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        關于煉鋼鐵水測溫取樣機安全系統(tǒng)的設計

        2019-02-22 02:35:08龐興利
        中國設備工程 2019年2期
        關鍵詞:鐵水限位測溫

        龐興利

        (四川攀研技術有限公司,四川 攀枝花 617000)

        以往鐵水取樣槍長3m,無向下?lián)Q槍部分,從使用情況來看,無論是在調(diào)試還是在使用過程中,都發(fā)生過取樣槍失控飛車的情況,發(fā)生該事故的主要原因是鐵水取樣限位及其它安全系統(tǒng)設計上的缺陷,包括對限位的硬件設計和程序設計。事故造成取樣槍直接插到鋼包里面,這在煉鋼對設備的使用安全和工藝要求上都是不允許的,給使用單位和維護單位帶來了一些安全隱患,一旦出現(xiàn)故障,對煉鋼生產(chǎn)也將造成極大的影響。而目前鐵水取樣設備的長度是過去的2倍,限位點多,限位要求高。另外現(xiàn)場電磁干擾大,也是對取樣系統(tǒng)運行安全穩(wěn)定的極大考驗。

        1 鐵水測溫取樣原理

        取樣機主要由雙軸變頻電機、制動器、渦輪減速器、傳動箱、齒條、破渣頭、測溫取樣復合槍、取樣開關門、取樣限位器及控制系統(tǒng)組成。取樣機的工作過程:安裝好測溫取樣探頭→按下取樣按鈕→取樣開個門開→取樣頭下降到達液面進行破渣測溫取樣→取樣頭提升復位→人工取下樣品進行水冷→取樣頭提升復位→取樣開關。

        2 機械限位裝置設計

        如圖1所示,該裝置的設計目的是防止在取樣組態(tài)下取樣槍失控,以至于槍體插到鋼包底部,引發(fā)人員和設備的安全事故。該機械裝置需要配合焊接導軌上的擋塊一起使用,其原理是:在取樣狀態(tài)下,氣缸動作,限位導向塊伸出,系統(tǒng)檢測氣缸上面的行程開關信號,伸出信號正確,取樣動作可執(zhí)行,否則,系統(tǒng)報故障,不能執(zhí)行取樣要求;在換槍狀態(tài)下,氣缸動作,限位導向塊收回,系統(tǒng)檢測氣缸上面的行程開關信號,收回信號正確,換槍動作可執(zhí)行,否則,系統(tǒng)報故障,不能執(zhí)行換槍要求。

        圖1

        3 取樣電氣限位設計

        取樣限位由三限位組成,一是溫度限位,二是編碼器限位,三是接近開關限位。3個限位為并聯(lián)關系,都具有相同的限位功能,即系統(tǒng)只要采集到其中1個限位信號,控制系統(tǒng)都會執(zhí)行相應的動作,不同的是,3個限位發(fā)生時間有先后,一般情況下,首先發(fā)生效應的是溫度限位,該限位由安在取樣頭的測溫熱電偶傳至PLC,取樣槍進入鋼液下降過程中,熱電偶檢測到的溫度是逐步上升的,當溫度達到設定溫度并穩(wěn)定時,即溫度達到1300℃,取樣槍自動上升。

        由于鋼包鋼液面深度有差距,有些鋼包液面很低,甚至無法取樣。另外在取樣過程中,熱電偶可能發(fā)生故障,此時不能靠溫度限位,從而在溫度限位的基礎上設計了另外兩種限位,編碼器限位為第二重限位,只有當溫度限位失效時,該限位才發(fā)揮作用,接近開關為第三重限位,只有當前兩種限位方式都失效時,該限位才發(fā)揮作用。3個限位發(fā)生的作用一樣,而發(fā)生的條件不一樣。

        另外,取樣零位的控制也由3個限位組成,一是編碼器信號,二是接近開關信號,三是行程開關信號。3個限位為并聯(lián)關系,都具有相同的限位

        本系統(tǒng)PLC控制選用西門子S7300CPU,取樣機電機采用變頻電機,其變頻器采用西門子的MM440,采用PROFIBUS-DP通訊方式控制電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。安全限位系統(tǒng)里面的各個限位數(shù)據(jù)均接入PLC控制系統(tǒng),其中溫度數(shù)據(jù)采用4~20mA信號接入模擬量模塊,原理如圖2。

        圖2

        4 EMC電磁抗干擾設計

        電磁兼容性EMC(Electro Magnetic Compatibility),是指設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行,并不對其環(huán)境中的任何設備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。因此,EMC包括兩個方面的要求:一方面是指設備在正常運行過程中,對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值;另一方面是指器具對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度,即電磁敏感性。

        鐵水取樣電氣系統(tǒng)所在地方,電磁干擾大,控制柜和取樣機距離遠,而變頻器本身也會產(chǎn)生大的電磁干擾。一旦電磁干擾大或抗干擾設計不足,將會給系統(tǒng)的安全性造成致命的影響。本系統(tǒng)EMC設計包含以下幾個部分:

        (1)用三相五線制,引入單獨的接地線。

        (2)對所有電器元件接地。

        (3)對PROFIBUS-DP通訊終端設置終端電阻。

        (4)通訊波特率調(diào)低,設置為9600Kb/s。

        (5)變頻器和PLC控制系統(tǒng)隔開,單獨放置。

        (6)所有強電和控制線分開布線。

        5 安全限位程序設計

        用STEP7-300編程,程序模塊化,主要分為OB主程序組織塊,故障報警FC1功能塊,取樣槍主程序FC2塊,信號指示FC3功能塊,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換FC4功能塊,系統(tǒng)功能復位FC5塊,用于數(shù)據(jù)調(diào)用的DB數(shù)據(jù)塊等,面對取樣設計的安全取樣限位系統(tǒng)程序主要集中在FC2塊。

        取樣槍安全系統(tǒng)限位FC2塊程序設計:

        A "急停"

        A "手動"

        A "下降"

        AN "取樣下降到位"

        AN "取樣下限位持續(xù)"

        O

        A "急停"

        A "快速下降"

        AN "上升標志"

        AN M 4.2

        AN "快速上升"

        = L 8.0

        A L 8.0

        JNB _001

        L W#16#47F

        T PQW 268

        _001: NOP 0

        A L 8.0

        A "自動"

        = L 8.1

        A L 8.1

        A(

        L " 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 ".speed

        L 4500

        )

        JNB _002

        L "數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 ".speed

        T PQW 270

        _002: NOP 0

        A L 8.1

        A(

        L "數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 ".speed

        L 4500

        >=I

        )

        JNB _003

        L 4500

        T PQW 270

        _003: NOP 0

        A L 8.0

        A "手動"

        = L 8.1

        A L 8.1

        A(

        L MD 100

        L 8.416210e+006

        )

        A(

        L " 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 ".speed

        L 4500

        )

        JNB _004

        L "數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 ".speed

        T PQW 270

        _004: NOP 0

        A L 8.1

        A(

        L MD 100

        L 8.416210e+006

        )

        A(

        L " 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 ".speed

        L 4500

        >=I

        )

        JNB _005

        L 4500

        T PQW 270

        _005: NOP 0

        A L 8.1

        A(

        L MD 100

        L 8.416210e+006

        >=R

        )

        JNB _006

        L 1800

        T PQW 270

        _006: NOP 0

        A L 8.0

        BLD 102

        R "取樣上升到位"

        6 制動電阻的選型設計

        制動電阻是波紋電阻的一種,主要用于變頻器控制電機快速停車的機械系統(tǒng)中,幫助電機將其因快速停車所產(chǎn)生的再生電能轉(zhuǎn)化為熱能。取樣機在下降過程中,由于重力的作用,取樣機會帶動電機轉(zhuǎn)動,會產(chǎn)生大量的再生電能,如果不及時消耗掉這部分再生電能,就會直接作用于變頻器的直流電路部分,輕者變頻器會報故障,重者則會損害變頻器;制動電阻的出現(xiàn),很好的解決了這個問題,保護變頻器不受電機再生電能的危害。

        選型計算步驟如下:

        (1)電阻功率(kW)=電機千瓦數(shù)×(10%~50%)=10kW

        (2)制動電阻值(Ω)。

        R=U/2I~U/I=5~10,直流回路電壓計算如下:U=380×1.414×1.1V=600V

        其中,R為電阻阻值,U為直流母線放電電壓,I為電機額定電流。

        (3)最小容許電阻(Ω):max(驅(qū)動器technical data中要求,放電電壓/額定電流)。

        制動轉(zhuǎn)矩=[(電機轉(zhuǎn)動慣量+電機負載測折算到電機測的轉(zhuǎn)動慣量)×(制動前速度-制動后速度)]/375×減速時間-負載轉(zhuǎn)矩=1333N.M

        (4)制動電阻的阻值 =制動元件動作電壓值的平方/(0.1047×(制動轉(zhuǎn)矩-20%電機額定轉(zhuǎn)矩)×制動前電機轉(zhuǎn)速)=6.3Ω

        (5)制動電阻選型型號為:4BC21-2EA0。

        7 結語

        本文從目前鐵水取樣出現(xiàn)的問題出發(fā),分別從硬件和軟件的角度,對取樣系統(tǒng)進行安全設計,提出了多重多位并聯(lián)式安全限位系統(tǒng)設計,EMC抗干擾設計,及制動電阻抗再生能設計,使鐵水測溫取樣設備的安全使用系數(shù)大大提高,使用性能穩(wěn)定,為煉鋼安全生產(chǎn)提供了保障。

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