专利名称：一种基于力矩检测的料面探测控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型应用于高温固体料面的探测领域，特别是一种针对于高炉料内料面检测的控制系统。
背景技术：
由于高炉内部是一个高温、高压和高粉尘气体的恶劣工作环境，采用雷达或超声波检测固体料面都不是十分稳定，现在高炉中常采用机械式的物料探测装置，它一般由重锤探尺、铁链、卷扬机以及电气控制柜组成，通过测量重锤探尺的位置实时得到固体料面的位置，在应用中要求重锤探尺能够精确跟随料面的位置。现有的重锤料位计常通过测量支架的支撑力得到重锤探尺在炉中的料面支持力，并反馈给卷扬机驱动系统来实现重锤探尺的上升及下降，控制系统结构复杂且重锤探尺位置控制不精确。
实用新型内容本实用新型解决的技术问题是克服现有重锤探尺在高炉料面位置测量中控制系统结构复杂、控制精度不高等不足，提供一种基于力矩检测的料面探测控制装置，能够稳定、可靠地控制卷扬机以及附属设备，实现重锤探尺的准确测量，并减少控制环节，提高了系统的安全性。本实用新型的具体技术解决方案如下一种基于力矩检测的料面探测控制装置，由驱动卷扬机电机的直流调速器和控制器组成，其中卷扬机带动链条下方的重锤探尺垂直运动，卷扬机上设置有抱闸，卷扬机电机设置有旋转编码器，其中控制器包括起动停车模块、恒速驱动模块、自动跟踪驱动模块和切换模块；其中停车模块包括抱闸开关单元，通过控制抱闸的开启和闭合实现卷扬机的起停；恒速驱动模块包括速度设定单元和旋转编码器反馈单元，直流调速器根据速度设定单元设定的速度值驱动卷扬机电机转动，并根据旋转编码器反馈单元的反馈值进行恒速校正；自动跟踪驱动模块包括力矩设定单元和力矩比较单元,力矩比较单元比较实际力矩值和设定力矩值，并实时调节直流调速器输出力矩使实际力矩值和设定力矩值相等；切换模块包括力矩设定单元、力矩比较单元和延时单元，力矩比较单元比较实际力矩值和设定力矩值，经过延时器延时后驱动直流调速器在恒速驱动方式和自动跟踪驱动方式之间切换。上述基于力矩检测的料面探测控制装置中延时驱动单元为延时继电器。上述基于力矩检测的料面探测控制装置中实际力矩值为卷扬机电机为克服重锤探尺、链条和料面浮力作用所产生的力矩。本实用新型具有以下的有益效果I、本实用新型实时测量卷扬机电机的驱动力矩，并其反馈至控制器，通过比较实际驱动力矩和设定力矩的差值，驱动重锤探尺的上下移动，实现高精度的位置控制。2、本实用新型卷扬机电机的实际驱动力矩为重锤探尺、链条和料面浮力联合作用所产生的力矩，考虑因素全面，确保了高精度的位置控制。[0011]3、本实用新型的切换模块包括力矩设定单元、力矩比较单元和延时单元，避免了恒速驱动方式开启时，抱闸打开瞬间引起的电机力矩突变而导致的恒速驱动方式向自动跟踪驱动方式的误切换，提高了测量的可靠性。4、本实用新型控制器的操作方式包括计算机自动方式和操作箱按钮手动方式，方便了现场操控。5、本实用新型的重锤探尺在下放过程中采用恒速驱动的工作方式，能够有效地避免因抱闸装置打开不完全或传动润滑不够而导致的下放困难的情况；在上升过程中采用恒速驱动的工作方式，当重锤降至最低限位时，强制将重锤提升，以免温度过高将重锤熔化，提高了系统的可靠性。
图I是本实用新型重锤探尺测量的基本工作原理；图2是本实用新型料面探测控制装置的组成示意图；图3是采用ABB公司的DCS800直流调速系统的compare和SR功能块实现本实用新型自动跟踪驱动模块力矩输出以及恒速控制向自动跟踪驱动工作方式切换的基本原理。图4是采用ABB公司的DCS800直流调速系统的MulDiv功能块实现本实用新型力矩方向设定的基本原理。图5是采用ABB公司的DCS800直流调速系统的ABS功能块实现本实用新型速度显示模块的基本原理。图中1 一控制装置；2 —直流调速器；3 —卷扬机；4 一重锤探尺。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细的说明。重锤探尺料位计作为监视和控制高炉内料位情况的重要设备，被喻为高炉的“眼睛”，其控制的关键点在于准确地对料面进行跟踪。要点有(1)保证下放的重锤探尺在下放过程中能够均匀、顺畅、可控的下放；(2)重锤探尺在下放到料面后，“浮”在料面上，重锤不倒不歪，随着料面的下降自动平稳地跟随料面下降，即一直“浮”在料面上，保持力矩的动平衡。同时使得重锤探尺随料面下降而链条保持张紧，并保证重锤不会离开料面。(3)提升重锤探尺可控且稳定地快速提升。如图I所示，探尺的控制过程可分为三种工作状态提升，下放，料面跟踪。下放和提升重锤探尺时系统在恒速控制方式下工作，测量料面时，系统在自动跟踪驱动方式下工作。如图2所示，本实用新型的料面探测控制装置，由驱动卷扬机电机的直流调速器和控制器组成，卷扬机带动链条下方的重锤探尺垂直运动，卷扬机上设置有抱闸，卷扬机电机设置有旋转编码器；控制器包括起动停车模块、恒速驱动模块、自动跟踪驱动模块和切换模块。根据准确测量的要求，在下放和提升重锤时系统应恒速运行，而正常工作时应自动跟随料面，通过切换调速系统的工作模式来实现。其中起动停车模块包括抱闸开关单元，通过控制抱闸的开启和闭合实现卷扬机的起停；恒速驱动模块包括速度设定单元和旋转编码器反馈单元，直流调速器根据速度设定单元设定的速度值驱动卷扬机电机转动，并根据旋转编码器反馈单元的反馈值进行恒速校正；自动跟踪驱动模块包括力矩设定单元和力矩比较单元，力矩比较单元比较实际力矩值和设定力矩值，并实时调节直流调速器输出力矩使实际力矩值和设定力矩值相等；切换模块包括力矩设定单元、力矩比较单元和延时单元，力矩比较单元比较实际力矩值和设定力矩值，经过延时器延时后驱动直流调速器在恒速驱动方式和自动跟踪驱动方式之间切换。本实用新型料面探测控制装置的工作步骤如下第一阶段在收到起动信号后，起动停车模块工作，控制抱闸开关打开，使重锤探尺根据设定好的速度匀速下放。在这个过程中，控制系统采用恒速驱动方式控制。第二阶段当重锤到达料面后，切换模块首先检测电机力矩的变化，并与设定值进行比较，实现电机由恒速驱动方式到自动跟踪驱动方式的切换；重锤探尺停止下放后，电机进入微张力(小电流)运行过程，自动跟踪驱动模块的力矩比较单元比较实际力矩值和设定力矩值，并实时调节直流调速器输出力矩使实际力矩值和设定力矩值相等，使得电机用较小的张力提着重锤，在料面上保持动态平衡。由于链条自身较重，重锤在下放过程中，当链条离开卷扬机滚筒后，需考虑链条的重量，补偿重锤的力矩，故在设定料面跟踪力矩的时候需考虑链条的重量，故在平衡时Mg(重锤)+N(链条)-f (料面浮力)=T(张力)。当料面下·降时，f (料面浮力)减小，T(张力)增大，直到Mg(重锤)+N(链条)-f (料面浮力)=T(张力)达到新的平衡。这样就实现了重锤探尺实时跟踪料面的目的，直到到达所设定的最低料限。第三阶段当料面检测完毕后，收到提升信号或者到达所设定的最低料限时，通过切换模块实现电机由自动跟踪驱动方式到恒速驱动方式的切换，电机将快速将探尺重锤提到起始零点位置，以免重锤在每次向炉内布料时被矿石掩埋。这一过程电机处于恒速控制方式。本实用新型料面探测控制装置，采用ABB公司DCS800直流调速器及控制器构成，控制方式为手动和自动两种方式，手动方式为现场操作箱按钮控制，自动方式为计算机上位操作，包括起动时起动力矩的建立，起动和停车时抱闸打开、抱闸与系统的配合，并以旋转编码器作为速度反馈等功能。下面结合工作过程介绍如何采用DCS800直流调速系统的功能块实现本实用新型自动跟踪驱动模块、切换模块、速度显示模块、力矩方向设定的基本原理，其他的常规辅助功能因原理简单、实现方式多样，则予以省略。(I)下放过程重锤探尺自动下放或手动下放时，由计算机或现场按钮发出下放信号，此时直流调速器按照设定的恒速值，控制重锤探尺按给定速度下放，当重锤放到最低限位时，强制将重锤提升，以免温度过高将重锤熔化。并且在下放过程中采用恒速控制，还能够有效的避免因抱闸装置打开不完全，或减速机等传动机构润滑不够而导致的开始下放阶段，下放困难的情况。(2)料面跟踪过程在下放过程中，检测重锤何时到达料面并实现料面跟踪的方法如下利用DCS800直流调速器的自定义编程功能，设计系统的自定义程序。首先，利用Compare功能块，来检测实际电机转矩与设定临界转矩之间的大小关系，确定是否切换到自动跟踪驱动控制模式。其次，利用SR功能块，来避开抱闸装置打开的瞬间，电机转矩突然从零开始变大的过程中，误将恒速控制方式切换为自动跟踪驱动方式，在设计中使用延时继电器来设定延迟滞后时间，当延时时间到达的时候，开通SR功能块，实现力矩控制，很好地避免力矩突变时的误切换。当重锤探尺工作在自动跟踪驱动方式时，只需要实时检测实际电机转矩与设定转矩之间的大小关系来进行电机输出转矩的适时调整，即可满足重锤探尺实时跟踪料面的目的。第三，利用MulDiv功能块，见图4，配置相应参数，来保证设定力矩的方向与提尺的方向一致。通过MulDiv功能块处理后将数据传到Compare功能块及SR功能块。在下放过程中，DCS800直流调速器输出一个提升力矩M#，当重锤探尺到达料面后，料面有一个支撑力矩M支，此时，直流调速器力矩急剧变小，通过Compare功能块及SR功能块，将直流调速器迅速由恒速控制方式转变为自动跟踪控制。此时可根据现场实际情况，调节M#，使Mg略小于Mi,使M^,重锤探尺浮于料面之上不动。当料面下降时，Μ^> Μ#，重锤探尺将跟随料面下降而下降，达到了料面跟踪工作状态。第四，由于数显转速表的输入信号为单极性信号，在电机正反转过程中只有一个方向有速度显示，为克服这一问题，本实用新型采用了 ABS功能块，见图5，保证了数显表正反速度的正确显示。 (3)提升过程重锤探尺到达设定的料线或发出手动提升指令时，直流调速器根据设定的速度提尺，到达起始零点后，提升过程结束。以上仅给出了几种具体的实施方式，其他类似的控制装置、原理及其变化均在本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种基于力矩检测的料面探测控制装置，由驱动卷扬机电机的直流调速器和控制器组成，所述的卷扬机带动链条下方的重锤探尺垂直运动，所述卷扬机上设置有抱闸，所述卷扬机电机设置有旋转编码器，其特征在于所述的控制器包括起动停车模块、恒速驱动模块、自动跟踪驱动模块和切换模块；所述的起动停车模块包括抱闸开关单元，通过控制抱闸的开启和闭合实现卷扬机的起停；所述恒速驱动模块包括速度设定单元和旋转编码器反馈单元，直流调速器根据速度设定单元设定的速度值驱动卷扬机电机转动，并根据旋转编码器反馈单元的反馈值进行恒速校正；所述的自动跟踪驱动模块包括力矩设定单元和力矩比较单元,力矩比较单元比较实际力矩值和设定力矩值,并实时调节直流调速器输出力矩使实际力矩值和设定力矩值相等；所述的切换模块包括力矩设定单元、力矩比较单元和延时单元，力矩比较单元比较实际力矩值和设定力矩值，经过延时器延时后驱动直流调速器在恒速驱动方式和自动跟踪驱动方式之间切换。
2.根据权利要求I所述的基于力矩检测的料面探测控制装置，其特征在于所述的延时驱动单元为延时继电器。
3.根据权利要求I所述的基于力矩检测的料面探测控制装置，其特征在于所述的实际力矩值为卷扬机电机为克服重锤探尺、链条和料面浮力作用所产生的力矩。
4.根据权利要求I所述的基于力矩检测的料面探测控制装置，其特征在于所述的控制器的操作方式包括计算机自动方式和操作箱按钮手动方式。
5.根据权利要求I所述的基于力矩检测的料面探测控制装置，其特征在于所述的切换模块采用ABB公司DCS800直流调速系统的compare和SR功能块构成。
6.根据权利要求I所述的基于力矩检测的料面探测控制装置，其特征在于所述力矩设定单元的力矩方向设定采用ABB公司DCS800直流调速系统的MulDiv功能块实现。
7.根据权利要求I所述的基于力矩检测的料面探测控制装置，其特征在于所述速度显示模块采用ABB公司DCS800直流调速系统的ABS功能块构成。
专利摘要一种基于力矩检测的料面探测控制装置，由驱动卷扬机电机的直流调速器和控制器组成，其中卷扬机带动链条下方的重锤探尺垂直运动卷扬机上设置有抱闸，卷扬机电机设置有旋转编码器，其中控制器包括起动停车模块、恒速驱动模块、自动跟踪驱动模块和切换模块；控制方式为手动和自动两种方式，在下放和提升重锤探尺时系统恒速运行，在测量料面时自动跟踪驱动方式，并可通过切换模块实现重锤探尺在不同工作模式之间的切换。本实用新型通过实时测量卷扬机电机的驱动力矩，并其反馈至控制器，且驱动力矩充分考虑了重锤探尺、链条和料面浮力作用所产生的力矩，可实现重锤探尺高精度的位置控制，并具有可靠稳定、结构简单、现场操控方便等优点。
文档编号C21B7/24GK202626224SQ201220259220
公开日2012年12月26日 申请日期2012年6月4日 优先权日2012年6月4日
发明者李宏, 赵煜, 赵厚文, 罗少波, 钱冲山 申请人:昆明兴三方电器科技有限公司