高炉炉顶探尺的双闭环控制方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高炉炉顶系统控制领域，特别涉及高炉炉顶探尺的双闭环控制方法及系统。
【背景技术】
[0002]探尺是用来探尺高炉内部矿石和焦炭的料面实际位置的重要设备，它能够准确探测料面，并在重锤到达料面后跟随料面，从而提供准确而直观的数据供冶炼操作人员准确了解炉内料面情况和炉况，以便很好地掌握布料时间和布料品种。因此，探尺的可靠运行是高炉顺利运行的前提保障。基于探尺的上述动作过程，对探尺的控制提出非常严格的要求:探尺的放尺过程一定要平稳，探尺在探测和跟随料面过程中，不能出现倒尺和埋尺现象。
[0003]目前，探尺的主流控制方式为交流变频矢量的探尺控制方式，放尺过程的探尺控制是整个探尺控制的核心，如何确保探尺平稳探测到料面，不倒垂，精确跟随料面，并减小对探尺本身的机械冲击，一直是探尺控制的重点和难点。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:提供一种高炉炉顶探尺的双闭环控制方法及系统，实现放尺过程的快速平稳，冲击小，不倒垂，捕捉料面准确，克服摩擦扰动和链条重量补偿以实时跟随料面，实现对探尺的精确控制。
[0005]本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为:一种高炉炉顶探尺的双闭环控制方法，其特征在于:它包括以下步骤:
[0006]S1、速度控制模式下放尺:
[0007]在探尺满足放尺条件时，变频器切换至速度控制模式，当探尺重锤的深度小于深度设定值时，采用速度闭环的方式控制匀速放尺，速度设定为第一速度设定值Vsrtl，待探尺重锤的深度达到深度设定值，速度设定值设定为第二速度设定值Vsrt2;其中V set2<vsetl；
[0008]S2、捕捉料面:
[0009]开始放尺N秒后，实时判断电机的转矩电流是否发生突变，若电机转矩电流发生突变减小，则变频器切换至转矩控制模式，否则一直采用速度控制模式；
[0010]S3、转矩控制模式下扶尺和浮尺:
[0011 ] (I)根据料面深度对探尺链条的重量进行补偿，实时计算得到力矩设定值Tsrtl和Tsrt2，其中Tsrtl为防倒垂力矩，T srt2为浮尺力矩；T srtl和T srt2满足以下关系:
[0012]Tsetl>重锤重量+下放的链条重量-摩擦阻力，
[0013]下放的链条重量-摩擦阻力<Tset2<重锤重量+下放的链条重量-摩擦阻力；
[0014](2)在进入转矩控制模式后，首先将力矩给定值设定为Tsrtl，作用时间为h，用于拉直重锤和链条，随后将力矩给定值设定为Tsrt2，探尺开始跟随料面；
[0015](3)在浮尺力矩Tsrt2的作用下，探尺随料面下降，记录料面深度，计算料面的下降速度，若探尺长时间没有下降速度，则适当减小Tsrt2的作用力大小；待探尺开始下降后，将Tsrt2按照⑴中的公式恢复；
[0016](4)实时判断料面的下降速度是否超过速度阈值，若超过则回到SI ;
[0017]S4、当探尺到达设定料线并收到布料指令，或者探尺达到下极限，则停止放尺，准备提尺。
[0018]按上述方法，所述的S2电机转矩电流发生突变减小的标志为转矩电流〈0.1OAo
[0019]一种高炉炉顶探尺的双闭环控制系统，其特征在于:它包括以下模块:
[0020]速度控制模式下放尺模块，用于在探尺满足放尺条件时，变频器切换至速度控制模式，当探尺重锤的深度小于深度设定值时，采用速度闭环的方式控制匀速放尺，速度设定为第一速度设定值VsertI,待探尺重锤的深度达到深度设定值，速度设定值设定为第二速度设定值V
set2 ? 其中V set2 <Vsetl；
[0021]捕捉料面模块，用于开始放尺N秒后，实时判断电机的转矩电流是否发生突变，若电机转矩电流发生突变减小，则变频器切换至转矩控制模式，否则一直采用速度控制模式；
[0022]转矩控制模式下扶尺和浮尺模块，
[0023]停止模块，用于当探尺到达设定料线并收到布料指令，或者探尺达到下极限，则停止放尺，准备提尺；
[0024]其中转矩控制模式下扶尺和浮尺模块包括:
[0025]重量补偿模块，用于根据料面深度对探尺链条的重量进行补偿，实时计算得到力矩设定值Tsrtl和T srt2，其中Tsrtl为防倒垂力矩，T srt2为浮尺力矩；T srtl和T srt2满足以下关系:
[0026]Tsetl>重锤重量+下放的链条重量-摩擦阻力，
[0027]下放的链条重量-摩擦阻力<Tset2<重锤重量+下放的链条重量-摩擦阻力；
[0028]跟随模块，用于在进入转矩控制模式后，首先将力矩给定值设定为Tsrtl，作用时间为，用于拉直重锤和链条，随后将力矩给定值设定为Tsrt2，探尺开始跟随料面；
[0029]力矩调整模块，用于在浮尺力矩1；&的作用下，探尺随料面下降，记录料面深度，计算料面的下降速度，若探尺长时间没有下降速度，则适当减小Tsrt2的作用力大小；待探尺开始下降后，将Tsrt2按照重量补偿模块中的公式恢复；
[0030]速度控制模块，用于实时判断料面的下降速度是否超过速度阈值，若超过则回到速度控制模式下放尺模块。
[0031]按上述系统，所述的S2电机转矩电流发生突变减小的标志为转矩电流〈0.1OAo
[0032]本发明的有益效果为:(1)采用速度闭环控制的方式实现匀速放尺，通过切换放尺速度，探尺冲击料面，避免倒垂；(2)结合料面深度和链条的重量，采用实时修改防倒垂力矩和浮尺力矩设定值的变力矩控制的方式完成探尺防倒垂控制和跟随料面控制，通过对速度的闭环检测，判断摩擦力的大小而调整浮尺力矩的作用大小，保证探尺不倒垂且实时跟随料面。
【附图说明】
[0033]图1是本发明一实施例的装置总体架构图。
[0034]图2是本发明一实施例的控制方法流程图。
[0035]图中，1:探尺重锤；2:探尺链条；3:探尺滚筒；4:减速机；5:联轴器和制动器；6:变频电机；7:绝对值编码器；8:增量型编码器；9:PLC控制器；10:矢量变频器。
【具体实施方式】
[0036]下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
[0037]高炉探尺控制装置，包括探尺重锤1、探尺链条2、探尺滚筒3、减速机4、联轴器和制动器5、变频电机6、绝对值编码器7、增量型编码器8、PLC控制器9和矢量变频器10。变频电机6的轴承经联轴器和制动器5与减速机4机械相连，减速机4与探尺滚筒3同轴连接，探尺滚筒3通过探尺链条2连接探尺重锤1，变频电机6与变频器通过动力变频电缆连接；增量型编码器8与变频电机6同轴连接，用以测量电机转速，增量型编码器8通过硬接线的方式连接到矢量变频器10，以实现电机转速的闭环控制；绝对值型编码器7与减速机4同轴连接，绝对值编码器7通过总线或硬接线连接到PLC控制器9，PLC控制器9读取绝对值编码器7的数据，计算得出探尺重锤I的实际深度；PLC控制器通过硬接线或总线连接到矢量变频器8，可实时获得矢量变频器10的转矩电流、输出频率等参数，可实时向矢量变频器下发正转、反转指令、切换速度力矩模式指令，写入速度和力矩的给定值，完成PLC控制器9和矢量变频器10对探尺探头I的控制。
[0038]本实施例提供一种高炉炉顶探尺的双闭环控制方法，包括以下步骤:
[0039]S1、速度控制模式下放尺:
[0040]在探尺满足放尺条件时，变频器切换至速度控制模式，当探尺重锤的深度小于深度设定值(本实施例取Im)时，采用速度闭环的方式控制匀速放尺，速度设定为第一速度设定值Vsrtl (取0.3m/s左右)，待探尺重锤的深度达到深度设定值，速度设定值设定为第二速度设定值Vset2 (取0.15m/s左右)；其中Vsrt2〈Vsrtl;
[0041]S2、捕捉料面:
[0042]开始放尺N秒(本实施例取5秒)后，实时判断电机的转矩电流是否发生突变，若电机转矩电流发生突变减小(本实施例取:转矩电流〈0.1OA为突变减小的标志)，则变频器切换至转矩控制模式，否则一直采用速度控制模式；
[0043]S3、转矩控制模式下扶尺和浮尺:
[0044](I)根据料面深度对探尺链条的重量进行补偿，实时计算得到力矩设定值Tsrtl和Tsrt2，其中Tsrtl为防倒垂力矩，T srt2为浮尺力矩；T srtl和T srt2满足以下关系:
[0045]Tsetl>重锤重量+下放的链条重量-摩擦阻力，
[0046]下放的链条重量-摩擦阻力<Tset2<重锤重量+下放的链条重量-摩擦阻力；
[0047](2)在进入转矩控制模式后，首先将力矩给定值设定为Tsrtl，作用时间为h (取300ms)，用于拉直重锤和链条，随后将力矩给定值设定为Tset2，探尺开始跟随料面；
[0048](3)在浮尺力矩Tsrt2的作用下，探尺随料面下降，记录料面深度，计算料面的下降速度，若探尺长时间没有下降速度，则适当减小Tsrt2的作用力大小；待探尺开始下降后，将Tsrt2按照⑴中的公式恢复；
[0049](4)实时判断料面的下降速度是否超过速度阈值(取0.5m/s)，若超过则回到SI ;
[0050]S4、当探尺到达设定料线并收到布料指令，或者探尺达到下极限(4m)，则停止