团论文网
团论文网
-
摘要：本文介绍了副枪在现代转炉炼钢中的重要作用，副枪系统的构成以及五个工作周期，结合副枪在转炉炼钢中的实际使用案例，分析副枪的测量周期、旋转定位、事故提升功能中存在的问题以及优化方法。
关键词：副枪；工作周期；测量周期；旋转定位；事故提升
1副枪的重要作用
在副枪出现之前，炼钢吹炼过程中，要获知转炉内熔池温度及钢液成分，只能中断吹炼操作，提起氧枪，将炉子摇向炉前进行人工测温取样，即倒炉测温。倒炉测温有诸多弊端，首先，中断吹炼，延长了冶炼周期，其次，人工测温不仅耗时，而且十分危险，一旦发生喷溅，危及人身安全。基于此，副枪技术应运而生，并快速发展，时至今日，副枪已成为各大钢厂的必备设施，从最初的测温功能，发展到液位测量，副枪TSO所进行的液位测量，用于指导转炉吹炼的枪位控制，稳定操作；有助于了解转炉炉衬砖的侵蚀情况,进行炉衬维护工作。再到如今采用副枪作为在线检测手段的动态模型自动化炼钢技术，副枪技术正以其独特优势助力钢铁行业向自动化、智能化发展。
2副枪系统的构成
2.1设备组成
副枪系统主要由副枪本体、副枪升降台车，冷却水和氮气软管，副枪卷扬装置，副枪旋转框架及驱动装置，副枪APC系统（探头自动装卸装置），探头储存箱及探头处理装置，探头回收装置和探头维修装置组成。
2.2控制系统组成
副枪控制系统采用西门子S7-1500系列CPU，通过DP数据总线传回编码器脉冲信号。编码器输出信号类型为TTL长线差分驱动，此信号有正负波形对称形式，由于其正负电流方向相反，对外电磁场抵消，抗干扰能力较强，使旋转系统位置信号的采集及计算能够保持在一个较高精度的范围内。PLC通过DP总线传输状态字和控制字，对变频器进行读写，变频器采用西门子S120系列。分别设置A、B、C、D、E五个操作台及一个HMI操作站。
HMI操作站。位于主操作室内，主要用于对副枪的五个工作周期进行操作，使用人员为炼钢操作工。
A操作台。安装在HMI操作站旁，位于主操作室内，主要功能是对副枪进行事故提升操作，使用人员为炼钢操作工。
B操作台。安装在APC旁，位于炼钢厂塔楼27m平台，主要功能是对副枪的APC系统进行调试、维护，包括探头运输链、翻转臂、导向锥、夹持器、卸载器等单个设备，使用者常为机械、电气设备维护人员。
C操作台。安装在副枪卷扬旋转平台旁边，位于炼钢厂塔楼52m平台，主要功能是对副枪卷扬装置及旋转机构进行调试、维护，使用者常为机械、电气设备维护人员。
D操作台。安装在炉后，位于炼钢厂塔楼10m平台，主要功能是控制副枪下降到10m平台，方便炉后操作人员检查副枪的使用情况，包括枪体是否弯曲、漏水等，同时该位置也用于更换副枪接插件，故主要使用人员为炼钢操作工及电气维护人员。
E操作台。安装在阀站平台旁，位于炼钢厂塔楼42m平台，主要功能是控制副枪进水阀的开关，此操作台不常用。
上述操作台不允许两个同时操作。若某一台要求操作时，必须将本台选择开关旋到请求操作位置，并经过转炉中央操作室HMI站同意后，方可进行操作。
3副枪的五个工作周期
副枪操作划分成三个主自动工作周期和二个辅助工作周期。副枪操作的三个主工作周期。
连接周期。启动连接周期，探头从仓内掉落在输送链上，输送链运行将探头送至翻转臂，翻转臂上的检测装置感应到探头，翻转臂竖起，副枪下降插入探头内，将探头与副枪连接。
测量周期。启动测量周期，副枪自动旋转至测量位并下枪，进行一次测量。
复位周期。启动复位周期，副枪复位一次，卸掉枪上的探头，重新回到可以连接探头的起始位置。
副枪操作的二个辅助工作周期（主要用于维护）：
转到测量位置。主要用于维护人员在27m平台进行枪体是否对中判断。
转动到维护/连接位置。主要用于在连接位手动连接探头或者在维护位进行副枪更换。
4副枪测量周期
4.1测量周期启动条件
要启动副枪的测量周期，必须要满足测量周期的启动条件，启动条件是保证副枪安全高效使用的前提。目前，测量周期的启动条件包括副枪无紧急停止报警、无自动周期运行、副枪在上极限、偶头连接OK、冷却水进水流量正常、冷却水出水温度正常、冷却水出水流量差正常、转炉在零位、MAS-T400通讯正常、无张力高报警、无张力低报警。
4.2存在的问题
副枪经过多次使用后，接插件会存在焦油，导致出现误信号，测温偶头卸下后，枪体上已经没有测量偶头，但依然能检测到偶头连接OK的信号。这时如果其它启动条件也同时满足，操作人员在需要测量时就会直接启动测量周期，副枪无偶头进入转炉内测量，就会造成枪头把持器烧毁，严重时造成副枪漏水，不仅影响生产顺行，还可能导致生产安全事故的发生。
4.3连接周期已运行
副枪的五个工作周期看似独立，实则互相存在顺序关联。比如，正常的使用流程应为启动连接周期，副枪连接测温偶头后进行等待，需要测量时，操作人员才启动测量周期进行测量，测量周期结束后，系统自动启动复位周期进行复位。基于此考虑，决定对启动条件进行优化，增加“连接周期已运行”作为启动条件之一。通过在PLC程序上进行限定，连接周期运行后，将“连接周期已运行”条件进行置位，测量周期可以启动。复位周期后，将“连接周期已运行”条件进行复位，测量周期不能启动。由此实现必须经过连接周期，同时副枪有偶头连接OK信号后，测量周期启动条件才完全满足。同时增加此条件的解锁功能，可避免连接周期无法运行，需要人工动手连接探头时，“连接周期已运行”无法进行置位，无法启动测量周期的问题。
将“连接周期已运行”作为其中一个启动条件后，副枪无偶头进入转炉内测量的问题得到根本解决，减少烧枪、漏水等事故的发生，极大提高副枪的稳定性，保障生产连续不中断。
5副枪旋转定位
5.1副枪旋转定位控制
要实现副枪稳定、准确测量，对副枪旋转的精度及定位有很高要求。根据副枪对安全性能和整体周期时间控制的需求，现采用以下三种方式提高定位精度、稳定性及安全性能。
（1）采用编码器和减速检测点双重检测方式来进行减速控制。
（2）通过编码器位置反馈由用户自定义减速区间。副枪到达减速区间后按照斜坡函数计算出的速度运行，可减少旋转时间，进一步降低整体周期的运行时间。
（3）到达连接位完成自动标定功能，将连接位的平台位置脉冲值写到编码器中，减少因平台频繁动作而产生的误差。
5.1.1旋转控制原理
从连接位向测量位旋转过程中，先用定位速度（2500）作为起步速度，当旋转平台旋转到编码器脉冲值为1335时，高速使能区间激活，旋转平台高速旋转（14500），当旋转平台旋转到编码器脉冲值为“往测量位减速设定值”时，则按照斜坡函数14500-SQR(卷扬平台实际位置—往测量位减速设定值)×0.09003进行减速运行，当旋转平台旋转到编码器脉冲值为“往测量位定速移动设定值”时，则给低速（4000）运行，当旋转平台旋转到编码器脉冲值为2305时，给定位速度（2500），直到旋转平台感应到停止极限，则停止。在这种情况下，旋转平台的减速、低速、定位速度则由程序设定的脉冲点进行控制，停止时才依靠停止极限，而减速极限则起到预防作用，防止编码器脉冲值不准时，可利用减速极限给定位速度，使平台可以平稳停下。从测量位向连接位旋转也是如此，只是减速、定速脉冲点设定值及斜坡函数有所不同。
5.2存在的问题
副枪投用不久后，频繁出现旋转到测量位或连接位脉冲值不在范围内故障，导致无法下枪测量，严重影响生产。最先怀疑是旋转控制没有调试完善，都从程序方面找问题，通过修改减速点、定速点、调整减速极限和停止极限、甚至将高速区间及高速速度都缩小后，仍无法解决问题，脉冲值就像失控一样，严重偏离正常范围。经过多次试验查找，最终确定问题是旋转减速机编码器取值轴与减速机空心轴键连接处存在间隙，取值轴与空心轴转动不同步，速度不一致，导致编码器脉冲值与实际位置不匹配。不解决此问题，编码器就无法匹配旋转平台实际位置，副枪则陷入瘫痪，无法使用。
5.3对中限位的应用
鉴于旋转减速机编码器取值轴与空心轴转动不同步问题且短时间内无法解决，每次旋转之后，旋转平台实际位置并没有太大偏差，与正常位置尚能保持一致，综合考虑之后，决定在测量位与连接位各增加一个对中限位，用以判断旋转平台实际是否到位。对中限位采用接近开关，用限位槽固定在原有的减速极限与停止极限架子上，在旋转平台焊接一块感应铁块，铁块宽度15mm左右，不宜过宽，否则容易导致误判，实际位置偏差大时无法反映出来。将接近开关信号接入副枪PLC数字量输入模块，并对原有程序进行补充优化，旋转平台停止后，只要对中限位有信号，则表示旋转平台实际位置正常，满足测量条件或连接条件。
（1）在编码器无法准确反映旋转平台实际位置时，对中限位可作为位置参考，副枪可继续使用，不会导致生产中断。
（2）连接位的对中限位，可作为编码器标定的依据。
（3）便于电气调试人员判断旋转平台每次旋转之后的偏差大小，从中查找规律进行修正。
（4）发生撞枪事故时，对中限位可作为旋转平台实际位置有无偏差的判断依据，避免争议。
6副枪事故提升
6.1事故提升原理
副枪事故提升，一般用于正常提升不能使用，但需要紧急将副枪从转炉内提升出来的情况，比如正常提升联锁条件不满足、线路故障、电机故障、设备突然停电等。正因其特殊要求，事故提升变频器、电机必须是独立的，与正常提升的变频器、电机互不干涉，且事故提升主电源必须使用应急电源，目前常采用EPS应急电源，在市电正常时，应急电源向负载提供市电，同时进行蓄电池充电管理，逆变单元不工作；市电发生故障时，蓄电池供电，同时逆变单元工作，自动转为应急供电。市电恢复，应急电源恢复市电工作状态。
副枪事故提升控制回路一般采用硬接线直接接入变频器的方式，变频器则采用端子控制，不经过PLC。在电气控制原理图中，该事故提升控制回路电压采用AC220V，其中K250是急停信号中间继电器的一组常开触点，急停信号正常时，该触点闭合，它是副枪所有命令能够执行的前提。
S242是安装在A操作台的转换开关，含一组常闭触点和一组常开触点，常闭触点串联在正常模式控制回路中，常开触点串联在事故模式控制回路中，通过人员操作转换开关实现正常模式与事故模式的主回路切换。
S244是安装在A操作台的按钮，只有一组常开触点，常开触点串联在事故提升命令控制回路中。当操作模式已切换到事故模式后，按下S244按钮，常开触点闭合，进而控制K245闭合，就可发出事故提升命令到变频器中，变频器执行提升命令，输出电压到事故提升电机。
K245是事故提升命令中间继电器，它的一组常开触点与变频器控制单元的端子进行连接。
6.2存在的问题
在实际使用过程中，多次出现由于线路接触不良致使联锁信号出现异常导致测量周期中断的情况，而操作人员并未发觉，未能立即启用事故提升功能，致使副枪在转炉内停留时间过长，造成枪头把持器烧毁、副枪漏水的严重设备事故。
6.3自动事故提升功能
为解决上述问题，除了要对线路进行全面排查，还需要有相应的应急措施，确保出现测量周期中断时，副枪能及时从转炉内提出。由此，决定利用现有的软硬件设施，开发副枪自动事故提升功能，当副枪在转炉内出现故障，或者停留时间超过一定时长，PLC自动执行事故提升功能，及时提枪。对事故提升电气控制回路进行改造如下。
使用1个24V中间继电器，用于正常模式与事故模式的切换，简称模式切换中继K1。模式切换中继K1的一组常闭触点从X4-18、19端子接线，实现常闭触点与S242转换开关的常闭触点并联；模式切换中继K1的一组常开触点从X4-18、20端子接线，实现常闭触点与S242转换开关的常开触点并联。
使用1个24V中间继电器，用于事故提升命令的发送，简称事故提升中继K2。事故提升中继K2的一组常开触点从X4-20、21端子接线，实现该常开触点与S244按钮的常开触点并联。
模式切换中继K1和事故提升中继K2的线圈接入副枪PLC输出模块，接受PLC的控制。
控制回路改造完成，还要对PLC程序进行编写，主要从以下两种情况进行逻辑考虑。
第一，正常提升变频器无故障的情况。在测量前，操作人员会对副枪的测量高度设定值进行设定，当副枪在测量位测量时，如果副枪实际高度小于11000mm且副枪已经停止，就算正常提升变频器没有故障，只要副枪实际高度在测量高度设定值±50mm之间，就开始进行计时，超过15秒，则触发自动事故提升。副枪到达测量高度后，实际测量的时间为5秒，所以触发时间设定为15秒，对于测量过程完全是满足的。
第二，正常提升变频器有故障的情况。在测量前，操作人员会对副枪的测量高度设定值进行设定，当副枪在测量位测量时，如果副枪实际高度小于15000mm且副枪已经停止，并且正常提升变频器报故障，那么1.5秒后立即触发自动事故提升。
副枪自动事故提升功能投用后，由于电气线路、电气设备原因造成的副枪烧枪事故几乎降低为0，且操作人员不再需要关注副枪的整个测量过程，只需要关注测量结果即可，操作人员可以把更多精力投入到转炉吹炼后期当中。故副枪自动事故提升功能有如下优点。①解决副枪测量过程的后顾之忧，除了能够应对电气线路问题导致的测量周期中断，也能防止由于正常提升电机或变频器故障导致的驱动问题，确保转炉安全高效生产。②摆脱依靠操作人员观察判断，进行手动事故提枪的困境。③在原有的手动事故提枪功能上增加自动功能，手动、自动功能互不干扰，手动事故提枪功能仍可进行使用。④思路新颖独特，另辟蹊径，为后续相似问题的解决提供参考。
7总结与展望
优化副枪的测量周期启动条件、增设对中限位、开发自动事故提枪功能，彻底避免了烧枪事故的发生，极大增强了副枪系统的稳定性、安全性，对于钢厂实现高效安全生产及日后的发展都是极其有利的。目前，转炉全自动吹炼技术正成为各大钢厂研究的热点，而采用副枪动态控制模型和计算机控制技术，实现转炉吹炼过程的计算机全自动控制，正是实现全自动吹炼技术的技术方向之一。后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
本文标签：
转炉副枪功能优化实践论文
人参与 2024-11-28 10:34:37 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
-
站内搜索
-
随机文章
-
标签列表
-
-
最近发表
-
-
热门文章 | 最新文章 | 随机文章
-
-
最新留言
-
首页 论文知识 教育论文 毕业论文 教学论文 经济学 管理学 职称论文 法学 理学 医学 社会学 物理学 文献 工程论文 学位论文 研究论文
Powered 团论文网 版权所有 备案号：鄂ICP备2022005557号统计代码
全站搜索