专利名称：高炉环行吊车同步运行的控制方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电气自动控制领域，特别是高炉环行吊车大车框架中轴线偏差纠正和大车走行同步运行的控制方法和装置。
高炉圆形出铁场要使用环行吊车，环行吊车在两个不同半径的环形轨道上运行时，必须保证内外环上的车轮中心有相同的角速度，即内外环上车轮的切线速度之比必须等于内外环的半径比，即必须保证内外车轮同步运行。但在实际使用中，由于种种原因，设计得再好的环行吊车，如果没有相应的控制系统相配合，也很难保证实现同步运行。其原因是多方面的，主要原因有a.车轮的直径尺寸不可能没有公差，即使没有公差，在使用过程中不可能不磨损，也不可能是均匀磨损。
b.内外侧的减速机的速比，也不可能与理论数据完全相同，因为只有齿轮的齿数出现小数才能满足理论速比的要求，而且，齿轮本身还有齿侧间隙。
c.电机的额定转速虽是定数，但其特性曲线也不可能完全一致。
因此必须用电气自动控制系统来保证吊车内外轨走行轮的同步运行和在运行中大车框架中轴线始终与不轨半径相重合(即无偏差运行)。
近年来，开发了一些高炉环行吊车电气控制系统，包括德国的、东欧一些国家，但是这些控制系统都只能完成这些控制任务的一部分。例如前苏联专利SU1253939给出了一种吊车同步运行设备，在走行轮上设有旋转传感器，用以比较走行轮的相对旋转运动，检测到偏差时对相关的走行机构自动进行制动。日本专利JP07061769给出了一种用V/F变频器使吊车同步运行的方法，用V/F变频器控制电机速度，手动操作吊车的机械制动器。当给上机械制动器而减速时，变频器的输出频率与运行速度同步。
本发明的目的是提供一种带有输入、输出接口的微机PLC控制装置、交流变频器VVVF控制装置、检测反馈控制装置以及遥控器、控制台、工作制选通单元、电动机及其传动机构所组成的环行吊大车同步运行和中轴线偏差自动纠正电气自动控制系统。
本发明的另一个目的是利用所述的控制装置对大车用同步运行进行控制的方法，该方法是计算走行同步误差，计算大车框架中轴线与外环轨半径之间的偏差，计算同步运行误差在各标定区段内的补正值，采用逐步逼近法进行控制。
按照本发明的高炉环行吊车大车框架中轴线偏差纠正和大车走行同步运行的电气自动控制系统，由微机PLC控制装置、交流变频器VVVF控制装置、检测控制反馈装置相互连接而成，并置的遥控器和控制台通过工作制选通单元和交流变频控制装置的入口端相接，误差显示器和微机PLC控制装置的数字输出接口相接，两台电动机分别和变频控制装置的出口端相接并通过传动机构和检测反馈装置相接。
按照本发明的电气自动控制系统，所述的微机PLC控制装置由电源、数字输入接口、数字输出接口，高速计数接口，模拟输出接口，与这些接口相连接的中央处理单元，与模拟输出接口相连接的电流电压电源转换单元所组成，所述的数字输出接口和上述误差显示器相接，所述的数字输入装置与工作制选通单元相接，高速计数接口、数字输入接口分别和检测反馈装置相接。
按照本发明的电气自动控制系统，所述的交流变频器VVVF控制装置由入口端的主令给定单元、给定分配单元、给定合成单元、两个并列的光电隔离单元以及两个作为出口端的交流变频器相串接而成。两个交流变频器分别和两台电机相接，两个交流变频器还和微机控制装置的数字输出接口相接，给定合成单元则和微机控制装置的另一个输出端电流电压转换单元相接。
按照本发明的电气自动控制系统，其特征在于所述的由两套大车内外走行轮的位置、速度检测装置的鉴相单元、脉冲发生器、大车框架中轴线与环轨半径相重合状况的偏差检测装置的鉴相单元和脉冲发生器以及标定单元所组成，鉴相单元和标定单元均和微机PLC控制装置输入接口相接。
按照本发明，环行吊车大车内外走行轮电动机的主驱动电气装置是交流变频装置，两套带电气制动单元PWM控制的交流变频器VVVF的输出电压和频率受模拟量给定信号的控制。调速给定电压信号由主令给定单元发出后，经给定分配单元分成两路，一路经光电隔离单元直接控制内轨走行交流变频器，另一路送给定合成单元，与由微机模拟输出接口输出的同步运行和中轴线纠偏的控制信号经电流/电压转换单元的调节信号合成，经光电隔离后控制外轨走行交流变频器。大车走行的同步调节和中轴线纠偏调节控制以内轨走行为基准，对外轨进行自动调节，当走行给定电压为V1(对应大车走行速度v1)时，内轨走行交流变频器的给定电压V1，外轨走行交流变频器的给定电压为V1±ΔV1，其中±ΔV1为调节量。
±ΔV1调节量是由微机控制装置发出的。微机PLC高速计数接口接收来自安装在内外轨走行从动轮上的两个增量型脉冲发生器经鉴相单元鉴相后的脉冲信号，即位移、速度检测装置的信号，经同步运行误差计算和自动调节计算，输出调节信号±ΔV1，对内外轨进行同步调节控制，当环行吊车运行经过大车框架中轴线与环行半径间的偏差检测装置时，偏差检测装置的脉冲信号通过数字输入接口输入微机(PLC)，与位移及速度检测装置的脉冲信号比较，中轴线偏差计算和自动调节计算，输出调节信号±ΔV1对吊车进行大车中轴线纠偏调节控制，同步运行调节是以大车中轴线允许偏差为基础进行调节控制的，而中轴线偏差检测和纠偏调节是每隔15°圆心角进行一次，故中轴线的纠偏调节优先于同步运行调节；纠偏调节时，同步运行调节被屏蔽，纠偏调节完成后，同步运行调节在此基础上进行计算和控制。
为了实现上述控制过程，除了上述控制系统外，本发明还提供一套用于保证环行吊车大车走行同步运行和大车框架中轴线偏差纠正的控制运行的同步运行误差计算模型，大车框架中轴线与环轨半径间的偏差计算模型，内外环轨各标定区段轨迹模型和自动调节控制软件。
按照本发明的电气自动控制系统的控制方法，同步运行调节以大车中轴线允许偏差为基础计算走行的同步误差来进行调节控制，大车框架中轴线与外环轨半径间的偏差调节以内轨中轴线为基准进行控制，利用大车走行位移、速度检测装置和大车框架中轴线偏差检测装置将内外环轨每隔15°圆心角分割开来，共形成24对标定区段的特点，建立一个检测内外环轨在各标定区段内C＝R外/R内的误差平均值ΔC，作为同步运行误差计算模型在各标定区段的补正值，以限幅值内的比例积分PI计算，最大调整量与最大给定量很小和微小等分的逐步逼近法进行自动调节控制。
按照本发明的电气自动控制系统的控制方法，所述的计算走行同步误差的数学模型为
ΔL1＝Kmc(N外-N内C)mm式中，Kmc为脉冲当量＝πD/1024mm/脉冲，D为内外走行轮直径，C为比值常数＝R外/R内，R内，R外为内、外环轨半径，N内，N外为内、外走行轮走行的脉冲数。
按照本发明的控制方法，所述的大车框架中轴线与外环轨半径之间的偏差是用下述模型计算的ΔL2＝Kmc·ΔNmm式中，Kmc为脉冲当量＝πD/1024mm/脉冲，D为内外走行轮直径，mmΔN为外轨侧偏差的正、负脉冲数。
按照本发明的控制方法，外轨侧偏差的正负脉冲数ΔN是按下述方法确定的通过微机PLC对大车框架中轴线与环轨半径之间偏差检测装置的脉冲信号和走行轮位移、速度检测装置的脉冲信号进行计算来确定，取E和E’两个上升沿脉冲信号进行比较，当吊车经过偏差检测装置的检测标定器时，微机通过数字输入接口DI首先接收到E上升沿脉冲信号时，设置在微机CPU内的中轴线偏差计数寄存器就开始记取外轨位移、速度检测装置脉冲发生器的脉冲信号，直到微机PLC的数字输入接口DI接收到E’上升沿脉冲信号时止，计数寄存器所记录的脉冲量即是ΔN值，这时的ΔN为负值，当微机PLC的数字输入接口DI首先接收到E’脉冲信号，计数寄存器开始计数，直到收到E上升沿脉冲信号时止，这时所记录的脉冲量ΔN为正值。
按照本发明的控制方法，所述的误差平均值ΔC的计算公式为
ΔCn＝C-N外n/N内n式中，n＝1，2，……，24为标定区段号，C为比值常数＝R外/R内，R内，R外为内、外环轨半径，mmN内n、N外n为各标定区段内外走行轮走行的脉冲数。
按照本发明的控制方法所述的自动调节控制过程为1)根据操作要求给定运行速度v。
2)将给定的运行速度分成两路一路直接经比例放大器按放大系数K放大后控制内轨电动机M内，另一路经加法器迭加补偿值Δv后再经比例放大系数K放大后控制外轨电机M外，3)检测内轨电动机走行速度v内、外轨电动机走行速度v外和中轴线偏差ΔL，4)将内轨电动机走行速度乘以比值系数C＝R外/R内后与外轨电动机走行速度v外，中线偏差ΔL进行比较后得出补偿值Δv，将此Δv迭加到给定速度v上，用于控制外轨电动机M外，实现内外走行机构的同步运行。
采用本发明的高炉环行吊车大车框架中轴线偏差纠正和大车走行同步运行控制装置和控制方法，能够方便地实现大车走行同步运行控制和中轴线偏差纠正自动控制，解决了环行吊车大车内外走行轮同步运行和走行轮啃轨掉轨问题，保证了环行吊车的安全可靠运行。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明的电气自动控制装置框图。
图2为速度自动调节过程框图。
如图1所示，本发明的电气自动控制装置由用虚线划出的微机PLC控制装置A，交流变频器VVVF控制装置B、检测控制反馈装置C相互连接而成，并置的遥控器(1)和控制台(2)通过工作制选通单元(3)和交流变频控制装置的入口端相接，误差显示器(10)和微机控制装置A的数字输出接口相接，电动机M内、M外分别和变频控制装置B的出口端VVVF相接，并通过传动机构G内、G外和检测控制反馈装置C的脉冲发生器相接。
如图1所示，微机PLC控制装置A由电源UPS，数字输入接口DI，数字辅出接口DO，高速计数接口Hi-sp，模拟输出接口AO，分别与上述接口和电源相连接的中央处理单元CPU，和模拟输出接口AO相连接的电流/电压转换单元I/V所组成，其数字输出接口DO与误差显示器(10)相接，其数字输入接口DI与工作制选通单元(3)相接，高速计数接口Hi-sp、数字输出接口DO分别和检测反馈装置相接。
如图1所示，交流变频器VVVF控制装置B由入口端的主令给定单元(4)、给定分配单元(5)、给定合成单元(6)、光电隔离单元(7)、交流变频器VVVF外串接而成，给定分配单元(5)还和光电隔离单元(8)、交流变频器VVVF内相串接，电源P分别和两个交流变频器相连接，交流变频器VVVF外、VVVF内作为出口端分别和电机M外、M内相连接，这两个交流变频器还和微机控制装置的数字输出接口相连接，合成单元(6)与微机控制装置的电流电压转换单元相接。
如图1所示，所述的检测反馈装置C由并联的大车内外走行轮的位置、速度检测装置的鉴相单元J1和脉冲发生器M1、大车框架中轴线与环轨半径相重合状况的偏差检测装置的鉴相单元J2和脉冲发生器M2以及标定单元S所组成，鉴相器和标定单元分别和微机PLC控制装置的数字输入端相连接。按照本发明，脉冲发生器可采用1024P/R增量型脉冲发生器。
采用如图1所示的控制装置的控制过程是，环行吊车大车内外走行轮电动机的主驱动电气装置是交流变频器VVVF外，VVVF内的输出电压和频率受模拟量给定信号控制。调速给定电压信号由主令给定单元(4)发出后，经给定分配单元(5)分成两路，一路经光电隔离单元(8)直接控制内轨走行交流变频器VVVF内，一路送给定合成单元(6)，与微机模拟输出接口AO经电流电压转换单元I/V的调节信号合成，经光电隔离单元(7)后控制外轨走行交流变频器VVVF外。大车走行的同步调节和中轴线纠偏调节控制以内轨走行为基准，对外轨进行自动调节，当走行给定电压为V1(对应大车走行速度v1)时，内轨走行交流变频器VVVF内的给定电压为V1，外轨走行的交流变频器VVVF外的给定电压为V1±ΔV1，其中±ΔV1为调节量。
±ΔV1调节量是由微机PLC控制装置发出的，微机PLC高速计数接口Hi-sp接收来自安装在内外轨走行从动轮上的两个1024P/R增量型脉冲发生器发出的经鉴相器单元J鉴相后的脉冲信号(即位移、速度检测装置的信号)，经同步运行误差计算和自动调节计算，输出调节信号±ΔV1，对内外轨进行同步调节控制。
如图2所示，其自动调节控制过程为1)根据操作需要给定运行速度v，2)将给定的运行速度分为两路一路直接经比例放大按放大系数K放大后控制内轨电动机M内，另一路经加法器迭加补偿值Δv后再经比例放大器按放大系数K放大后控制外轨电动机M外，3)检测内轨电动机走行速度v内，外轨电动机走行速度v外和中轴线偏差ΔL，4)将内轨电动机走行速度v内乘以比值系数C＝R外/R内后，与外轨电动机走行速度v外，中轴线偏差ΔL进行比较后得补偿值Δv，将此如迭加到给定速度v上，用于控制外轨电动机M外。以实现内外走行机构的同步运行。
本发明的电气自动控制系统和方法在某钢铁公司炼铁厂圆形出铁场环行吊车上的使用效果良好，可以很方便地实现大车走行同步运行控制和中轴线偏差纠正自动控制，解决了环行吊车大车内外走行轮同步运行和走行轮啃轨问题，保证了环行吊车的安全可靠运行。
权利要求
1.一种高炉环行吊车大车同步运行和中轴线偏差自动纠正的电气自动控制系统，其特征在于此系统由带有输入、输出接口和电源的微机PLC控制装置A、交流变频器VVVF控制装置B、检测控制反馈装置C相互连接而成，并置的遥控器(1)和控制台(2)通过工作制选通单元(3)和交流变频控制装置的入口端相接，误差显示器(10)和微机控制装置的数字输出接口相接，电动机M内、M外分别和交流变频控制装置B的出口端相接，并通过传动机构G内、G外和检测控制反馈装置C相接。
2.根据权利要求1的电气自动控制系统，其特征在于所述的微机PLC控制装置A由电源UPS，数字输入接口DI，数字输出接口DO，高速计数接口Hi-sp，模拟输出接口AO，分别与上述接口相连接的中央处理单元CPU，与模拟输出接口AO相连接的电流/电压转换单元I/V所组成，其数字输出接口DO与误差显示器(10)相接，其数字输入接口DI与工作制选通单元(3)相接，高速计数接口Hi-sp、数字输入、输出接口DI、DO分别与检测反馈装置相接。
3.根据权利要求1的电气自动控制系统，其特征在于所述的交流变频器VVVF控制装置B由入口端的主令给定单元(4)、给定分配单元(5)、给定合成单元(6)、光电隔离单元(7)、交流变频器VVVF外串接而成，给定分配单元(5)还和光电隔离单元(8)、交流变频器VVVF内相串接，上述交流变频器还与微机PLC控制装置的数字输出接口相接，给定合成单元(6)则和微机控制装置的电流电压转换单元I/V相接。
4.根据权利要求1的电气自动控制系统，其特征在于所述的检测反馈装置C由并联的大车内外走行轮的位置、速度检测装置的鉴相单元J1和脉冲发生器M1，大车框架中轴线与环轨半径相重合状况的偏差检测装置的鉴相单元J2和脉冲发生器M2以及标定单元S所组成，鉴相单元和标定单元分别和微机控制装置A的数字输入和高速计数接口相连接。
5.一种利用权利要求1所述的电气自动控制系统的控制方法，其特征在于同步运行调节以大车中轴线允许偏差为基础计算走行的同步误差进行调节控制，大车框架中轴线与外环轨半径间的偏差调节以内轨中轴线为基准进行控制，利用大车走行位移、速度检测装置和大车框架中轴线偏差检测输入到微机的反馈信号以及偏差检测装置将内外环轨每15°圆心角分割开来，共形成24对标定区段的特点，建立一个检测内外环轨在各标定区内C＝R外/R内的误差平均值ΔC，作为同步运行误差计算模型在各标定区段的补正值，以限幅值内的比例积分PI计算，最大调整量与最大给定量很小和微小等分的逐步逼近法对内外轨电机进行自动调节，中轴线的纠偏调节优先于同步运行调节。
6.根据权利要求5所述的的控制方法，其特征在于计算走行同步误差的数学模型为ΔL1＝Kmc(N外-N内C)mm式中，Kmc为脉冲当量＝πD/1024mm/脉冲，D为内外走行轮直径，C为比值常数＝R外/R内，R内，R外为内、外环轨半径，N内，N外为内、外走行轮走行的脉冲数。
7.根据权利要求5的控制方法，其特征在于所述的大车框架中轴线与外环轨半径之间的偏差是用下述模型计算的ΔL2＝Kmc·ΔNmm式中，Kmc为脉冲当量＝πD/1024mm/脉冲，D为内外走行轮直径，mmΔN为外轨侧偏差的正、负脉冲数。
8.根据权利要求5或7的控制方法，其特征在于所述的外轨侧偏差的正、负脉冲数ΔN是按下述方法确定的通过微机PLC对大车框架中轴线与环轨半径之间偏差检测装置的脉冲信号和走行轮位移、速度检测装置的脉冲信号进行计算来确定，取E和E’两个 上升沿脉冲信号进行比较，当吊车经过偏差检测装置的检测标定器时，微机通过数字输入接口DI首先接收到E上升沿脉冲信号时，设置在微机CPU内的中轴线偏差计数寄存器就开始记取外轨位移、速度检测装置脉冲发生器的脉冲信号，直到微机PLC的数字输入接口DI接收到E’上升沿脉冲信号时止，计数寄存器所记录的脉冲量即是ΔN值，这时ΔN为负值，当微机PLC的数字输入接口DI首先接收到E’脉冲信号，计数寄存器开始计数，到收到E脉冲信号时止，寄存器所记录的脉冲量ΔN为正值。
9.根据权利要求5的控制方法，其特征在于所述的误差平均值ΔC的计算公式为ΔCn＝C-N外n/N内n式中，n＝1，2，……，24为标定区段号，N内n、N外n为各标定区段内外走行轮走行的脉冲数。C为比值常数＝R外/R内，R内，R外为内、外环轨半径，mm。
10.根据权利要求5的控制方法，其特征在于所述的自动调节过程为1)根据操作要求给定运行速度v，2)将给定的运行速度分成两路一路直接经比例放大器按放大系数K放大后控制内轨电动机M内，另一路经加法器迭加补偿值Δv后再经比例放大系数K放大后控制外轨电机M外，3)检测内轨电动机走行速度v内、外轨电动机走行速度v外和中线偏差ΔL，4)将内轨电动机走行速度乘以比值系数C＝R外/R内后与外轨电动机走行速度v外，中轴线偏差ΔL进行比较后得出补偿值Δv，将此Δv迭加到给定速度v上，用于控制外轨电动机M外。
全文摘要
本发明提供一种高炉环行吊车大车同步运行和中轴线偏差自动纠正的电气自动控制系统，由带有输入、输出接口和电源的微机PLC控制装置A、交流变频器VVVF控制装置B、检测控制反馈装置C以及遥控器(1)、控制台(2)、工作制选通单元(3)、电动机及其传动机构所组成，所采用的控制方法包括计算走行同步误差、计算大车框架中轴线与外轨半径之间的偏差，计算同步误差的补正值，进行自动调节控制，达到大车同步运行的目的。
文档编号B66C13/22GK1156686SQ9611509
公开日1997年8月13日 申请日期1996年2月9日 优先权日1996年2月9日
发明者梁天生, 赵永静, 吴明亮, 刘伟, 刘克钧, 尚尔林, 南三淑, 黄升觉, 雷德刚 申请人:鞍山钢铁公司