摘要：介绍了某钢厂为提高脱硫铁水液面检测的准确度所研发的一种基于变频器数据自动采集、判断的新检测方法，具有快速、高效、准确的优点。

　　一、引言

　　某钢厂建有2套铁水脱硫站，采用KR法进行铁水的预脱硫处理，首先需要通过测量铁水液面高度，以此确定搅拌头插入深度，传统的铁水液面检测方法是：操作人员手动将搅拌头下降，目测搅拌头接触到铁水冒出红光，即停止搅拌头下降，根据现场的参照物标高，估算搅拌铁水液面高度。这种方法费时、费力、误差较大，影响生产，为此需研发一种新检测技术。

　　二、液面自动检测技术的理论分析

　　搅拌头与铁水液面接触时，会受到铁水的浮力，此时搅拌头的重量会减轻，由于搅拌头下降是匀速运动，其所受提升力会减小，计算公式见式(1)，搅拌头的提升转矩计算公式见式(2)，由式(1)(2)可得搅拌头提升转矩公式(3)。

　　从式(5)可以看出，随着浮力的增大，电动机的力矩及电流)将会减小。搅拌头在下降过程中，插入铁水液面的瞬间，提升力矩及电流会出现拐点，然后力矩及电流会以一定斜率持续下降。因此，只要能确定搅拌头升降力矩及电流的拐点，便可以精确地自动检测出液面的高度，此后程序根据搅拌头液面高度与搅拌头插入深度对应关系表，确定搅拌头插入深度，从而实现铁水液面自动检测。

　　三、液面自动检测技术的实现方法

　　1.读取搅拌头升降转矩(或电流)值

　　为了实现以上思路，PLC程序必须获取搅拌头升降转矩(或电流)值，搅拌头升降电机采用的是西门子6SE70变频器控制，与PLC通信使用DP网通信。要让变频器输出工作转矩(或电流)必须修改变频器参数，在此选择输出转矩。

　　查西门子《变频器矢量控制使用大全手册》中变频器和PLC的通信原理图(图1)可知，变频器上的CBP通信板(PROFIBUS通信板)会通过PROFIBUS DP 通信电缆将变频器上的部分参数传输到PLC中，CBP通信板具有双端口RAM实际值通道。参数P734为选择连接量的BICO参数，其中参数P734.1对应的为ZSW(状态字)，参数P734.2对应的为HIW(主实际值)，为此可修改参数P734.2的BICO连接量，以读取升降电机的力矩值。

　　查西门子《矢量控制使用大全》的《矢量控制连接量一览表》发现电机工作力矩所对应的BICO前连接器为K0024，其功能连接图如图2中的标注所示，将参数P736.2设置为24，便可调用BICO连接量K0024，这样就将电机的工作力矩输出到状态字PID WORDS。

　　经过以上对变频器参数的修改，就可以通过对PLC进行编程读取到变频器的工作力矩，初读入的力矩值是原始数据，不能真实反映力矩的真实值，需要通过数学换算，以便得到力矩的真实值。

　　2.液位高度的判断

　　PLC读取到变频器的力矩值后，在搅拌头下降的过程中，需要编程对电机的工作力矩循环扫描、连续进行采样，根据经验数据的分析，决定在搅拌头下降到7m后的3s内对搅拌头力矩进行3次定时采集(因为经验数据显示一罐铁水的液面高度在5.5～6.3m之间，7m后搅拌头的下降速度为15cm/s)，将3次采样的平均值作为升降力矩的初始值，3s过后再次对升降力矩实时值进行连续采集，将力矩实时值与力矩的初始值进行连续比较，一但程序捕获到升降电机的力矩变化率超过5%，即认为搅拌头接触到铁水液面。此时读取的搅拌头升降高度就是铁水液面的高度。

　　3.曲线的跟踪

　　经过以上两个步骤后便可以在Wincc监控画面上新建搅拌头小车高度、升降力矩、实测液面高度、铁水处理高度等变量的监控曲线。通过对处理多罐铁水所采集到的趋势曲线进行分析、统计，以验证此种新型检测方法的准确度。图3为其中的一罐铁水处理的相关参数趋势曲线图，从图中可以看出，“液面高度”对应的曲线为人工精确测量的液面高度(6.0m)，“处理高度”对应的曲线为人工查表所得的搅拌头实际应插入深度(4.6m)，“升降力矩”对应的曲线从出现拐点到降低5%所对应的“小车高度”值为自动检测到的液面高度(5.95m)，“小车高度”所对应的曲线值从下降到稳定后对应的值为搅拌头根据程序的计算值所插入的实际深度(4.55m)。从以上数据可以看出，此种液面高度自动检测方法与人工精确测量方法的到的值，基本吻合。

　　四、效能总结

　　脱硫铁水液面检测技术于2013年3月和2013年5月分别在武钢四炼钢1#KR和2#KR站配合“一键脱硫”进行应用，经过近1年的检验，对现场采集的数据与平时人工估算的数据、及现场实测的数据进行对比，发现采用铁水液面检测技术测得的数据与现场实测的数据相差基本上保持在10cm以内，符合生产需求。检测成功率可达95%。铁水脱硫工序时间降低了15%，脱硫效果明显增强，脱硫剂的使用量减少了14.7%，也有效的避免了铁水的过渡降温，目前此技术已非常成熟。

　　参考文献：

　　[1]彭前程等.物理[M].北京：人民教育出版社，2013: 77～82.

　　[2]吴烈浩.电机与电力拖动基础[M].重庆：重庆大学出版社，1996：191～194.

　　收稿日期：2014-03-17