常建国-高炉探尺控制系统的设计(直流控制)

河南科技学院

2009届本科毕业论文（设计）

论文题目：高炉探尺控制系统的设计（直流控制）

学生姓名：常建国

所在院系：机电学院

所学专业：应用电子技术教育

导师姓名：杨青杰

完成时间：2009 年5月20 日

摘要

本文介绍了由全数字直流调速器组成的高炉探尺控制系统的工作原理，手动调节的过程和工作特性，并通过实际的调速电路定性的分析了高炉探尺控制系统运行时的状态变化及解决途径。介绍了西门子SIMOREG DC-MASTER 6RA70直流调速装臵的使用方法，系统的设计思路，以及全数字控制系统的优越性。

关键词：直流调速系统, 直流电动机, 高炉探尺

blast furnace gage rod the design of control systems （DC control）

Abstract

This paper introduces the all-digital DC speed control system, working principle, self-adjusting process and the operating characteristics and the actual speed control circuit through the qualitative analysis of automatic control systems. Siemens introduced the SIMOREG DC-MASTER 6RA70 DC converter to use, system design, and all the advantages of digital control system.

Keywords:DC Speed Regulation System, DC Motor, Blast Furnace Gage Rod

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目录

1绪论 (1)

2控制系统的工作原理 (1)

2.1直流调速系统的原理 (2)

2.2高炉探尺系统的工作原理 (4)

3硬件选择 (6)

3.1直流电机的选型 (6)

3.2 PLC的选型 (9)

3.3直流调速装臵的选型 (12)

3.4编码器的选型 (16)

3.5硬件接线图 (20)

4软件设计 (20)

4.1 I/O口的选择 (21)

4.2程序流程图 (21)

4.3 PLC控制程序 (22)

5高炉探尺的调试 (24)

致谢 (25)

参考文献

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1 绪论

探尺是炼铁厂上料系统的重要组成部分。在工作过程中，它能准确地指示料面高度和分布状况，因此对整个高炉系统的高效安全运行起着重要作用。探尺是利用电动机拖动重锤来探测料面高度，高炉探尺系统是对高炉内料面的高低进行测量，并实时显示料线和料速,给出是否加料的信号。探尺多为铸钢圆柱重锤，长约700 mm，由电动机拖动卷筒，通过缠绕在卷筒上的钢丝绳，经滑轮和链索将重锤伸入炉膛内。现在很多钢铁公司炼铁厂所用探尺传动采用传统的空开、接触器和接触调压器驱动形式。工作过程为：提尺时电机定子接入电网额定电压，电机正转；放尺时通过接触调压器使电机定子接入几十伏左右的电压，改变供电相序，电机反转，重锤下放。

老式探尺存在问题：

（1）放尺不畅，电压波动时，放尺速度波动，经常需手动干预。

（2）放尺过程采用小电压且使电机向下转，易松绳，乱绳和倒锤，烧锤。

（3）不能很好跟踪料面，影响及时向炉内布料。

（4）更换重锤时，调试时间相对长。

（5）对重锤重量偏差要求较严。

（6）需经常维护，控制精度低,调试难度大，故障率高维护工作量比较大。

针对老系统的这些缺点，我们运用新兴的工业产品设计出新型高炉探尺工艺控制：高炉探尺采用直流电机传动，高性能全数字直流调速装臵SIMOREG DC-MASTER 6RA70驱动控制。高炉探尺作为监视和控制高炉内料位的重要设备，其控制的关键点在于准确地进行料面跟踪。

新型高炉探尺工艺特点如下：

（1）放尺速度均恒。

（2）准确探测料面。

（3）跟随料面下降。

（4）提尺速度快，停的位臵准确。

（5）到达上限位臵自动停止。

2控制系统的工作原理

2.1直流调速系统原理

改变电枢电压调速是直流调速系统采用的主要方法，调节电枢供电电压或者改变励磁磁通，都需要有专门的可控直流电源，常用的可控直流电源有以下三种：

（1）旋转变流机组。用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。

（2）静止可控整流器。用静止的可控整流器，如汞弧整流器和晶闸管整流装臵，产生可调的直流电压。

（3）直流斩波器或脉宽调制变换器。用恒定直流电源或不可控整流电源供电，利用直流斩波或脉宽调制的方法产生可调的直流平均电压。

下面分别对各种可控直流电源以及由它供电的直流调速系统作概括性介绍。静止可控整流器：从20世纪50年代开始，采用汞弧整流器和闸流管这样的静止变流装臵来代替旋转变流机组，形成所谓的离子拖动系统。离子拖动系统克服旋转变流机组的许多缺点，而且缩短了响应时间，但是由于汞弧整流器造价较高，体积仍然很大，维护麻烦，尤其是水银如果泄漏，将会污染环境，严重危害身体健康。因此应用时间不长，到了20世纪60年代又让位给更为经济可靠的晶闸管整流器。

2.2高炉探尺工作原理

准确测量料位是保证高炉正常工作的重要条件，工作过程如下，电机运行时带动重锤上升或是下降，通过采集编码器的脉冲换算出探尺的位臵，其系统图如下探尺为铸钢圆柱重锤, 由电动机拖动卷筒，通过缠绕在卷筒上的钢丝绳,经滑轮和链索将重锤伸入炉膛内。

探尺系统有三种工作状态：提尺、放尺和跟随料面。其系统图如上图。下面分别就这三种状态说明探尺的控制原理。要求在直流电机轴端安装增量码盘作为位臵检测元件。电机机轴端接多圈绝对值码盘，信号经高速计数器接口进

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