一種用於轉爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測方法和裝置製造方法
2023-05-30 00:25:46 1
一種用於轉爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測方法和裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於轉爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測方法和裝置，其中可編程邏輯控制器從驅動攪拌頭的升降電機的變頻器中讀取驅動電流，將攪拌頭位於鐵水液面以上時，變頻器所用驅動電流大小設置為初始電流值，攪拌頭在升降電機的帶動下由鐵水液面上方向鐵水液面移動，可編程邏輯控制器採集變頻器的實時驅動電流，計算初始電流值與實時驅動電流比值，將該比值與預設值相比較，如果該比值小於預設值，可編程邏輯控制器採集設置在攪拌頭的升降電機上的編碼器的電信號，得到攪拌頭高度值，將該高度值與所述預設值相對應的補償值相加，得到鐵水液面高度值。通過本發明鐵水液面檢測方法和裝置達到節約人力和時間，實現精確檢測鐵水液面高度的目的。
【專利說明】一種用於轉爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測方法和裝置
[0001]
【技術領域】
本發明涉及轉爐冶金鐵水脫硫領域，尤其涉及一種用於轉爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測方法和裝置。
【背景技術】
[0002]機械攪拌法脫硫工藝，是將十字形的攪拌頭下降至鐵水罐鐵水內一定深度，經過旋轉攪拌將脫硫劑與鐵水充分接觸反應，達到脫硫的目的。轉爐冶金鐵水脫硫過程中，「一鍵脫硫」方法通過自動採集鐵水重量、溫度、硫含量、矽含量數據，計算脫硫劑加入量，只需要按下「一鍵脫硫」鍵開始，完成降罩、開除塵閥、降攪拌頭、備料、鐵水液面檢測、攪拌頭升速旋轉、投料、攪拌頭降速停車、甩渣、攪拌頭回待用位結束等一系列動作。通過實現一鍵自動脫硫，達到縮短脫硫周期，規範投料的最佳時刻，減少脫硫劑消耗，減少崗位操作工繁瑣操作的目標。而鐵水液面的自動檢測，是實現「一鍵脫硫」的關鍵技術。
[0003]脫硫鐵水到站後，由於每罐鐵水裝入量不同及罐形罐厚的差異，會導致鐵水在罐內的液面高度(相對於地面的高度)發生變化，達到最佳脫硫效果的攪拌頭插入深度也要隨之變化。操作人員為了確認攪拌頭的插入深度，必須知道鐵水液面的高度，傳統的鐵水液面檢測方法是:操作人員手動將攪拌頭下降，目測攪拌頭接觸到鐵水冒出紅光，即停止攪拌頭下降，察看當時攪拌頭所處高度就是鐵水液面高度。這種鐵水液面的檢測方法費時費力，攪拌頭上升下降浪費大量生產時間，且採用目測判斷，難免出現誤差，無法準確知道真實的鐵水液面高度。
【發明內容】
[0004]本發明針對現有手動檢測鐵水液面高度技術中的缺陷，提供一種用於轉爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測方法和裝置，達到節約人力和時間，並實現精確檢測鐵水液面高度的目的。
[0005]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:
一種用於轉爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測方法，該方法包括以下步驟，可編程邏輯控制器從驅動攪拌頭的升降電機的變頻器中讀取驅動電流，將攪拌頭位於鐵水液面以上時，變頻器所用驅動電流大小設置為初始電流值，攪拌頭在升降電機的帶動下由鐵水液面上方向鐵水液面移動，可編程邏輯控制器採集變頻器的實時驅動電流，計算初始電流值與實時驅動電流比值，將該比值與預設值相比較，如果該比值小於預設值，可編程邏輯控制器採集設置在攪拌頭的升降電機上的編碼器的電信號，得到攪拌頭高度值，將該高度值與所述預設值相對應的補償值相加，得到鐵水液面高度值。
[0006]按上述技術方案，可編程邏輯控制器與變頻器之間通過DP網通訊。
[0007]按上述技術方案，所述補償值為與所述預設值相對應的數值，為對攪拌頭高度值與鐵水液面高度值之間的偏差進行補償的數值。
[0008]按上述技術方案，所述預設值為1.05?1.15，對應的補償值為100?200mm。
[0009]按上述技術方案，所述預設值為1.1。
[0010]按上述技術方案，所述變頻器為西門子6SE70裝機裝櫃型變頻器。
[0011]一種用於轉爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測裝置，包括轉爐內部用於驅動攪拌頭的升降電機的變頻器，設置在攪拌頭的升降電機上的編碼器，還包括可編程邏輯控制器，用於從變頻器中讀取驅動電流、將驅動電流進行處理與比較、讀取編碼器電信號，以獲取攪拌頭高度。
[0012]按上述技術方案，所述可編程邏輯控制器與變頻器之間通過DP網通訊。
[0013]按上述技術方案，所述變頻器為西門子6SE70裝機裝櫃型變頻器。
[0014]本發明產生的有益效果是:使用本發明鐵水液面檢測方法和裝置，通過可編程邏輯控制器從驅動攪拌頭的升降電機的變頻器中讀取驅動電流並進行處理，與預設值相比較，同時結合從攪拌頭的升降電機上的編碼器獲得的攪拌頭高度，可精確檢測出鐵水液面的高度，該方法節約人力和時間，同時可避免人工檢測可能出現誤差的情況。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中:
圖1是機械攪拌法脫硫工藝流程圖；
圖2是本發明實施例結構示意圖；
圖3是BiCo功能圖；
圖4是CB/TB板數據傳輸功能圖；
圖5是PLC讀取變頻器電流功能圖；
圖6是升降電機力矩變化採集功能圖；
圖7是變頻器驅動電流值採集功能圖。
【具體實施方式】
[0016]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0017]如圖1所示，可見鐵水液面高度檢測在機械攪拌法脫硫工藝流程流程中所處的節點。如圖2所示，攪拌頭與鐵水液面接觸時，根據阿基米德定律:攪拌頭所受的浮力等於攪拌頭所排出液態鐵的重力，由於攪拌頭會受到鐵水的浮力，此時攪拌頭的重量會減輕，根據這一特點，利用攪拌頭的升降電機的力矩的變化，而攪拌頭的升降電機的力矩的變化可以通過驅動升降電機的變頻器的驅動電流來反映，進而可以準確檢測出鐵水的液面高度。而採集變頻器的電流、頻率，攪拌頭的升降電機的力矩、速度等參數是很便利的，通過對上述參數的監控和趨勢記錄分析，我們發現，攪拌頭在下降過程中，插入鐵水液面的瞬間，攪拌頭的升降電機的力矩會出現拐點，然後力矩會以一定斜率持續下降。通過原理分析，攪拌頭插入鐵水液面，因鐵水浮力的作用，力矩會減小，隨著插入深度增加，攪拌頭進入鐵水的體積會增加，浮力會增大，力矩隨之減小。因此，只要能確定升降電機力矩的拐點，再對渣厚進行補償，當電流變化率達到了 1.05?1.15時，對應的補償值為100?200mm，可以精確地自動檢測出鐵水液面的高度，進而完成「一鍵脫硫」中將攪拌頭自動下降到所需的插入深度。
[0018]從WINCC畫面採集到數據分析，攪拌頭(小車)高度在6米時，升降電機力矩出現了拐點，變頻器中讀取的驅動電流也出現了拐點，驅動電流與力矩的關係，其換算公式為:
T= (9549X1.732 XUX I X COS Φ ) /n
其中，T:力矩，U:升降電機額定電壓，1:升降電機額定電流，Cos Φ:升降電機功率因數，N:攪拌器的額定轉速。從該公式可知驅動電流與升降電機力矩成正比關係，其變化趨勢也是同步的，因此可以認為檢測驅動電流拐點的變化就能夠檢測到鐵水液面高度。如何用程序檢測到拐點並不會像眼睛觀察曲線這樣直觀，只有當驅動電流曲線在拐點後的斜率產生了，程序才能知道拐點已經形成，因此程序檢測到電流變化率達到了 1.05?1.15，電流變化率為變頻器的初始電流值與實時驅動電流比值，將該電流變化率達作為預設值預先設置在可編程邏輯控制器中，即判斷電流已在斜坡下降，拐點已經形成。但此時攪拌頭的位置已經衝過了拐點，所以還要加上一個修正值，同時渣厚的值也要進行補償。將修正值與渣厚的值相加作為補償值。得到攪拌頭高度值後，將該高度值與所述預設值相對應的補償值相加，得到鐵水液面高度值。
[0019]如圖2所示，本實施例中用於轉爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測裝置，包括轉爐系統中用於驅動攪拌頭的升降電機I的變頻器，設置在攪拌頭的升降電機上的編碼器，還包括可編程邏輯控制器，用於從變頻器中讀取驅動電流、將驅動電流進行處理與比較、讀取編碼器電信號，以獲取攪拌頭4高度。升降電機帶動升降臺車2作升降運動，攪拌馬達3與攪拌器4固定在升降臺車2上，攪拌馬達3用於驅動攪拌器4的攪拌頭進行旋轉。
[0020]可編程邏輯控制器與變頻器之間通過DP網通訊。DP網，即DecentralizedPeriphery。全稱PR0FIBUS - DP，使用DP網實現可編程邏輯控制器與變頻器之間的通訊，具有高速低成本的優點。
[0021]攪拌頭的升降電機使用的是SIEMENS公司的MASTER DRIVE 6SE70系列矢量控制變頻調速裝置。變頻器可安裝支持PR0FIBUS-DP網的網卡。《矢量控制使用大全》是SIEMENS變頻器的設置手冊。BiCo功能是一種很靈活的把輸入和輸出功能聯繫在一起的設置方法。同時，它也是西門子變頻器特有的功能，可以方便客戶根據實際工藝需求來靈活定義埠。現在需要把變頻器電流輸出給PLC (可編程邏輯控制器)，就可以依據BiCo功能圖，如圖3所示，把電流埠定義到BiCo上進行輸出。如圖4所示，CB/TB板是支持PR0FIBUS-DP網的網卡，依據CB/TB板數據傳輸功能圖，可以設置參數，把BiCo輸出的電流值傳遞給CB/TB板的輸入端。這樣PLC就能通過網卡讀到電機的電流。
[0022]為了實現鐵水液面的自動檢測，可編程邏輯控制器程序必須獲取攪拌頭升降電流值，採用的是一臺西門子公司S7-400可編程控制器(PLC)，變頻器的通迅、電流周期採樣，液面高度判斷等都靠可編程邏輯控制器控制完成。如圖5所示，編程完成的功能是調用S7-400標準功能塊讀取變頻器的電流。如圖6、圖7所示，分別是對升降電機力矩變化、變頻器驅動電流值進行周期性採樣，檢測變化率並判定液面高度。變頻器與PLC通訊使用DP網通訊。所使用變頻器為西門子6SE70裝機裝櫃型變頻器。要讓變頻器輸出工作電流必須修改變頻器參數，查西門子《矢量控制使用大全》功能圖285，電機工作電流所對應的BICO連接點為K0022，所連接的參數為P736.2，將參數P736.2設置為22，這樣就將電機的工作電流輸出到CB/TB板接口。經過以上對變頻器參數的修改，就可以通過對PLC進行編程讀取到變頻器的工作電流。
[0023]可編程邏輯控制器讀取到變頻器的電流值後，在攪拌頭升降的過程中，可編程邏輯控制器程序對電機的工作電流循環掃描，連續進行採樣，一旦程序捕獲到變頻器驅動電流的電流變化率達到了 1.05?1.15，即認為攪拌頭接觸到鐵水液面。此時讀取的攪拌頭升降高度，得到攪拌頭高度值後，將該高度值與所述預設值相對應的補償值相加，得到鐵水液面高度值。
[0024]應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種用於轉爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟，可編程邏輯控制器從驅動攪拌頭的升降電機的變頻器中讀取驅動電流，將攪拌頭位於鐵水液面以上時，變頻器所用驅動電流大小設置為初始電流值，攪拌頭在升降電機的帶動下由鐵水液面上方向鐵水液面移動，可編程邏輯控制器採集變頻器的實時驅動電流，計算初始電流值與實時驅動電流比值，將該比值與預設值相比較，如果該比值小於預設值，可編程邏輯控制器採集設置在攪拌頭的升降電機上的編碼器的電信號，得到攪拌頭高度值，將該高度值與所述預設值相對應的補償值相加，得到鐵水液面高度值。
2.根據權利要求1所述的用於轉爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測方法，其特徵在於，可編程邏輯控制器與變頻器之間通過DP網通訊。
3.根據權利要求1或2所述的用於轉爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測方法，其特徵在於，所述補償值為與所述預設值相對應的數值，為對攪拌頭高度值與鐵水液面高度值之間的偏差進行補償的數值。
4.根據權利要求1或2所述的用於轉爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測方法，其特徵在於，所述預設值為1.05?1.15，對應的補償值為100?200_。
5.根據權利要求4所述的用於轉爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測方法，其特徵在於，所述預設值為1.1。
6.根據權利要求1或2所述的用於轉爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測方法，其特徵在於，所述變頻器為西門子6SE70裝機裝櫃型變頻器。
7.一種用於轉爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測裝置，包括轉爐內部用於驅動攪拌頭的升降電機的變頻器，其特徵在於，還包括設置在攪拌頭的升降電機上的編碼器，可編程邏輯控制器；所述可編程邏輯控制器用於從變頻器中讀取驅動電流、將驅動電流進行處理與比較、讀取編碼器電信號，以獲取攪拌頭高度。
8.根據權利要求7所述的用於轉爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測裝置，其特徵在於，所述可編程邏輯控制器與變頻器之間通過DP網通訊。
9.根據權利要求7或8所述的用於轉爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測裝置，其特徵在於，所述變頻器為西門子6SE70裝機裝櫃型變頻器。
【文檔編號】C21C1/02GK104388623SQ201410597719
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月31日 優先權日:2014年10月31日
【發明者】李斌, 韓軍, 陳鳴 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司