一種用于轉(zhuǎn)爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于轉(zhuǎn)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(qū)動攪拌頭的升降電機(jī)的變頻器中讀取驅(qū)動電流，將攪拌頭位于鐵水液面以上時，變頻器所用驅(qū)動電流大小設(shè)置為初始電流值，攪拌頭在升降電機(jī)的帶動下由鐵水液面上方向鐵水液面移動，可編程邏輯控制器采集變頻器的實(shí)時驅(qū)動電流，計算初始電流值與實(shí)時驅(qū)動電流比值，將該比值與預(yù)設(shè)值相比較，如果該比值小于預(yù)設(shè)值，可編程邏輯控制器采集設(shè)置在攪拌頭的升降電機(jī)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(yù)設(shè)值相對應(yīng)的補(bǔ)償值相加，得到鐵水液面高度值。通過本發(fā)明鐵水液面檢測方法和裝置達(dá)到節(jié)約人力和時間，實(shí)現(xiàn)精確檢測鐵水液面高度的目的。
【專利說明】一種用于轉(zhuǎn)爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測方法和裝置
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)爐冶金鐵水脫硫領(lǐng)域，尤其涉及一種用于轉(zhuǎn)爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測方法和裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)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(nèi)一定深度，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)攪拌將脫硫劑與鐵水充分接觸反應(yīng)，達(dá)到脫硫的目的。轉(zhuǎn)爐冶金鐵水脫硫過程中，“一鍵脫硫”方法通過自動采集鐵水重量、溫度、硫含量、硅含量數(shù)據(jù)，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(zhuǎn)、投料、攪拌頭降速停車、甩渣、攪拌頭回待用位結(jié)束等一系列動作。通過實(shí)現(xiàn)一鍵自動脫硫，達(dá)到縮短脫硫周期，規(guī)范投料的最佳時刻，減少脫硫劑消耗，減少崗位操作工繁瑣操作的目標(biāo)。而鐵水液面的自動檢測，是實(shí)現(xiàn)“一鍵脫硫”的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]脫硫鐵水到站后，由于每罐鐵水裝入量不同及罐形罐厚的差異，會導(dǎo)致鐵水在罐內(nèi)的液面高度(相對于地面的高度)發(fā)生變化，達(dá)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(rèn)攪拌頭的插入深度，必須知道鐵水液面的高度，傳統(tǒng)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(dāng)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(fèi)時費(fèi)力，攪拌頭上升下降浪費(fèi)大量生產(chǎn)時間，且采用目測判斷，難免出現(xiàn)誤差，無法準(zhǔn)確知道真實(shí)的鐵水液面高度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有手動檢測鐵水液面高度技術(shù)中的缺陷，提供一種用于轉(zhuǎn)爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測方法和裝置，達(dá)到節(jié)約人力和時間，并實(shí)現(xiàn)精確檢測鐵水液面高度的目的。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種用于轉(zhuǎn)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(qū)動攪拌頭的升降電機(jī)的變頻器中讀取驅(qū)動電流，將攪拌頭位于鐵水液面以上時，變頻器所用驅(qū)動電流大小設(shè)置為初始電流值，攪拌頭在升降電機(jī)的帶動下由鐵水液面上方向鐵水液面移動，可編程邏輯控制器采集變頻器的實(shí)時驅(qū)動電流，計算初始電流值與實(shí)時驅(qū)動電流比值，將該比值與預(yù)設(shè)值相比較，如果該比值小于預(yù)設(shè)值，可編程邏輯控制器采集設(shè)置在攪拌頭的升降電機(jī)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(yù)設(shè)值相對應(yīng)的補(bǔ)償值相加，得到鐵水液面高度值。
[0006]按上述技術(shù)方案，可編程邏輯控制器與變頻器之間通過DP網(wǎng)通訊。
[0007]按上述技術(shù)方案，所述補(bǔ)償值為與所述預(yù)設(shè)值相對應(yīng)的數(shù)值，為對攪拌頭高度值與鐵水液面高度值之間的偏差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臄?shù)值。
[0008]按上述技術(shù)方案，所述預(yù)設(shè)值為1.05?1.15，對應(yīng)的補(bǔ)償值為100?200mm。
[0009]按上述技術(shù)方案，所述預(yù)設(shè)值為1.1。
[0010]按上述技術(shù)方案，所述變頻器為西門子6SE70裝機(jī)裝柜型變頻器。
[0011]一種用于轉(zhuǎn)爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測裝置，包括轉(zhuǎn)爐內(nèi)部用于驅(qū)動攪拌頭的升降電機(jī)的變頻器，設(shè)置在攪拌頭的升降電機(jī)上的編碼器，還包括可編程邏輯控制器，用于從變頻器中讀取驅(qū)動電流、將驅(qū)動電流進(jìn)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(shù)方案，所述可編程邏輯控制器與變頻器之間通過DP網(wǎng)通訊。
[0013]按上述技術(shù)方案，所述變頻器為西門子6SE70裝機(jī)裝柜型變頻器。
[0014]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:使用本發(fā)明鐵水液面檢測方法和裝置，通過可編程邏輯控制器從驅(qū)動攪拌頭的升降電機(jī)的變頻器中讀取驅(qū)動電流并進(jìn)行處理，與預(yù)設(shè)值相比較，同時結(jié)合從攪拌頭的升降電機(jī)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(jié)約人力和時間，同時可避免人工檢測可能出現(xiàn)誤差的情況。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
圖1是機(jī)械攪拌法脫硫工藝流程圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是BiCo功能圖；
圖4是CB/TB板數(shù)據(jù)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(jī)力矩變化采集功能圖；
圖7是變頻器驅(qū)動電流值采集功能圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0017]如圖1所示，可見鐵水液面高度檢測在機(jī)械攪拌法脫硫工藝流程流程中所處的節(jié)點(diǎn)。如圖2所示，攪拌頭與鐵水液面接觸時，根據(jù)阿基米德定律:攪拌頭所受的浮力等于攪拌頭所排出液態(tài)鐵的重力，由于攪拌頭會受到鐵水的浮力，此時攪拌頭的重量會減輕，根據(jù)這一特點(diǎn)，利用攪拌頭的升降電機(jī)的力矩的變化，而攪拌頭的升降電機(jī)的力矩的變化可以通過驅(qū)動升降電機(jī)的變頻器的驅(qū)動電流來反映，進(jìn)而可以準(zhǔn)確檢測出鐵水的液面高度。而采集變頻器的電流、頻率，攪拌頭的升降電機(jī)的力矩、速度等參數(shù)是很便利的，通過對上述參數(shù)的監(jiān)控和趨勢記錄分析，我們發(fā)現(xiàn)，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(jī)的力矩會出現(xiàn)拐點(diǎn)，然后力矩會以一定斜率持續(xù)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(jìn)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(jī)力矩的拐點(diǎn)，再對渣厚進(jìn)行補(bǔ)償，當(dāng)電流變化率達(dá)到了 1.05?1.15時，對應(yīng)的補(bǔ)償值為100?200mm，可以精確地自動檢測出鐵水液面的高度，進(jìn)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畫面采集到數(shù)據(jù)分析，攪拌頭(小車)高度在6米時，升降電機(jī)力矩出現(xiàn)了拐點(diǎn)，變頻器中讀取的驅(qū)動電流也出現(xiàn)了拐點(diǎn)，驅(qū)動電流與力矩的關(guān)系，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(jī)額定電壓，1:升降電機(jī)額定電流，Cos Φ:升降電機(jī)功率因數(shù)，N:攪拌器的額定轉(zhuǎn)速。從該公式可知驅(qū)動電流與升降電機(jī)力矩成正比關(guān)系，其變化趨勢也是同步的，因此可以認(rèn)為檢測驅(qū)動電流拐點(diǎn)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(diǎn)并不會像眼睛觀察曲線這樣直觀，只有當(dāng)驅(qū)動電流曲線在拐點(diǎn)后的斜率產(chǎn)生了，程序才能知道拐點(diǎn)已經(jīng)形成，因此程序檢測到電流變化率達(dá)到了 1.05?1.15，電流變化率為變頻器的初始電流值與實(shí)時驅(qū)動電流比值，將該電流變化率達(dá)作為預(yù)設(shè)值預(yù)先設(shè)置在可編程邏輯控制器中，即判斷電流已在斜坡下降，拐點(diǎn)已經(jīng)形成。但此時攪拌頭的位置已經(jīng)沖過了拐點(diǎn)，所以還要加上一個修正值，同時渣厚的值也要進(jìn)行補(bǔ)償。將修正值與渣厚的值相加作為補(bǔ)償值。得到攪拌頭高度值后，將該高度值與所述預(yù)設(shè)值相對應(yīng)的補(bǔ)償值相加，得到鐵水液面高度值。
[0019]如圖2所示，本實(shí)施例中用于轉(zhuǎn)爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測裝置，包括轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)中用于驅(qū)動攪拌頭的升降電機(jī)I的變頻器，設(shè)置在攪拌頭的升降電機(jī)上的編碼器，還包括可編程邏輯控制器，用于從變頻器中讀取驅(qū)動電流、將驅(qū)動電流進(jìn)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(jī)帶動升降臺車2作升降運(yùn)動，攪拌馬達(dá)3與攪拌器4固定在升降臺車2上，攪拌馬達(dá)3用于驅(qū)動攪拌器4的攪拌頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
[0020]可編程邏輯控制器與變頻器之間通過DP網(wǎng)通訊。DP網(wǎng)，即DecentralizedPeriphery。全稱PR0FIBUS - DP，使用DP網(wǎng)實(shí)現(xiàn)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(yōu)點(diǎn)。
[0021]攪拌頭的升降電機(jī)使用的是SIEMENS公司的MASTER DRIVE 6SE70系列矢量控制變頻調(diào)速裝置。變頻器可安裝支持PR0FIBUS-DP網(wǎng)的網(wǎng)卡。《矢量控制使用大全》是SIEMENS變頻器的設(shè)置手冊。BiCo功能是一種很靈活的把輸入和輸出功能聯(lián)系在一起的設(shè)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(jù)實(shí)際工藝需求來靈活定義端口?，F(xiàn)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(jù)BiCo功能圖，如圖3所示，把電流端口定義到BiCo上進(jìn)行輸出。如圖4所示，CB/TB板是支持PR0FIBUS-DP網(wǎng)的網(wǎng)卡，依據(jù)CB/TB板數(shù)據(jù)傳輸功能圖，可以設(shè)置參數(shù)，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(wǎng)卡讀到電機(jī)的電流。
[0022]為了實(shí)現(xiàn)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，采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、電流周期采樣，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(diào)用S7-400標(biāo)準(zhǔn)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(jī)力矩變化、變頻器驅(qū)動電流值進(jìn)行周期性采樣，檢測變化率并判定液面高度。變頻器與PLC通訊使用DP網(wǎng)通訊。所使用變頻器為西門子6SE70裝機(jī)裝柜型變頻器。要讓變頻器輸出工作電流必須修改變頻器參數(shù)，查西門子《矢量控制使用大全》功能圖285，電機(jī)工作電流所對應(yīng)的BICO連接點(diǎn)為K0022，所連接的參數(shù)為P736.2，將參數(shù)P736.2設(shè)置為22，這樣就將電機(jī)的工作電流輸出到CB/TB板接口。經(jīng)過以上對變頻器參數(shù)的修改，就可以通過對PLC進(jìn)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后，在攪拌頭升降的過程中，可編程邏輯控制器程序?qū)﹄姍C(jī)的工作電流循環(huán)掃描，連續(xù)進(jìn)行采樣，一旦程序捕獲到變頻器驅(qū)動電流的電流變化率達(dá)到了 1.05?1.15，即認(rèn)為攪拌頭接觸到鐵水液面。此時讀取的攪拌頭升降高度，得到攪拌頭高度值后，將該高度值與所述預(yù)設(shè)值相對應(yīng)的補(bǔ)償值相加，得到鐵水液面高度值。
[0024]應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于轉(zhuǎn)爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測方法，其特征在于，該方法包括以下步驟，可編程邏輯控制器從驅(qū)動攪拌頭的升降電機(jī)的變頻器中讀取驅(qū)動電流，將攪拌頭位于鐵水液面以上時，變頻器所用驅(qū)動電流大小設(shè)置為初始電流值，攪拌頭在升降電機(jī)的帶動下由鐵水液面上方向鐵水液面移動，可編程邏輯控制器采集變頻器的實(shí)時驅(qū)動電流，計算初始電流值與實(shí)時驅(qū)動電流比值，將該比值與預(yù)設(shè)值相比較，如果該比值小于預(yù)設(shè)值，可編程邏輯控制器采集設(shè)置在攪拌頭的升降電機(jī)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(yù)設(shè)值相對應(yīng)的補(bǔ)償值相加，得到鐵水液面高度值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于轉(zhuǎn)爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測方法，其特征在于，可編程邏輯控制器與變頻器之間通過DP網(wǎng)通訊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于轉(zhuǎn)爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測方法，其特征在于，所述補(bǔ)償值為與所述預(yù)設(shè)值相對應(yīng)的數(shù)值，為對攪拌頭高度值與鐵水液面高度值之間的偏差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臄?shù)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于轉(zhuǎn)爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)值為1.05?1.15，對應(yīng)的補(bǔ)償值為100?200_。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于轉(zhuǎn)爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)值為1.1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于轉(zhuǎn)爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測方法，其特征在于，所述變頻器為西門子6SE70裝機(jī)裝柜型變頻器。
7.一種用于轉(zhuǎn)爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測裝置，包括轉(zhuǎn)爐內(nèi)部用于驅(qū)動攪拌頭的升降電機(jī)的變頻器，其特征在于，還包括設(shè)置在攪拌頭的升降電機(jī)上的編碼器，可編程邏輯控制器；所述可編程邏輯控制器用于從變頻器中讀取驅(qū)動電流、將驅(qū)動電流進(jìn)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(jù)權(quán)利要求7所述的用于轉(zhuǎn)爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測裝置，其特征在于，所述可編程邏輯控制器與變頻器之間通過DP網(wǎng)通訊。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的用于轉(zhuǎn)爐鐵水脫硫的鐵水液面檢測裝置，其特征在于，所述變頻器為西門子6SE70裝機(jī)裝柜型變頻器。
【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(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】李斌, 韓軍, 陳鳴 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司