CN104049566B - 一种转炉倾动安全的电气传动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转炉倾动安全的电气传动控制方法，包括：S1.配置转炉倾动控制***，然后运行该控制***；S2.通过HMI选择四台倾动电机中的一台电机作为主电机，其余三台电机作为从电机；S3.通过PLC采集转炉倾动角度编码器与四台倾动电机速度编码器相互判别，以确定编码器是否出现故障；若主倾动速度编码器出现故障，则从程序里切除该编码器，且更换另外一台电机作为主电机，防止转炉失控；若主倾动编码器没有出现故障，则使用主电机计算出来的角度θ_t代替倾动角度编码器角度值。本发明提出了一种由倾动角度编码器和四台倾动电机速度编码器相互验证的方法，通过PLC获取这五个编码器信息，进行监控和判别，防止转炉倾动由于编码器出现故障而对***产生影响。

Description

一种转炉倾动安全的电气传动控制方法

技术领域

本发明属于钢铁冶炼领域的转炉炼钢重要设备装置，尤其涉及到了转炉安全的电气控制***的控制方法。

背景技术

在大型的钢铁业中，采用转炉炼钢工艺已经占据着炼钢工艺的主要地位。转炉倾动***是转炉炼钢的核心炼钢设备，集成了交流电气传动和机械齿轮传动特点；由于工况的特殊性，要求该设备在运行过程中速度可调，并可实现快速加速；***特性硬，受负载变化的影响小，启动力矩大、响应速度快，可实现快速准确停车，设备故障率低等特性；并且必须具备高可靠性和安全性。

转炉倾动***，现在大多是是采用交流传动***，设置为4台倾动电机通过机械齿轮带动转炉的±360°旋转运动。而根据工艺控制要求，转炉倾动角度与转炉倾动速度存在着连锁，传统的倾动角度主要是通过单一的转炉倾动角度编码器获取；特别是在转炉带着钢水运行时，倾动角度的反馈出现错误将导致比较严重的后果。并且在停止操作时，由于转炉抱闸的磨损而抱闸不到位或者由于某种因素将转炉抱闸给打开的情况下，转炉会在重力的作用下发生转动，这种情况下如果没有及时通知给操作人员可能会带来事故。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的提供一种转炉倾动安全的电气传动控制方法，该方法采取对转炉倾动角度编码器和电机速度编码器进行相互检验的机制，从而避免了因为编码器故障而导致转炉控制的失误；通过对转炉倾动控制改进，提高转炉倾动安全性和稳定性，使转炉倾动具有更好的稳定性能，从而降低了转炉倾动是事故的发生。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的，一种转炉倾动安全的电气传动控制方法，具体包括以下步骤：

S1.配置转炉倾动控制***，然后运行该控制***；

S2.通过HMI选择四台倾动电机中的一台倾动电机作为主倾动电机，其余三台倾动电机作为从倾动电机；

S3.通过PLC采集转炉倾动角度编码器与主倾动电机速度编码器相互判别，以确定编码器是否出现故障；若主倾动电机速度编码器出现故障，则从程序里切除该编码器，并且更换另外一台电机作为主倾动电机，防止转炉倾动失控；若主倾动电机速度编码器没有出现故障，则使用主倾动电机速度编码器计算出来的角度θ_t代替倾动角度编码器的角度值。

进一步，转炉倾动角度编码器与四台倾动电机速度编码器相互判别的方法为：

S31.在转炉开始运行通过位置校验以后，将初始转炉倾动角度保存在程序的变量中；并且在转炉停止运行以后，将转炉倾动角度更新保存在此变量中，转炉初始的倾动角度为θ_s；

S32.将转炉主倾动电机编码器的速度，通过离散积分方法得出主倾动电机编码器角度值，计算公式为：

通过离散化的公式为：v(t)为转炉的运行速度，v₀(k)为主倾动电机在当前第k时刻运行的速度；λ为转炉倾动减速机构的减速比；则转炉在运行过程中的通过主倾动电机速度编码器计算出的倾动角度为：θ_t＝θ_s+θ_i；

S33.判断转炉倾动角度与转炉主倾动电机速度编码器计算出来的倾动角度差值是否在阈值范围内，

当|θ₀-θ_t|≤ξ时，则转炉倾动角度编码器和转炉主倾动电机速度编码器工作正常，结束判断；

当|θ₀-θ_t|＞ξ时，则判断转炉主倾动电机速度编码器转换的角度θ_i与其他三个从倾动电机速度编码器转换的角度θ_j之间的差值是否在阈值范围内，其中，ξ为判断阈值，θ₀为转炉倾动角度编码器反馈角度；

当|θ_i-θ_j|≤ξj＝1，2，3，4，i≠j，将主倾动电机速度编码器计算出来的角度θ_t代替倾动角度编码器的角度值；将转炉倾动操作速度限定为低速，并在HMI上报警提示转炉倾动角度编码器出现故障。

当|θ_i-θ_j|＞ξj＝1，2，3，4，i≠j，则需要人工确定主倾动电机速度编码器是否出现故障，若出现故障，则从程序里面切除判断有故障的编码器并且更换另外一台倾动电机作为主倾动电机。

进一步，所述判断阈值ξ满足以下关系，此值的选择，即为0.5s钟内倾动角度的变化值，此值在实际的调试中可以进行调整。

本发明还提供一种判断转炉溜炉的方法，该方法适用于转炉停炉后进行判别，该方法具体为：

通过采集主倾动电机速度编码器反馈值v₀(k)：

当v₀(k)＝0时，表明停炉以后转炉未发生溜炉；

当v₀(k)≠0时，延时2s，再次判断v₀(k)是否为0；如果为0，则未发生溜炉；当不为0时，则可以判断转炉停炉以后发生溜炉，将在HMI上面以报警的形式通知操作人员处理。

本发明还提供另一种判断转炉溜炉的方法，该方法适用于转炉停炉后进行判别，该方法具体为：

通过转炉倾动角度编码器实时采集转炉当前第k时刻和第k-1时刻的转炉倾运转角度，

当|θ_k-θ_k-1|＞δ时，则判断转炉在停止操作时存在溜炉，将在HMI上面以报警的形式通知操作人员；

当|θ_k-θ_k-1|≤δ时，则判断转炉在停止操作时没有存在溜炉；其中

θ_k当前第k-1时刻的转炉倾动角度；θ_k-1第k-1时刻的转炉倾动角度；δ判断转炉角度变化的阈值。

进一步，所述阈值为0.5。

有益技术效果：

1)提出了一种由倾动角度编码器和四台倾动电机速度编码器相互验证的方法，通过PLC获取这五个编码器的信息，进行监控和判别，从而防止了转炉倾动由于编码器出现故障而对***产生影响。

2)提出了在转炉停止操作时，通过判断转炉倾动角度，来判断转炉是否存在溜炉，如果存在溜炉，在HMI上面通过报警的形式通知操作人员。

综合上面所述，本发明增强了转炉倾动运行的可靠性，有效的提高了传统的转炉控制的安全和稳定性。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为编码器故障判断原理图；

图2为转炉倾动安全的电气传动控制***框图；

图3为通过主倾动电机编码器判断转炉是否存在溜炉的原理图；

图4为通过倾动角度编码器判断转炉是否存在溜炉的原理图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图2所示，转炉倾动安全的电气传动控制***包括，四台转炉倾动电机，四台变频器，一个含有四个机械抱闸倾动电机抱闸***，一个PLC逻辑可编程控制器，四个倾动电机增量型编码器和一个倾动角度绝对值型编码器。其中，PLC通过Profibus-DP网络与四台转炉倾动变频器进行通讯，四台配备有Simolink板的变频器由光纤组成环网在四台倾动变频器之间进行传递转矩分量，主变频器运行在速度环，从变频器运行在转矩环，其三个从变频器的转矩给定是通过主变频器通过Simolink实现转矩传递。PLC与变频器之间以Profibus-DP网给定变频器控制字和主电机转速，以及传递变频器的状态字，倾动电机的转速，转矩以及电流分量。

根据上述控制***，本发明提供一种转炉倾动安全的电气传动控制方法，具体包括以下步骤：

S1.配置转炉倾动控制***，然后运行该控制***；

S2.通过HMI选择四台倾动电机中的一台倾动电机作为主倾动电机，其余三台倾动电机作为从倾动电机；主倾动电机采用速度控制，其他三台倾动电机通过Simolink总线跟踪主电机的转矩；

S3.通过PLC采集转炉倾动角度编码器与四台倾动电机速度编码器相互判别，以确定编码器是否出现故障；若主倾动速度编码器出现故障，则从程序里切除该编码器，并且更换另外一台电机作为主倾动电机，防止转炉倾动失控；若主倾动速度编码器没有出现故障，则使用主倾动电机计算出来的角度θ_t代替倾动角度编码器的角度值。

如图1所示，转炉倾动角度编码器与四台倾动电机速度编码器相互判别的方法为：

S31.在转炉开始运行通过位置校验以后，将初始转炉倾动角度保存在程序的变量中；并且在转炉停止运行以后，将转炉倾动角度更新保存在此变量中，转炉初始的倾动角度为θ_s；

S32.将转炉主倾动电机编码器的速度，通过离散积分方法得出一个编码器角度值，计算公式为：

通过离散化的公式为：

v(t)为转炉的运行速度，该速度为主倾动电机通过减速机构装置带动转炉运行的速度，

$v\left(k\right)=\frac{v_0\left(k\right)}{\mathrm{\λ}};$

v₀(k)为主倾动电机在当前第k时刻运行的速度；

λ为转炉倾动减速机构的减速比，该减速比根据机械传动设计时确定为固定值；则转炉在运行过程中的通过主倾动电机计算出的当前k时刻倾动角度为：θ_t＝θ_s+θ_i；

S33.判断转炉倾动角度与转炉主倾动电机计算出来的编码器差值是否在阈值范围内，

当|θ0-θt≤ξ时，则转炉倾动角度编码器和转炉主倾动电机编码器工作正常，结束判断；

当θ₀-θ_t|＞ξ时，则判断转炉主倾动速度编码器转换的角度θ_i与其他三个从倾动电机速度编码器转换的角度θ_j之间的差值是否在阈值范围内，其中，ξ为判断阈值，θ₀为转炉倾动角度编码器反馈角度；

当|θ_i-θ_j|≤ξj＝1，2，3，4，i≠j，将主倾动电机计算出来的角度θ_t代替倾动角度编码器的角度值；将转炉倾动操作速度限定为低速，并在HMI上报警提示转炉倾动角度编码器出现故障。

当|θ_i-θ_j|＞ξj＝1，2，3，4，i≠j，则需要人工确定主倾动电机速度编码器是否出现故障，若出现故障，则从程序里面切除判断有故障的编码器并且更换另外一台电机作为主倾动电机。

所述判断阈值ξ可根据转炉实际运行的速度动态变化，在本实施例中取为0.5s，则判断阈值ξ满足以下关系，v(k)为当前第k时刻转炉运行的速度r/s。

本发明采取对转炉倾动角度编码器和电机速度编码器进行相互检验的机制，从而避免了因为编码器故障而导致转炉控制的失误。

本发明还提供两种判断转炉在停止的时候是否存在溜炉的方法，

图3为通过主倾动电机编码器判断转炉是否存在溜炉的原理图；该方法是通过采集主倾动电机速度编码器反馈值v₀(k)：

当v₀(k)＝0时，表明停炉以后转炉未发生溜炉；

当v₀(k)≠0时，延时2s，再次判断v₀(k)是否为0；如果为0，则未发生溜炉；当不为0时，则可以判断转炉停炉以后发生溜炉，将在HMI上面以报警的形式通知操作人员处理。

图4为通过倾动角度编码器判断转炉是否存在溜炉的原理图，如图4所示，通过转炉倾动角度编码器实时采集转炉当前第k时刻和第k-1时刻的转炉倾运转角度，

当|θ_k-θ_k-1|＞δ时，则判断转炉在停止操作时存在溜炉，将在HMI上面以报警的形式通知操作人员；

当|θ_k-θ_k-1|≤δ时，则判断转炉在停止操作时没有存在溜炉；其中，θ_k当前第k时刻的转炉倾动角度；θ_k-1第k-1时刻的转炉倾动角度；δ判断转炉角度变化的阈值。

进一步，所述阈值δ为0.5。

本发明通过实时监测转炉倾动角度值，来判断停止操作时转炉是否存在着溜炉。通过对转炉倾动控制改进，提高转炉倾动安全性和稳定性，使转炉倾动具有更好的稳定性能，从而降低了转炉倾动是事故的发生。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种转炉倾动安全的电气传动控制方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1.配置转炉倾动控制***，然后运行该控制***；

S2.通过HMI选择四台倾动电机中的一台倾动电机作为主倾动电机，其余三台倾动电机作为从倾动电机；

S3.通过PLC采集转炉倾动角度编码器与主倾动电机速度编码器相互判别，以确定编码器是否出现故障；若主倾动电机速度编码器出现故障，则从程序里切除该编码器，并且更换另外一台电机作为主倾动电机，防止转炉倾动失控；若主倾动电机速度编码器没有出现故障，则使用主倾动电机速度编码器计算出来的角度θ_t代替倾动角度编码器的角度值；转炉倾动角度编码器与主倾动电机速度编码器相互判别的方法为：

S31.在转炉开始运行通过位置校验以后，将初始转炉倾动角度保存在程序的变量中；并且在转炉停止运行以后，将转炉倾动角度更新保存在此变量中，转炉初始的倾动角度为θ_s；

S32.将转炉主倾动电机编码器的速度，通过离散积分方法得出主倾动电机编码器角度值，计算公式为：

θ_i＝∫v(t)×360°dt

通过离散化的公式为：θ_i＝∑v(k)×360°，v(t)为转炉的运行速度，v₀(k)为主倾动电机在当前第k时刻运行的速度；λ为转炉倾动减速机构的减速比；

则转炉在运行过程中通过主倾动电机速度编码器计算出的倾动角度为：θ_t＝θ_s+θ_i；

S33.判断转炉倾动角度与转炉主倾动电机速度编码器计算出来的倾动角度的差值是否在阈值范围内，

当|θ₀-θ_t|≤ξ时，则转炉倾动角度编码器和转炉主倾动电机速度编码器工作正常，结束判断；

当|θ₀-θ_t|＞ξ时，则判断转炉主倾动电机速度编码器转换的角度θ_i与其他三个从倾动电机速度编码器转换的角度θ_j之间的差值是否在阈值范围内，其中，ξ为判断阈值，θ₀为转

炉倾动角度编码器反馈角度；

当|θ_i-θ_j|≤ξj＝1,2,3,4,i≠j，将主倾动电机速度编码器计算出来的角度θ_t代替倾动角度编码器的角度值；将转炉倾动操作速度限定为低速，并在HMI上报警提示转炉倾动角度编码器出现故障；

当|θ_i-θ_j|＞ξj＝1，2，3，4，i≠j，则需要人工确定主倾动电机速度编码器是否出现故障，若出现故障，则从程序里面切除判断有故障的编码器并且更换另外一台倾动电机作为主倾动电机。

2.根据权利要求1所述的转炉倾动安全的电气传动控制方法，其特征在于：所述判断阈值ξ满足以下关系，