专利名称：热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及专门配置于或安装于轧机内或专为与金属轧机连用的工件表面处理设备，尤其涉及一种用于热轧高压水除鳞系统的安全节能控制装置及其控制方法。
背景技术：
热轧除鳞系统主要由高压电动机、泵体、平衡汽水罐、热保护阀及现场喷射阀等设备组成，其作用是通过高压水的强大冲击力，清除热轧钢坯在加热炉加热过程中产生的炉生氧化铁皮和轧制过程中再生的二次氧化铁皮，保证钢材成品表面质量。高压除鳞泵通常为多级增压水泵，采用高压电机进行驱动，一般为2极高转速电机，电机的启动方式为带电抗器或串接电阻直接启动，电机的运行方式为长时间连续运行。整个高压除鳞系统通常由单台水泵供水或多台水泵并联供水，以满足除鳞时的最大用水量。由于在轧制不同产品和不同的轧制节奏下，其除鳞点的数量、位置、除鳞的流量在随时变化。依据热轧生产工艺要求，高压除鳞系统在非除鳞时，各喷射阀处于关闭状态，除鳞电机为近于空载方式运行，水流通过热保护阀回流地沟；当系统在除鳞时，各除鳞喷射阀打开，系统压力急剧上升至额定压力，此时全部的水流经高压管道、除鳞泵、喷嘴射向待除鳞板坯以完成除鳞。除鳞系统水泵电机每次工频启动和喷水除鳞过程运行时，负载急剧变化产生冲击电流，对电机转子产生很大的冲击力，使电机内部受损，降低了电机的使用寿命，影响了轧线的正常运行。中国发明专利“高压水除鳞系统”(发明专利号ZL200510032519. 9公开号CN1775399)公开了一种高压水除鳞系统，包括清洗过滤器和最小流量阀组，在所述自清洗过滤器后依次设有隔膜式蓄水罐、除鳞泵组，在所述最小流量阀组后依次设有低压预充阀组、机上除鳞喷射阀组、机上除鳞集管、高效除鳞喷嘴、除鳞箱除鳞喷射阀组、除鳞箱除鳞集管和除鳞箱高效喷嘴。该发明采用高压变频调速技术，系统压力及流量可根据来料板坯的材质、温度自动调节，同时系统能在较短的时间内完成升降压过程，提高了轧制节奏并最大限度地降低能耗提高除鳞效率。但是，该系统采用变频调速技术根据钢种情况调整除鳞压力，仍然存在以下问题首先，热轧在轧制不同钢种的情况下，由于除鳞点的不同，所需流量差异很大，SP使对于同一种钢坯，除鳞过程的每个周期内也有好几个不同用水状况，每个用水状况持续的时间短，只有几秒或者几十秒，有的可能达几分钟，而现有系统在设计中往往按照最大需求流量设计，低流量状态时大量的高压水被废弃，造成严重的电能浪费。同时，现有的变频运行控制方法并不能适应这种流量频繁波动的状态，常常导致高压水的压力波动，进而影响除鱗效果。其次，热轧生产线每天有多次10分钟左右的换辊，换辊期间不需要除鳞(即不需要水流量)，而在换辊期间除鳞泵通常是不停机的。此外，对于热轧生产线运行过程中的日常发生的随机故障和设备的日常维护，也存在一些时间不确定的短时段停机。现有的变频运行控制方法也没有考虑如何这种间歇运行状态的控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种以恒压力控制为主，钢坯跟踪信号为辅的热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置，解决在除鳞系统间歇运行、高压水流量波动状态下保持压力稳定，并且实现节能控制的技术问题。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是一种热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置，所述的高压除鳞系统包括变频电机驱动的变频泵，连接到高压水管路的储能罐，以及分布在热轧生产线上的若干个除鳞点，其
中每个除鳞点由若干个喷射阀组控制的除鳞喷嘴所组成；所述的安全节能控制装置包括运算控制单元、变频泵运行状态信号单元、变频频率给定单元和变频电机驱动单元；所述的热轧生产线控制系统包括钢坯跟踪信号单元和现场总线单元；其特征在于所述的变频泵运行状态信号单元至少包含压力检测单元和液位检测单元；所述的运算控制单元连接到所述的变频频率给定单元，通过变频频率给定单元输出变频电机频率信号，传送到变频电机驱动单元；所述的压力检测单元连接到所述的运算控制单元，将系统压力反馈给运算控制单元，通过变频频率给定单元和变频电机驱动单元，对变频泵的转速进行反馈控制，构成恒压力控制主控回路；所述的安全节能控制装置通过现场总线单元连接到所述的钢坯跟踪信号单元，获取钢坯跟踪信号；所述的运算控制单元通过所述的液位检测单元，获取储能罐的液位信号并实时计算高压水的储水量；所述的运算控制单元根据钢坯跟踪信号确定喷射阀的开启数量，从而实时动态计算高压除磷的需水量；所述的运算控制单元根据所述的储水量和需水量，通过变频频率给定单元和变频电机驱动单元，对变频泵的转速进行前馈修正，构成变流量节能控制辅助回路。本发明的热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置的一种较佳的技术方案，其特征在于所述的运算控制单元包括中央处理器(CPU)和可编程控制器(PLC)5CPU通过现场总线单元连接到所述的钢坯跟踪信号单元，根据钢坯品种和轧制工艺确定高压除磷的最大需水量和系统压力的上限和下限，计算得出除鳞水压力设定值；传送到PLC的设定值输入端；变频泵的系统压力反馈到PLC的反馈输入端，由PLC进行PID调节运算，输出变频泵的出水频率设定值，通过变频频率给定单元传送到变频电机驱动单元。本发明的热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置的一种更好的技术方案，其特征在于所述的钢坯跟踪信号单元包括钢坯位置信号单元、钢坯数量信号单元、除鳞点数量信号单元和除鳞点状态信号单元；所述各个信号单元连接在现场总线单元上，所述的运算控制单元通过现场总线单元轮询所述各个信号单元，实时获取热轧生产线上的钢坯位置、数量以及除鳞点数量和除鳞点的喷射阀组开关状态信号，并据此测算每块钢坯到达各个除鳞点的时间和喷射阀组的开启时序，推算各个除鳞点和除鳞点组合所需要的流量，通过变频频率给定单元对变频泵的转速进行前馈修正。本发明的热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置的一种改进的技术方案，其特征在于所述的安全节能控制装置设有监控报警单元，所述的变频泵运行状态信号单元还包含温度检测单元；所述的监控报警单元包括报警控制单元和状态显示单元；所述的报警控制单元通过钢坯跟踪信号单元和变频泵运行状态信号单元获取系统运行状态，并将获取的系统运行状态显示在状态显示单元；在系统异常状态下，所述的报警控制单元通过状态显示单元显示报警信息。本发明的热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置的一种进一步改进的技术方案，其特征在于所述的安全节能控制装置设有手动控制输入单元；在系统异常状态下，所述的安全节能控制装置可通过所述的手动控制输入单元接收除鳞预选信号，通过控制单元按照预选的工艺参数手动控制高压除鳞系统。本发明的另一个目的是提供一种用于上述热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置的控制方法，解决使用微处理器控制实现在除鳞系统间歇运行、高压水流量波动状态下保持压力稳定，并且产生节能效果的技术问题。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是一种热轧高压除鳞安全节能控制装置的控制方法，用于以上所述的热轧高压除鳞 系统的安全节能控制装置，其特征在于包括以下步骤S100)根据高压除鳞工艺要求确定系统的设定出水压力，根据最低工艺压力和最低储能罐液位要求，设定系统压力的上限和下限；S200)实时检测变频泵运行状态的步骤，其中，至少包括S220)通过所述的压力检测单元实时检测系统压力，S240)通过所述的液位检测单元实时检测储能罐的液位；S300)运算控制单元的可编程控制器读取系统压力检测值，与设定出水压力进行实时比较，根据压力偏差通过PID运算调整变频泵的出水频率设定值，实现恒压力控制；S400)通过所述的钢坯跟踪信号单元，实时获取钢坯跟踪信号，其中，钢坯跟踪信号至少包括热轧生产线上的钢坯位置、数量以及除鳞点数量和除鳞点的喷射阀组开关状态信号；S500)根据获取的钢坯跟踪信号对变频泵的频率进行前馈修正，令变频泵在空闲状态降频节能运行，所述的空闲状态包括热轧生产线上没有钢坯的状态，以及钢坯处于除鳞点之间、喷射阀组关闭的状态。本发明的热轧高压除鳞系统安全节能控制装置的控制方法的一种较佳的技术方案，其特征在于所述的实现恒压力控制的步骤S300包括以下动作S320)若系统压力小于设定压力的下限，则上调变频泵的出水频率设定值，直到系统压力达到设定压力的上限，或者频率达到额定频率；S340)若系统压力大于设定压力的上限，则下调变频泵的出水频率设定值，直到系统压力达到设定压力的下限，或者频率达到出水频率下限；S360)若系统压力在设定压力的上限和下限区间内，则保持变频泵的出水频率设定值不变。本发明的热轧高压除鳞系统安全节能控制装置的控制方法的一种更好的技术方案，其特征在于所述的变频泵频率前馈修正步骤S500包括以下动作S510)根据获取的钢坯跟踪信号确定钢坯从出炉到开始除鳞所需的除鳞启动时间；S520)根据变频电机响应速度，确定系统空闲状态下变频泵的待机频率，以保证在除鳞启动时间内使变频泵从待机频率升速到出水频率；S530)若钢坯跟踪信号单元检测到轧机进入换辊或故障维修状态，则在满足最低工艺压力和最低储能罐液位要求的情况下，令变频泵减速按照空闲状态的待机频率运行；S540)若轧机恢复运行，钢坯跟踪信号单元检测到钢坯出炉信号，则令变频泵从待机频率升速到出水频率；S550)若钢坯处于各个除鳞点之间，喷射阀组处于关闭状态而未执行除鳞操作，则在满足最低工艺压力和最低储能罐液位要求的情况下，令变频泵按照出水频率下限运行；S560)根据钢坯跟踪信号单元检测到的钢坯位置，按照升压时间提前启动变频电机升速，以保证钢坯在到达下一除鳞点之前，变频泵从出水频率下限升速到出水频率，其 中，所述的升压时间是变频泵从出水频率下限升速到出水频率所需的时间；S570)若热轧生产线上有2个及以上除鳞点同时除鳞，则令变频泵按照额定频率运行，以保持除鳞需水量与储能罐储水量平衡。本发明的热轧高压除鳞系统安全节能控制装置的控制方法的一种改进的技术方案，其特征在于还包括以下步骤S600)通过手动控制输入单元接收除鳞预选信号，按照预选的除鳞工艺参数人工手动启动闻压除鱗作业；S620)若手动控制输入单元接收除鳞预选信号的提前量不小于升压时间，则在接收到除鳞预选信号的同时启动变频电机升速，使变频泵从出水频率下限升速到出水频率；S640)若手动控制输入单元接收除鳞预选信号的提前量小于升压时间，则提高出水频率下限，使安全节能控制装置根据压力反馈信号对变频泵的出水频率进行恒压力控制。本发明的有益效果是I.本发明的热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置及其控制方法，通过系统压力反馈对变频泵的转速实现恒压力控制，稳定变频泵的转速，减少系统冲击，降低除鳞系统电机由于在启动及运行中的负荷剧烈变化造成电机转子损坏；2.通过检测钢坯跟踪信号对变频泵的转速(频率)进行前馈修正，实现在除鳞系统间歇运行、高压水流量波动状态下，对高压除鳞系统除鳞水泵电机运行的精确控制，可以在保证系统出水量满足系统除鳞工艺要求的前提下，降低除鳞系统在运行中的耗电量；3.本发明的热轧高压除鳞系统安全节能控制装置的控制方法采用由中央处理器(CPU)和可编程控制器(PLC)组成运算控制单元进行编程控制，既可以具备计算机软件控制的灵活性，又能够发挥可编程控制器硬件编程控制的实时性，并且还可以进一步简化控制程序。
图I是除鳞系统的一个实施例的工艺流程图；图2是本发明的热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置的系统原理图；图3是除鳞系统恒压力控制的压力模型图；图4是变频泵的转速(频率)前馈修正的频率模型图；图5是本发明的热轧高压除鳞系统安全节能控制装置的控制方法的总流程图6是热轧高压除鳞系统安全节能控制装置的控制方法的恒压力控制子流程图；图7是热轧高压除鳞系统安全节能控制装置的控制方法的频率前馈修正子流程图。
具体实施例方式为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。 图2是本发明的热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置的系统原理图，高压除鳞系统包括变频电机驱动的变频泵110，连接到高压水管路的储能罐120，以及分布在热轧生产线上的若干个除鳞点130，其中每个除鳞点由若干个喷射阀组控制的除鳞喷嘴所组成(参见图I)。本发明的安全节能控制装置包括运算控制单元200、变频泵运行状态信号单元400、变频频率给定单元500和变频电机驱动单元600 ;热轧生产线控制系统包括钢坯跟踪信号单元300和现场总线单元310 ;变频泵运行状态信号单元400至少包含液位检测单元410和压力检测单元420 ;运算控制单元200连接到变频频率给定单元500，通过变频频率给定单元500输出变频电机频率信号，传送到变频电机驱动单元600 ;压力检测单元420连接到运算控制单元200，将系统压力反馈给运算控制单元200，通过变频频率给定单元500和变频电机驱动单元600，对变频泵110的转速(频率)进行反馈控制，构成恒压力控制主控回路；本发明的热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置通过现场总线单元310连接到热轧生产线控制系统的钢坯跟踪信号单元300，获取钢坯跟踪信号；运算控制单元200通过液位检测单元410，获取储能罐的液位信号并实时计算高压水的储水量；运算控制单元200根据钢坯跟踪信号确定喷射阀的开启数量，从而实时动态计算高压除磷的需水量；运算控制单元200根据计算所得的储水量和需水量,通过变频频率给定单元500和变频电机驱动单元600，对变频泵110的转速(频率)进行前馈修正，构成变流量节能控制辅助回路。根据图2所示的热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置，运算控制单元200包括中央处理器(CPU) 210和可编程控制器(PLC) 220 ；CPU 210通过现场总线单元310连接到钢坯跟踪信号单元300，根据钢坯品种和轧制工艺确定高压除磷的最大需水量和系统压力的上限和下限，计算得出除鳞水压力设定值；传送到PLC 220的设定值输入端；变频泵110的系统压力反馈到PLC 220的反馈输入端，由PLC 220进行PID调节运算，输出变频泵110的出水频率设定值，通过变频频率给定单元500传送到变频电机驱动单元600。根据图2所示的热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置，钢坯跟踪信号单元300包括钢坯位置信号单元、钢坯数量信号单元、除鳞点数量信号单元和除鳞点状态信号单元；各个信号单元连接在现场总线单元310上，运算控制单元200通过现场总线单元310轮询各个信号单元，实时获取热轧生产线各个除鳞点130上的钢坯位置、数量以及除鳞点数量和除鳞点的喷射阀组开关状态信号，并据此测算每块钢坯到达各个除鳞点的时间和喷射阀组的开启时序，推算各个除鳞点和除鳞点组合的需水量，通过变频频率给定单元对变频泵的转速进行前馈修正。根据本发明的热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置的一个改进的实施例，安全节能控制装置设有监控报警单元(图中未表示)，变频泵运行状态信号单元400还包括用于检测除鳞泵组温度的温度检测单元，以及用于检测变频泵流量、频率、转速等运行状态的检测单元(图中未表示)；监控报警单元包括报警控制单元和状态显示单元；报警控制单元通过钢坯跟踪信号单元300和变频泵运行状态信号单元400，获取除鳞系统的各项运行状态，并将获取的除鳞系统运行状态显示在状态显示单元；在系统异常状态下，所述的报警控制单元通过状态显示单元显示报 警信息。根据本发明的热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置的一个进一步改进的实施例，所述的安全节能控制装置设有手动控制输入单元(图中未表示)；在系统异常状态下，安全节能控制装置可通过手动控制输入单元接收除鳞预选信号，通过控制单元按照预选的工艺参数手动控制高压除鳞系统。图5是本发明的热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置的控制方法的流程图，该方法用于以上所述的热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置。本发明的热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置综合采集系统压力信号、钢坯除鳞工艺信号、除鳞道次信号、钢坯位置信号、钢坯除鳞状态信号、储能罐压力和液位信号、除鳞泵组温度信号等，对水泵进行频率调节，根据所需流量进行高压供水，达到节能目的。系统在进行流量调节时，首先要满足最低工艺压力和最低储能罐液位要求，利用钢坯位置信号、钢坯除鳞工艺信号、除鳞道次信号、钢坯除鳞状态信号等综合提前分析、计算，使水泵提前加速，使得系统在热轧生产线除鳞点需要流量时，能满足工艺需求，而在热轧生产线除鳞点不需要流量时，尽量减速，以达到安全节能运行的目的。图5所示的热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置的控制方法包括以下步骤S100)根据高压除鳞工艺要求确定系统的设定出水压力，根据最低工艺压力和最低储能罐液位要求，设定系统压力的上限和下限；S200)实时检测变频泵运行状态的步骤，其中，至少包括S220)通过所述的压力检测单元实时检测系统压力，S240)通过所述的液位检测单元实时检测储能罐的液位；S300)运算控制单元的可编程控制器读取系统压力检测值，与设定出水压力进行实时比较，根据压力偏差通过PID运算调整变频泵的出水频率设定值，实现恒压力控制；本发明的恒压力控制的系统模型图3所示，图中纵坐标为压力，横坐标为时间，实线为设定压力，虚线分别为设定压力上限和设定压力下限。本发明的控制方法采用以压力调节为主，钢坯跟踪信号为辅的调节控制模式。控制系统实时跟踪和采集系统压力，当系统压力在设定压力上限和设定压力下限区间时，此时水泵运行的频率(转速)不调节，当系统压力小于设定压力下限时，此时水泵的频率(转速)自动上调，直到额定频率(通常为工频电源频率50Hz)，当系统压力大于设定压力上限时，水泵的频率(转速)自动下调，直到设定频率下限。S400)通过所述的钢坯跟踪信号单元，实时获取钢坯跟踪信号，其中，钢坯跟踪信号至少包括热轧生产线上的钢坯位置、数量以及除鳞点数量和除鳞点的喷射阀组开关状态信号；S500)根据获取的钢坯跟踪信号对变频泵的频率进行前馈修正，令变频泵在空闲状态降频节能运行，所述的空闲状态包括热轧生产线上没有钢坯的状态，以及钢坯处于除鳞点之间、喷射阀组关闭的状态。
本发明控制过程中涉及到额定频率(50Hz)、出水频率、下限频率、待机频率等，各个频率的关系为额定频率 > 出水频率 > 下限频率 > 待机频率，参见图4。根据本发明的热轧高压除鳞系统安全节能控制装置的控制方法，实现恒压力控制的步骤S300的子流程图如图6所示，包括以下动作S320)若系统压力小于设定压力的下限，则上调变频泵的出水频率设定值，直到系统压力达到设定压力的上限，或者频率达到额定频率；S340)若系统压力大于设定压力的上限，则下调变频泵的出水频率设定值，直到系统压力达到设定压力的下限，或者频率达到出水频率下限；S360)若系统压力在设定压力的上限和下限区间内，则保持变频泵的出水频率设定值不变。通过上述恒压力控制步骤，变频泵自动根据系统压力与设定压力的压力偏差，通 过PID运算调整变频泵的出水频率设定值，保持变频泵恒压力运转。根据本发明的热轧高压除鳞系统安全节能控制装置的控制方法，实现变频泵频率前馈修正的步骤S500的子流程图如图7所示，包括以下动作S510)根据获取的钢坯跟踪信号确定钢坯从出炉到开始除鳞所需的除鳞启动时间；S520)根据变频电机响应速度，确定系统空闲状态下变频泵的待机频率，以保证在除鳞启动时间内使变频泵从待机频率升速到出水频率；S530)若钢坯跟踪信号单元检测到轧机进入换辊或故障维修状态，则在满足最低工艺压力和最低储能罐液位要求的情况下，令变频泵减速按照空闲状态的待机频率运行；S540)若轧机恢复运行，钢坯跟踪信号单元检测到钢坯出炉信号，则令变频泵从待机频率升速到出水频率；S550)若钢坯处于各个除鳞点之间，喷射阀组处于关闭状态而未执行除鳞操作，则在满足最低工艺压力和最低储能罐液位要求的情况下，令变频泵按照出水频率下限运行；S560)根据钢坯跟踪信号单元检测到的钢坯位置，按照升压时间提前启动变频电机升速，以保证钢坯在到达下一除鳞点之前，变频泵从出水频率下限升速到出水频率，其中，所述的升压时间是变频泵从出水频率下限升速到出水频率所需的时间；S570)若热轧生产线上有2个及以上除鳞点同时除鳞，则令变频泵按照额定频率运行，以保持除鳞需水量与储能罐储水量平衡。本发明的热轧高压除鳞系统安全节能控制装置的控制方法的一种改进的实施例还包括以下提供手动控制的步骤S600)通过手动控制输入单元接收除鳞预选信号，按照预选的除鳞工艺参数人工手动启动闻压除鱗作业；S620)若手动控制输入单元接收除鳞预选信号的提前量不小于升压时间，则在接收到除鳞预选信号的同时启动变频电机升速，使变频泵从出水频率下限升速到出水频率；S640)若手动控制输入单元接收除鳞预选信号的提前量小于升压时间，则提高出水频率下限，使安全节能控制装置根据压力反馈信号对变频泵的出水频率进行恒压力控制。实施例
热轧高压除鳞系统的一个实施例的工艺流程图如图I所示热轧高压除鳞系统在生产过程中，低压水经过除鳞泵Ml、M2、M3、M4加压成高压水，在气水储能罐E中进行储能，当从加热炉Feci、Fec2、Fec3中出来的钢坯BI、B2到达粗轧除鳞箱入口、出口除鳞点HSBa和HSBb，粗轧机入口除鳞点RMa，出口除鳞点RMb，精轧除鳞箱入口、出口除鳞点FSBa和FSBb时，按不同钢坯进行不同点的除鳞工艺处理，不同钢种在每个除鳞点的除鳞次数不一样，有的钢坯在某除鳞点需要除鳞，有的不需要除鳞，当需要除鳞时，由除鳞泵和气水储能罐进行给高压水。系统检测钢坯出炉信号，并测算出钢坯到达粗轧除鳞箱HSB时所用时间(除鳞启动时间)，以及变频器响应速度，得出频率，此待机频率能保证在除鳞启动时间内变频泵能够响应压力变化，及时补充水量；当热轧生产线上最后一块钢坯除鳞完毕，且前面的钢坯还未出炉时，除鳞泵开始减速运行，直到运行到待机频率，并保持按照待机频率运行。需要待机的情况包括轧线换辊、故障没有明确时间以及处于不正常的生产周期。如果钢坯出炉到钢坯炉后粗轧除鳞箱时间太短，则按照上述步骤设置的待机频率就很高，节能效果就会变差，此时，可以从钢坯在炉里面开始取信号，即钢坯出炉前的时间信号，来达到最佳节能效 果；当钢坯在炉后除鳞点所需要的水流量比较小，多台除鳞泵中的其它除鳞泵的流量和储能罐里的水就能够满足需水量的话，则可以不考虑炉后除鳞点流量，仅通过测算钢坯出炉到粗轧除鳞的时间来考虑其待机频率。系统在调节过程中，给定值信号以及变频泵运行状态信号可以通过I/O硬接线方式与PLC进行通讯，把闭环反馈信号总管压力(最远端压力)送入PLC，PLC内进行PID运算。通过对水压设定值与压力传感器的反馈信号进行比较，由PID调节器进行运算，计算结果作为给定值送至变频器。在该实施例中，整个除鳞控制系统包括温度检测单元、系统压力检测单元、钢坯位置检测单元、除鳞点状态检测单元、钢坯数量检测单元、除鳞点流量检测单元、报警信号控制单元、CPU中央处理器、设定信号输出模块。控制装置对除鳞系统进行实时检测，测算出钢坯生产的时序，即什么时候开始除鳞，什么时候不除鳞、在除鳞时有几个点同时除鳞等信号，把此时序输入到CPU中进行对比和计算，不同的钢坯(如碳钢和不锈钢)有不同的时序，CPU自动检测出是生产哪一种钢坯，并按各自的时序进行比较和运算，每种钢坯生产的时序都要输入CPU中。在正常的生产周期内，即钢坯按照正常生产一块接一块的过来，此时要检测的参数为，钢坯在热轧生产线的位置、钢坯在热轧生产线的除鳞点数以及除鳞点数的流量；通过位置测算出钢坯到其下个除鳞点的时间，可算出其开始加速的位置；通过每个点的不同流量、可测算出除鳞点和除鳞点组合所需要的流量，把此流量按从大到小依次分类，当在最大流量组合时，除鳞泵按额定频率(50HZ工频)运行，当不是在最大流量组合时，则利用PLC控制器调节除鳞泵频率，按不低于设定系统压力自动进行PID调节，在PLC控制器进行PID自动调节的过程中，要按流量组合不能低于频率下限等运行，有多少种流量组合，则可设置多少频率下限；当算出点数的组合的流量小于其它工频运行除鳞泵流量时，让除鳞泵自动减速运行，此时要检测钢坯位置，并且预算下个组合点的流量，前馈控制减速的目标速度(频率)，使变频泵能够在需要时迅速加速，以满足钢坯达到下个组合点时的需水量。这样，整个控制系统根据除鳞管网最远端的压力，结合钢坯跟踪信号检测，实现系统的精确控制，从而实现热轧高压除鳞系统的安全节能运行。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述 实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置，所述的高压除鳞系统包括变频电机驱动的变频泵，连接到高压水管路的储能罐，以及分布在热轧生产线上不同区域的若干个除鳞点，其中每个除鳞点由若干个喷射阀组控制的除鳞喷嘴所组成；所述的安全节能控制装置包括运算控制单元、变频泵运行状态信号单元、变频频率给定单元和变频电机驱动单元；所述的热轧生产线控制系统包括钢坯跟踪信号单元和现场总线单元；其特征在于 所述的变频泵运行状态信号单元至少包含压力检测单元和液位检测单元； 所述的运算控制单元连接到所述的变频频率给定单元，通过变频频率给定单元输出变频电机频率信号，传送到变频电机驱动单元；所述的压力检测单元连接到所述的运算控制单元，将系统压力反馈给运算控制单元，通过变频频率给定单元和变频电机驱动单元，对变频泵的转速进行反馈控制，构成恒压力控制主控回路； 所述的安全节能控制装置通过现场总线单元连接到所述的钢坯跟踪信号单元，获取钢坯跟踪信号；所述的运算控制单元通过所述的液位检测单元，获取储能罐的液位信号并实时计算高压水的储水量；所述的运算控制单元根据钢坯跟踪信号确定喷射阀组的开启数量，从而实时动态计算高压除磷的需水量；所述的运算控制单元根据所述的储水量和需水量，通过变频频率给定单元和变频电机驱动单元，对变频泵的转速进行前馈修正，构成变流量节能控制辅助回路。
2.根据权利要求I所述的热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置，其特征在于所述的运算控制单元包括中央处理器(CPU)和可编程控制器(PLC)5CPU通过现场总线单元连接到所述的钢坯跟踪信号单元，根据钢坯品种和轧制工艺确定高压除磷的最大需水量和系统压力的上限和下限，计算得出除鳞水压力设定值；传送到PLC的设定值输入端；变频泵的系统压力反馈到PLC的反馈输入端，由PLC进行PID调节运算，输出变频泵的出水频率设定值，通过变频频率给定单元传送到变频电机驱动单元。
3.根据权利要求I所述的热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置，其特征在于所述的钢坯跟踪信号单元包括钢坯位置信号单元、钢坯数量信号单元、除鳞点数量信号单元和除鳞点状态信号单元；所述各个信号单元连接在现场总线单元上，所述的运算控制单元通过现场总线单元轮询所述各个信号单元，实时获取热轧生产线上的钢坯位置、数量以及除鳞点数量和除鳞点的喷射阀组开关状态信号，并据此测算每块钢坯到达各个除鳞点的时间和喷射阀组的开启时序，推算各个除鳞点和除鳞点组合所需要的流量，通过变频频率给定单元对变频泵的转速进行前馈修正。
4.根据权利要求I所述的热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置，其特征在于所述的安全节能控制装置设有监控报警单元，所述的变频泵运行状态信号单元还包含温度检测单元；所述的监控报警单元包括报警控制单元和状态显示单元；所述的报警控制单元通过钢坯跟踪信号单元和变频泵运行状态信号单元获取系统运行状态，并将获取的系统运行状态显示在状态显示单元；在系统异常状态下，所述的报警控制单元通过状态显示单元显示报m样自目 I R ο
5.根据权利要求I所述的热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置，其特征在于所述的安全节能控制装置设有手动控制输入单元；在系统异常状态下，所述的安全节能控制装置可通过所述的手动控制输入单元接收除鳞预选信号，通过控制单元按照预选的工艺参数手动控制高压除鳞系统。
6.一种热轧高压除鳞安全节能控制装置的控制方法，用于权利要求1-5之任一项权利要求所述的热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置，其特征在于包括以下步骤 S100)根据高压除鳞工艺要求确定系统的设定出水压力，根据最低工艺压力和最低储能罐液位要求，设定系统压力的上限和下限； S200)实时检测变频泵运行状态的步骤，其中，至少包括 S220)通过所述的压力检测单元实时检测系统压力， S240)通过所述的液位检测单元实时检测储能罐的液位； S300)运算控制单元的可编程控制器读取系统压力检测值，与设定出水压力进行实时比较，根据压力偏差通过PID运算调整变频泵的出水频率设定值，实现恒压力控制； S400)通过所述的钢坯跟踪信号单元，实时获取钢坯跟踪信号，其中，钢坯跟踪信号至少包括热轧生产线上的钢坯位置、数量以及除鳞点数量和除鳞点的喷射阀组开关状态信号; S500)根据获取的钢坯跟踪信号对变频泵的频率进行前馈修正，令变频泵在空闲状态降频节能运行，所述的空闲状态包括热轧生产线上没有钢坯的状态，以及钢坯处于除鳞点之间、喷射阀组关闭的状态。
7.根据权利要求6所述的热轧高压除鳞安全节能控制装置的控制方法，其特征在于所述的实现恒压力控制的步骤S300包括以下动作 S320)若系统压力小于设定压力的下限，则上调变频泵的出水频率设定值，直到系统压力达到设定压力的上限，或者频率达到额定频率； S340)若系统压力大于设定压力的上限，则下调变频泵的出水频率设定值，直到系统压力达到设定压力的下限，或者频率达到出水频率下限； S360)若系统压力在设定压力的上限和下限区间内，则保持变频泵的出水频率设定值不变。
8.根据权利要求6所述的热轧高压除鳞安全节能控制装置的控制方法，其特征在于所述的变频泵频率前馈修正步骤S500包括以下动作 S510)根据获取的钢坯跟踪信号确定钢坯从出炉到开始除鳞所需的除鳞启动时间；S520)根据变频电机响应速度，确定系统空闲状态下变频泵的待机频率，以保证在除鳞启动时间内使变频泵从待机频率升速到出水频率； S530)若钢坯跟踪信号单元检测到轧机进入换辊或故障维修状态，则在满足最低工艺压力和最低储能罐液位要求的情况下，令变频泵减速按照空闲状态的待机频率运行； S540)若轧机恢复运行，钢坯跟踪信号单元检测到钢坯出炉信号，则令变频泵从待机频率升速到出水频率； S550)若钢坯处于各个除鳞点之间，喷射阀组处于关闭状态而未执行除鳞操作，则在满足最低工艺压力和最低储能罐液位要求的情况下，令变频泵按照出水频率下限运行； S560)根据钢坯跟踪信号单元检测到的钢坯位置，按照升压时间提前启动变频电机升速，以保证钢坯在到达下一除鳞点之前，变频泵从出水频率下限升速到出水频率，其中，所述的升压时间是变频泵从出水频率下限升速到出水频率所需的时间； S570)若热轧生产线上有2个及以上除鳞点同时除鳞，则令变频泵按照额定频率运行，以保持除鳞需水量与储能罐储水量平衡。
9.根据权利要求6至8之任一项权利要求所述的热轧高压除鳞安全节能控制装置的控制方法，其特征在于还包括以下步骤 S600)通过手动控制输入单元接收除鳞预选信号，按照预选的除鳞工艺参数人工手动启动高压除鳞作业； S620)若手动控制输入单元接收除鳞预选信号的提前量不小于升压时间，则在接收到除鳞预选信号的同时启动变频电机升速，使变频泵从出水频率下限升速到出水频率； S640)若手动控制输入单元接收除鳞预选信号的提前量小于升压时间，则提高出水频率下限，使安全节能控制装置根据压力反馈信号对变频泵的出水频率进行恒压力控制。
全文摘要
一种热轧高压除鳞系统的安全节能控制装置及其控制方法，涉及专门配置于或安装于轧机内或专为与金属轧机连用的工件表面处理设备，包括运算控制单元、变频泵运行状态信号单元、变频频率给定单元和变频电机驱动单元，压力检测单元连接到运算控制单元，将系统压力反馈给运算控制单元，通过变频频率给定单元和变频电机驱动单元，对变频泵的转速进行反馈控制，构成恒压力控制主控回路；通过钢坯跟踪信号单元获取钢坯跟踪信号，对变频泵的转速进行前馈修正，构成变流量节能控制辅助回路；采用CPU和PLC组成运算控制单元编程控制，实现对高压除鳞系统除鳞水泵电机运行的精确控制，在保证系统出水量满足系统除鳞工艺要求的前提下，降低除鳞系统在运行中的耗电量。
文档编号B21B45/08GK102755997SQ201210261948
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月26日 优先权日2012年7月26日
发明者张斌, 詹世明 申请人:宝钢不锈钢有限公司