排除以上分析的在节流开启过程中部件运动引起的误差的影响。

发明内容

本发明提供了一种新的节流角度测量方法，将节流油缸改为带长度反馈的设备，直接测量作为节流执行机构的油缸长度，通过算法将测量到的油缸直行程长度变化转换成节流阀转动角度变化的信号。

一种高炉上料系统节流开度装置，在现有的高炉上料系统中，对其节流油缸上安装具有长度反馈的传感器，长度反馈传感器与PLC控制系统相连接，长度反馈传感器将油缸的长度变化反馈给PLC控制系统。

一种高炉上料系统节流开度的方法，其方法如下：

步骤一、将节流摆臂与节流油缸的连接点设置为A点，节流轴心设置为B点，节流油缸另一端点为C点。“A”、“B”、“C”三点组成的三角形，当节流油缸安装好且完全关闭的状态下，此三角形的三个边长可通过设备测量或者查找高炉资料图纸得到精确的数值。初始时设AB边长度为R，AC边长度为L，BC边长度为S，角ABC为θ，那么有：

L²＝R²+S²-2RSCOSθ

$\mathrm{COS\θ}=\frac{R^2+S^2-L^2}{2\mathrm{RS}}$

arccosθ即为计算出节流三角形的初始角θ的角度。

步骤二、由于只有AC边的长度为可变，其变化值为△L，由于AC边的长度变化，初始角θ的变化值为△θ，那么油缸长度的变化率与角θ变化之间的关系为：

$\frac{\mathrm{\ΔL}}{\mathrm{\Δ\θ}}=\frac{\mathrm{RS}\·\mathrm{SIN\θ}}{\sqrt{R^2+S^2-2\mathrm{RS}\·\mathrm{COS\θ}}};$

当节流油缸AC边的长度发生变化时，通过油缸长度的变化率与角θ变化之间的关系得出△θ。

步骤三、将计算得出的△θ与原有的角度测量方法得到的数据相比较，如果两种测量方法的测量值的差值作为节流设备磨损的判断依据，如果差值超过设定范围后，则提示设备应进行检查维护或更换。

设定范围由设备维护单位根据设备维护的经验设定。一般不大于0.2度。

1、油缸行程转化为节流开度计算方法

图2中的“A”、“B”、“C”三点可组成图3中的三角形。当节流油缸安装好且完全关闭的状态下，此三角形的三个边长可通过设备测量或者查找高炉资料图纸得到精确的数值。可得到图3中R、S、L数值。因此可以通过余弦定理:

L²＝R²+S²-2RSCOSθ

$\mathrm{COS\θ}=\frac{R^2+S^2-L^2}{2\mathrm{RS}}$

arccosθ即为计算出节流三角形的初始角θ的角度。这个三角形的三边只有一个边的长度可以变化，即油缸的长度。因此，通过求导的计算可以算出油缸长度的变化率与角θ变化之间的关系：

$\frac{\mathrm{\ΔL}}{\mathrm{\Δ\θ}}=\frac{\mathrm{RS}\·\mathrm{SIN\θ}}{\sqrt{R^2+S^2-2\mathrm{RS}\·\mathrm{COS\θ}}}.$

通过测量油缸长度的变化，将本发明的算法写入程序即可反映出节流开度的变化。

2、节流转动部件老化磨损监控

原有的角度测量方法与本发明的测量方法均可作为节流角度测量及调节的依据，且两者之间的节流开度测量数值应为对应一致的。因此，当节流动作部分或者原有的角度测量装置出现磨损时，两种测量方法的测量值会出现偏差。可利用这两者测量差值作为节流设备磨损的判断依据。通过HMI输入程序监控值，当两者的误差达到监控值时，提示对设备进行检查维护或更换。

3、两套设备互为冗余

两种测量方法均可作为节流开度的测量及控制方法，因此，当其中一种测量所使用的设备出现故障时，可切换至另一种测量方式进行测量和控制。

有益效果

1、测量值为节流控制执行机构，即节流油缸动作的长度变化。由于节流阀的转动是通过节流油缸来推动的，因此节流油缸的动作幅度直接决定并反应了节流阀的转动角度。直接测量油缸的变化趋势，消除了误差的传递。

2、通过本发明的算法，可将油缸长度的变化量直接准确无误的转换成节流阀转动角度变化量。可在不改变原有操作人员通过节流开启角度对料流速度控制习惯的情况下，将本发明的算法写入程序，通过程序后台的转化而不改变原有人机对话界面的设定及操作方法。

3、原有的角度测量方法与本发明的测量方法均可作为节流角度测量及调节的依据，且两者之间的节流开度测量数值应为对应一致的。因此，当节流动作部分或者原有的角度测量装置出现磨损时，两种测量方法的测量值会出现偏差。可利用这两者测量差值作为节流设备磨损的判断依据。通过HMI输入程序监控值，当两者的误差达到监控值时，提示对设备进行检查维护或更换。

4、原有的节流角度测量方法和本发明的通过节流油缸长度测量转换为角度测量的方法，两种方法可以同时作为节流开度的测量及调节依据，任意切换使用。并且当两种方法得到的测量值之间偏差增大时，发出维护报警，提醒维护人员，炉顶节流装置出现了较严重的磨损，注意及时维护。

附图说明

图1为一种现有的高炉节流角度的测量方式。

图2节流油缸与节流阀转动之间的对应动作关系。

图3将节流阀转动与节流油缸运动之间的关系，以三角形方式表达。

具体实施方式

图1～3为本发明的具体实施方式，下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明通过分析如图1，现有的角度传动及测量方式中可能产生误差的环节及不足，采用新的角度测量方式进行改进。

实施示例1：

第一步，将节流油缸更换为有长度反馈的，将反馈值送入PLC。

第二步，查看高炉图纸并现场测量，将油缸完全闭合时的油缸全长、及油缸两端距节流轴心的距离数据输入PLC。根据余弦定理计算出初始的角度θ，此角度对应原节流开度的“0”度。

第三步，当节流油缸长度变化时，油缸长度反馈值为ΔL,程序已写入本发明内容的算法，计算出角度θ的变化Δθ,此角度变化即为原有节流角度测量装置所测得的节流开度。

第四步，输入设备磨损提示值，当两中测量方式的测量值差值大于设定值时，提示设备磨损，以便及时对设备进行检查维护。

Claims (1)

1.一种高炉上料系统节流开度的方法，其特征在于：将节流油缸改为带长度反馈的设备，直接测量作为节流执行机构的油缸长度；

步骤一、将节流摆臂与节流油缸的连接点设置为A点，节流轴心设置为B点，节流油缸另一端点为C点；“A”、“B”、“C”三点组成的三角形，当节流油缸安装好且完全关闭的状态下，此三角形的三个边长可通过设备测量或者查找高炉资料图纸得到精确的数值；初始时设AB边长度为R，AC边长度为L，BC边长度为S，角ABC为θ，那么有：

L²＝R²+S²-2RSCOSθ

$COS\mathrm{\θ}=\frac{R^2+S^2-L^2}{2RS}$

arccosθ即为计算出节流三角形的初始角θ的角度；

步骤二、由于只有AC边的长度为可变，其变化率为△L，由于AC边的长度变化，初始角θ的变化率为△θ，那么油缸长度的变化率与角θ变化率之间的关系为：

$\frac{\mathrm{\Δ}L}{\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}}=\frac{RS\·SIN\mathrm{\θ}}{\sqrt{R^2+S^2-2RS\·COS\mathrm{\θ}}};$

当节流油缸AC边的长度发生变化时，通过油缸长度的变化率与角θ变化率之间的关系得出△θ；

步骤三、将计算得出的△θ与原有的角度测量方法得到的数据相比较，如果两种测量方法的测量值的差值作为节流设备磨损的判断依据，如果差值超过设定范围后，则提示设备应进行检查维护或更换。