西门子变频器和PLC在高炉探尺上的应用

2022-10-18

在高炉的生产过程中炉内的料线位置是达到准确布料和高炉正常生产的重要条件之一。料线过高时, 容易使高炉的透气性变差导致高炉的温度变低而使高炉的熔炼效率降低;而料线过低时, 又会使炉顶煤气温度显著提高, 会降低炉顶设备的使用寿命。根据高炉生产的经验来说料线在1.5M~2.0M是比较合适的。

1 传统探尺系统概述

传统的高炉料位探测系统是采用直流电机拖动重锤来进行料位探测, 总所周知直流电机具有良好的调速性能, 但是高炉生产情况千变万化, 随着气流、风温、料位和料种的各有不同要求探测系统具有较高的可调性, 这正是直流电机拖动系统所欠缺的, 因为直流电机的控制硬件相对来说比较多比较复杂, 在上述情况发生变化时直流控制系统需要具有专业知识的人员才能调整, 这对于生产来讲是不利的, 从而高炉的料位探测系统能够采用具有优越拖动特性的变频器是完全有必要的。下面我们就来了解一下这种控制方式。

2 系统构成

高炉的探尺系统的主要组成部分是机械部分和变频器参与的控制部分,

首先我们来看看探尺的机械结构和其主要的工作过程。

图1就是简单的机械结构示意图。其主要的工作过程如下:高炉探尺是用来检测高炉内物料的深度, 为冶炼操作人员提供炉内动态物料下放的情况, 以便控制铁矿石与焦碳等物料向炉内的排放。当探尺检测炉内的物料下放到设定的料面时, 探尺自动提升到顶部机械零位, 铁矿石与焦碳等物料按照事先工艺设定向高炉炉内排放。物料排放完毕, 探尺自机械零位按设定的速度开始下放, 下放到炉内物料的料面后, 探尺被物料支撑, 探尺速度减至为零 (近似为零) , 随后跟随物料下放, 直到再次检测到炉内的物料下放到设定的深度时, 探尺自动提升。如此循环往复, 使探尺稳定在一个料面高度。

电气控制方面选用Siemens公司的矢量控制的电压源型变频器6SE70系列来设计控制方案。西门子变频器采用速度反馈闭环控制、反馈元件增量式编码器安装在电机同轴。绝对式编码器用于重锤位置检测, 同时采用西门子S7-400进行数据的计算和输出控制。如下图2所示。

3 探尺动作过程

探尺整个动作过程总共分为以下几步:探尺启动、探尺放尺、探尺到达料面、探尺跟随料面和探尺提尺。下面我们就探尺的这几步来分别阐述。

探尺起动:探尺收到下探信号后, 开始下放, 小速度恒力矩。

探尺放尺:探尺下放过程中, 采用力矩控制, 匀速下放, 这一过程电机处于再生发电状态。

探尺到达料面:探尺下放到料面是一个关键的转折点, 当重锤到达料面后, 电机应结束下放, 重锤立于料面, “浮”在料面上, 重锤不倒不歪。

探尺跟踪料面:当重锤到达料面后, 电机由转速控制自动切换为电流控制 (力矩控制) 。电机由发电状态转到电动状态, 电机带微张力 (小电流) 控制, 电机用较小的张力提着重锤, 在料面上保持动态平衡:Mg (重锤) +N (链条) -F (料面浮力) >T (张力) , 当料面下降, F (料面浮力) 减小, T (张力) 增加, 直到Mg (重锤) +N (链条) -F (料面浮力) =T (张力) , 达到新的平衡;当料面上升, F (料面浮力) 增大, T (张力) 减小, 直到Mg (重锤) +N (链条) -F (料面浮力) =T (张力) , 达到新的平衡;探尺实时跟踪料面, 直到所设定料线。

探尺提尺:当料面检测完毕后, 收到提尺信号, 快速将探尺重锤提起到“零点”, 这一过程电机处于电动状态。

上面所提到的速度和力矩都可以通过矢量变频器和PLC之间通讯的数据快来简单的设定。