CN112760447A - 一种转炉氧枪升降控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种转炉氧枪升降控制系统及方法，所述转炉氧枪升降控制系统，包括：变频器、可编程序控制器、主驱动电动机、绝对型编码器和增量型编码器，其中变频器分别与可编程序控制器、主驱动电动机电连接；绝对型编码器与可编程序控制器电连接；增量型编码器分别与变频器、可编程序控制器电连接。本发明通过采用绝对型编码器和增量型编码器两套编码器共同用于氧枪枪位检测，自动切换、互为备用，保证了氧枪稳定停车，安全运行。

Description

一种转炉氧枪升降控制系统及方法

技术领域

本发明涉及冶金控制技术领域，具体涉及一种转炉氧枪升降控制系统及方法。

背景技术

在转炉炼钢生产中，氧枪是氧气顶吹转炉炼钢的关键设备之一。在生产过程中，氧枪升降与转炉倾动操作经常交叉进行。为了保证生产正常，要求氧枪与转炉间不发生任何形式的碰撞，因此，氧枪的升降控制在实际生产中极为关键。

目前，国内外通常使用绝对型编码器对氧枪升降进行控制。然而，当绝对型编码器掉电死机时，将出现氧枪枪位不变、转炉禁止倾动的联锁失效、氧枪碰撞炉壳、氧枪别断砸坏烟道等事故，给生产带来安全隐患。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是如何对氧枪升降进行控制，以降低安全隐患。

为了实现上述目的，本发明实施例一方面提供了一种转炉氧枪升降控制系统，包括：变频器、可编程序控制器、主驱动电动机、绝对型编码器和增量型编码器，其中，所述变频器分别与所述可编程序控制器、所述主驱动电动机电连接；所述绝对型编码器与所述可编程序控制器电连接；所述增量型编码器分别与所述变频器、所述可编程序控制器电连接；

所述绝对型编码器，用于将实时检测到的枪位检测值发送给所述可编程序控制器；

所述增量型编码器，用于将实时检测到的主驱动电动机的实际运行速度对应的计数值发送给所述可编程序控制器；

所述可编程序控制器，用于当所述可编程序控制器在预设时长内未接收到所述绝对型编码器发送的枪位检测值时，将所述计数值转换成目标枪位检测值，并根据所述目标枪位检测值和预设枪位值，生成速度控制指令和启停指令，并将所述速度控制指令和启停指令发送给所述变频器；

所述变频器，用于根据所述速度控制指令和启停指令，生成对所述主驱动电动机的输出频率和输出转矩，并将所述输出频率和所述输出转矩发送给所述主驱动电动机；

所述主驱动电动机，用于根据所述输出频率和所述输出转矩运转，带动氧枪运动至所述预设枪位值对应的位置。

本实施例采用绝对型编码器和增量型编码器两套编码器用于氧枪枪位检测，自动切换，互为备用，解决了由于单个编码器掉电而使氧枪无法正常运行的问题。

可选的，所述系统还包括第一继电器和第二继电器；所述主驱动电动机的两端分别设置有一个制动器，且两个所述制动器与所述第一继电器、所述第二继电器串联连接。

可选的，两个所述制动器内均设置有制动器制动力矩检测电子秤。

可选的，两个所述制动器内还设置有推动器补偿量检测传感器。

可选的，所述氧枪的上限位设有上限位开关，所述上限位开关的一端与所述可编程序控制器电连接，所述上限位开关的另一端与主控操作工控机电连接；所述可编程序控制器，还用于当所述上限位开关被触发时，控制氧枪停车。

可选的，所述氧枪的超限位还设有超限位开关，所述超限位开关的一端与接触器电连接，所述超限位开关的另一端与所述主控操作工控机电连接；所述接触器用于，当所述超限位开关的信号触发时控制氧枪停车。

可选的，所述系统还包括事故电动机和蓄电池；所述事故电动机与所述蓄电池电连接。

可选的，所述系统还包括事故电动机制动器和UPS电源；所述事故电动机制动器与所述UPS电源电连接。

另一方面，本发明实施例提供了一种转炉氧枪升降控制方法，所述转炉氧枪升降控制方法应用于所述转炉氧枪升降控制系统，所述转炉氧枪升降控制方法包括以下步骤：

所述绝对型编码器将实时检测到的枪位检测值发送给所述可编程序控制器；

所述增量型编码器将实时检测到的主驱动电动机的实际运行速度对应的计数值发送给所述可编程序控制器；

当所述可编程序控制器在预设时长内未接收到所述绝对型编码器发送的枪位检测值时，所述可编程序控制器将所述计数值转换成目标枪位检测值；

所述可编程序控制器根据所述目标枪位检测值和预设枪位值，生成速度控制指令和启停指令，并将所述速度控制指令和启停指令发给所述变频器；

所述变频器根据所述速度控制指令和启停指令，生成对所述主驱动电动机的输出频率和输出转矩，并将所述输出频率和所述输出转矩发送给所述主驱动电动机；

所述主驱动电动机根据所述输出频率和所述输出转矩运转，带动氧枪运动至所述预设枪位值对应的位置。

可选的，所述增量型编码器将实时检测到的主驱动电动机的实际运行速度对应的计数值发送给所述可编程序控制器，包括：

所述增量型编码器通过外接的高数计数器将实时检测到的主驱动电动机的实际运行速度转换成所述计数值，并将所述计数值发送给所述可编程序控制器。

本发明实施例提供的转炉氧枪升降控制方法，增量型编码器和绝对型编码器同时将检测到的数据发送给可编程序控制器，可编程序控制器在预定时间内未接收到绝对型编码器发送的枪位检测值，就会使用增量型编码器发送的目标枪位检测值，可编程序控制器可自动切换使用两个枪位检测值，互为备用补充。当绝对型编码器掉电不能正常工作，氧枪仍可以继续正常工作，不会出现氧枪枪位不变、转炉禁止倾动的联锁失效、氧枪碰撞炉壳、氧枪别断砸坏烟道等事故，保证氧枪正常运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种转炉氧枪升降控制系统示意图。

图中：1-可编程序控制器，2-变频器，3-主驱动电动机，4-绝对型编码器，5-增量型编码器，6-双驱动减速机，7-卷筒，8-高速计数器。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

申请人在实际工作中发现，氧枪冲顶，定位紊乱，溜枪、氧枪与炉体碰撞，氧枪被转炉扭弯等故障的发生，大部分都是由于绝对型编码器掉电死机导致的，为此，本发明主要针对转炉氧枪升降控制系统中的编码器进行了设计。

图1为本发明的转炉氧枪升降控制系统示意图，作为本发明的一种实施例，一种转炉氧枪升降控制系统，包括变频器2、可编程序控制器1、主驱动电动机3、绝对型编码器4和增量型编码器5，其中，变频器2分别与可编程序控制器1、主驱动电动机3电连接；绝对型编码器4与可编程序控制器1电连接；增量型编码器5分别与变频器2、可编程序控制器1电连接；

绝对型编码器4，用于将实时检测到的枪位检测值发送给可编程序控制器1；

增量型编码器5，用于将实时检测到的主驱动电动机3的实际运行速度对应的计数值发送给可编程序控制器1；

可编程序控制器1，用于当可编程序控制器1在预设时长内未接收到绝对型编码器4发送的枪位检测值时，将计数值转换成目标枪位检测值，并根据所述目标枪位检测值和预设枪位值，生成速度控制指令和启停指令，并将速度控制指令和启停指令发送给变频器2；

变频器2，用于根据速度控制指令和启停指令，生成对主驱动电动机3的输出频率和输出转矩，并将输出频率和输出转矩发送给主驱动电动机3；

主驱动电动机3，用于根据输出频率和输出转矩运转，带动氧枪运动至预设枪位值对应的位置。

本发明通过采用双编码器，互为备用补充，可以避免由于编码器掉电死机导致氧枪无法正常运行，而引发安全隐患。

在本实施例中，绝对型编码器4安装于卷筒7轴端，用于主驱动电动机3带动氧枪升降过程中，实时检测枪位，并将检测到的枪位检测值直接发送给可编程序控制器1。变频器2通过接触器的一端与可编程序控制器1连接。增量型编码器5安装于主驱动电动机3的轴端，用于实时检测主驱动电动机3的实际运行速度，实际运行速度检测数据输出端接入变频器2。增量型编码器5的实际运行速度检测数据输出端同时也接入高速计数器8，高速计数器8将增量型编码器5的脉冲信号转变成增量型编码器5脉冲个数，然后将转换后的计数值发送给可编程序控制器1。当可编程序控制器1在预设时长内，未检测到绝对型编码器4发送的枪位检测值，可编程序控制器1则自动切换，将计数值转换成目标枪位检测值，然后将目标枪位检测值和预设枪位值，生成相应的速度控制指令和启停指令，并将速度控制指令和启停指令发送给变频器2；变频器2根据速度控制指令和启停指令，及增量型编码器5发送的的实际运行速度检测数据，共同计算出变频器2的输出频率和输出转矩，并将输出频率和输出转矩发送给主驱动电动机3，主驱动电动机3通过双驱动减速机6及卷筒7带动氧枪升降运动至预设枪位值对应的位置。

在本发明的实施例中，转炉氧枪升降控制系统还包括第一继电器和第二继电器；主驱动电动机3的两端分别设有一个制动器，且两个制动器与第一继电器、第二继电器串联连接。两个串联的第一继电器和第二继电器同时控制两个制动器，可防止由于单一继电器失电粘连时制动器常开导致氧枪掉落。当其中一个继电器出现异常情况时，另一个继电器仍可以正常工作，使制动器不会出现由于常开导致的氧枪掉落的问题。

在本发明的实施例中，两个制动器内均设置有制动器制动力矩检测电子秤。制动器制动力矩检测电子秤，用于检测制动器弹簧工作力是否正常以及连锁控制。

作为一种改进的方案，两个制动器内还设置有推动器补偿量检测传感器，推动器补偿量检测传感器可以体现抱闸皮磨损程度，用于检测抱闸皮磨损程度的连锁控制。

在制动器内增加制动器制动力矩检测电子秤和推动器补偿量检测传感器，解决了由于制动器原因导致的氧枪溜枪掉落制动失效问题，提高了制动器的安全可靠性。

在本发明的实施例中，氧枪的上限位设有上限位开关，上限位开关的一端与可编程序控制器1连接，上限位开关的另一端与主控操作工控机连接，可编程序控制器1，还用于当上限位开关被触发时，控制氧枪停车。

在本发明的实施例中，氧枪的超限位还设有超限位开关，超限位开关的一端与接触器连接，超限位开关的另一端与主控操作工控机连接。接触器用于，当超限位开关的信号触发时控制氧枪停车。

具体地，氧枪的上限位和超限位设有冗余硬保护，当上限位开关反馈信号或超限位开关反馈信号触发时，可编程序控制器1采用硬保护和软保护相结合的方法，控制氧枪停车。对氧枪在上限位或超限位时，基于编码器数值位置软件关键点位均做软保护。上限位开关用于氧枪提升到上限位的硬保护，连接于工控机操作站，用于操作画面监视。超限位开关，用于氧枪提升到超过上限位到超限位时的硬保护，连接于工控机操作站，用于操作画面监控。

当氧枪提升到上限位时，上限位开关将反馈信号传输到可编程序控制器1，控制氧枪停止运动，上限位开关同时将反馈信号发送给主控操作工控机；当上限位开关失效时，氧枪位于上限位和超限位之间时，通过编码器检测氧枪位置，实现氧枪的软保护停车；当上限位开关及编码器检测均失效时，氧枪到达超限位时，超限位开关将反馈信号直接发送给接触器，实现氧枪的硬保护停车，同时超限位反馈信号发送给主控操作工控机。

在本发明的实施例中，转炉氧枪升降控制系统还包括事故电动机、事故电动机制动器、蓄电池和UPS电源；事故电动机与蓄电池连接，事故电动机制动器与UPS电源连接，用于解决市电停电时，氧枪提升和停车。

综上，本发明实施例提供的转炉氧枪升降控制系统通过采用双编码器主从切换，互为备用，互为监测，解决了因为单个编码器掉电而引起的氧枪碰撞炉壳、氧枪乱速冲顶等问题；采用双继电器，有效解决了单一继电器失电粘连的问题；采用多限位开关，有效地提升了氧枪的运行安全。

作为本发明的另一种实施例，本发明还提供了一种转炉氧枪升降控制方法，转炉氧枪升降控制方法应用于转炉氧枪升降控制系统中，转炉氧枪升降控制方法包括以下步骤：

绝对型编码器4将实时检测到的枪位检测值发送给可编程序控制器1；

增量型编码器5将实时检测到的主驱动电动机3的实际运行速度对应的计数值发送给可编程序控制器1；

当可编程序控制器1在预设时长内未接收到绝对型编码器4发送的枪位检测值时，可编程序控制器1将计数值转换成目标枪位检测值；

可编程序控制器1根据目标枪位检测值和预设枪位值，生成速度控制指令和启停指令，并将速度控制指令和启停指令发给变频器2；

变频器2根据速度控制指令和启停指令，生成对主驱动电动机3的输出频率和输出转矩，并将输出频率和输出转矩发送给主驱动电动机3；

主驱动电动机3根据输出频率和输出转矩运转，带动氧枪运动至预设枪位值对应的位置。

在本实施例中，增量型编码器5将实时检测到的主驱动电动机3的实际运行速度对应的计数值发送给可编程序控制器1，包括：增量型编码器5通过外接的高数计数器将实时检测到的主驱动电动机3的实际运行速度转换成计数值，并将计数值发送给可编程序控制器1。变频器2采用基于增量型编码器5的闭环控制，实现了氧枪枪位精准控制，提高了氧枪操作平稳性和命中率。

绝对型编码器4将检测到的枪位检测值直接发送给可编程序控制器1，并将此枪位检测值作为主氧枪位置控制反馈。增量型编码器5实时检测主驱动电动机3的实际运行速度，将检测到的实际运行速度发送给与增量型编码器5电连的高速计数器8，高速计数器8将增量型编码器5的脉冲信号转变成增量型编码器5脉冲个数，然后将转换后的计数值发送给可编程序控制器1，可编程序控制器1将计数值转换成目标枪位检测值，并将目标枪位检测值作为副氧枪位置控制反馈。当可编程序控制器1在预设时长内，未检测到绝对型编码器4发送的枪位检测值，可编程序控制器1则自动切换，采用副氧枪位置控制反馈的目标枪位检测值和预设枪位值，生成相应的速度控制指令和启停指令，并将速度控制指令和启停指令发送给变频器2；变频器2根据速度控制指令和启停指令，及增量型编码器5发送的的实际运行速度检测数据，共同计算出变频器2的输出频率和输出转矩，并将输出频率和输出转矩发送给主驱动电动机3，主驱动电动机3通过双驱动减速机6及卷筒7带动氧枪升降运动至预设枪位值对应的位置。

综上，本发明实施例提供的转炉氧枪升降控制方法，增量型编码器5一方面将检测到的实际运行速度发送给变频器2，另一方面将检测到的实际运行速度通过高速计数器8发送给可编程序控制器1。可编程序控制器1通过绝对型编码器4和增量型编码器5得到两个枪位检测值，两个枪位检测值均可作为氧枪位置控制反馈，互为备用补充。当绝对型编码器4掉电无法正常发送枪位检测值时，可编程序控制器1将自动切换使用增量型编码器5发送的目标枪位检测值，从而有效地提高了氧枪运行的安全性。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种转炉氧枪升降控制系统，其特征在于，包括变频器、可编程序控制器、主驱动电动机、绝对型编码器和增量型编码器，其中，所述变频器分别与所述可编程序控制器、所述主驱动电动机电连接；所述绝对型编码器与所述可编程序控制器电连接；所述增量型编码器分别与所述变频器、所述可编程序控制器电连接；

所述绝对型编码器，用于将实时检测到的枪位检测值发送给所述可编程序控制器；

所述增量型编码器，用于将实时检测到的主驱动电动机的实际运行速度对应的计数值发送给所述可编程序控制器；

所述可编程序控制器，用于当所述可编程序控制器在预设时长内未接收到所述绝对型编码器发送的枪位检测值时，将所述计数值转换成目标枪位检测值，并根据所述目标枪位检测值和预设枪位值，生成速度控制指令和启停指令，并将所述速度控制指令和启停指令发送给所述变频器；

所述变频器，用于根据所述速度控制指令和启停指令，生成对所述主驱动电动机的输出频率和输出转矩，并将所述输出频率和所述输出转矩发送给所述主驱动电动机；

所述主驱动电动机，用于根据所述输出频率和所述输出转矩运转，带动氧枪运动至所述预设枪位值对应的位置。

2.如权利要求1所述的转炉氧枪升降控制系统，其特征在于，所述系统还包括第一继电器和第二继电器；

所述主驱动电动机的两端分别设置有一个制动器，且两个所述制动器与所述第一继电器、所述第二继电器串联连接。

3.如权利要求2所述的转炉氧枪升降控制系统，其特征在于，两个所述制动器内均设置有制动器制动力矩检测电子秤。

4.如权利要求2所述的转炉氧枪升降控制系统，其特征在于，两个所述制动器内还设置有推动器补偿量检测传感器。

5.如权利要求1所述的转炉氧枪升降控制系统，其特征在于，所述氧枪的上限位设有上限位开关，所述上限位开关的一端与所述可编程序控制器电连接，所述上限位开关的另一端与主控操作工控机电连接；

所述可编程序控制器，还用于当所述上限位开关被触发时，控制氧枪停车。

6.如权利要求5所述的转炉氧枪升降控制系统，其特征在于，所述氧枪的超限位还设有超限位开关，所述超限位开关的一端与接触器电连接，所述超限位开关的另一端与所述主控操作工控机电连接；

所述接触器用于，当所述超限位开关的信号触发时，控制氧枪停车。

7.如权利要求1所述的转炉氧枪升降控制系统，其特征在于，所述系统还包括事故电动机和蓄电池；所述事故电动机与所述蓄电池电连接。

8.如权利要求7所述的转炉氧枪升降控制系统，其特征在于，所述系统还包括事故电动机制动器和UPS电源；所述事故电动机制动器与所述UPS电源电连接。

9.一种转炉氧枪升降控制方法，其特征在于，所述转炉氧枪升降控制方法应用于如权利要求1-8任一项所述的转炉氧枪升降控制系统，所述转炉氧枪升降控制方法包括以下步骤：

所述绝对型编码器将实时检测到的枪位检测值发送给所述可编程序控制器；

所述增量型编码器将实时检测到的主驱动电动机的实际运行速度对应的计数值发送给所述可编程序控制器；

当所述可编程序控制器在预设时长内未接收到所述绝对型编码器发送的枪位检测值时，所述可编程序控制器将所述计数值转换成目标枪位检测值；

所述可编程序控制器根据所述目标枪位检测值和预设枪位值，生成速度控制指令和启停指令，并将所述速度控制指令和启停指令发给所述变频器；

所述变频器根据所述速度控制指令和启停指令，生成对所述主驱动电动机的输出频率和输出转矩，并将所述输出频率和所述输出转矩发送给所述主驱动电动机；

所述主驱动电动机根据所述输出频率和所述输出转矩运转，带动氧枪运动至所述预设枪位值对应的位置。

10.如权利要求9所述的转炉氧枪升降控制方法，其特征在于，所述增量型编码器将实时检测到的主驱动电动机的实际运行速度对应的计数值发送给所述可编程序控制器，包括：

所述增量型编码器通过外接的高数计数器将实时检测到的主驱动电动机的实际运行速度转换成所述计数值，并将所述计数值发送给所述可编程序控制器。

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