專利名稱：高爐布料伺服控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及冶金工業(yè)自動化控制技術(shù)，特別是與高爐布料器的溜槽傾動和料 流閥自動控制及保護(hù)裝置有關(guān)。
背景技術(shù)：
面臨當(dāng)前全球能源緊缺，環(huán)境污染越來越嚴(yán)重的現(xiàn)實(shí)，國家對節(jié)能環(huán)保等高新技 術(shù)產(chǎn)業(yè)高度重視。尤其鋼鐵企業(yè)是耗能大戶，每年占全球40 %的能源消耗，而高爐煉鐵在 鋼鐵企業(yè)是耗能的重點(diǎn)，在高爐煉鐵中布料系統(tǒng)的性能直接關(guān)系到能源是否充分利用及高 爐利用系數(shù)和廢氣煙塵排放。在高爐布料機(jī)電一體設(shè)備中，常常要求對電機(jī)執(zhí)行機(jī)械的運(yùn) 動速度和位置加以控制，這往往歸結(jié)為對驅(qū)動機(jī)構(gòu)運(yùn)動的電機(jī)進(jìn)行速度和位置控制。自從 七十年代初由盧森堡Paul Wurth公司推出的無料鐘爐頂裝料設(shè)備取代傳統(tǒng)的料鐘爐頂以 來，料流閥及溜槽傾動都采用液壓傳動和直流傳動等，這種控制不僅浪費(fèi)能源，而且已遠(yuǎn)遠(yuǎn) 不能滿足現(xiàn)代工業(yè)的要求。在一些發(fā)達(dá)國家，雖然也想到了伺服控制，但控制系統(tǒng)不完善， 保護(hù)不齊全，控制精度不夠，效果不理想，出現(xiàn)了令人頭痛的伺服電機(jī)在待機(jī)狀態(tài)下爬行問 題，給機(jī)械設(shè)備及人身安全和正常生產(chǎn)帶來很大危害。
發(fā)明內(nèi)容為了解決背景技術(shù)中所述缺陷，本實(shí)用新型提供了一種有效控制及保護(hù)高爐布料 系統(tǒng)料流閥和溜槽傾動，伺服系統(tǒng)控制精度高，伺服電機(jī)待機(jī)狀態(tài)下防爬行的高爐布料伺 服控制裝置。本實(shí)用新型所提供的高爐布料伺服控制裝置，其特征在于包括由采用Δ/Υ-11接線組別的變壓器ZB和伺服放大器SF構(gòu)成的伺服驅(qū)動單 元，還包括采用LOGO邏輯編程器的邏輯控制單元，還包括由具有電能、機(jī)械能轉(zhuǎn)換功能的 驅(qū)動器D和速度檢測功能的編碼器CZl及機(jī)械位置檢測功能的編碼器CZ2構(gòu)成的執(zhí)行單 元；所述的伺服驅(qū)動單元中的變壓器ZB —次通過自動開關(guān)與進(jìn)線電源連接，二次通過接觸 器與伺服放大器SF的電源輸入端相連接，伺服放大器SF的電機(jī)驅(qū)動電源輸出端及檢測端 與執(zhí)行單元相連，邏輯控制單元通過繼電器無源接點(diǎn)與伺服驅(qū)動單元相連。根據(jù)上述的高爐布料伺服控制裝置，其所述的伺服放大器SF由控制電源端、電源 輸入端、控制輸出端、控制電源公共端、放大器使能端、放大器復(fù)位端、機(jī)械開與關(guān)到位端、 放大器內(nèi)部鉗位端、輸入給定端、外接制動電阻端、電機(jī)驅(qū)動電源輸出端、接地屏蔽端以及 檢測端組成。根據(jù)上述的高爐布料伺服控制裝置，其所述的LOGO邏輯編程器由工作電源輸入 端、機(jī)械開到位和關(guān)到位極限輸入端、控制電源公共端、輸出使能端、復(fù)位輸出端、開與關(guān)到 位輸出端、閥開閥關(guān)信號輸出端、開關(guān)閥指令輸出繼電器、繼電器輸出電源公共端以及通訊 端口組成。根據(jù)上述的高爐布料伺服控制裝置，其所述的伺服驅(qū)動單元具有電源隔離、電壓變換、濾波、控制、驅(qū)動、保護(hù)、防伺服電機(jī)爬行、通訊、制動、反饋功能；邏輯控制單元具有保 護(hù)、控制、布料編程、通訊功能；執(zhí)行單元具有帶動布料機(jī)械運(yùn)動及位置、速度反饋功能。本實(shí)用新型有益效果在于1、通過軟件邏輯編程和硬件組態(tài)等多種方式，解決了交流伺服控制系統(tǒng)出現(xiàn)的電 機(jī)在待機(jī)狀態(tài)下爬行問題。采用“內(nèi)部屏蔽法”在待機(jī)狀態(tài)下，無給定時把內(nèi)部零鉗位，外 部給定短接；有給定時鉗位電路自動打開，外部給定短接解除，系統(tǒng)開始工作。解決了采用 屏蔽電纜等措施也無法解決的內(nèi)部干擾問題。2、用交流伺服矢量控制技術(shù)與LOGO等邏輯編程控制技術(shù)相結(jié)合，在高爐布料器 (溜槽傾動和料流閥)上應(yīng)用，對無料鐘高爐可編程布料，根據(jù)工藝要求，完成環(huán)行布料、回 旋布料、扇形布料、定點(diǎn)布料等多種布料。3、增量式與絕對式光電編碼器同時應(yīng)用，一組檢測布料器實(shí)際機(jī)械運(yùn)動位置，作 為位置反饋；另一組可以檢測電動機(jī)轉(zhuǎn)子的角速度，作為速度反饋。使布料準(zhǔn)確、反應(yīng)迅速。4、采用Δ/Υ-11接線組別的變壓器ZB，既起到隔離變壓及抗外部干擾作用，也起 到消除伺服驅(qū)動器中整流元件產(chǎn)生的諧波作用，對防爬行也有一定作用。5、采用LOGO邏輯編程器，既起到布料編程、保護(hù)及軟件防爬行作用，也起到外來 信號與伺服驅(qū)動單元隔離濾波的作用，防止損壞伺服放大器SF。6、此裝置大大提高了高爐利用系數(shù)，精度高，維護(hù)量少，節(jié)省了電能和焦炭，減少 了因布料配比精度不夠而導(dǎo)致的廢氣及煙塵排放。本實(shí)用新型技術(shù)特征參數(shù)如下1、能夠在很低的轉(zhuǎn)速，通常在不外加位置閉環(huán)的情況下電機(jī)能夠以lr/min以下 的速度拖動額定負(fù)載轉(zhuǎn)距平滑地運(yùn)轉(zhuǎn)，這個特點(diǎn)是任何電機(jī)在任何控制方式下都難以達(dá)到 的。2、短時間內(nèi)發(fā)出大于額定轉(zhuǎn)距5 10倍的瞬時尖峰轉(zhuǎn)距，從而使它具有優(yōu)良的跟 蹤會旨力ο3、能夠輸出相當(dāng)于額定轉(zhuǎn)距2 2. 5倍的堵轉(zhuǎn)距，滿足很多位勢負(fù)載的要求。4、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速指令之間完全的線性關(guān)系，在電機(jī)的調(diào)速范圍以內(nèi)轉(zhuǎn)速偏差小于 0.1%。5、有3種工作模式，即速度閉環(huán)方式、轉(zhuǎn)距控制方式和位置閉環(huán)控制方式。三種方 式可以根據(jù)工藝進(jìn)行切換。6、具有良好的人機(jī)對話及通訊，便于上位機(jī)控制
本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)由以下附圖給出。圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖1中，伺服驅(qū)動單元1中的變壓器ZB—次接線端X1、X2、X3與自動開關(guān)Q 二次 相連接，自動開關(guān)Q —次分別與進(jìn)線電源L1、L2、L3相連接，變壓器ZB 二次X4、X5、X6與接 觸器接點(diǎn)Kl 一次相連接，接觸器接點(diǎn)Kl 二次與伺服放大器SF的電源輸入端R、S、T相連 接。變壓器ZB為380/220V，Δ/Y-Il型接線，具有變壓、濾波、抗干擾等功能。伺服放大器 SF的r、t端是控制電源端，與變壓器二次X4、X5端相連接。1端為控制輸出端，當(dāng)放大器條件具備時輸出高電平，使接觸器Kl吸合，主回路接通。2端為控制電源公共端。3端為放 大器使能端。4端為放大器復(fù)位端。5、6端分別為機(jī)械開、關(guān)到位端。7端為放大器內(nèi)部鉗 位端，為高電平時使放大器內(nèi)部電壓零鉗位，屏蔽一切外來信號，對防電機(jī)爬行起決定性作 用。8、9端為輸入給定端，通過士0 IOV的電壓大小控制電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，通過正負(fù)控制電機(jī)旋 轉(zhuǎn)方向，其中開關(guān)閥繼電器K4、K5接點(diǎn)K4b、K5b串聯(lián)后短接在8、9兩端，當(dāng)有閥開、閥關(guān)指 令時，短接斷開，接點(diǎn)K8閉合，對防電機(jī)爬行起到零給定作用。10、11端為外接制動電阻端， 當(dāng)出現(xiàn)位能過電壓時，把多余的能量消耗到電阻R上。U、V、W端為伺服放大器SF電機(jī)驅(qū)動 電源輸出端，E端為接地屏蔽端，檢測端CN1、CN2分別為電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測增量編碼器信號輸入 端和機(jī)械位置檢測絕對編碼器輸入端，用于轉(zhuǎn)速和位置反饋；邏輯控制單元2中12、13端為工作電源輸入端，與變壓器ZB 二次X4、X5端相接。 14、15端分別為機(jī)械開到位和關(guān)到位極限輸入端。16端為控制電源公共端。17端為輸出使 能端，通過輸出繼電器K2接點(diǎn)控制放大器使能。18端為復(fù)位輸出端，通過輸出繼電器K3接 點(diǎn)控制放大器復(fù)位。19、20分別為開、關(guān)到位輸出端，通過繼電器K6、K7接點(diǎn)控制放大器，讓 機(jī)械到位停止，起到信號隔離作用。21、22端為閥開、閥關(guān)信號輸出端，通過輸出繼電器Κ4、 Κ5接點(diǎn)K4a、k5a串聯(lián)，控制放大器鉗位。23端為開關(guān)閥指令輸出繼電器，只要PLC有開或 關(guān)閥指令，則輸出繼電器K8就帶電，接點(diǎn)K8閉合，保證給定電壓士0 IOV的輸入，同時也 防止無開關(guān)閥指令時給定電壓被接點(diǎn)K4b、K5b短接。24端為繼電器輸出電源公共端，CN3 為通訊端口，通過PLC控制LOGO邏輯編碼器的程序，進(jìn)而控制伺服放大器SF的工作狀態(tài)。執(zhí)行單元3的伺服驅(qū)動器D與伺服放大器SF的電機(jī)驅(qū)動電源輸出端U、V、W和接 地屏蔽端E端相接，驅(qū)動高爐布料機(jī)械，控制料流閥及傾動裝置工作。增量型編碼器CZl檢 測電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，絕對值型編碼器CZ2檢測機(jī)械實(shí)際位置，分別傳送到伺服放大器SF的反 饋檢測端CN1、CN2。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖說明本實(shí)用新型的實(shí)施例。如圖1所示，當(dāng)電源自動開關(guān)Q接通后，伺服放大器SF的r、t端及邏輯控制單元 2的12、13端得到220V工作電壓，伺服放大器SF自檢無異常后控制主接觸器Kl線圈帶電， 接點(diǎn)Kl吸合，主回路接通，R、S、T端得到三相220電壓。當(dāng)PLC給出使能指令但無開關(guān)閥關(guān)指令時，LOGO邏輯編碼器控制的使能繼電器K2 帶電，接點(diǎn)K2閉合，伺服放大器SF的3端為高電位，伺服放大器SF進(jìn)入使能狀態(tài)。由于此 時無開關(guān)閥指令，LOGO邏輯編碼器輸出繼電器K4、K5不帶電，接點(diǎn)K4a、K5a處于閉合狀態(tài)， 所以伺服放大器SF的7端為高電平，內(nèi)部為電壓鉗位狀態(tài)，屏蔽掉外部一切輸入信號，防止 了電機(jī)的干擾爬行問題。另外，由于K4、K5的另外一對接點(diǎn)K4b、K5b把伺服放大器SF給定 端8、9短接，防止了給定端電位偏移造成的爬行干擾，也起到了防止電機(jī)爬行的作用。接點(diǎn) K8起防短接給定電壓的作用，無開關(guān)閥指令時接點(diǎn)K8打開，有開關(guān)閥指令時接點(diǎn)K8閉合。當(dāng)伺服放大器SF使能后，PLC給出開關(guān)閥指令時，由于接點(diǎn)K4、K5是與的關(guān)系， LOGO邏輯編碼器輸出繼電器K4或K5必定有一個帶電，接點(diǎn)K4或K5必定有一個處于打開 狀態(tài)，所以伺服放大器SF的7端為低電平，內(nèi)部解除鉗位狀態(tài)，放大器10、11端短接也被解 除。當(dāng)有開關(guān)閥指令時，繼電器K8帶電，接點(diǎn)K8閉合，保證士0 10V電壓加入放大器。在電機(jī)帶動機(jī)械轉(zhuǎn)動的過程中，編碼器CZ1、CZ2不斷的反饋編碼信號到伺服放大器SF的檢 測端CN1、CN2,實(shí)時糾正和跟蹤給定，實(shí)現(xiàn)高精度控制。由于LOGO邏輯編碼器和PLC的作 用，通過邏輯程序?qū)Ψ糯笃鱏F進(jìn)行控制，可控制機(jī)械實(shí)現(xiàn)多種布料方式，滿足高爐生產(chǎn)的 需要。此裝置的應(yīng)用，大大提高了高爐利用系數(shù)，精度高，維護(hù)量少，節(jié)省了電能和焦炭，減 少了因布料配比精度不夠而導(dǎo)致的廢氣及煙塵排放等，取得很好效果。 當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)過載或電源過電壓、缺相、伺服放大器SF故障時，伺服放大器SF的1 端輸出低電平，繼電器Kl斷電，接點(diǎn)Kl斷開自動進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)而停止工作，故障解除后需 要由PLC發(fā)出復(fù)位指令，指令發(fā)出后，LOGO邏輯編碼器輸出繼電器K3帶電，接點(diǎn)K3閉合，使 放大器SF端子4為高電位，從而實(shí)現(xiàn)對伺服放大器SF的自動復(fù)位，解除伺服放大器SF自 動保護(hù)狀態(tài)，為新一輪布料做好準(zhǔn)備。
權(quán)利要求一種高爐布料伺服控制裝置，其特征在于包括由采用Δ/Y 11接線組別的變壓器ZB和伺服放大器SF構(gòu)成的伺服驅(qū)動單元(1)，還包括采用LOGO邏輯編程器的邏輯控制單元(2)，還包括由具有電能、機(jī)械能轉(zhuǎn)換功能的驅(qū)動器D和速度檢測功能的編碼器CZ1及機(jī)械位置檢測功能的編碼器CZ2構(gòu)成的執(zhí)行單元(3)；所述的伺服驅(qū)動單元(1)中的變壓器ZB一次通過自動開關(guān)與進(jìn)線電源連接，二次通過接觸器與伺服放大器SF的電源輸入端相連接，伺服放大器SF的電機(jī)驅(qū)動電源輸出端及檢測端與執(zhí)行單元(3)相連，邏輯控制單元(2)通過繼電器無源接點(diǎn)與伺服驅(qū)動單元(1)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐布料伺服控制裝置，其特征在于所述的伺服放大器SF 由控制電源端、電源輸入端、控制輸出端、控制電源公共端、放大器使能端、放大器復(fù)位端、 機(jī)械開與關(guān)到位端、放大器內(nèi)部鉗位端、輸入給定端、外接制動電阻端、電機(jī)驅(qū)動電源輸出 端、接地屏蔽端以及檢測端組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐布料伺服控制裝置，其特征在于所述的LOGO邏輯編程 器由工作電源輸入端、機(jī)械開到位和關(guān)到位極限輸入端、控制電源公共端、輸出使能端、復(fù) 位輸出端、開與關(guān)到位輸出端、閥開閥關(guān)信號輸出端、開關(guān)閥指令輸出繼電器、繼電器輸出 電源公共端以及通訊端口組成。
專利摘要一種應(yīng)用于冶金工業(yè)自動控制及保護(hù)領(lǐng)域的高爐布料伺服控制裝置，它由伺服驅(qū)動單元、邏輯控制單元以及執(zhí)行單元組成，所述的伺服驅(qū)動單元中的變壓器ZB一次通過自動開關(guān)與進(jìn)線電源連接，二次通過接觸器與伺服放大器SF的電源輸入端相連接，伺服放大器SF的電機(jī)驅(qū)動電源輸出端及檢測端與執(zhí)行單元相連，邏輯控制單元通過繼電器無源接點(diǎn)與伺服驅(qū)動單元相連。本實(shí)用新型有益效果在于，伺服系統(tǒng)控制精度高，伺服電機(jī)待機(jī)狀態(tài)下防爬行。
文檔編號G05B19/05GK201654528SQ20102015535
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月7日
發(fā)明者田印福 申請人:中國三冶集團(tuán)有限公司電氣安裝工程公司