專利名稱：高爐探尺運行控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對高爐料面探尺進(jìn)行收放運行的控制方法，屬于高爐探料尺技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高爐生產(chǎn)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(nèi)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，探尺砣被一根繞在卷筒上的鏈條拴住，卷筒在電機(jī)帶動牽引鏈條，隨著電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)牽引探尺砣提升、下降。當(dāng)探尺砣到達(dá)料面時，料面對探尺砣的托力加上來自電機(jī)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托力變小，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(jìn)方法是采用變頻控制。變頻控制的基本過程是從放尺開始到探尺砣到達(dá)料面之前，都是采用編碼器反饋的速度閉環(huán)控制模式，在探尺砣到達(dá)料面后，再將速度閉環(huán)控制模式切換成轉(zhuǎn)矩控制模式；其中判斷探尺砣是否到達(dá)料面，則是利用PLC讀取編碼器在單位時間內(nèi)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(jī)械卡阻或者高爐冶煉出現(xiàn)異常時，這樣的判斷就不準(zhǔn)確。因為探尺砣受機(jī)械卡阻會出現(xiàn)單位時間移動的距離小于設(shè)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(shè)定值就沒有參考價值；如果在這時將速度閉環(huán)控制模式切換成轉(zhuǎn)矩控制模式，則由于轉(zhuǎn)矩控制模式時的電機(jī)輸出力矩比較小，會導(dǎo)致探尺砣高速墜落被爐料埋住。另一種情況是，當(dāng)探尺在高爐爐內(nèi)跟隨料面下降突然出現(xiàn)料面崩塌(俗稱“塌料”)的時候，由于探尺此時是轉(zhuǎn)矩控制模式，同樣會出現(xiàn)前述的探尺砣高速墜落現(xiàn)象，從而失去探尺功能。由此可見，現(xiàn)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(xiàn)的不同狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提出一種能夠?qū)Ω郀t探尺運行狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確及時判斷并切換控制模式的控制方法，從而避免探尺砣產(chǎn)生高速墜落而失去探尺功能的故障。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是一種高爐探尺運行控制方法，開始探尺運行后讀取變頻器輸出的實時轉(zhuǎn)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采用速度閉環(huán)控制模式用于控制電機(jī)運轉(zhuǎn)；2)在探尺砣初次接觸料面階段當(dāng)所述實時轉(zhuǎn)矩電流值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩電流的10%或所述實時反饋速度值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的24 %時，變頻器將用于控制電機(jī)運轉(zhuǎn)的速度閉環(huán)控制模式切換成轉(zhuǎn)矩控制模式；3)在探尺砣跟隨料面移動階段當(dāng)所述實時反饋速度值大于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的24 %時，變頻器將用于控制電機(jī)運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩控制模式切換成速度閉環(huán)控制模式；當(dāng)所述實時轉(zhuǎn)矩電流值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩電流的10%或所述實時反饋速度值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的24 %時，變頻器將用于控制電機(jī)運轉(zhuǎn)的速度閉環(huán)控制模式切換成轉(zhuǎn)矩控制模式；如此反復(fù)切換，直到提起探尺砣結(jié)束探尺運行。經(jīng)發(fā)明人對現(xiàn)有高爐探尺運行方式進(jìn)行深入研究思考后發(fā)現(xiàn)·I)在探尺砣接觸料面時，探尺砣下部受料面的托力會發(fā)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(dǎo)致變頻器輸出的實時轉(zhuǎn)矩電流變小。因此，如果找到一個能反映探尺砣接觸料面后瞬間變頻器輸出實時轉(zhuǎn)矩電流產(chǎn)生變化的臨界點值，將實際測量的實時轉(zhuǎn)矩電流值與該臨界點值進(jìn)行比較，就可以及時準(zhǔn)確地判斷判斷探尺砣是否到達(dá)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(dāng)探尺砣的狀態(tài)發(fā)生變化時，必然引起探尺砣的下降速度的變化，相應(yīng)速度編碼器輸出的實時反饋速度值也發(fā)生變化并可以讀取。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(fā)生突然減少并引起電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化；同樣，當(dāng)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(fā)生突然增加并引起電機(jī)的轉(zhuǎn)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后瞬間下降速度產(chǎn)生變化的臨界點值，那么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(jìn)行比較，就可以及時準(zhǔn)確地判斷判斷探尺砣是否到達(dá)料面或離開料面。經(jīng)發(fā)明人反復(fù)細(xì)致的試驗后確認(rèn)I)在探尺砣初次接觸料面階段，當(dāng)變頻器輸出的實時轉(zhuǎn)矩電流小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩電流的10%時或者當(dāng)探尺砣下降的實時反饋速度值低于電機(jī)額定轉(zhuǎn)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(jìn)行切換，即脫離速度閉環(huán)控制模式進(jìn)入轉(zhuǎn)矩控制模式以控制電機(jī)運轉(zhuǎn)。2)在探尺砣跟隨料面階段，當(dāng)料面出現(xiàn)塌料時，探尺砣會隨著料面出現(xiàn)加速下降，此時變頻器輸出的實時轉(zhuǎn)矩電流不再變化保持恒定(此時是轉(zhuǎn)矩控制模式，由于轉(zhuǎn)矩給定是恒定的，所以實時轉(zhuǎn)矩電流基本不變)。根據(jù)上述速度比值判斷方法，當(dāng)探尺砣下降的實時反饋速度值大于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的24%時，可以判斷料面出現(xiàn)塌料(即探尺砣離開料面)，此時變頻器重新切換為速度閉環(huán)控制模式以控制電機(jī)運轉(zhuǎn)，使探尺砣在大的轉(zhuǎn)矩條件下放尺。當(dāng)探尺砣下降的實時反饋速度值又再次小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的24%時或者變頻器輸出的實時轉(zhuǎn)矩電流又再次小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩電流的10%時，可以判斷探尺砣重新接觸塌料后的料面，此時變頻器再從速度閉環(huán)控制模式切換成轉(zhuǎn)矩控制模式以控制電機(jī)運轉(zhuǎn)，在該階段只要出現(xiàn)塌料，就如此反復(fù)切換變頻器的控制模式來控制電機(jī)運轉(zhuǎn)，直到最后提起探尺結(jié)束檢測。上述技術(shù)方案的變化一是在所述第2)階段步驟中，當(dāng)所述實時轉(zhuǎn)矩電流值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩電流的10%同時所述實時反饋速度值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的24%時，變頻器將用于控制電機(jī)運轉(zhuǎn)的速度閉環(huán)控制模式切換成轉(zhuǎn)矩控制模式。這樣，在第2)階段步驟中，通過同時依據(jù)實時轉(zhuǎn)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(jìn)一步提高判斷探尺砣初次接觸料面的準(zhǔn)確性。上述技術(shù)方案的變化二是在所述第3)階段步驟中，當(dāng)所述實時轉(zhuǎn)矩電流值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩電流的10%同時所述實時反饋速度值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的24%時，變頻器將用于控制電機(jī)運轉(zhuǎn)的速度閉環(huán)控制模式切換成轉(zhuǎn)矩控制模式。這樣，在第3)階段步驟中，通過同時依據(jù)實時轉(zhuǎn)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(jìn)一步提高判斷探尺砣跟隨塌陷料面下降后再次接觸料面的準(zhǔn)確性。本發(fā)明的控制方法，經(jīng)發(fā)明人嚴(yán)謹(jǐn)思考，另辟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(zhuǎn)矩電流的變化技術(shù)特征值，再經(jīng)科學(xué)試驗確認(rèn)這兩個技 術(shù)特征值變化的臨界點值，進(jìn)而通過變頻器實時讀取探尺砣下降的反饋速度值和轉(zhuǎn)矩電流值來與該臨界點值進(jìn)行比較。由此帶來的有益效果是可以準(zhǔn)確及時地判斷出探尺砣接觸料面和離開料面的一瞬間，并及時切換變頻器控制電機(jī)運轉(zhuǎn)的模式，從而避免探尺砣產(chǎn)生高速墜落而失去探尺功能的故障。值得一提的是，在本發(fā)明公開之前，找到下降速度和轉(zhuǎn)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象的，是非顯而易見的，也不是本領(lǐng)域所常見的技術(shù)手段。因此，經(jīng)反復(fù)試驗獲得的電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩電流的10%和電機(jī)額定轉(zhuǎn)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(jié)合附圖對本發(fā)明的高爐探尺運行控制方法作進(jìn)一步說明。圖I是本發(fā)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(fā)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(zhuǎn)矩電流為額定轉(zhuǎn)矩電流的10%時的探尺砣實際走勢曲線圖。圖4是在實時轉(zhuǎn)矩電流為額定轉(zhuǎn)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，開始探尺運行后讀取變頻器輸出的實時轉(zhuǎn)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采用速度閉環(huán)控制模式用于控制電機(jī)運轉(zhuǎn)；2)在探尺砣初次接觸料面階段當(dāng)實時轉(zhuǎn)矩電流值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩電流的10%，變頻器將用于控制電機(jī)運轉(zhuǎn)的速度閉環(huán)控制模式切換成轉(zhuǎn)矩控制模式；3)在探尺砣跟隨料面移動階段當(dāng)所述實時反饋速度值大于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的24%時，變頻器將用于控制電機(jī)運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩控制模式切換成速度閉環(huán)控制模式；
當(dāng)所述實時轉(zhuǎn)矩電流值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩電流的10 %，變頻器將用于控制電機(jī)運轉(zhuǎn)的速度閉環(huán)控制模式切換成轉(zhuǎn)矩控制模式；如此反復(fù)切換，直到提起探尺砣結(jié)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(chǔ)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(dāng)實時轉(zhuǎn)矩電流值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩電流的10 %同時實時反饋速度值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的24%時，變頻器將用于控制電機(jī)運轉(zhuǎn)的速度閉環(huán)控制模式切換成轉(zhuǎn)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(chǔ)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(dāng)實時轉(zhuǎn)矩電流值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩電流的10%同時實時反饋速度值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的24%時，變頻器將用于控制電機(jī)運轉(zhuǎn)的速度閉環(huán)控制模式切換成轉(zhuǎn)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(jù)實時反饋速度值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的24%進(jìn)行判斷，來將變頻器用于控制電機(jī)運轉(zhuǎn)的速度閉環(huán)控制模式切換成轉(zhuǎn)矩控制模式。下面結(jié)合附圖I、圖2和圖3對上述實施例控制方法的詳細(xì)實施過程和作用說明如下首先在開始探尺運行后，通過變頻器讀取輸出的實時轉(zhuǎn)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(fā)出指令打開電機(jī)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，變頻器采用速度反饋的閉環(huán)控制模式，此時變頻器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩等于平衡探尺砣的重力，形成二力平衡狀態(tài)確保探尺砣按設(shè)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(zhuǎn)矩電流(即電機(jī)的實時轉(zhuǎn)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??；此時，通過變頻器實時讀取輸出的實時轉(zhuǎn)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托力，探尺砣的下降速度減少，引起電機(jī)的轉(zhuǎn)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，即料面托力等于探尺砣的重力，此時還保持速度反饋的閉環(huán)控制模式，變頻器輸出的實時轉(zhuǎn)矩電流(即電機(jī)的實時轉(zhuǎn)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(huán)控制模式切換成轉(zhuǎn)矩控制模式的切換點，當(dāng)切換時機(jī)不同時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩控制模式遲緩導(dǎo)致的探尺砣倒下去的現(xiàn)象。因此，在實際操作中可以改變轉(zhuǎn)矩電流小于10%的條件，可以改變轉(zhuǎn)矩切換的質(zhì)量。經(jīng)發(fā)明人反復(fù)細(xì)致的試驗確認(rèn)，在探尺砣接觸料面后，當(dāng)探尺砣下降的實時反饋速度值低于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的24%和/或轉(zhuǎn)矩電流小于額定轉(zhuǎn)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(jìn)行切換，即脫離速度閉環(huán)控制模式進(jìn)入轉(zhuǎn)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(dāng)料面出現(xiàn)塌料時，探尺砣會隨著料面出現(xiàn)加速下降，根據(jù)上述判斷方法，當(dāng)探尺砣的下降速度大于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的24%時，可以判斷料面出現(xiàn)塌料(即探尺砣離開料面)，此時變頻器重新切換為速度閉環(huán)控制模式，使探尺砣在大的轉(zhuǎn)矩條件下放尺。同樣根據(jù)上述判斷方法，當(dāng)實時轉(zhuǎn)矩電流值又再次小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩電流的10%和/或探尺砣下降的實時反饋速度值又再次小于24%時，可以判斷探尺砣重新接觸塌料后的料面，此時變頻器再從速度閉環(huán)控制模式切換成轉(zhuǎn)矩控制模式。在這個階段，就這樣根據(jù)實時轉(zhuǎn)矩電流值與電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩電流值的比值和/或探尺砣下降的反饋速度與電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的比值，進(jìn)行比較判斷，周而復(fù)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(jié)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?qū)崟r轉(zhuǎn)矩電流值的變化可以獨立判斷，并能自由切換，從而可以保證探尺砣運行穩(wěn)定，杜絕高速墜落想象的發(fā)生。本發(fā)明的不局限于上述實施例所述的具體技術(shù)方案，凡采用等同替換形成的技術(shù)方案均為本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種高爐探尺運行控制方法，開始探尺運行后讀取變頻器輸出的實時轉(zhuǎn)矩電流值和速度編碼器輸出的實時反饋速度值，其特征在于還包括以下階段步驟 1)在高爐探尺放尺階段 變頻器采用速度閉環(huán)控制模式用于控制電機(jī)運轉(zhuǎn)； 2)在探尺砣初次接觸料面階段 當(dāng)所述實時轉(zhuǎn)矩電流值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩電流的10%或所述實時反饋速度值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的24 %時，變頻器將用于控制電機(jī)運轉(zhuǎn)的速度閉環(huán)控制模式切換成轉(zhuǎn)矩控制模式； 3)在探尺砣跟隨料面移動階段 當(dāng)所述實時反饋速度值大于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的24%時，變頻器將用于控制電機(jī)運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩控制模式切換成速度閉環(huán)控制模式； 當(dāng)所述實時轉(zhuǎn)矩電流值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩電流的10%或所述實時反饋速度值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的24 %時，變頻器將用于控制電機(jī)運轉(zhuǎn)的速度閉環(huán)控制模式切換成轉(zhuǎn)矩控制模式； 如此反復(fù)切換，直到提起探尺砣結(jié)束探尺運行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述高爐探尺運行控制方法，其特征在于在所述第2)階段步驟中，當(dāng)所述實時轉(zhuǎn)矩電流值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩電流的10%同時所述實時反饋速度值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的24 %時，變頻器將用于控制電機(jī)運轉(zhuǎn)的速度閉環(huán)控制模式切換成轉(zhuǎn)矩控制模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述高爐探尺運行控制方法，其特征在于在所述第3)階段步驟中，當(dāng)所述實時轉(zhuǎn)矩電流值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩電流的10%同時所述實時反饋速度值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的24%時，變頻器將用于控制電機(jī)運轉(zhuǎn)的速度閉環(huán)控制模式切換成轉(zhuǎn)矩控制模式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高爐探尺運行控制方法，屬于高爐探料尺技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括1)放尺階段，變頻器采用速度閉環(huán)模式控制電機(jī)運轉(zhuǎn)，實時讀取轉(zhuǎn)矩電流值和反饋速度值；2)在探尺砣初次接觸料面階段，當(dāng)轉(zhuǎn)矩電流值小于額定轉(zhuǎn)矩電流的10％或反饋速度值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的24％時，變頻器切換成轉(zhuǎn)矩模式；3)在探尺砣跟隨料面移動階段，當(dāng)反饋速度值大于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的24％時，變頻器切換成速度閉環(huán)模式，當(dāng)轉(zhuǎn)矩電流值小于額定轉(zhuǎn)矩電流的10％或反饋速度值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的24％時，變頻器切換成轉(zhuǎn)矩模式，如此反復(fù)切換，直到提起探尺砣結(jié)束探尺運行。該方法可以準(zhǔn)確及時地判斷出探尺砣接觸和離開料面，并及時切換變頻器控制電機(jī)運轉(zhuǎn)的模式，從而避免探尺砣產(chǎn)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(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者吉明鵬, 季益龍 申請人:上海梅山鋼鐵股份有限公司