CN109777911A - 一种转炉倾动的控制方法及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转炉倾动的控制方法及系统，其中方法包括如下步骤，步骤1：转炉启动运行时，分析各个驱动设备的状态信息，确定参与运行的驱动设备并给确定的设备发出运行使能信号；步骤2：运行主斜坡功能，获取预设的时间‑速度曲线，读取对应的速度为主斜坡速度；步骤3：获取每台电机的转矩的稳态分量，将各个电机的稳态分量求和后取平均值，然后将转矩平均值分别与各个电机的转矩相减得到各个电机对应的转矩修正值；步骤4：根据各个电机对应的转矩修正值求出对应的速度修正值；步骤5：采用主斜坡速度与各电机对应的速度修正值之和来分别控制各电机的运行速度。通过本方案使得转炉倾动的运行更稳定，各电机负荷平衡，保护设备的安全运行。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢领域，特别设计一种转炉倾动的控制方法及控制系统。
背景技术
转炉倾动设备是重要的大型炼钢设备，大多数的转炉都采用多电机驱动的倾动设备结构，这些驱动平均分布在炉体传动轴的四周位置，当需要实现转炉倾动控制时，控制倾动设备中的电机转动通过齿轮等方式来控制转炉倾动。相同条件下转炉转动的角度不同驱动的负荷大小也不一样。转炉本体本身的转动惯量大，装入钢水后倾动负荷的变化更大。这种情况下我们要保证转炉在每个角度都能稳定的平滑启动和停止，尽量降低启动和停止时大惯量对齿轮的冲击，避免设备的损伤。运行过程中要保证每台驱动的负荷电流平衡，以免个别驱动电机负荷过大烧毁电机。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种转炉倾动的控制方法及控制系统，用于在转炉倾动工作过程中更好的保护电机，使得个电机驱动的负荷平衡。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种转炉倾动的控制方法，包括如下步骤，
步骤1：转炉启动运行时，分析各个驱动设备的状态信息，确定参与运行的驱动设备并给确定的设备发出运行使能信号；
步骤2：运行主斜坡功能，获取预设的时间-速度曲线，读取对应的速度为主斜坡速度；
步骤3：获取每台电机的转矩的稳态分量，将各个电机的稳态分量求和后取平均值，然后将转矩平均值分别与各个电机的转矩相减得到各个电机对应的转矩修正值；
步骤4：根据各个电机对应的转矩修正值求出对应的速度修正值；
步骤5：采用主斜坡速度与各电机对应的速度修正值之和来分别控制各电机的运行速度。
电机速度修正值的计算方法包括：获取电机的额定转矩Me、该电机对应的转矩修正值△M及电机参数，采用如下公式计算出修正速度ΔV，
其中，Me为额定转矩，△M为转矩修正值，Kb为修正系数。
变频器采用PI控制的方式控制电机运行，通过变频器读取电机运行过程中的转矩稳态分量。
变频器存储和检测电机的状态数据，根据变频器的数据来判断其对应的驱动设备是否正常运行。
一种转炉倾动的控制系统，包括多个驱动设备，还包括PLC控制器，所述驱动设备包括变频器、电机，所述变频器用于控制电机的转速和转矩，其接收PLC控制器的控制信号，所述PLC控制器发出控制信号分别至每个驱动设备的变频器，PLC控制器设置有计算模型，通过计算模型计算出每个变频器的对应的速度控制信号，然后由变频器根据对应的速度信号控制电机运转。
所述PLC控制器中的计算模型包括如下方法：PLC控制器获取变频器的状态信息判断参与工作的驱动设备；PLC控制器获取预设的时间-速度曲线，读取时间对应的速度为主斜坡速度；PLC控制器通过变频器获取每台电机的转矩的稳态分量，将各个电机的稳态分量求和后取平均值，然后将转矩平均值分别与各个电机的转矩相减得到各个电机对应的转矩修正值；PLC控制器根据各个电机对应的转矩修正值求出对应的速度修正值，采用主斜坡速度与各电机对应的速度修正值之和来分别控制各电机的运行速度，由PLC控制器将控制信号及速度数据发送给变频器。
所述PLC控制器与变频器之间采用PROFIBUS现场总线连接。
本发明的优点在于：通过主斜坡速度叠加修正速度后的速度来控制电机的转动，在整个运行过程中，使得速度控制更加精确，保证了设备的平稳运行，使得各个驱动设备中的电机转矩一致性更好，达到负荷平衡，从而避免单个电机负荷过大造成损坏，从而保证了设备的安全运行，提高驱动设备的使用寿命。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明转炉倾动的控制结构示意图；
图2为本发明转炉倾动的控制方法示意图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
转炉倾动设备一般多个电机驱动机构来实现，电机驱动机构由变频器、电机和齿轮箱来实现，电机通过传动轴驱动齿轮箱来驱动转炉向前、向后旋转。通过控制电机的运行启动来实现倾动过程中的平稳以及负荷的平台。一般转炉倾动装置包括设置在周围的四套驱动来实现。本发明驱动的控制中，所有驱动电机都采用速度控制，实现大惯量设备的稳定运行及平滑启动和停止，保证了驱动之间负荷的平均分配。中途有故障的设备自行退出系统，负荷平衡重新按驱动个数计算，不影响主体设备运行。
一种转炉倾动的控制方法，包括如下步骤，
步骤1：转炉启动运行时，分析各个驱动设备的状态信息，确定参与运行的驱动设备并给确定的设备发出运行使能信号；通过分别驱动设备的状态数据来判断其中是否有故障，有故障的驱动自动退出，没有故障的给予使能工作信号继续工作；可以及时将故障设备退出而不影响其他设备的工作。判断是否故障可以由PLC控制器读取变频器的信息来判断电机是否故障以及驱动设备是否故障退出。
步骤2：运行主斜坡功能，获取预设的时间-速度曲线，读取对应的速度为主斜坡速度；根据预先的时间速度曲线，在对应的时间读取对应的速度，该速度即为主斜坡速度；
步骤3：获取每台电机的转矩的稳态分量，将各个电机的稳态分量求和后取平均值，然后将转矩平均值分别与各个电机的转矩相减得到各个电机对应的转矩修正值；每台电机的稳态分量可以通过变频器来读取，变频器通过PI控制的方式来控制电机的运转，通过PLC控制器通过变频器来读取电机的稳态分量值I。以四个电机驱动均工作时，四个稳态分量求和后除以4后得到平均值，平均值在分别减去各个稳态分量值即得到各个电机对应的转矩修正值。
步骤4：根据各个电机对应的转矩修正值求出对应的速度修正值；通过预设的方法来根据转矩修正值求取速度修正值；
步骤5：采用主斜坡速度与各电机对应的速度修正值之和来分别控制各电机的运行速度。主斜坡速度和速度修正值后的速度传递至变频器中，变频器根据该速度通过PI控制来调节电机的速度。
以上步骤1-5中由于转炉倾动实时运行，也就是说会实时有时刻对应的主斜坡速度以及对应计算得到的速度修正值，这样以实时修正后的速度值来控制电机的速度，从而实现稳定运行以及各电机之间的负荷平衡，达到保护倾动过程中电机的安全运行。变频器采用PI控制的方式控制电机运行，通过变频器读取电机运行过程中的转矩稳态分量。变频器存储和检测电机的状态数据，根据变频器的数据来判断其对应的驱动设备是否正常运行。
其中，电机速度修正值的计算方法包括：获取电机的额定转矩Me、该电机对应的转矩修正值△M及电机参数，采用如下公式计算出修正速度ΔV，
其中，Me为额定转矩，△M为转矩修正值，Kb为修正系数。
其中额定转矩Me为Me＝9550*Pn/ne，N0为空载转速，单位r/min，Pn为:额定功率，单位KW；ne为额定转速，单位r/min。
转炉倾动的控制系统，包括多个驱动设备和一个PLC控制器，每个驱动设备均包括变频器、电机，变频器用于控制电机的转速和转矩，其接收PLC控制器的控制信号，PLC控制器发出控制信号分别至每个驱动设备的变频器，PLC控制器与变频器之间采用PROFIBUS现场总线连接。PLC控制器设置有计算模型，通过计算模型计算出每个变频器的对应的速度控制信号，然后由变频器根据对应的速度信号控制电机运转。
PLC控制器中的计算模型包括如下方法：PLC控制器获取变频器的状态信息判断参与工作的驱动设备；PLC控制器获取预设的时间-速度曲线，读取时间对应的速度为主斜坡速度；PLC控制器通过变频器获取每台电机的转矩的稳态分量，将各个电机的稳态分量求和后取平均值，然后将转矩平均值分别与各个电机的转矩相减得到各个电机对应的转矩修正值；PLC控制器根据各个电机对应的转矩修正值求出对应的速度修正值，采用主斜坡速度与各电机对应的速度修正值之和来分别控制各电机的运行速度，由PLC控制器将控制信号及速度数据发送给变频器。
计算模型对应的计算公式包括：
Me:额定转矩，Nm
Pn:额定功率，KW
ne:额定转速r/min
ΔV：工艺速度(速度修正值)r/min
Kb：修正系数(根据负载取0.5～1.5之间)
△M：需要增加、减低的转矩，单位Nm，也就是转矩修正值。
N0：空载转速r/min。
本发明采用的技术方案是：大惯量同轴多驱动负荷平衡控制及方法。该方法控制系统中，主要包含驱动电机、控制电机速度和转矩的变频器及逻辑控制和负荷平衡控制的可编程逻辑控制器PLC。
大惯量同轴多驱动负荷平衡控制的一种新方法控制方式如下：
1.转炉起动运行时，分析各个驱动设备的状态，满足条件要求的给运行信号；否则不给运行信号。
2.主斜坡功能投入，设备按设定速度曲线平滑启动、运行。
3.优化工艺速度，采用驱动器转矩的稳态分量I参与运算
4.各台电机转矩稳态分量I的平均值和自己驱动器的转矩相减，所得的数据根据模型计算出各自的工艺速度ΔV(速度修正值)
5.把工艺速度和主斜坡速度叠加分配给驱动器来控制电机的速度和出力大小。
本发明让各个驱动器之间没有主从控制，变频器之间无需建立通讯连接，没有了通讯板，也降低了故障率。避免主从控制时的速度超调量大，速度跟随性差的固有毛病。当有变频器故障退出系统也无需停车，从而提高了生产的效率。提高了速度的控制精度，更好地控制了速度斜坡，保证设备的运行平稳，降低大惯量炉体启动、停车时对齿轮的冲击。运行过程中，实现了个驱动器负荷的均衡，偏差控制在3％以内。有效地避免了单个电机负荷过大，影响该设备的正常运行。对于推焦车、中厚板矫直机都可以采用此方案，具有良好的市场和推广性。
转炉的控制分别由4台变频器控制每台电机，电机通过传动轴驱动齿轮箱来驱动转炉向前、向后旋转。转炉的逻辑控制、速度控制及负荷平衡控制由PLC控制器控制完成完成，为保证速度控制的精度和系统的稳定：
1.每台控制电机的变频器都用独立的控制单元和功率单元。一个控制单元有故障不影响别的电机运行。电机及对应的变频器出现故障后退出控制系统，PLC不发出任何信号，变频器不参与工作。
2.数据接口采用PROFIBUS现场总线，保障数据的快速安全，使得PLC控制器与变频器之间完成数据通信。
3.根据读出变频器的状态信息，确定参与负荷平衡数量并给出给定使能信号，通过变频器的数据来判断参与的电机是否均正常，并给出对应的使能信号。
4.读取每台电机的转矩的稳态分量I的值，求平均后和自身的转矩值相减，求得的数据根据电机的容量、转速等利用模型求出增加或减少的工艺速度。保证电机的负荷均衡。
5.计算出的工艺速度和主斜坡速度叠加和变频器的控制信号通过PROFIBUS端口输出，控制变频器的使能和给定信号。保障设备的平稳运行。
如图2所示，为本发明的在倾动运行过程中的实时数据分析的示意图，PLC实时读取四个变频器的实时数据1#变频器实时数据、2#变频器实时数据、3#变频器实时数据、4#变频器实时数据，根据实时数据计判断出正常运行的电机个数，确定参与工作的电机驱动。以四个均正常为例，然后根据数据分析出四个变频器对应的转矩修正值ΔM1、ΔM2、ΔM3、ΔM4，然后根据模型的计算公式结合转矩修正值来分别求得四个电机对应的修正速度ΔV1、ΔV2、ΔV3、ΔV4，然后分别与此时电机运行设定的时间速度曲线中读取的此时对应的主斜坡速度相加，分别得到各个电机对应的修正后的速度控制值Vsp1、Vsp2、Vsp3、Vsp4，然后变频器根据各电机对应的实际速度控制值控制电机的运行。若在运行过程中发现其中一个电机出现故障，则该电机退出运行，以三个电机对应的实时转矩来求取平均值并给出三个电机对应的转矩修正值，然后根据模型求得三个电机对应的速度修正值，然后在根据此时对应的主斜坡速度叠加各个电机的速度修正值来分别控制各个电机的转速。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种转炉倾动的控制方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤1：转炉启动运行时，分析各个驱动设备的状态信息，确定参与运行的驱动设备并给确定的设备发出运行使能信号；
步骤2：运行主斜坡功能，获取预设的时间-速度曲线，读取对应的速度为主斜坡速度；
步骤3：获取每台电机的转矩的稳态分量，将各个电机的稳态分量求和后取平均值，然后将转矩平均值分别与各个电机的转矩相减得到各个电机对应的转矩修正值；
步骤4：根据各个电机对应的转矩修正值求出对应的速度修正值；
步骤5：采用主斜坡速度与各电机对应的速度修正值之和来分别控制各电机的运行速度。
2.如权利要求1所述的一种转炉倾动的控制方法，其特征在于：电机速度修正值的计算方法包括：获取电机的额定转矩Me、该电机对应的转矩修正值△M及电机参数，采用如下公式计算出修正速度ΔV，
其中，Me为额定转矩，△M为转矩修正值，Kb为修正系数。
3.如权利要求1或2所述的一种转炉倾动的控制方法，其特征在于：变频器采用PI控制的方式控制电机运行，通过变频器读取电机运行过程中的转矩稳态分量。
4.如权利要求1或2所述的一种转炉倾动的控制方法，其特征在于：变频器存储和检测电机的状态数据，根据变频器的数据来判断其对应的驱动设备是否正常运行。
5.一种转炉倾动的控制系统，包括多个驱动设备，其特征在于：还包括PLC控制器，所述驱动设备包括变频器、电机，所述变频器用于控制电机的转速和转矩，其接收PLC控制器的控制信号，所述PLC控制器发出控制信号分别至每个驱动设备的变频器，PLC控制器设置有计算模型，通过计算模型计算出每个变频器的对应的速度控制信号，然后由变频器根据对应的速度信号控制电机运转。
6.如权利要求5所述的一种转炉倾动的控制系统，其特征在于：所述PLC控制器中的计算模型包括如下方法：PLC控制器获取变频器的状态信息判断参与工作的驱动设备；PLC控制器获取预设的时间-速度曲线，读取时间对应的速度为主斜坡速度；PLC控制器通过变频器获取每台电机的转矩的稳态分量，将各个电机的稳态分量求和后取平均值，然后将转矩平均值分别与各个电机的转矩相减得到各个电机对应的转矩修正值；PLC控制器根据各个电机对应的转矩修正值求出对应的速度修正值，采用主斜坡速度与各电机对应的速度修正值之和来分别控制各电机的运行速度，由PLC控制器将控制信号及速度数据发送给变频器。
7.如权利要求6所述的一种转炉倾动的控制系统，其特征在于：所述PLC控制器与变频器之间采用PROFIBUS现场总线连接。
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