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摘 要頂枪是RH钢水精炼装置中的一个关键设备,如何有效和安全地控制RH顶枪升降对于充分发挥RH钢水精炼装置的功能和提高钢水质量有着重要的意义。本文介绍了快速定位技术在八钢RH顶枪升降系统中的应用,从实际应用效果看,采用该技术定位快速、准确,取得了很好的效果。
关键词 RH;顶枪;快速定位
中图分类号TF341文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)022-0098-02
0前言
随着八钢产业链的不断优化、拓展和升级,具有高附加值新产品开发成为市场竞争宠儿,用户对钢铁产品的质量和性能要求越来越高,而RH钢水精炼是在炼钢过程中提高钢铁产品质量、性能和拓展新产品种类的一个有效手段。RH顶枪是RH钢水精炼装置中提高钢水处理质量的一个关键设备,它的作用是在高真空状态下对钢水进行大流量吹氧脱碳、升温、微合金化、去气、去夹杂,以及在待机状态下用燃气快速加热真空槽和去冷钢的功能。在这其中RH顶枪升降控制又是RH钢水精炼控制中的一个技术难关,对保证RH钢水精炼装置的处理效率以及安全生产有着十分重要的影响。
1目前RH顶枪功能和升降控制方式及其不足
1.1目前RH顶枪功能和升降控制方式
RH顶枪安装在真空槽上方,通过升降机构升降和定位(如图1所示)。一般采用变频调速方式来进行升降控制。RH顶枪通过升降机构的上升极限位置、槽外待机位置、槽内待机位置、下降极限位置,升降电机及旋转编码器,以及变频器和PLC控制装置自动升降定位控制。RH顶枪行程一般在10米左右,为了保证RH顶枪快速升降和有效自动定位,要求RH顶枪升降高低速度比达到10:1。
图1RH顶枪升降机构图
RH顶枪一般采用两种操作方式:
(1)现场操作方式:通过现场操作和手动操作RH顶枪升降,包括密封装置、锁紧机构和顶枪盖版。操作人员根据操作箱上的顶枪高度数显表,确认升降高度。
(2)中央操作方式:通过HMI通讯和PLC控制,RH顶枪自动按预设程序到预设位置。操作人员可以通过HMI的顶枪高度数据和位置状态监控顶枪升降状态。
RH顶枪下部带有一套顶枪顶时装置和锁定机构,用于RH顶枪在槽内待机位置以下密封和固定,RH顶枪升降时常与密封装置和锁定机构连锁控制。原升降机构还配置气动马达以保证在断电事故时RH顶枪能被拔出真空槽外,确保设备安全。
紧急操作设计有3种方式:
(1)顶枪系统运行时出现不能满足启动条件情况,顶枪PLC系统自动启动顶枪紧急停止程序对顶枪进行紧急提升和系统停止。
(2)顶枪系统运行时出现非常情况,手动启动顶枪现场操作箱上或RH紧急操作台上的顶枪紧急停止按钮,启动顶枪PLC紧急停止程序对顶枪进行紧急提升和系统停止。
(3)顶枪系统运行时出现电力故障情况,通过使用顶枪紧急提升气动马达对顶枪进行紧急提升。
1.2RH顶枪升降控制方式原设计存在的不足
作为升降类负载(即恒转距负载)的顶枪在RH精炼设备中大量使用。RH顶枪升降控制在实际使用时有时也会遇到一些问题,比如制动失效时,会造成顶枪加速坠落,造成事故。升降定位精度偏差,气动马达紧急升降操作不便等问题。通过研究和分析,并应用现有控制技术,可以解决上述问题。
目前,RH顶枪基本采用开环方式的高低速切换技术定位,即在高速区可以高速运行,低速区可以低速运行。该定位技术简单、易实现。但对于定位的快速性和准确性要求很高的场合该技术存在以下缺点:
为了快速到达设定位置,要求高速区尽量宽,低速区尽量窄。但由于升降类负责的惯性作用,高低速切换需要一定时间(一般在5秒左右),因此经常发生定位不准的现象。
为了实现准确定位,低速区速度尽量低,并且要有一定宽度,这样又制约了快速定位的要求。
2改进后八钢RH顶枪升降定位控制介绍
八钢RH顶枪升降定位采用闭环速度调节方案,这样可以提高制动效果和定位精度。将旋转编码器信号输入变频器构成一个闭环速度调节回路。由PLC根据顶枪位置和时间连续给定速度设定值。在闭环速度回路下,当速度为零时,变频器也能全力矩输出,有效提高制动器效率和定位精度。同时保证在制动器失效时,顶枪不会加速坠落,从而保证设备安全。
该快速定位技术的核心思想是当负载实际位置和设定位置之差的绝对值大于减速区时负载按照额定速度(高速)运行,当负载实际位置和设定位置之差的绝对值小于减速区时,将一条由经验数据所形成的减速曲线作为调速系统的给定,负载按照该减速曲线运行直到达到设定位置。该经验曲线是由16条分段的折线组成,以实际位置和设定位置之差作为横坐标,以速度给定作为纵坐标。减速曲线表见表1所示。
以实际位置与设定位置之差作为横坐标,以给定速度与最大给定之比作为纵坐标,形成的速度给定特性图表如图2所示。
图2减速曲线速度给定特性图
由平面几何知识知道,平面上两点可以确定一条直线。当一条直线通过(x1,y1)和(x2,y2)两点时,该直线的函数为公式(1)所示:
上式中Y表示速度给定的输出值,X表示实际位置与设定位置之差。从图2可以看出,任意折线的起点和终点的坐标值已知,因此该折线的函数就可以算出,通过软件编程完全可以实现该减速曲线。
3八钢RH顶枪快速定位系统的实施后的效果
从现场实际应用效果来看,八钢RH顶枪系统采用的快速定位技术简单实用、稳定可靠,完全能够能够达到快速、准确定位的要求。理论上误差≤4mm,一般情况下能达到实际误差<10mm的精度。图3为RH顶枪OB处理开始后,顶枪自动方式下降到喷吹设定点的动态实测曲线,效果令人满意。
图3 4RH顶枪自动下降实测曲线
4结束语
通过对RH精炼顶枪的升降定位控制实践调试、维护和改进,有效提高了RH顶枪升降控制的性能、使用效率和安全性,实现目标枪位的准确定位,同时故障率的降低有利于现场的操作和维护,也为今后的RH顶枪的控制技术进一步改进打下了基础,为八钢公司炼钢系统提高RH钢水精炼的处理能力和钢铁产品的质量和钢铁产品的延伸提供了重要的保证。
作者简介:
张斌,男,本科毕业于辽宁科技大学 机械制造及自动化专业,现任宝钢集团八钢公司炼钢厂设备室设备管理工程师。
关键词 RH;顶枪;快速定位
中图分类号TF341文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)022-0098-02
0前言
随着八钢产业链的不断优化、拓展和升级,具有高附加值新产品开发成为市场竞争宠儿,用户对钢铁产品的质量和性能要求越来越高,而RH钢水精炼是在炼钢过程中提高钢铁产品质量、性能和拓展新产品种类的一个有效手段。RH顶枪是RH钢水精炼装置中提高钢水处理质量的一个关键设备,它的作用是在高真空状态下对钢水进行大流量吹氧脱碳、升温、微合金化、去气、去夹杂,以及在待机状态下用燃气快速加热真空槽和去冷钢的功能。在这其中RH顶枪升降控制又是RH钢水精炼控制中的一个技术难关,对保证RH钢水精炼装置的处理效率以及安全生产有着十分重要的影响。
1目前RH顶枪功能和升降控制方式及其不足
1.1目前RH顶枪功能和升降控制方式
RH顶枪安装在真空槽上方,通过升降机构升降和定位(如图1所示)。一般采用变频调速方式来进行升降控制。RH顶枪通过升降机构的上升极限位置、槽外待机位置、槽内待机位置、下降极限位置,升降电机及旋转编码器,以及变频器和PLC控制装置自动升降定位控制。RH顶枪行程一般在10米左右,为了保证RH顶枪快速升降和有效自动定位,要求RH顶枪升降高低速度比达到10:1。
图1RH顶枪升降机构图
RH顶枪一般采用两种操作方式:
(1)现场操作方式:通过现场操作和手动操作RH顶枪升降,包括密封装置、锁紧机构和顶枪盖版。操作人员根据操作箱上的顶枪高度数显表,确认升降高度。
(2)中央操作方式:通过HMI通讯和PLC控制,RH顶枪自动按预设程序到预设位置。操作人员可以通过HMI的顶枪高度数据和位置状态监控顶枪升降状态。
RH顶枪下部带有一套顶枪顶时装置和锁定机构,用于RH顶枪在槽内待机位置以下密封和固定,RH顶枪升降时常与密封装置和锁定机构连锁控制。原升降机构还配置气动马达以保证在断电事故时RH顶枪能被拔出真空槽外,确保设备安全。
紧急操作设计有3种方式:
(1)顶枪系统运行时出现不能满足启动条件情况,顶枪PLC系统自动启动顶枪紧急停止程序对顶枪进行紧急提升和系统停止。
(2)顶枪系统运行时出现非常情况,手动启动顶枪现场操作箱上或RH紧急操作台上的顶枪紧急停止按钮,启动顶枪PLC紧急停止程序对顶枪进行紧急提升和系统停止。
(3)顶枪系统运行时出现电力故障情况,通过使用顶枪紧急提升气动马达对顶枪进行紧急提升。
1.2RH顶枪升降控制方式原设计存在的不足
作为升降类负载(即恒转距负载)的顶枪在RH精炼设备中大量使用。RH顶枪升降控制在实际使用时有时也会遇到一些问题,比如制动失效时,会造成顶枪加速坠落,造成事故。升降定位精度偏差,气动马达紧急升降操作不便等问题。通过研究和分析,并应用现有控制技术,可以解决上述问题。
目前,RH顶枪基本采用开环方式的高低速切换技术定位,即在高速区可以高速运行,低速区可以低速运行。该定位技术简单、易实现。但对于定位的快速性和准确性要求很高的场合该技术存在以下缺点:
为了快速到达设定位置,要求高速区尽量宽,低速区尽量窄。但由于升降类负责的惯性作用,高低速切换需要一定时间(一般在5秒左右),因此经常发生定位不准的现象。
为了实现准确定位,低速区速度尽量低,并且要有一定宽度,这样又制约了快速定位的要求。
2改进后八钢RH顶枪升降定位控制介绍
八钢RH顶枪升降定位采用闭环速度调节方案,这样可以提高制动效果和定位精度。将旋转编码器信号输入变频器构成一个闭环速度调节回路。由PLC根据顶枪位置和时间连续给定速度设定值。在闭环速度回路下,当速度为零时,变频器也能全力矩输出,有效提高制动器效率和定位精度。同时保证在制动器失效时,顶枪不会加速坠落,从而保证设备安全。
该快速定位技术的核心思想是当负载实际位置和设定位置之差的绝对值大于减速区时负载按照额定速度(高速)运行,当负载实际位置和设定位置之差的绝对值小于减速区时,将一条由经验数据所形成的减速曲线作为调速系统的给定,负载按照该减速曲线运行直到达到设定位置。该经验曲线是由16条分段的折线组成,以实际位置和设定位置之差作为横坐标,以速度给定作为纵坐标。减速曲线表见表1所示。
以实际位置与设定位置之差作为横坐标,以给定速度与最大给定之比作为纵坐标,形成的速度给定特性图表如图2所示。
图2减速曲线速度给定特性图
由平面几何知识知道,平面上两点可以确定一条直线。当一条直线通过(x1,y1)和(x2,y2)两点时,该直线的函数为公式(1)所示:
上式中Y表示速度给定的输出值,X表示实际位置与设定位置之差。从图2可以看出,任意折线的起点和终点的坐标值已知,因此该折线的函数就可以算出,通过软件编程完全可以实现该减速曲线。
3八钢RH顶枪快速定位系统的实施后的效果
从现场实际应用效果来看,八钢RH顶枪系统采用的快速定位技术简单实用、稳定可靠,完全能够能够达到快速、准确定位的要求。理论上误差≤4mm,一般情况下能达到实际误差<10mm的精度。图3为RH顶枪OB处理开始后,顶枪自动方式下降到喷吹设定点的动态实测曲线,效果令人满意。
图3 4RH顶枪自动下降实测曲线
4结束语
通过对RH精炼顶枪的升降定位控制实践调试、维护和改进,有效提高了RH顶枪升降控制的性能、使用效率和安全性,实现目标枪位的准确定位,同时故障率的降低有利于现场的操作和维护,也为今后的RH顶枪的控制技术进一步改进打下了基础,为八钢公司炼钢系统提高RH钢水精炼的处理能力和钢铁产品的质量和钢铁产品的延伸提供了重要的保证。
作者简介:
张斌,男,本科毕业于辽宁科技大学 机械制造及自动化专业,现任宝钢集团八钢公司炼钢厂设备室设备管理工程师。