专利名称：高炉探尺运行控制方法
技术领域：
本发明涉及一种对高炉料面探尺进行收放运行的控制方法，属于高炉探料尺技术领域。
背景技术：
高炉生产中需用探尺来检测和判断高炉料面的变化趋势，以掌握高炉内的冶炼状况。常用的高炉探尺装置包括一个圆柱形的探尺砣，探尺砣被一根绕在卷筒上的链条拴住，卷筒在电机带动牵引链条，随着电机的正、反转牵引探尺砣提升、下降。当探尺砣到达料面时，料面对探尺砣的托力加上来自电机的提升力以及探尺砣自身的重力，这三力刚好平衡才能保证探尺砣在料面是直立的。随着料面下降，高炉料面对探尺砣的托力变小，探尺砣三力平衡破坏，探尺砣就随着料面的下降而下降，从而检测和判断高炉料面的变化趋势。目前控制探尺砣提升、下降的较先进方法是采用变频控制。变频控制的基本过程是从放尺开始到探尺砣到达料面之前，都是采用编码器反馈的速度闭环控制模式，在探尺砣到达料面后，再将速度闭环控制模式切换成转矩控制模式；其中判断探尺砣是否到达料面，则是利用PLC读取编码器在单位时间内的移动距离来判断的。这种判断在正常情况下是可以的，但是如果探尺砣受机械卡阻或者高炉冶炼出现异常时，这样的判断就不准确。因为探尺砣受机械卡阻会出现单位时间移动的距离小于设定值，而高炉冶炼异常，料面下降速度变慢，则探尺砣单位时间的设定值就没有参考价值；如果在这时将速度闭环控制模式切换成转矩控制模式，则由于转矩控制模式时的电机输出力矩比较小，会导致探尺砣高速坠落被炉料埋住。另一种情况是，当探尺在高炉炉内跟随料面下降突然出现料面崩塌(俗称“塌料”)的时候，由于探尺此时是转矩控制模式，同样会出现前述的探尺砣高速坠落现象，从而失去探尺功能。由此可见，现有变频控制高炉探尺装置运行的方式存在无法对探尺砣出现的不同状态进行准确及时判断和切换控制模式的缺陷，从而无法避免探尺砣高速坠落失去探尺功能的故障。
发明内容
本发明解决的技术问题是提出一种能够对高炉探尺运行状态进行准确及时判断并切换控制模式的控制方法，从而避免探尺砣产生高速坠落而失去探尺功能的故障。为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是一种高炉探尺运行控制方法，开始探尺运行后读取变频器输出的实时转矩电流值和速度编码器输出的实时反馈速度值，还包括以下阶段步骤I)在高炉探尺放尺阶段变频器采用速度闭环控制模式用于控制电机运转；2)在探尺砣初次接触料面阶段当所述实时转矩电流值小于电机额定转矩电流的10%或所述实时反馈速度值小于电机额定转速的24 %时，变频器将用于控制电机运转的速度闭环控制模式切换成转矩控制模式；3)在探尺砣跟随料面移动阶段当所述实时反馈速度值大于电机额定转速的24 %时，变频器将用于控制电机运转的转矩控制模式切换成速度闭环控制模式；当所述实时转矩电流值小于电机额定转矩电流的10%或所述实时反馈速度值小于电机额定转速的24 %时，变频器将用于控制电机运转的速度闭环控制模式切换成转矩控制模式；如此反复切换，直到提起探尺砣结束探尺运行。经发明人对现有高炉探尺运行方式进行深入研究思考后发现·I)在探尺砣接触料面时，探尺砣下部受料面的托力会发生变化，从而破坏探尺砣在料面上的三力平衡，这种力平衡变化就会导致变频器输出的实时转矩电流变小。因此，如果找到一个能反映探尺砣接触料面后瞬间变频器输出实时转矩电流产生变化的临界点值，将实际测量的实时转矩电流值与该临界点值进行比较，就可以及时准确地判断判断探尺砣是否到达料面或离开料面。2)探尺砣在开始放尺到接触料面以及跟随料面阶段，当探尺砣的状态发生变化时，必然引起探尺砣的下降速度的变化，相应速度编码器输出的实时反馈速度值也发生变化并可以读取。比如，探尺砣从放尺时高速运行到接触料面的瞬间，探尺砣下降速度会发生突然减少并引起电机的转速变化；同样，当料面突然塌陷引起探尺砣离开料面的瞬间，探尺砣下降速度会发生突然增加并引起电机的转速变化。这种探尺砣接触或离开料面的瞬间引起的速度变化通过速度编码器即反馈到变频器上；因此如果找到一个能反映探尺砣接触料面后瞬间下降速度产生变化的临界点值，那么通过实际测量探尺砣下降的实时反馈速度值与该临界点值进行比较，就可以及时准确地判断判断探尺砣是否到达料面或离开料面。经发明人反复细致的试验后确认I)在探尺砣初次接触料面阶段，当变频器输出的实时转矩电流小于电机额定转矩电流的10%时或者当探尺砣下降的实时反馈速度值低于电机额定转速的24%时，基本可以断定探尺砣形成三力平衡，此时对变频器的逻辑功能进行切换，即脱离速度闭环控制模式进入转矩控制模式以控制电机运转。2)在探尺砣跟随料面阶段，当料面出现塌料时，探尺砣会随着料面出现加速下降，此时变频器输出的实时转矩电流不再变化保持恒定(此时是转矩控制模式，由于转矩给定是恒定的，所以实时转矩电流基本不变)。根据上述速度比值判断方法，当探尺砣下降的实时反馈速度值大于电机额定转速的24%时，可以判断料面出现塌料(即探尺砣离开料面)，此时变频器重新切换为速度闭环控制模式以控制电机运转，使探尺砣在大的转矩条件下放尺。当探尺砣下降的实时反馈速度值又再次小于电机额定转速的24%时或者变频器输出的实时转矩电流又再次小于电机额定转矩电流的10%时，可以判断探尺砣重新接触塌料后的料面，此时变频器再从速度闭环控制模式切换成转矩控制模式以控制电机运转，在该阶段只要出现塌料，就如此反复切换变频器的控制模式来控制电机运转，直到最后提起探尺结束检测。上述技术方案的变化一是在所述第2)阶段步骤中，当所述实时转矩电流值小于电机额定转矩电流的10%同时所述实时反馈速度值小于电机额定转速的24%时，变频器将用于控制电机运转的速度闭环控制模式切换成转矩控制模式。这样，在第2)阶段步骤中，通过同时依据实时转矩电流变化和探尺砣下降的实时反馈速度值变化来判断探尺砣是否接触料面，可以进一步提高判断探尺砣初次接触料面的准确性。上述技术方案的变化二是在所述第3)阶段步骤中，当所述实时转矩电流值小于电机额定转矩电流的10%同时所述实时反馈速度值小于电机额定转速的24%时，变频器将用于控制电机运转的速度闭环控制模式切换成转矩控制模式。这样，在第3)阶段步骤中，通过同时依据实时转矩电流变化和探尺砣下降的实时反馈速度值变化来判断探尺砣是否接触料面，可以进一步提高判断探尺砣跟随塌陷料面下降后再次接触料面的准确性。本发明的控制方法，经发明人严谨思考，另辟蹊径地找到可以间接反映探尺砣接触和离开料面瞬间的下降速度和转矩电流的变化技术特征值，再经科学试验确认这两个技 术特征值变化的临界点值，进而通过变频器实时读取探尺砣下降的反馈速度值和转矩电流值来与该临界点值进行比较。由此带来的有益效果是可以准确及时地判断出探尺砣接触料面和离开料面的一瞬间，并及时切换变频器控制电机运转的模式，从而避免探尺砣产生高速坠落而失去探尺功能的故障。值得一提的是，在本发明公开之前，找到下降速度和转矩电流的变化来反映探尺砣接触和离开料面瞬间的方法是难以想象的，是非显而易见的，也不是本领域所常见的技术手段。因此，经反复试验获得的电机额定转矩电流的10%和电机额定转速的24%这两个临界点值就不是用有限试验可以得到来简单解释的。
下面结合附图对本发明的高炉探尺运行控制方法作进一步说明。图I是本发明实施例高炉探尺运行过程中不同阶段的速度变化曲线图。图2是本发明实施例高炉探尺运行过程中不同阶段的力矩变化曲线图。图3是在实时转矩电流为额定转矩电流的10%时的探尺砣实际走势曲线图。图4是在实时转矩电流为额定转矩电流的1%时的探尺砣实际走势曲线图。
具体实施例方式实施例一本实施例的高炉探尺运行控制方法，开始探尺运行后读取变频器输出的实时转矩电流值和速度编码器输出的实时反馈速度值，还包括以下阶段步骤I)在高炉探尺放尺阶段变频器采用速度闭环控制模式用于控制电机运转；2)在探尺砣初次接触料面阶段当实时转矩电流值小于电机额定转矩电流的10%，变频器将用于控制电机运转的速度闭环控制模式切换成转矩控制模式；3)在探尺砣跟随料面移动阶段当所述实时反馈速度值大于电机额定转速的24%时，变频器将用于控制电机运转的转矩控制模式切换成速度闭环控制模式；
当所述实时转矩电流值小于电机额定转矩电流的10 %，变频器将用于控制电机运转的速度闭环控制模式切换成转矩控制模式；如此反复切换，直到提起探尺砣结束探尺运行。实施例二本实施例的高炉探尺运行控制方法是在实施例一基础上的一种变化，除与实施例一相同以外所不同的是在第2)阶段步骤中，当实时转矩电流值小于电机额定转矩电流的10 %同时实时反馈速度值小于电机额定转速的24%时，变频器将用于控制电机运转的速度闭环控制模式切换成转矩控制模式。 实施例三本实施例的高炉探尺运行控制方法是实施例一和实施例二基础上的另一种变化，除与实施例一和实施例二相同以外所不同的是在第3)阶段步骤中，当实时转矩电流值小于电机额定转矩电流的10%同时实时反馈速度值小于电机额定转速的24%时，变频器将用于控制电机运转的速度闭环控制模式切换成转矩控制模式。显然，在上述实施例的第2)和第3)阶段步骤中，也可以仅根据实时反馈速度值小于电机额定转速的24%进行判断，来将变频器用于控制电机运转的速度闭环控制模式切换成转矩控制模式。下面结合附图I、图2和图3对上述实施例控制方法的详细实施过程和作用说明如下首先在开始探尺运行后，通过变频器读取输出的实时转矩电流和速度编码器输出的实时反馈速度值。I)在放尺阶段变频器发出指令打开电机抱闸，探尺砣作自由落体运动，探尺砣的底部在接触料面瞬间之前，变频器采用速度反馈的闭环控制模式，此时变频器产生的转矩等于平衡探尺砣的重力，形成二力平衡状态确保探尺砣按设定的速度匀速下降，如图I和图2中的I部分曲线。这个过程变频器输出的实时转矩电流(即电机的实时转矩电流)和速度编码器输出的实时反馈速度值都比较大，而且变化比较小；此时，通过变频器实时读取输出的实时转矩电流值和速度编码器输出的实时反馈速度值。2)在探尺砣初次接触料面阶段探尺砣接触料面瞬间，探尺砣底部就开始受到料面的托力，探尺砣的下降速度减少，引起电机的转速变化，该速度变化通过速度编码器即反馈到变频器上；同时随着和料面接触程度的加深，探尺砣最终会完全坐落在料面上，即料面托力等于探尺砣的重力，此时还保持速度反馈的闭环控制模式，变频器输出的实时转矩电流(即电机的实时转矩电流)就变小，如图I和图2中的II部分曲线。如图I和图2中的II部分曲线的最低点，是变频器从速度反馈的闭环控制模式切换成转矩控制模式的切换点，当切换时机不同时产生的转矩电流会不同，从而形成如图3、图4所示的二条曲线，其中图4的曲线就反映了切换转矩控制模式迟缓导致的探尺砣倒下去的现象。因此，在实际操作中可以改变转矩电流小于10%的条件，可以改变转矩切换的质量。经发明人反复细致的试验确认，在探尺砣接触料面后，当探尺砣下降的实时反馈速度值低于电机额定转速的24%和/或转矩电流小于额定转矩电流的10%时，基本可以断定探尺砣形成三力平衡，此时对变频器的逻辑功能进行切换，即脱离速度闭环控制模式进入转矩控制模式，如图I和图2中的III部分曲线。3)在探尺砣跟随料面阶段在这个阶段中，当料面出现塌料时，探尺砣会随着料面出现加速下降，根据上述判断方法，当探尺砣的下降速度大于电机额定转速的24%时，可以判断料面出现塌料(即探尺砣离开料面)，此时变频器重新切换为速度闭环控制模式，使探尺砣在大的转矩条件下放尺。同样根据上述判断方法，当实时转矩电流值又再次小于电机额定转矩电流的10%和/或探尺砣下降的实时反馈速度值又再次小于24%时，可以判断探尺砣重新接触塌料后的料面，此时变频器再从速度闭环控制模式切换成转矩控制模式。在这个阶段，就这样根据实时转矩电流值与电机额定转矩电流值的比值和/或探尺砣下降的反馈速度与电机额定转速的比值，进行比较判断，周而复始地切换变频器的控制模式，直到提起探尺，整个放尺过 程结束。在以上三个阶段，通过变频器读取的探尺砣下降实时反馈速度值和/或实时转矩电流值的变化可以独立判断，并能自由切换，从而可以保证探尺砣运行稳定，杜绝高速坠落想象的发生。本发明的不局限于上述实施例所述的具体技术方案，凡采用等同替换形成的技术方案均为本发明要求的保护范围。
权利要求
1.一种高炉探尺运行控制方法，开始探尺运行后读取变频器输出的实时转矩电流值和速度编码器输出的实时反馈速度值，其特征在于还包括以下阶段步骤 1)在高炉探尺放尺阶段 变频器采用速度闭环控制模式用于控制电机运转； 2)在探尺砣初次接触料面阶段 当所述实时转矩电流值小于电机额定转矩电流的10%或所述实时反馈速度值小于电机额定转速的24 %时，变频器将用于控制电机运转的速度闭环控制模式切换成转矩控制模式； 3)在探尺砣跟随料面移动阶段 当所述实时反馈速度值大于电机额定转速的24%时，变频器将用于控制电机运转的转矩控制模式切换成速度闭环控制模式； 当所述实时转矩电流值小于电机额定转矩电流的10%或所述实时反馈速度值小于电机额定转速的24 %时，变频器将用于控制电机运转的速度闭环控制模式切换成转矩控制模式； 如此反复切换，直到提起探尺砣结束探尺运行。
2.根据权利要求I所述高炉探尺运行控制方法，其特征在于在所述第2)阶段步骤中，当所述实时转矩电流值小于电机额定转矩电流的10%同时所述实时反馈速度值小于电机额定转速的24 %时，变频器将用于控制电机运转的速度闭环控制模式切换成转矩控制模式。
3.根据权利要求I所述高炉探尺运行控制方法，其特征在于在所述第3)阶段步骤中，当所述实时转矩电流值小于电机额定转矩电流的10%同时所述实时反馈速度值小于电机额定转速的24%时，变频器将用于控制电机运转的速度闭环控制模式切换成转矩控制模式。
全文摘要
本发明涉及一种高炉探尺运行控制方法，属于高炉探料尺技术领域。该方法包括1)放尺阶段，变频器采用速度闭环模式控制电机运转，实时读取转矩电流值和反馈速度值；2)在探尺砣初次接触料面阶段，当转矩电流值小于额定转矩电流的10％或反馈速度值小于电机额定转速的24％时，变频器切换成转矩模式；3)在探尺砣跟随料面移动阶段，当反馈速度值大于电机额定转速的24％时，变频器切换成速度闭环模式，当转矩电流值小于额定转矩电流的10％或反馈速度值小于电机额定转速的24％时，变频器切换成转矩模式，如此反复切换，直到提起探尺砣结束探尺运行。该方法可以准确及时地判断出探尺砣接触和离开料面，并及时切换变频器控制电机运转的模式，从而避免探尺砣产生高速坠落故障。
文档编号C21B7/24GK102787192SQ20111013551
公开日2012年11月21日 申请日期2011年5月20日 优先权日2011年5月20日
发明者吉明鹏, 季益龙 申请人:上海梅山钢铁股份有限公司