一种提高转炉氧枪安全运行的控制系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种提高转炉氧枪安全运行的控制系统及方法，该系统包括转炉氧枪控制PLC，氧枪升降高度编码器，氧枪升降电机以及增量型编码器和7个接近开关。氧枪控制PLC实时采集接近开关的信号，接近开关的分布安装的位置为：氧枪上极限位，氧枪上工作位，氧枪上升减速位1，氧枪上升减速位2和氧枪下降减速位，氧枪下工作位，氧枪下极限位。通过获取的接近开关信号和编码器值的信号可以精确的来限制运行速度，通过上工作位点和下工作位的点实时校正转炉氧枪升降高度的数值，利用变频器获取的氧枪升降电机速度增量型编码器值来检验氧枪升降绝对值编码器，从而提高转炉氧枪运行的安全性，防止因转炉氧枪升降编码器计算位置偏差而导致氧枪的失控。
【专利说明】
一种提高转炉氧枪安全运行的控制系统及方法
技术领域
[0001]本发明属于转炉炼钢主要设备氧枪高度检测和速度控制技术领域，涉及一种提高转炉氧枪安全运行的控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]在传统的转炉氧枪控制系统中，转炉氧枪高度通常是由PLC根据安装在卷筒后面的I个或者2个绝对值型编码器数值计算出来，并且辅助以凸轮开关(主令开关)对氧枪的位置进行定位，或者在上下极限位采用接近开关作为紧停保护。这种简单的组合控制方式存在以下缺陷:
[0003]1、在使用主令控制器时，其产品特性所决定该控制精度不可能很高。主令控制器发出的信号通常检测为一个区间范围，在此区间内主令控制器就发讯，而非一个短的脉冲信号，因此在检测位置存在较大的偏差。另外主令控制在运行时间久以后会发生松动，给信号的检测点来偏差，并且校正比较麻烦，给实际的运行维护带来了大量的工作。
[0004]2、由于转炉氧枪的升降编码器在旋转过程中会出现跑偏现象，特别是在干扰的情况下，由于氧枪运行的速度跟氧枪编码器值计算出来的高度值存在着很多的连锁关系，当氧枪编码器的值在异常情况下，会氧枪的正常运行带来极大的威胁。
[0005]3、由于氧枪升降的位置检测对转炉炼钢的工艺和安全起着至关重要的作用，因此现在有使用双绝对值型编码器来判别氧枪的位置，在一定程度上比单绝对值型编码器来判断氧枪的位置更加可靠，但这种方式比使用已有的氧枪速度检测的增量型编码器通过程序处理作为氧枪高度判断具有投资更高，并且此编码器同时都是通过现场总线挂在PLC系统中，如果网络发生故障时候，可能会导致两个编码器的值都出现问题，从而导致氧枪高度计算发生大的偏差，给氧枪的正常运行带来不利的影响。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种提高转炉氧枪安全运行的控制系统及方法，采用7个接近开关作为转炉氧枪运行安全检测手段，在传统上下极限位和上工作位检测基础上增加了氧枪上减速位I，上减速位2，以及下限速位和下工作位的检测；同时使用氧枪速度增量型编码器的计算值对氧枪高度绝对值型编码器的一种判别方式，采用氧枪上减速位I和上减速位2两个接近开关对氧枪运行的速度进行强制限幅，在氧枪微速提升的过程中采用了计时的方式对氧枪上升进行了保护，避免了氧枪在检测出现问题的时候发生氧枪冲顶事故。另外通过检测氧枪控制PLC采集到的氧枪上工作位(氧枪换枪高度)和氧枪下工作位信号，来对氧枪高度计算实时进行修正，提高了氧枪位置计算的精确性。
[0007]为达到上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0008]—种提高转炉氧枪安全运行的控制系统，该系统包括转炉氧枪控制PLC、转炉氧枪升降高度编码器、氧枪升降变频器、氧枪升降电机以及测量升降电机速度的转炉氧枪升降速度编码器和7个氧枪升降接近开关；
[0009]所述氧枪升降接近开关安装在氧枪小车运行的轨道上面，从上到下分布在氧枪上极限位、氧枪上工作位(氧枪换枪高度)、氧枪上减速位1、氧枪上减速位2、氧枪下减速位、氧枪下工作位以及氧枪下极限位;上述接近开关通过硬接线的方式直接接入到转炉氧枪控制PLC系统，PLC系统通过检测这些接近开关信号可以比较精确的检测到氧枪运行在某个点的位置高度；
[0010]所述转炉氧枪升降速度编码器采用单圈的增量型编码器，通过硬接线的方式接入到氧枪升降变频器中，供变频器做氧枪速度闭环使用，并且变频器采集到的增量型编码器值能够通过通信网络实时传送给氧枪控制PLC;所述转炉氧枪升降高度编码器采用多圈的绝对值型编码器，利用通信网络接入到氧枪控制PLC系统中，通过网络实时采集编码器码值。
[0011]进一步，所述氧枪上极限位和下极限位接近开关采用可以输出双信号的接近开关，一路采用硬接线方式直接接入到氧枪变频器控制柜，另外一路通过接入到氧枪PLC控制回路;当极限位信号被触发时，采用硬件紧停方式(断主回路电源和抱闸)和PLC程序控制共同来强制氧枪停止运行；当通过氧枪编码器检测距离超过上极限位高度或者低于下极限位高度时，氧枪也将停止运行，以报警提示转人工操作，从而提高了运行可靠性，避免了氧枪冲顶而拉断钢丝从而导致氧枪坠落的危险。
[0012]本发明还提供了一种提高转炉氧枪安全运行的控制方法，该方法包括以下步骤:
[0013]S1:转炉氧枪PLC通过转换程序将实时采集到的编码值转换为转炉氧枪高度值，对于氧枪增量型编码器采集到的数据转换为氧枪高度值为H1，其中H1 = HWX △ δ，Ηο为氧枪开始运行时，氧枪高度值，A δ为氧枪运行时增量型编码器码值改变计算出来的氧枪高度改变值;采用绝对型编码器计算出来的氧枪高度值为H2;
[0014]S2:通过米集计算得到的Hi和Η2实时检测氧枪运彳丁的状态，当I Ηι_Η2 I < ε时，表不氧枪计算的高度值正常，氧枪正常可以运行；当I H1-H21 > ε时，表示氧枪高度计算存在误差过大，氧枪只能转换到手动操作并报警；ε为氧枪高度偏差阈值，设置为100mm;同时通过检测氧枪控制PLC采集到的氧枪上工作位(氧枪换枪高度)和氧枪下工作位信号，来对氧枪高度计算实时进行修正，提高了氧枪位置计算的精确性;并且通过实时采集氧枪上、下减速位的接近开关信号，当在氧枪上升过程中检测到上减速接近开关或者在氧枪下降时检测到下减速接近开关信号，来限定氧枪运行的速度，将氧枪的运行速度强制降为低速，从而提高了氧枪运行的可靠性。
[0015]进一步，在本方法中，氧枪向上运行设置了两个上减速位，即氧枪上减速位I和氧枪上减速位2;当氧枪向上运行时候，当检测到上减速位2的接近开关信号或者氧枪通过编码器检测到的位置与氧枪上工作位的距离差为2000mm时，强制将氧枪速度将为低速运行，低速运行速度定为1Hz;当氧枪检测到上减速位I的接近开关信号或者氧枪通过编码器检测到的位置与氧枪上工作位的距离差为200mm时，氧枪速度将强制转为微速运行，微速运行速度定为3Hz ;并且以强制为微速运行开始计时，当氧枪以微速向上运行时，计时时间超过1s(可调整)而未检测到氧枪上工作位信号时，氧枪停止运行，报警并转人工微速操作。
[0016]本发明的有益效果在于:1、替换以前主令控制器作为氧枪运行和校正器件，从而减少了主令控制器的维护工作量。2、只增加4个接近开关作为转炉氧枪安全控制的一种辅助手段，提高了转炉氧枪运行的安全性。3、在不增加额外的投资情况下，使用氧枪速度增量型编码器的计算值对氧枪高度绝对值型编码器进行判别，为氧枪的运行提供多一层的保护。4、在检测到氧枪上工作或下工作位接近开关信号，和氧枪升降编码器计算出来的氧枪高度值与上下工作位标定高度值的偏差在范围之内时，程序将自动对倾动角度进行校正；当检测到氧枪上工作或下工作位接近开关信号，和氧枪升降编码器计算出来的氧枪高度值与上下工作位标定高度值的偏差不在范围之内时，将会在HMI上面提示，并且转向HMI上面的编码器校正按钮进行氧枪高度校正。
【附图说明】
[0017]为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明:
[0018]图1为本发明的转炉氧枪控制系统示意图；
[0019]图2为氧枪位置校正控制流程图；
[0020]其中:Hl为氧枪高度绝对值型编码器值计算出氧枪高度值，H2为氧枪速度增量型编码器值计算出氧枪高度值，ε为氧枪高度偏差阈值；
[0021 ]图3为氧枪上升到换枪位的控制流程图；
[0022]其中:Hpv为氧枪实时绝对高度值,He3p为换枪位绝对标高(相对O米平面)J1为氧枪实际高度与设定高度降为低速的阈值，如为氧枪实际高度与设定高度差降速微速的阈值，如为氧枪实际高度与设定高度差的停止运行阈值，Hsi为上减速点I的绝对标高，Hs2为上减速点2的绝对标尚；
[0023]图4为氧枪下降到下工作位的控制流程图；
[0024]其中:Hpv为氧枪实时绝对高度值，Hwp为氧枪下工作位绝对标高(相对O米平面)J1为氧枪实际高度与设定高度降为低速的阈值，&为氧枪实际高度与设定高度差降速微速的阈值，δ3为氧枪实际高度与设定高度差的停止运行阈值，Hs3为下减速位的的绝对标高，Hs4为下工作位的绝对标高；
[0025]图5为氧枪接近开关安装示意图；
[0026]其中:I为氧枪上极限位，2为氧枪上工作位，3为氧枪上升减速位I，4为氧枪上升减速位2，5为氧枪下降减速位，6为氧枪下工作位，7为氧枪下极限位。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0028]图1为本发明的转炉氧枪控制系统示意图，如图所示，本发明提供的一种提高转炉氧枪安全运行的控制系统包括:转炉氧枪控制PLC、转炉氧枪升降高度编码器、氧枪升降变频器、氧枪升降电机以及测量升降电机速度的转炉氧枪升降速度编码器和7个氧枪升降接近开关；
[0029]所述氧枪升降接近开关安装在氧枪小车运行的轨道上面，从上到下分布在氧枪上极限位、氧枪上工作位(氧枪换枪高度)、氧枪上减速位1、氧枪上减速位2、氧枪下减速位、氧枪下工作位以及氧枪下极限位;上述接近开关通过硬接线的方式直接接入到转炉氧枪控制PLC系统，PLC系统通过检测这些接近开关信号可以比较精确的检测到氧枪运行在某个点的位置高度;所述转炉氧枪升降速度编码器采用单圈的增量型编码器，通过硬接线的方式接入到氧枪升降变频器中，供变频器做氧枪速度闭环使用，并且变频器采集到的增量型编码器值能够通过通信网络实时传送给氧枪控制PLC;所述转炉氧枪升降高度编码器采用多圈的绝对值型编码器，利用通信网络接入到氧枪控制PLC系统中，通过网络实时采集编码器码值。图5为氧枪接近开关安装示意图。
[0030]其中，所述氧枪上极限位和下极限位接近开关采用可以输出双信号的接近开关，一路采用硬接线方式直接接入到氧枪变频器控制柜，另外一路通过接入到氧枪PLC控制回路；当极限位信号被触发时，采用硬件紧停方式(断主回路电源和抱闸)和PLC程序控制共同来强制氧枪停止运行；当通过氧枪编码器检测距离超过上极限位高度或者低于下极限位高度时，氧枪也将停止运行，以报警提示转人工操作，从而提高了运行可靠性，避免了氧枪冲顶而拉断钢丝从而导致氧枪坠落的危险。
[0031 ]如图2、图3、图4所示，本发明提供的一种提高转炉氧枪安全运行的控制方法，该方法包括以下步骤:
[0032]S1:转炉氧枪PLC通过转换程序将实时采集到的编码值转换为转炉氧枪高度值，对于氧枪增量型编码器采集到的数据转换为氧枪高度值为H1，其中H1 = HWX △ δ，Ηο为氧枪开始运行时，氧枪高度值，A δ为氧枪运行时增量型编码器码值改变计算出来的氧枪高度改变值;采用绝对型编码器计算出来的氧枪高度值为H2;
[0033]S2:通过采集计算得到的出和出实时检测氧枪运行的状态，当I H1-H21分时，表示氧枪计算的高度值正常，氧枪正常可以运行；当I H1-H21 > ε时，表示氧枪高度计算存在误差过大，氧枪只能转换到手动操作并报警；ε为氧枪高度偏差阈值，设置为100mm;同时通过检测氧枪控制PLC采集到的氧枪上工作位(氧枪换枪高度)和氧枪下工作位信号，来对氧枪高度计算实时进行修正，提高了氧枪位置计算的精确性;并且通过实时采集氧枪上、下减速位的接近开关信号，当在氧枪上升过程中检测到上减速接近开关或者在氧枪下降时检测到下减速接近开关信号，来限定氧枪运行的速度，将氧枪的运行速度强制降为低速，从而提高了氧枪运行的可靠性。
[0034]在本方法中，氧枪向上运行设置了两个上减速位，即氧枪上减速位I和氧枪上减速位2;当氧枪向上运行时候，当检测到上减速位2的接近开关信号或者氧枪通过编码器检测到的位置与氧枪上工作位的距离差为2000mm时，强制将氧枪速度将为低速运行，低速运行速度定为1Hz;当氧枪检测到上减速位I的接近开关信号或者氧枪通过编码器检测到的位置与氧枪上工作位的距离差为200mm时，氧枪速度将强制转为微速运行，微速运行速度定为3Hz;并且以强制为微速运行开始计时，当氧枪以微速向上运行时，计时时间超过1s(可调整)而未检测到氧枪上工作位信号时，氧枪停止运行，报警并转人工微速操作。
[0035]最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1.一种提高转炉氧枪安全运行的控制系统，其特征在于:该系统包括转炉氧枪控制PLC、转炉氧枪升降高度编码器、氧枪升降变频器、氧枪升降电机以及测量升降电机速度的转炉氧枪升降速度编码器和7个氧枪升降接近开关； 所述氧枪升降接近开关安装在氧枪小车运行的轨道上面，从上到下分布在氧枪上极限位、氧枪上工作位(氧枪换枪高度)、氧枪上减速位1、氧枪上减速位2、氧枪下减速位、氧枪下工作位以及氧枪下极限位;上述接近开关通过硬接线的方式直接接入到转炉氧枪控制PLC系统，PLC系统通过检测这些接近开关信号可以比较精确的检测到氧枪运行在某个点的位置高度； 所述转炉氧枪升降速度编码器采用单圈的增量型编码器，通过硬接线的方式接入到氧枪升降变频器中，供变频器做氧枪速度闭环使用，并且变频器采集到的增量型编码器值能够通过通信网络实时传送给氧枪控制PLC;所述转炉氧枪升降高度编码器采用多圈的绝对值型编码器，利用通信网络接入到氧枪控制PLC系统中，通过网络实时采集编码器码值。2.根据权利要求1所述的一种提高转炉氧枪安全运行的控制系统，其特征在于:所述氧枪上极限位和下极限位接近开关采用可以输出双信号的接近开关，一路采用硬接线方式直接接入到氧枪变频器控制柜，另外一路通过接入到氧枪PLC控制回路；当极限位信号被触发时，采用硬件紧停方式(断主回路电源和抱闸)和PLC程序控制共同来强制氧枪停止运行；当通过氧枪编码器检测距离超过上极限位高度或者低于下极限位高度时，氧枪也将停止运行，以报警提示转人工操作。3.利用权利要求1或2所述系统提高转炉氧枪安全运行的控制方法，其特征在于:该方法包括以下步骤: S1:转炉氧枪PLC通过转换程序将实时采集到的编码值转换为转炉氧枪高度值，对于氧枪增量型编码器采集到的数据转换为氧枪高度值为^，其中H1 = HWX △ δ，Ηο为氧枪开始运行时，氧枪高度值，Δ δ为氧枪运行时增量型编码器码值改变计算出来的氧枪高度改变值；采用绝对型编码器计算出来的氧枪高度值为H2; S2:通过采集计算得到的HjPH2实时检测氧枪运行的状态，当IH1-H2^e时，表示氧枪计算的高度值正常，氧枪正常可以运行；当I H1-H21 > ε时，表示氧枪高度计算存在误差过大，氧枪只能转换到手动操作并报警;ε为氧枪高度偏差阈值，设置为10mm;同时通过检测氧枪控制PLC采集到的氧枪上工作位(氧枪换枪高度)和氧枪下工作位信号，来对氧枪高度计算实时进行修正，提高了氧枪位置计算的精确性;并且通过实时采集氧枪上、下减速位的接近开关信号，当在氧枪上升过程中检测到上减速接近开关或者在氧枪下降时检测到下减速接近开关信号，来限定氧枪运行的速度，将氧枪的运行速度强制降为低速，从而提高了氧枪运行的可靠性。4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于:在本方法中，氧枪向上运行设置了两个上减速位，即氧枪上减速位I和氧枪上减速位2;当氧枪向上运行时候，当检测到上减速位2的接近开关信号或者氧枪通过编码器检测到的位置与氧枪上工作位的距离差为2000mm时，强制将氧枪速度将为低速运行，低速运行速度定为1Hz ;当氧枪检测到上减速位I的接近开关信号或者氧枪通过编码器检测到的位置与氧枪上工作位的距离差为200mm时，氧枪速度将强制转为微速运行，微速运行速度定为3Hz;并且以强制为微速运行开始计时，当氧枪以微速向上运行时，计时时间超过1s(可调整)而未检测到氧枪上工作位信号时，氧枪停止运行，报警并转人工微速操作。
【文档编号】C21C5/46GK105907918SQ201610524624
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年7月5日
【发明人】汪利峰, 唐继刚
【申请人】中冶赛迪电气技术有限公司