устройство для измерения веса шихты в скиповом подъемнике

Формула изобретения

Устройство для измерения веса шихты в скиповом подъемнике, содержащее измерительный шунт, якорь электродвигателя главного скипового подъемника, через контакт контактора включения последней ступени ускорения которого к шинам питания подключено реле времени, через контакты последнего вход измерительного преобразователя тока подключен к измерительному шунту, включенному последовательно с якорем, а вход измерительного преобразователя напряжения подключен параллельно к якорю электродвигателя, выходы измерительных преобразователей тока и напряжения соответственно соединены с первым и вторым входами первого блока умножения, выход которого соединен с входом блока интегрирования, выход которого подключен к входу первого блока запоминания и входу “Уменьшаемое” первого блока вычитания, выход которого подключен к первому входу второго блока умножения, а выход последнего соединен с входом регистратора, выход первого блока запоминания подключен к входу “Вычитаемое” первого блока вычитания, выход весоизмерителя кокса соединен с входом второго блока запоминания, отличающееся тем, что в него введены блок деления, блок ограничения, блок скользящего среднего, блок суммирования, второй блок вычитания, при этом выход второго блока запоминания подключен к входу “Делимое” блока деления и входу “Уменьшаемое” второго блока вычитания, выход блока деления соединен с входом блока ограничения, выход которого соединен с входом блока скользящего среднего, а выход последнего подключен к второму входу второго блока умножения, выход первого блока вычитания подключен к первому входу блока суммирования и входу “Вычитаемое” второго блока вычитания, выход которого соединен с вторым входом блока суммирования, выход которого соединен с входом “Делитель” блока деления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к весоизмерительной технике, в частности к устройствам для взвешивания поднимаемых грузов, например, скиповыми подъемниками доменной печи.

Известен весоизмеритель для скипового подъемника (патент США 4053742, кл. 364/506 (В 66 В 19/00; G 01 R 21/00), содержащий блоки для расчета электрической мощности по одновременно измеряемым току и напряжению якоря двигателя подъемника главного скипа при движении последнего из нижнего положения в верхнее и вычислительное устройство для определения веса шихты в скипе в соответствии с представленной формулой:

где K₁, К₀ - масштабные коэффициенты;

t - время интегрирования;

I_я - ток якоря двигателя;

U_я - напряжение на якоре двигателя;

dt - постоянная интегрирования;

E₀ - энергия подъема пустого скипа.

Такое схемное решение позволяет определять вес шихты в скипе с определенной точностью.

Недостаток рассмотренного устройства с позиции использования его состоит в сложности проведения необходимых периодических тарировочных поверок заданным весом.

Наиболее близким по технической сущности и предлагаемому решению является устройство для измерения веса шихты в скиповом подъемнике по авт. свид. №1016689, М. кл. G 01 G 19/18.

Это устройство содержит шунт, включенный последовательно в цепь якоря двигателя скипового подъемника, автоматический потенциометр, подключенный к мостовой схеме весоизмерителя кокса, узел коррекции, состоящий из моста коррекции 2, реохорд 3 которого механически связан с двигателем 18, обмотка управления которого подключена к входу ФЧУ 12 последовательно с обмоткой управления 14 двигателя 15 автоматического потенциометра. Устройство обеспечивает коррекцию моста компенсации автоматического потенциометра мостом коррекции, движок реохорда 3 которого перемещается эл. двигателем 18, включаемого релейной схемой управления к выходу ФЧУ 12 при подъеме кокса в скипе известного веса по сигналу, пропорциональному токовой нагрузке якоря двигателя, при этом двигатель компенсации 15 заторможен.

Таким образом, автоматический потенциометр периодически тарируется по напряжению на шунте 1, пропорциональному токовой нагрузке якоря при подъеме известного веса кокса в скипе. При подъеме скипа с рудой автоматический потенциометр регистрирует вес руды.

Тарировка измерительного устройства по известному весу кокса производится по единичному отсчету, что не исключает получения недостоверной информации при измерении веса шихты.

Другой недостаток известного устройства определяется его конструктивными особенностями, в том числе наличием нестандартных электромеханических узлов и ограниченным их ресурсом работы в условиях повышенной загрязненности атмосферы доменного цеха.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков и получение технических результатов: повышение надежности и увеличение ресурса работы устройства, повышение точности и достоверности измерения веса шихты в скиповом подъемнике.

Технический результат при осуществлении изобретения характеризуется совокупностью признаков, присущих известному устройству, содержащему измерительный шунт, якорь электродвигателя главного скипового подъемника, через контакт контактора включения последней ступени ускорения которого к шинам питания подключено реле времени с выдержкой при срабатывании. Через контакты последнего вход измерительного преобразователя тока подключен к измерительному шунту, включенному последовательно с якорем, а вход измерительного преобразователя напряжения подключен к якорю двигателя, выходы измерительных преобразователей тока и напряжения соответственно соединены с первым и вторым входами первого блока умножения, выход которого соединен с входом блока интегрирования, выход последнего подключен к входу первого блока запоминания и входу "Уменьшаемое" первого блока вычитания, выход которого подключен к первому входу второго блока умножения, а выход последнего соединен с входом регистратора, и весоизмеритель кокса, выход которого соединен с входом второго блока запоминания.

Заявителем внесена следующая отличительная совокупность признаков.

Введены блок деления, блок ограничения, блок скользящего среднего, блок суммирования, второй блок вычитания.

При этом выход второго блока запоминания подключен к входу "Делимое" блока деления и входу "Уменьшаемое" второго блока вычитания, выход блока деления соединен с входом блока ограничения, выход которого соединен с входом блока скользящего среднего, а выход последнего подключен к второму входу второго блока умножения. Выход первого блока вычитания подключен к первому входу блока суммирования и входу "Вычитаемое" второго блока вычитания, выход которого соединен с вторым входом блока суммирования. Выход блока суммирования соединен с входом "Делитель" блока деления.

Комбинация перечисленных признаков, составляющая отличия предлагаемого решения, среди известных в науке и технике решений (доступных заявителю) не обнаружена.

На чертеже приведена блок-схема устройства для измерения веса шихты в скиповом подъемнике, где 1 - измерительный шунт; 2 - якорь электродвигателя; 3 - реле времени; 4 - контакт контактора последней ступени ускорения скипа; 5, 6 - измерительные преобразователи; 7 - блок умножения; 8 - блок интегрирования; 9 - блок запоминания; 10 - блок вычитания; 11 - весоизмеритель кокса; 12 - блок запоминания; 13 - блок деления; 14 - блок ограничения; 15 - блок скользящего среднего; 16 - блок умножения; 17 - регистратор; 18 - блок вычитания; 19 - блок суммирования.

Устройство содержит измерительный шунт 1, включенный последовательно в цепь якоря 2 электродвигателя главного скипового подъемника (не показан), реле времени 3 с выдержкой времени на срабатывание, подключенное к шинам питания через контакт 4 контактора последней ступени ускорения скипа (не показан). Измерительные преобразователи 5 и 6 своими входами подключены соответственно через контакты реле времени 3 к измерительному шунту 1 и якорю 2. Выходы измерительных преобразователей подключены на входы блока 7 умножения, выход которого соединен с входом блока 8 интегрирования. Выход блока 8 интегрирования подключен к входу блока 9 запоминания и к входу "Уменьшаемое" блока 10 вычитания, на вход "Вычитаемое" которого подключен выход блока 9 запоминания. Выход блока 10 вычитания подключен к первым входам блока 16 умножения и блока 19 суммирования, а также к входу "Вычитаемое" блока 18 вычитания. Выход блока 11 весоизмерителя кокса соединен с входом блока 12 запоминания, выход которого подключен на вход "Делимое" блока 13 деления и на вход "Уменьшаемое" блока 18 вычитания. Выход блока 13 деления соединен с входом блока 14 ограничения, выход которого соединен с входом блока 15 скользящего среднего, а выход последнего соединен с вторым входом блока 16 умножения. Выход блока 16 умножения соединен с входом регистратора 17. Выход блока 18 вычитания подключен к второму входу блока 19 суммирования, выход которого подключен к входу "Делитель" блока 13 деления.

Все блоки устройства реализуются на серийно выпускаемых микропроцессорных программируемых контроллерах.

Устройство работает следующим образом.

Работа устройства рассмотрена для левого скипа, который находится в скиповой яме. Левый весоизмеритель 11 кокса загружен заданным весом. Из схемы управления скипами поступает сигнал на открытие затвора (не указан) весоизмерителя 11 кокса и на блок 12 запоминания, который хранит значение веса кокса в скипе до очередного сигнала открытия затвора весоизмерителя 11 кокса. На вход "Делимое" блока 13 делителя подается сигнал веса кокса в скипе.

При включении двигателя главного скипового подъемника скип поднимается, последовательно ускоряясь. После включения контактора последней ступени ускорения замыкается его контакт 4, включая реле 3 времени. Через выдержку времени, необходимую для достижения постоянства скорости движения скипа, контакты реле 3 времени переключаются. Входы измерительного преобразователя 5 тока и измерительного преобразователя 6 напряжения подключаются соответственно к измерительному шунту 1 и якорю 2, а с их выходов сигналы поступают на первый и второй входы блока 7 умножения. С выхода блока 7 умножения сигнал, пропорциональный мощности, поступает на вход блока 8 интегрирования:

При начале движения левого скипа вверх выход блока 8 интегрирования обнуляется, а при отпускании реле 3 времени блок 8 интегрирования запускается в работу. На выходе блока 8 интегрирования сигнал равен выражению:

где E_sk - энергия подъема скипа с коксом; время интегрирования t равно времени равномерного подъема скипа, а постоянная интегрирования dt выбирается при настройке.

В верхнем положении скиповый подъемник отключается, а блок 8 интегрирования запоминает выходное значение сигнала, которое поступает на вход "Уменьшаемое" блока 10 вычитания. На вход "Вычитаемое" блока 10 вычитания поступает сигнал, равный выражению:

с выхода блока 9 запоминания, которое определяется и запоминается при подъеме пустого скипа. Энергия подъема кокса, пропорциональная выходному сигналу блока 10 вычитания, равна:

На точность измерения шихты в левом скипе влияют такие факторы, как величина неполноты опорожнения правого скипа из-за налипания шихты к стенкам скипа, нестабильность угла опорожнения скипа на колошнике, постепенное растяжение скиповых канатов. Неполнота опорожнения правого скипа снижает на ту же величину энергию подъема кокса левым скипом E_k.

Блок 18 вычитания вычисляет энергию неполноты опорожнения правого скипа Е_ноп по формуле:

где W_k - вес кокса в левом скипе из весоизмерителя кокса;

k₂ - масштабный коэффициент;

E_k1 - энергия подъема кокса при неполноте опорожнения правого скипа на колошнике.

Выходной сигнал блока 18 вычитания поступает на второй вход блока 19 суммирования, который корректирует E_k1 по формуле:

Выходной сигнал блока 19 суммирования поступает на вход "Делитель" блока 13 деления, который вычисляет:

где K_пk - коэффициент пропорциональности с коррекцией.

Коэффициент K_пk проходит через блок 14 ограничения, ограничивающий верхний и нижний значения K_пk, за которые он мог бы выйти при сбоях в работе схемы управления скипами. Блок 15 скользящее среднее вычисляет значение K_пk по формуле:

где K_пkc - коэффициент пропорциональности с коррекцией средний, 1m12;

K_пki - коэффициент пропорциональности с коррекцией на выходе I-й ячейки памяти блока 15 скользящее среднее.

Вес расчетный шихты в скипе определяется блоком 16 умножения по формуле:

Подставив в формулу 9 выражение 8 получим:

Вес шихты в скипе фиксируется регистратором 17. Схемные решения предлагаемого устройства позволяют более чем вдвое (по отношению к прототипу) увеличить ресурс работы и, по меньшей мере, в 1,5 раза повысить точность измерения веса шихты в скипе.