專利名稱：一種基于力矩檢測的料面探測控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型應(yīng)用于高溫固體料面的探測領(lǐng)域，特別是一種針對于高爐料內(nèi)料面檢測的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于高爐內(nèi)部是一個高溫、高壓和高粉塵氣體的惡劣工作環(huán)境，采用雷達或超聲波檢測固體料面都不是十分穩(wěn)定，現(xiàn)在高爐中常采用機械式的物料探測裝置，它一般由重錘探尺、鐵鏈、卷揚機以及電氣控制柜組成，通過測量重錘探尺的位置實時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?，F(xiàn)有的重錘料位計常通過測量支架的支撐力得到重錘探尺在爐中的料面支持力，并反饋給卷揚機驅(qū)動系統(tǒng)來實現(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。
實用新型內(nèi)容本實用新型解決的技術(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的料面探測控制裝置，能夠穩(wěn)定、可靠地控制卷揚機以及附屬設(shè)備，實現(xiàn)重錘探尺的準確測量，并減少控制環(huán)節(jié)，提高了系統(tǒng)的安全性。本實用新型的具體技術(shù)解決方案如下一種基于力矩檢測的料面探測控制裝置，由驅(qū)動卷揚機電機的直流調(diào)速器和控制器組成，其中卷揚機帶動鏈條下方的重錘探尺垂直運動，卷揚機上設(shè)置有抱閘，卷揚機電機設(shè)置有旋轉(zhuǎn)編碼器，其中控制器包括起動停車模塊、恒速驅(qū)動模塊、自動跟蹤驅(qū)動模塊和切換模塊；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現(xiàn)卷揚機的起停；恒速驅(qū)動模塊包括速度設(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)動卷揚機電機轉(zhuǎn)動，并根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器反饋單元的反饋值進行恒速校正；自動跟蹤驅(qū)動模塊包括力矩設(shè)定單元和力矩比較單元,力矩比較單元比較實際力矩值和設(shè)定力矩值，并實時調(diào)節(jié)直流調(diào)速器輸出力矩使實際力矩值和設(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單元，力矩比較單元比較實際力矩值和設(shè)定力矩值，經(jīng)過延時器延時后驅(qū)動直流調(diào)速器在恒速驅(qū)動方式和自動跟蹤驅(qū)動方式之間切換。上述基于力矩檢測的料面探測控制裝置中延時驅(qū)動單元為延時繼電器。上述基于力矩檢測的料面探測控制裝置中實際力矩值為卷揚機電機為克服重錘探尺、鏈條和料面浮力作用所產(chǎn)生的力矩。本實用新型具有以下的有益效果I、本實用新型實時測量卷揚機電機的驅(qū)動力矩，并其反饋至控制器，通過比較實際驅(qū)動力矩和設(shè)定力矩的差值，驅(qū)動重錘探尺的上下移動，實現(xiàn)高精度的位置控制。2、本實用新型卷揚機電機的實際驅(qū)動力矩為重錘探尺、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單元，避免了恒速驅(qū)動方式開啟時，抱閘打開瞬間引起的電機力矩突變而導(dǎo)致的恒速驅(qū)動方式向自動跟蹤驅(qū)動方式的誤切換，提高了測量的可靠性。4、本實用新型控制器的操作方式包括計算機自動方式和操作箱按鈕手動方式，方便了現(xiàn)場操控。5、本實用新型的重錘探尺在下放過程中采用恒速驅(qū)動的工作方式，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)動的工作方式，當(dāng)重錘降至最低限位時，強制將重錘提升，以免溫度過高將重錘熔化，提高了系統(tǒng)的可靠性。

圖I是本實用新型重錘探尺測量的基本工作原理；圖2是本實用新型料面探測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功能塊實現(xiàn)本實用新型自動跟蹤驅(qū)動模塊力矩輸出以及恒速控制向自動跟蹤驅(qū)動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功能塊實現(xiàn)本實用新型力矩方向設(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功能塊實現(xiàn)本實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 —卷揚機；4 一重錘探尺。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步詳細的說明。重錘探尺料位計作為監(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)鍵點在于準確地對料面進行跟蹤。要點有(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平穩(wěn)地跟隨料面下降，即一直“浮”在料面上，保持力矩的動平衡。同時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系統(tǒng)在恒速控制方式下工作，測量料面時，系統(tǒng)在自動跟蹤驅(qū)動方式下工作。如圖2所示，本實用新型的料面探測控制裝置，由驅(qū)動卷揚機電機的直流調(diào)速器和控制器組成，卷揚機帶動鏈條下方的重錘探尺垂直運動，卷揚機上設(shè)置有抱閘，卷揚機電機設(shè)置有旋轉(zhuǎn)編碼器；控制器包括起動停車模塊、恒速驅(qū)動模塊、自動跟蹤驅(qū)動模塊和切換模塊。根據(jù)準確測量的要求，在下放和提升重錘時系統(tǒng)應(yīng)恒速運行，而正常工作時應(yīng)自動跟隨料面，通過切換調(diào)速系統(tǒng)的工作模式來實現(xiàn)。其中起動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現(xiàn)卷揚機的起停；恒速驅(qū)動模塊包括速度設(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)動卷揚機電機轉(zhuǎn)動，并根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器反饋單元的反饋值進行恒速校正；自動跟蹤驅(qū)動模塊包括力矩設(shè)定單元和力矩比較單元，力矩比較單元比較實際力矩值和設(shè)定力矩值，并實時調(diào)節(jié)直流調(diào)速器輸出力矩使實際力矩值和設(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單元，力矩比較單元比較實際力矩值和設(shè)定力矩值，經(jīng)過延時器延時后驅(qū)動直流調(diào)速器在恒速驅(qū)動方式和自動跟蹤驅(qū)動方式之間切換。本實用新型料面探測控制裝置的工作步驟如下第一階段在收到起動信號后，起動停車模塊工作，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。在這個過程中，控制系統(tǒng)采用恒速驅(qū)動方式控制。第二階段當(dāng)重錘到達料面后，切換模塊首先檢測電機力矩的變化，并與設(shè)定值進行比較，實現(xiàn)電機由恒速驅(qū)動方式到自動跟蹤驅(qū)動方式的切換；重錘探尺停止下放后，電機進入微張力(小電流)運行過程，自動跟蹤驅(qū)動模塊的力矩比較單元比較實際力矩值和設(shè)定力矩值，并實時調(diào)節(jié)直流調(diào)速器輸出力矩使實際力矩值和設(shè)定力矩值相等，使得電機用較小的張力提著重錘，在料面上保持動態(tài)平衡。由于鏈條自身較重，重錘在下放過程中，當(dāng)鏈條離開卷揚機滾筒后，需考慮鏈條的重量，補償重錘的力矩，故在設(shè)定料面跟蹤力矩的時候需考慮鏈條的重量，故在平衡時Mg(重錘)+N(鏈條)-f (料面浮力)=T(張力)。當(dāng)料面下·降時，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)達到新的平衡。這樣就實現(xiàn)了重錘探尺實時跟蹤料面的目的，直到到達所設(shè)定的最低料限。第三階段當(dāng)料面檢測完畢后，收到提升信號或者到達所設(shè)定的最低料限時，通過切換模塊實現(xiàn)電機由自動跟蹤驅(qū)動方式到恒速驅(qū)動方式的切換，電機將快速將探尺重錘提到起始零點位置，以免重錘在每次向爐內(nèi)布料時被礦石掩埋。這一過程電機處于恒速控制方式。本實用新型料面探測控制裝置，采用ABB公司DCS800直流調(diào)速器及控制器構(gòu)成，控制方式為手動和自動兩種方式，手動方式為現(xiàn)場操作箱按鈕控制，自動方式為計算機上位操作，包括起動時起動力矩的建立，起動和停車時抱閘打開、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)的功能塊實現(xiàn)本實用新型自動跟蹤驅(qū)動模塊、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、實現(xiàn)方式多樣，則予以省略。(I)下放過程重錘探尺自動下放或手動下放時，由計算機或現(xiàn)場按鈕發(fā)出下放信號，此時直流調(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，強制將重錘提升，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，或減速機等傳動機構(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，檢測重錘何時到達料面并實現(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)計系統(tǒng)的自定義程序。首先，利用Compare功能塊，來檢測實際電機轉(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跟蹤驅(qū)動控制模式。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跟蹤驅(qū)動方式，在設(shè)計中使用延時繼電器來設(shè)定延遲滯后時間，當(dāng)延時時間到達的時候，開通SR功能塊，實現(xiàn)力矩控制，很好地避免力矩突變時的誤切換。當(dāng)重錘探尺工作在自動跟蹤驅(qū)動方式時，只需要實時檢測實際電機轉(zhuǎn)矩與設(shè)定轉(zhuǎn)矩之間的大小關(guān)系來進行電機輸出轉(zhuǎn)矩的適時調(diào)整，即可滿足重錘探尺實時跟蹤料面的目的。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)速器輸出一個提升力矩M#，當(dāng)重錘探尺到達料面后，料面有一個支撐力矩M支，此時，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)樽詣痈櫩刂啤４藭r可根據(jù)現(xiàn)場實際情況，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。當(dāng)料面下降時，Μ^> Μ#，重錘探尺將跟隨料面下降而下降，達到了料面跟蹤工作狀態(tài)。第四，由于數(shù)顯轉(zhuǎn)速表的輸入信號為單極性信號，在電機正反轉(zhuǎn)過程中只有一個方向有速度顯示，為克服這一問題，本實用新型采用了 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設(shè)定的料線或發(fā)出手動提升指令時，直流調(diào)速器根據(jù)設(shè)定的速度提尺，到達起始零點后，提升過程結(jié)束。以上僅給出了幾種具體的實施方式，其他類似的控制裝置、原理及其變化均在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于力矩檢測的料面探測控制裝置，由驅(qū)動卷揚機電機的直流調(diào)速器和控制器組成，所述的卷揚機帶動鏈條下方的重錘探尺垂直運動，所述卷揚機上設(shè)置有抱閘，所述卷揚機電機設(shè)置有旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于所述的控制器包括起動停車模塊、恒速驅(qū)動模塊、自動跟蹤驅(qū)動模塊和切換模塊；所述的起動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現(xiàn)卷揚機的起停；所述恒速驅(qū)動模塊包括速度設(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)動卷揚機電機轉(zhuǎn)動，并根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器反饋單元的反饋值進行恒速校正；所述的自動跟蹤驅(qū)動模塊包括力矩設(shè)定單元和力矩比較單元,力矩比較單元比較實際力矩值和設(shè)定力矩值,并實時調(diào)節(jié)直流調(diào)速器輸出力矩使實際力矩值和設(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單元，力矩比較單元比較實際力矩值和設(shè)定力矩值，經(jīng)過延時器延時后驅(qū)動直流調(diào)速器在恒速驅(qū)動方式和自動跟蹤驅(qū)動方式之間切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于力矩檢測的料面探測控制裝置，其特征在于所述的延時驅(qū)動單元為延時繼電器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于力矩檢測的料面探測控制裝置，其特征在于所述的實際力矩值為卷揚機電機為克服重錘探尺、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的料面探測控制裝置，其特征在于所述的控制器的操作方式包括計算機自動方式和操作箱按鈕手動方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于力矩檢測的料面探測控制裝置，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的料面探測控制裝置，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功能塊實現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于力矩檢測的料面探測控制裝置，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的料面探測控制裝置，由驅(qū)動卷揚機電機的直流調(diào)速器和控制器組成，其中卷揚機帶動鏈條下方的重錘探尺垂直運動卷揚機上設(shè)置有抱閘，卷揚機電機設(shè)置有旋轉(zhuǎn)編碼器，其中控制器包括起動停車模塊、恒速驅(qū)動模塊、自動跟蹤驅(qū)動模塊和切換模塊；控制方式為手動和自動兩種方式，在下放和提升重錘探尺時系統(tǒng)恒速運行，在測量料面時自動跟蹤驅(qū)動方式，并可通過切換模塊實現(xiàn)重錘探尺在不同工作模式之間的切換。本實用新型通過實時測量卷揚機電機的驅(qū)動力矩，并其反饋至控制器，且驅(qū)動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。
文檔編號C21B7/24GK202626224SQ201220259220
公開日2012年12月26日 申請日期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 申請人:昆明興三方電器科技有限公司