高爐探尺運行控制方法
2023-05-16 21:35:21 2
專利名稱：高爐探尺運行控制方法
技術領域：
本發明涉及一種對高爐料面探尺進行收放運行的控制方法，屬於高爐探料尺技術領域。
背景技術：
高爐生產中需用探尺來檢測和判斷高爐料面的變化趨勢，以掌握高爐內的冶煉狀況。常用的高爐探尺裝置包括一個圓柱形的探尺砣，探尺砣被一根繞在捲筒上的鏈條拴住，捲筒在電機帶動牽引鏈條，隨著電機的正、反轉牽引探尺砣提升、下降。當探尺砣到達料面時，料面對探尺砣的託力加上來自電機的提升力以及探尺砣自身的重力，這三力剛好平衡才能保證探尺砣在料面是直立的。隨著料面下降，高爐料面對探尺砣的託力變小，探尺砣三力平衡破壞，探尺砣就隨著料面的下降而下降，從而檢測和判斷高爐料面的變化趨勢。目前控制探尺砣提升、下降的較先進方法是採用變頻控制。變頻控制的基本過程是從放尺開始到探尺砣到達料面之前，都是採用編碼器反饋的速度閉環控制模式，在探尺砣到達料面後，再將速度閉環控制模式切換成轉矩控制模式；其中判斷探尺砣是否到達料面，則是利用PLC讀取編碼器在單位時間內的移動距離來判斷的。這種判斷在正常情況下是可以的，但是如果探尺砣受機械卡阻或者高爐冶煉出現異常時，這樣的判斷就不準確。因為探尺砣受機械卡阻會出現單位時間移動的距離小於設定值，而高爐冶煉異常，料面下降速度變慢，則探尺砣單位時間的設定值就沒有參考價值；如果在這時將速度閉環控制模式切換成轉矩控制模式，則由於轉矩控制模式時的電機輸出力矩比較小，會導致探尺砣高速墜落被爐料埋住。另一種情況是，當探尺在高爐爐內跟隨料面下降突然出現料面崩塌(俗稱「塌料」)的時候，由於探尺此時是轉矩控制模式，同樣會出現前述的探尺砣高速墜落現象，從而失去探尺功能。由此可見，現有變頻控制高爐探尺裝置運行的方式存在無法對探尺砣出現的不同狀態進行準確及時判斷和切換控制模式的缺陷，從而無法避免探尺砣高速墜落失去探尺功能的故障。
發明內容
本發明解決的技術問題是提出一種能夠對高爐探尺運行狀態進行準確及時判斷並切換控制模式的控制方法，從而避免探尺砣產生高速墜落而失去探尺功能的故障。為了解決上述技術問題，本發明提出的技術方案是一種高爐探尺運行控制方法，開始探尺運行後讀取變頻器輸出的實時轉矩電流值和速度編碼器輸出的實時反饋速度值，還包括以下階段步驟I)在高爐探尺放尺階段變頻器採用速度閉環控制模式用於控制電機運轉；2)在探尺砣初次接觸料面階段當所述實時轉矩電流值小於電機額定轉矩電流的10%或所述實時反饋速度值小於電機額定轉速的24 %時，變頻器將用於控制電機運轉的速度閉環控制模式切換成轉矩控制模式；3)在探尺砣跟隨料面移動階段當所述實時反饋速度值大於電機額定轉速的24 %時，變頻器將用於控制電機運轉的轉矩控制模式切換成速度閉環控制模式；當所述實時轉矩電流值小於電機額定轉矩電流的10%或所述實時反饋速度值小於電機額定轉速的24 %時，變頻器將用於控制電機運轉的速度閉環控制模式切換成轉矩控制模式；如此反覆切換，直到提起探尺砣結束探尺運行。經發明人對現有高爐探尺運行方式進行深入研究思考後發現·I)在探尺砣接觸料面時，探尺砣下部受料面的託力會發生變化，從而破壞探尺砣在料面上的三力平衡，這種力平衡變化就會導致變頻器輸出的實時轉矩電流變小。因此，如果找到一個能反映探尺砣接觸料面後瞬間變頻器輸出實時轉矩電流產生變化的臨界點值，將實際測量的實時轉矩電流值與該臨界點值進行比較，就可以及時準確地判斷判斷探尺砣是否到達料面或離開料面。2)探尺砣在開始放尺到接觸料面以及跟隨料面階段，當探尺砣的狀態發生變化時，必然引起探尺砣的下降速度的變化，相應速度編碼器輸出的實時反饋速度值也發生變化並可以讀取。比如，探尺砣從放尺時高速運行到接觸料面的瞬間，探尺砣下降速度會發生突然減少並引起電機的轉速變化；同樣，當料面突然塌陷引起探尺砣離開料面的瞬間，探尺砣下降速度會發生突然增加並引起電機的轉速變化。這種探尺砣接觸或離開料面的瞬間引起的速度變化通過速度編碼器即反饋到變頻器上；因此如果找到一個能反映探尺砣接觸料面後瞬間下降速度產生變化的臨界點值，那麼通過實際測量探尺砣下降的實時反饋速度值與該臨界點值進行比較，就可以及時準確地判斷判斷探尺砣是否到達料面或離開料面。經發明人反覆細緻的試驗後確認I)在探尺砣初次接觸料面階段，當變頻器輸出的實時轉矩電流小於電機額定轉矩電流的10%時或者當探尺砣下降的實時反饋速度值低於電機額定轉速的24%時，基本可以斷定探尺砣形成三力平衡，此時對變頻器的邏輯功能進行切換，即脫離速度閉環控制模式進入轉矩控制模式以控制電機運轉。2)在探尺砣跟隨料面階段，當料面出現塌料時，探尺砣會隨著料面出現加速下降，此時變頻器輸出的實時轉矩電流不再變化保持恆定(此時是轉矩控制模式，由於轉矩給定是恆定的，所以實時轉矩電流基本不變)。根據上述速度比值判斷方法，當探尺砣下降的實時反饋速度值大於電機額定轉速的24%時，可以判斷料面出現塌料(即探尺砣離開料面)，此時變頻器重新切換為速度閉環控制模式以控制電機運轉，使探尺砣在大的轉矩條件下放尺。當探尺砣下降的實時反饋速度值又再次小於電機額定轉速的24%時或者變頻器輸出的實時轉矩電流又再次小於電機額定轉矩電流的10%時，可以判斷探尺砣重新接觸塌料後的料面，此時變頻器再從速度閉環控制模式切換成轉矩控制模式以控制電機運轉，在該階段只要出現塌料，就如此反覆切換變頻器的控制模式來控制電機運轉，直到最後提起探尺結束檢測。上述技術方案的變化一是在所述第2)階段步驟中，當所述實時轉矩電流值小於電機額定轉矩電流的10%同時所述實時反饋速度值小於電機額定轉速的24%時，變頻器將用於控制電機運轉的速度閉環控制模式切換成轉矩控制模式。這樣，在第2)階段步驟中，通過同時依據實時轉矩電流變化和探尺砣下降的實時反饋速度值變化來判斷探尺砣是否接觸料面，可以進一步提高判斷探尺砣初次接觸料面的準確性。上述技術方案的變化二是在所述第3)階段步驟中，當所述實時轉矩電流值小於電機額定轉矩電流的10%同時所述實時反饋速度值小於電機額定轉速的24%時，變頻器將用於控制電機運轉的速度閉環控制模式切換成轉矩控制模式。這樣，在第3)階段步驟中，通過同時依據實時轉矩電流變化和探尺砣下降的實時反饋速度值變化來判斷探尺砣是否接觸料面，可以進一步提高判斷探尺砣跟隨塌陷料面下降後再次接觸料面的準確性。本發明的控制方法，經發明人嚴謹思考，另闢蹊徑地找到可以間接反映探尺砣接觸和離開料面瞬間的下降速度和轉矩電流的變化技術特徵值，再經科學試驗確認這兩個技 術特徵值變化的臨界點值，進而通過變頻器實時讀取探尺砣下降的反饋速度值和轉矩電流值來與該臨界點值進行比較。由此帶來的有益效果是可以準確及時地判斷出探尺砣接觸料面和離開料面的一瞬間，並及時切換變頻器控制電機運轉的模式，從而避免探尺砣產生高速墜落而失去探尺功能的故障。值得一提的是，在本發明公開之前，找到下降速度和轉矩電流的變化來反映探尺砣接觸和離開料面瞬間的方法是難以想像的，是非顯而易見的，也不是本領域所常見的技術手段。因此，經反覆試驗獲得的電機額定轉矩電流的10%和電機額定轉速的24%這兩個臨界點值就不是用有限試驗可以得到來簡單解釋的。
下面結合附圖對本發明的高爐探尺運行控制方法作進一步說明。圖I是本發明實施例高爐探尺運行過程中不同階段的速度變化曲線圖。圖2是本發明實施例高爐探尺運行過程中不同階段的力矩變化曲線圖。圖3是在實時轉矩電流為額定轉矩電流的10%時的探尺砣實際走勢曲線圖。圖4是在實時轉矩電流為額定轉矩電流的1%時的探尺砣實際走勢曲線圖。
具體實施例方式實施例一本實施例的高爐探尺運行控制方法，開始探尺運行後讀取變頻器輸出的實時轉矩電流值和速度編碼器輸出的實時反饋速度值，還包括以下階段步驟I)在高爐探尺放尺階段變頻器採用速度閉環控制模式用於控制電機運轉；2)在探尺砣初次接觸料面階段當實時轉矩電流值小於電機額定轉矩電流的10%，變頻器將用於控制電機運轉的速度閉環控制模式切換成轉矩控制模式；3)在探尺砣跟隨料面移動階段當所述實時反饋速度值大於電機額定轉速的24%時，變頻器將用於控制電機運轉的轉矩控制模式切換成速度閉環控制模式；
當所述實時轉矩電流值小於電機額定轉矩電流的10 %，變頻器將用於控制電機運轉的速度閉環控制模式切換成轉矩控制模式；如此反覆切換，直到提起探尺砣結束探尺運行。實施例二本實施例的高爐探尺運行控制方法是在實施例一基礎上的一種變化，除與實施例一相同以外所不同的是在第2)階段步驟中，當實時轉矩電流值小於電機額定轉矩電流的10 %同時實時反饋速度值小於電機額定轉速的24%時，變頻器將用於控制電機運轉的速度閉環控制模式切換成轉矩控制模式。 實施例三本實施例的高爐探尺運行控制方法是實施例一和實施例二基礎上的另一種變化，除與實施例一和實施例二相同以外所不同的是在第3)階段步驟中，當實時轉矩電流值小於電機額定轉矩電流的10%同時實時反饋速度值小於電機額定轉速的24%時，變頻器將用於控制電機運轉的速度閉環控制模式切換成轉矩控制模式。顯然，在上述實施例的第2)和第3)階段步驟中，也可以僅根據實時反饋速度值小於電機額定轉速的24%進行判斷，來將變頻器用於控制電機運轉的速度閉環控制模式切換成轉矩控制模式。下面結合附圖I、圖2和圖3對上述實施例控制方法的詳細實施過程和作用說明如下首先在開始探尺運行後，通過變頻器讀取輸出的實時轉矩電流和速度編碼器輸出的實時反饋速度值。I)在放尺階段變頻器發出指令打開電機抱閘，探尺砣作自由落體運動，探尺砣的底部在接觸料面瞬間之前，變頻器採用速度反饋的閉環控制模式，此時變頻器產生的轉矩等於平衡探尺砣的重力，形成二力平衡狀態確保探尺砣按設定的速度勻速下降，如圖I和圖2中的I部分曲線。這個過程變頻器輸出的實時轉矩電流(即電機的實時轉矩電流)和速度編碼器輸出的實時反饋速度值都比較大，而且變化比較小；此時，通過變頻器實時讀取輸出的實時轉矩電流值和速度編碼器輸出的實時反饋速度值。2)在探尺砣初次接觸料面階段探尺砣接觸料面瞬間，探尺砣底部就開始受到料面的託力，探尺砣的下降速度減少，引起電機的轉速變化，該速度變化通過速度編碼器即反饋到變頻器上；同時隨著和料面接觸程度的加深，探尺砣最終會完全坐落在料面上，即料面託力等於探尺砣的重力，此時還保持速度反饋的閉環控制模式，變頻器輸出的實時轉矩電流(即電機的實時轉矩電流)就變小，如圖I和圖2中的II部分曲線。如圖I和圖2中的II部分曲線的最低點，是變頻器從速度反饋的閉環控制模式切換成轉矩控制模式的切換點，當切換時機不同時產生的轉矩電流會不同，從而形成如圖3、圖4所示的二條曲線，其中圖4的曲線就反映了切換轉矩控制模式遲緩導致的探尺砣倒下去的現象。因此，在實際操作中可以改變轉矩電流小於10%的條件，可以改變轉矩切換的質量。經發明人反覆細緻的試驗確認，在探尺砣接觸料面後，當探尺砣下降的實時反饋速度值低於電機額定轉速的24%和/或轉矩電流小於額定轉矩電流的10%時，基本可以斷定探尺砣形成三力平衡，此時對變頻器的邏輯功能進行切換，即脫離速度閉環控制模式進入轉矩控制模式，如圖I和圖2中的III部分曲線。3)在探尺砣跟隨料面階段在這個階段中，當料面出現塌料時，探尺砣會隨著料面出現加速下降，根據上述判斷方法，當探尺砣的下降速度大於電機額定轉速的24%時，可以判斷料面出現塌料(即探尺砣離開料面)，此時變頻器重新切換為速度閉環控制模式，使探尺砣在大的轉矩條件下放尺。同樣根據上述判斷方法，當實時轉矩電流值又再次小於電機額定轉矩電流的10%和/或探尺砣下降的實時反饋速度值又再次小於24%時，可以判斷探尺砣重新接觸塌料後的料面，此時變頻器再從速度閉環控制模式切換成轉矩控制模式。在這個階段，就這樣根據實時轉矩電流值與電機額定轉矩電流值的比值和/或探尺砣下降的反饋速度與電機額定轉速的比值，進行比較判斷，周而復始地切換變頻器的控制模式，直到提起探尺，整個放尺過 程結束。在以上三個階段，通過變頻器讀取的探尺砣下降實時反饋速度值和/或實時轉矩電流值的變化可以獨立判斷，並能自由切換，從而可以保證探尺砣運行穩定，杜絕高速墜落想像的發生。本發明的不局限於上述實施例所述的具體技術方案，凡採用等同替換形成的技術方案均為本發明要求的保護範圍。
權利要求
1.一種高爐探尺運行控制方法，開始探尺運行後讀取變頻器輸出的實時轉矩電流值和速度編碼器輸出的實時反饋速度值，其特徵在於還包括以下階段步驟 1)在高爐探尺放尺階段 變頻器採用速度閉環控制模式用於控制電機運轉； 2)在探尺砣初次接觸料面階段 當所述實時轉矩電流值小於電機額定轉矩電流的10%或所述實時反饋速度值小於電機額定轉速的24 %時，變頻器將用於控制電機運轉的速度閉環控制模式切換成轉矩控制模式； 3)在探尺砣跟隨料面移動階段 當所述實時反饋速度值大於電機額定轉速的24%時，變頻器將用於控制電機運轉的轉矩控制模式切換成速度閉環控制模式； 當所述實時轉矩電流值小於電機額定轉矩電流的10%或所述實時反饋速度值小於電機額定轉速的24 %時，變頻器將用於控制電機運轉的速度閉環控制模式切換成轉矩控制模式； 如此反覆切換，直到提起探尺砣結束探尺運行。
2.根據權利要求I所述高爐探尺運行控制方法，其特徵在於在所述第2)階段步驟中，當所述實時轉矩電流值小於電機額定轉矩電流的10%同時所述實時反饋速度值小於電機額定轉速的24 %時，變頻器將用於控制電機運轉的速度閉環控制模式切換成轉矩控制模式。
3.根據權利要求I所述高爐探尺運行控制方法，其特徵在於在所述第3)階段步驟中，當所述實時轉矩電流值小於電機額定轉矩電流的10%同時所述實時反饋速度值小於電機額定轉速的24%時，變頻器將用於控制電機運轉的速度閉環控制模式切換成轉矩控制模式。
全文摘要
本發明涉及一種高爐探尺運行控制方法，屬於高爐探料尺技術領域。該方法包括1)放尺階段，變頻器採用速度閉環模式控制電機運轉，實時讀取轉矩電流值和反饋速度值；2)在探尺砣初次接觸料面階段，當轉矩電流值小於額定轉矩電流的10％或反饋速度值小於電機額定轉速的24％時，變頻器切換成轉矩模式；3)在探尺砣跟隨料面移動階段，當反饋速度值大於電機額定轉速的24％時，變頻器切換成速度閉環模式，當轉矩電流值小於額定轉矩電流的10％或反饋速度值小於電機額定轉速的24％時，變頻器切換成轉矩模式，如此反覆切換，直到提起探尺砣結束探尺運行。該方法可以準確及時地判斷出探尺砣接觸和離開料面，並及時切換變頻器控制電機運轉的模式，從而避免探尺砣產生高速墜落故障。
文檔編號C21B7/24GK102787192SQ20111013551
公開日2012年11月21日 申請日期2011年5月20日 優先權日2011年5月20日
發明者吉明鵬, 季益龍 申請人:上海梅山鋼鐵股份有限公司