專利名稱:一種基于力矩檢測(cè)的料面探測(cè)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型應(yīng)用于高溫固體料面的探測(cè)領(lǐng)域,特別是一種針對(duì)于高爐料內(nèi)料面檢測(cè)的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù):
由于高爐內(nèi)部是一個(gè)高溫、高壓和高粉塵氣體的惡劣工作環(huán)境,采用雷達(dá)或超聲波檢測(cè)固體料面都不是十分穩(wěn)定,現(xiàn)在高爐中常采用機(jī)械式的物料探測(cè)裝置,它一般由重錘探尺、鐵鏈、卷揚(yáng)機(jī)以及電氣控制柜組成,通過測(cè)量重錘探尺的位置實(shí)時(shí)得到固體料面的位置,在應(yīng)用中要求重錘探尺能夠精確跟隨料面的位置。現(xiàn)有的重錘料位計(jì)常通過測(cè)量支架的支撐力得到重錘探尺在爐中的料面支持力,并反饋給卷揚(yáng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)重錘探尺的上升及下降,控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且重錘探尺位置控制不精確。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有重錘探尺在高爐料面位置測(cè)量中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制精度不高等不足,提供一種基于力矩檢測(cè)的料面探測(cè)控制裝置,能夠穩(wěn)定、可靠地控制卷揚(yáng)機(jī)以及附屬設(shè)備,實(shí)現(xiàn)重錘探尺的準(zhǔn)確測(cè)量,并減少控制環(huán)節(jié),提高了系統(tǒng)的安全性。本實(shí)用新型的具體技術(shù)解決方案如下一種基于力矩檢測(cè)的料面探測(cè)控制裝置,由驅(qū)動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)的直流調(diào)速器和控制器組成,其中卷揚(yáng)機(jī)帶動(dòng)鏈條下方的重錘探尺垂直運(yùn)動(dòng),卷揚(yáng)機(jī)上設(shè)置有抱閘,卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)設(shè)置有旋轉(zhuǎn)編碼器,其中控制器包括起動(dòng)停車模塊、恒速驅(qū)動(dòng)模塊、自動(dòng)跟蹤驅(qū)動(dòng)模塊和切換模塊;其中停車模塊包括抱閘開關(guān)單元,通過控制抱閘的開啟和閉合實(shí)現(xiàn)卷揚(yáng)機(jī)的起停;恒速驅(qū)動(dòng)模塊包括速度設(shè)定單元和旋轉(zhuǎn)編碼器反饋單元,直流調(diào)速器根據(jù)速度設(shè)定單元設(shè)定的速度值驅(qū)動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),并根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器反饋單元的反饋值進(jìn)行恒速校正;自動(dòng)跟蹤驅(qū)動(dòng)模塊包括力矩設(shè)定單元和力矩比較單元,力矩比較單元比較實(shí)際力矩值和設(shè)定力矩值,并實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)直流調(diào)速器輸出力矩使實(shí)際力矩值和設(shè)定力矩值相等;切換模塊包括力矩設(shè)定單元、力矩比較單元和延時(shí)單元,力矩比較單元比較實(shí)際力矩值和設(shè)定力矩值,經(jīng)過延時(shí)器延時(shí)后驅(qū)動(dòng)直流調(diào)速器在恒速驅(qū)動(dòng)方式和自動(dòng)跟蹤驅(qū)動(dòng)方式之間切換。上述基于力矩檢測(cè)的料面探測(cè)控制裝置中延時(shí)驅(qū)動(dòng)單元為延時(shí)繼電器。上述基于力矩檢測(cè)的料面探測(cè)控制裝置中實(shí)際力矩值為卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)為克服重錘探尺、鏈條和料面浮力作用所產(chǎn)生的力矩。本實(shí)用新型具有以下的有益效果I、本實(shí)用新型實(shí)時(shí)測(cè)量卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩,并其反饋至控制器,通過比較實(shí)際驅(qū)動(dòng)力矩和設(shè)定力矩的差值,驅(qū)動(dòng)重錘探尺的上下移動(dòng),實(shí)現(xiàn)高精度的位置控制。2、本實(shí)用新型卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)的實(shí)際驅(qū)動(dòng)力矩為重錘探尺、鏈條和料面浮力聯(lián)合作用所產(chǎn)生的力矩,考慮因素全面,確保了高精度的位置控制。[0011]3、本實(shí)用新型的切換模塊包括力矩設(shè)定單元、力矩比較單元和延時(shí)單元,避免了恒速驅(qū)動(dòng)方式開啟時(shí),抱閘打開瞬間引起的電機(jī)力矩突變而導(dǎo)致的恒速驅(qū)動(dòng)方式向自動(dòng)跟蹤驅(qū)動(dòng)方式的誤切換,提高了測(cè)量的可靠性。4、本實(shí)用新型控制器的操作方式包括計(jì)算機(jī)自動(dòng)方式和操作箱按鈕手動(dòng)方式,方便了現(xiàn)場操控。5、本實(shí)用新型的重錘探尺在下放過程中采用恒速驅(qū)動(dòng)的工作方式,能夠有效地避免因抱閘裝置打開不完全或傳動(dòng)潤滑不夠而導(dǎo)致的下放困難的情況;在上升過程中采用恒速驅(qū)動(dòng)的工作方式,當(dāng)重錘降至最低限位時(shí),強(qiáng)制將重錘提升,以免溫度過高將重錘熔化,提高了系統(tǒng)的可靠性。
圖I是本實(shí)用新型重錘探尺測(cè)量的基本工作原理;圖2是本實(shí)用新型料面探測(cè)控制裝置的組成示意圖;圖3是采用ABB公司的DCS800直流調(diào)速系統(tǒng)的compare和SR功能塊實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型自動(dòng)跟蹤驅(qū)動(dòng)模塊力矩輸出以及恒速控制向自動(dòng)跟蹤驅(qū)動(dòng)工作方式切換的基本原理。圖4是采用ABB公司的DCS800直流調(diào)速系統(tǒng)的MulDiv功能塊實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型力矩方向設(shè)定的基本原理。圖5是采用ABB公司的DCS800直流調(diào)速系統(tǒng)的ABS功能塊實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型速度顯示模塊的基本原理。圖中1 一控制裝置;2 —直流調(diào)速器;3 —卷揚(yáng)機(jī);4 一重錘探尺。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。重錘探尺料位計(jì)作為監(jiān)視和控制高爐內(nèi)料位情況的重要設(shè)備,被喻為高爐的“眼睛”,其控制的關(guān)鍵點(diǎn)在于準(zhǔn)確地對(duì)料面進(jìn)行跟蹤。要點(diǎn)有(1)保證下放的重錘探尺在下放過程中能夠均勻、順暢、可控的下放;(2)重錘探尺在下放到料面后,“浮”在料面上,重錘不倒不歪,隨著料面的下降自動(dòng)平穩(wěn)地跟隨料面下降,即一直“浮”在料面上,保持力矩的動(dòng)平衡。同時(shí)使得重錘探尺隨料面下降而鏈條保持張緊,并保證重錘不會(huì)離開料面。(3)提升重錘探尺可控且穩(wěn)定地快速提升。如圖I所示,探尺的控制過程可分為三種工作狀態(tài)提升,下放,料面跟蹤。下放和提升重錘探尺時(shí)系統(tǒng)在恒速控制方式下工作,測(cè)量料面時(shí),系統(tǒng)在自動(dòng)跟蹤驅(qū)動(dòng)方式下工作。如圖2所示,本實(shí)用新型的料面探測(cè)控制裝置,由驅(qū)動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)的直流調(diào)速器和控制器組成,卷揚(yáng)機(jī)帶動(dòng)鏈條下方的重錘探尺垂直運(yùn)動(dòng),卷揚(yáng)機(jī)上設(shè)置有抱閘,卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)設(shè)置有旋轉(zhuǎn)編碼器;控制器包括起動(dòng)停車模塊、恒速驅(qū)動(dòng)模塊、自動(dòng)跟蹤驅(qū)動(dòng)模塊和切換模塊。根據(jù)準(zhǔn)確測(cè)量的要求,在下放和提升重錘時(shí)系統(tǒng)應(yīng)恒速運(yùn)行,而正常工作時(shí)應(yīng)自動(dòng)跟隨料面,通過切換調(diào)速系統(tǒng)的工作模式來實(shí)現(xiàn)。其中起動(dòng)停車模塊包括抱閘開關(guān)單元,通過控制抱閘的開啟和閉合實(shí)現(xiàn)卷揚(yáng)機(jī)的起停;恒速驅(qū)動(dòng)模塊包括速度設(shè)定單元和旋轉(zhuǎn)編碼器反饋單元,直流調(diào)速器根據(jù)速度設(shè)定單元設(shè)定的速度值驅(qū)動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),并根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器反饋單元的反饋值進(jìn)行恒速校正;自動(dòng)跟蹤驅(qū)動(dòng)模塊包括力矩設(shè)定單元和力矩比較單元,力矩比較單元比較實(shí)際力矩值和設(shè)定力矩值,并實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)直流調(diào)速器輸出力矩使實(shí)際力矩值和設(shè)定力矩值相等;切換模塊包括力矩設(shè)定單元、力矩比較單元和延時(shí)單元,力矩比較單元比較實(shí)際力矩值和設(shè)定力矩值,經(jīng)過延時(shí)器延時(shí)后驅(qū)動(dòng)直流調(diào)速器在恒速驅(qū)動(dòng)方式和自動(dòng)跟蹤驅(qū)動(dòng)方式之間切換。本實(shí)用新型料面探測(cè)控制裝置的工作步驟如下第一階段在收到起動(dòng)信號(hào)后,起動(dòng)停車模塊工作,控制抱閘開關(guān)打開,使重錘探尺根據(jù)設(shè)定好的速度勻速下放。在這個(gè)過程中,控制系統(tǒng)采用恒速驅(qū)動(dòng)方式控制。第二階段當(dāng)重錘到達(dá)料面后,切換模塊首先檢測(cè)電機(jī)力矩的變化,并與設(shè)定值進(jìn)行比較,實(shí)現(xiàn)電機(jī)由恒速驅(qū)動(dòng)方式到自動(dòng)跟蹤驅(qū)動(dòng)方式的切換;重錘探尺停止下放后,電機(jī)進(jìn)入微張力(小電流)運(yùn)行過程,自動(dòng)跟蹤驅(qū)動(dòng)模塊的力矩比較單元比較實(shí)際力矩值和設(shè)定力矩值,并實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)直流調(diào)速器輸出力矩使實(shí)際力矩值和設(shè)定力矩值相等,使得電機(jī)用較小的張力提著重錘,在料面上保持動(dòng)態(tài)平衡。由于鏈條自身較重,重錘在下放過程中,當(dāng)鏈條離開卷揚(yáng)機(jī)滾筒后,需考慮鏈條的重量,補(bǔ)償重錘的力矩,故在設(shè)定料面跟蹤力矩的時(shí)候需考慮鏈條的重量,故在平衡時(shí)Mg(重錘)+N(鏈條)-f (料面浮力)=T(張力)。當(dāng)料面下·降時(shí),f (料面浮力)減小,T(張力)增大,直到Mg(重錘)+N(鏈條)-f (料面浮力)=T(張力)達(dá)到新的平衡。這樣就實(shí)現(xiàn)了重錘探尺實(shí)時(shí)跟蹤料面的目的,直到到達(dá)所設(shè)定的最低料限。第三階段當(dāng)料面檢測(cè)完畢后,收到提升信號(hào)或者到達(dá)所設(shè)定的最低料限時(shí),通過切換模塊實(shí)現(xiàn)電機(jī)由自動(dòng)跟蹤驅(qū)動(dòng)方式到恒速驅(qū)動(dòng)方式的切換,電機(jī)將快速將探尺重錘提到起始零點(diǎn)位置,以免重錘在每次向爐內(nèi)布料時(shí)被礦石掩埋。這一過程電機(jī)處于恒速控制方式。本實(shí)用新型料面探測(cè)控制裝置,采用ABB公司DCS800直流調(diào)速器及控制器構(gòu)成,控制方式為手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式,手動(dòng)方式為現(xiàn)場操作箱按鈕控制,自動(dòng)方式為計(jì)算機(jī)上位操作,包括起動(dòng)時(shí)起動(dòng)力矩的建立,起動(dòng)和停車時(shí)抱閘打開、抱閘與系統(tǒng)的配合,并以旋轉(zhuǎn)編碼器作為速度反饋等功能。下面結(jié)合工作過程介紹如何采用DCS800直流調(diào)速系統(tǒng)的功能塊實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型自動(dòng)跟蹤驅(qū)動(dòng)模塊、切換模塊、速度顯示模塊、力矩方向設(shè)定的基本原理,其他的常規(guī)輔助功能因原理簡單、實(shí)現(xiàn)方式多樣,則予以省略。(I)下放過程重錘探尺自動(dòng)下放或手動(dòng)下放時(shí),由計(jì)算機(jī)或現(xiàn)場按鈕發(fā)出下放信號(hào),此時(shí)直流調(diào)速器按照設(shè)定的恒速值,控制重錘探尺按給定速度下放,當(dāng)重錘放到最低限位時(shí),強(qiáng)制將重錘提升,以免溫度過高將重錘熔化。并且在下放過程中采用恒速控制,還能夠有效的避免因抱閘裝置打開不完全,或減速機(jī)等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)潤滑不夠而導(dǎo)致的開始下放階段,下放困難的情況。(2)料面跟蹤過程在下放過程中,檢測(cè)重錘何時(shí)到達(dá)料面并實(shí)現(xiàn)料面跟蹤的方法如下利用DCS800直流調(diào)速器的自定義編程功能,設(shè)計(jì)系統(tǒng)的自定義程序。首先,利用Compare功能塊,來檢測(cè)實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)矩與設(shè)定臨界轉(zhuǎn)矩之間的大小關(guān)系,確定是否切換到自動(dòng)跟蹤驅(qū)動(dòng)控制模式。其次,利用SR功能塊,來避開抱閘裝置打開的瞬間,電機(jī)轉(zhuǎn)矩突然從零開始變大的過程中,誤將恒速控制方式切換為自動(dòng)跟蹤驅(qū)動(dòng)方式,在設(shè)計(jì)中使用延時(shí)繼電器來設(shè)定延遲滯后時(shí)間,當(dāng)延時(shí)時(shí)間到達(dá)的時(shí)候,開通SR功能塊,實(shí)現(xiàn)力矩控制,很好地避免力矩突變時(shí)的誤切換。當(dāng)重錘探尺工作在自動(dòng)跟蹤驅(qū)動(dòng)方式時(shí),只需要實(shí)時(shí)檢測(cè)實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)矩與設(shè)定轉(zhuǎn)矩之間的大小關(guān)系來進(jìn)行電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的適時(shí)調(diào)整,即可滿足重錘探尺實(shí)時(shí)跟蹤料面的目的。第三,利用MulDiv功能塊,見圖4,配置相應(yīng)參數(shù),來保證設(shè)定力矩的方向與提尺的方向一致。通過MulDiv功能塊處理后將數(shù)據(jù)傳到Compare功能塊及SR功能塊。在下放過程中,DCS800直流調(diào)速器輸出一個(gè)提升力矩M#,當(dāng)重錘探尺到達(dá)料面后,料面有一個(gè)支撐力矩M支,此時(shí),直流調(diào)速器力矩急劇變小,通過Compare功能塊及SR功能塊,將直流調(diào)速器迅速由恒速控制方式轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)跟蹤控制。此時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,調(diào)節(jié)M#,使Mg略小于Mi,使M^,重錘探尺浮于料面之上不動(dòng)。當(dāng)料面下降時(shí),Μ^> Μ#,重錘探尺將跟隨料面下降而下降,達(dá)到了料面跟蹤工作狀態(tài)。第四,由于數(shù)顯轉(zhuǎn)速表的輸入信號(hào)為單極性信號(hào),在電機(jī)正反轉(zhuǎn)過程中只有一個(gè)方向有速度顯示,為克服這一問題,本實(shí)用新型采用了 ABS功能塊,見圖5,保證了數(shù)顯表正反速度的正確顯示。 (3)提升過程重錘探尺到達(dá)設(shè)定的料線或發(fā)出手動(dòng)提升指令時(shí),直流調(diào)速器根據(jù)設(shè)定的速度提尺,到達(dá)起始零點(diǎn)后,提升過程結(jié)束。以上僅給出了幾種具體的實(shí)施方式,其他類似的控制裝置、原理及其變化均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于力矩檢測(cè)的料面探測(cè)控制裝置,由驅(qū)動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)的直流調(diào)速器和控制器組成,所述的卷揚(yáng)機(jī)帶動(dòng)鏈條下方的重錘探尺垂直運(yùn)動(dòng),所述卷揚(yáng)機(jī)上設(shè)置有抱閘,所述卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)設(shè)置有旋轉(zhuǎn)編碼器,其特征在于所述的控制器包括起動(dòng)停車模塊、恒速驅(qū)動(dòng)模塊、自動(dòng)跟蹤驅(qū)動(dòng)模塊和切換模塊;所述的起動(dòng)停車模塊包括抱閘開關(guān)單元,通過控制抱閘的開啟和閉合實(shí)現(xiàn)卷揚(yáng)機(jī)的起停;所述恒速驅(qū)動(dòng)模塊包括速度設(shè)定單元和旋轉(zhuǎn)編碼器反饋單元,直流調(diào)速器根據(jù)速度設(shè)定單元設(shè)定的速度值驅(qū)動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),并根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器反饋單元的反饋值進(jìn)行恒速校正;所述的自動(dòng)跟蹤驅(qū)動(dòng)模塊包括力矩設(shè)定單元和力矩比較單元,力矩比較單元比較實(shí)際力矩值和設(shè)定力矩值,并實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)直流調(diào)速器輸出力矩使實(shí)際力矩值和設(shè)定力矩值相等;所述的切換模塊包括力矩設(shè)定單元、力矩比較單元和延時(shí)單元,力矩比較單元比較實(shí)際力矩值和設(shè)定力矩值,經(jīng)過延時(shí)器延時(shí)后驅(qū)動(dòng)直流調(diào)速器在恒速驅(qū)動(dòng)方式和自動(dòng)跟蹤驅(qū)動(dòng)方式之間切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于力矩檢測(cè)的料面探測(cè)控制裝置,其特征在于所述的延時(shí)驅(qū)動(dòng)單元為延時(shí)繼電器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于力矩檢測(cè)的料面探測(cè)控制裝置,其特征在于所述的實(shí)際力矩值為卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)為克服重錘探尺、鏈條和料面浮力作用所產(chǎn)生的力矩。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于力矩檢測(cè)的料面探測(cè)控制裝置,其特征在于所述的控制器的操作方式包括計(jì)算機(jī)自動(dòng)方式和操作箱按鈕手動(dòng)方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于力矩檢測(cè)的料面探測(cè)控制裝置,其特征在于所述的切換模塊采用ABB公司DCS800直流調(diào)速系統(tǒng)的compare和SR功能塊構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于力矩檢測(cè)的料面探測(cè)控制裝置,其特征在于所述力矩設(shè)定單元的力矩方向設(shè)定采用ABB公司DCS800直流調(diào)速系統(tǒng)的MulDiv功能塊實(shí)現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于力矩檢測(cè)的料面探測(cè)控制裝置,其特征在于所述速度顯示模塊采用ABB公司DCS800直流調(diào)速系統(tǒng)的ABS功能塊構(gòu)成。
專利摘要一種基于力矩檢測(cè)的料面探測(cè)控制裝置,由驅(qū)動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)的直流調(diào)速器和控制器組成,其中卷揚(yáng)機(jī)帶動(dòng)鏈條下方的重錘探尺垂直運(yùn)動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)上設(shè)置有抱閘,卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)設(shè)置有旋轉(zhuǎn)編碼器,其中控制器包括起動(dòng)停車模塊、恒速驅(qū)動(dòng)模塊、自動(dòng)跟蹤驅(qū)動(dòng)模塊和切換模塊;控制方式為手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式,在下放和提升重錘探尺時(shí)系統(tǒng)恒速運(yùn)行,在測(cè)量料面時(shí)自動(dòng)跟蹤驅(qū)動(dòng)方式,并可通過切換模塊實(shí)現(xiàn)重錘探尺在不同工作模式之間的切換。本實(shí)用新型通過實(shí)時(shí)測(cè)量卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩,并其反饋至控制器,且驅(qū)動(dòng)力矩充分考慮了重錘探尺、鏈條和料面浮力作用所產(chǎn)生的力矩,可實(shí)現(xiàn)重錘探尺高精度的位置控制,并具有可靠穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、現(xiàn)場操控方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C21B7/24GK202626224SQ201220259220
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者李宏, 趙煜, 趙厚文, 羅少波, 錢沖山 申請(qǐng)人:昆明興三方電器科技有限公司