用于ESP产线浊环水系统液位控制的方法与流程

用于esp产线浊环水系统液位控制的方法
技术领域
1.本发明涉及带钢无头连铸连轧技术领域，尤其涉及一种用于esp产线浊环水系统液位控制的方法。


背景技术：

2.esp产线浊环水系统控制工艺较为复杂，主要表现为：第一，控制泵组较多，包括高压泵组、低压泵组、二冷水泵组、旋流井泵组以及稀土磁盘泵组，泵组要根据产线用水需求，自动控制泵组泵运行数量，且泵组各泵电流要求平衡；第二，浊环水系统包括：浊环冷水池、旋流井水池以及稀土磁盘水池，水池液位及三水池液位平衡控制难度高；第三，用水流量由用户确定，随工艺实时调整，无法获得需用水量；第四，esp产线与水系统相互独立；最后，esp产线对供水压力要求较高，不能产生波动。
3.由于前述原因的存在，相关技术中esp产线浊环水系统一般为人工控制，产线发生工艺调整时，电话通知水系统进行调整。
4.在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：人工控制无法动态跟踪产线用水需求，人工操作实时监控劳动强度大，且实时响应慢。


技术实现要素：

5.本公开实施例提供了一种用于esp产线浊环水系统液位控制的方法，以解决现有技术中人工控制无法动态跟踪产线用水需求，人工操作实时监控劳动强度大，且实时响应慢的技术问题。
6.第一方面，提供了一种用于esp产线浊环水系统液位控制的方法，包括：步骤s1：获取esp产线状态信号，所述esp产线状态信号包括：浇注信号、卷曲信号、复位产板信号和滞坯信号；步骤s2：根据所述esp产线状态信号得到esp产线运行模式，所述esp产线运行模式包括：浇注模式、停浇模式、产板模式和滞坯模式；步骤s3：根据所述esp产线运行模式，控制浊环冷水池内泵的运行数量、泵的设定压力以及电流平衡，其中，所述浊环冷水池包括：浊环高压泵组、浊环低压泵组以及二冷水泵组三个泵组；步骤s4：根据不同的esp产线运行模式，采用模糊控制算法，控制旋流井水池和稀土磁盘水池两个水池内泵的运行数量和调节阀。
7.结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述步骤s3还包括：采用pid算法，根据泵的实际反馈压力和所述泵的设定压力的偏差控制泵转速，其中，当前pid输出与前一pid输出的偏差值不超过限幅值，所述限幅值＝(电机最大频率
÷
变频加减速度时间)
×
(pid执行周期
÷
变频加减速度时间)。
8.结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述步骤s3中，控制所述浊环冷水池内的电流平衡，包括：在压力稳定的情况下，同一时刻调整电流最大和电流最小的泵的转速，调整完成，且压力稳定超过预设时长后，再次进行调整，直至最大电流与最小电流的差值≤第一预设阈值。
9.结合第一方面，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述步骤s4中，根据模糊控制算法，采用液位变化的间隔时间代替液位变化率，控制旋流井水池和稀土磁盘泵水池两个水池内泵的运行数量和调节阀。
10.结合第一方面或者第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述步骤s4中，模糊控制算法的输出时间间隔为动态变化，动态变化值根据液位变化率的快慢进行调整。
11.结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述不同的esp产线运行模式泵组选择规则包括：所述浇注模式下，所述浊环高压泵组泵的运行数量为4个，所述浊环低压泵组泵的运行数量为2个，所述二冷水泵组泵的运行数量为2个，所述旋流井泵组泵的运行数量为4个，所述稀土磁盘泵组泵的运行数量为3个；所述停浇模式下，所述浊环高压泵组泵的运行数量为1个，所述浊环低压泵组泵的运行数量为1个，所述二冷水泵组泵的运行数量为1个，所述旋流井泵组泵的运行数量为1个，所述稀土磁盘泵组泵的运行数量为1个；所述产板模式下，所述浊环高压泵组泵的运行数量为4个，所述浊环低压泵组泵的运行数量为2个，所述二冷水泵组泵的运行数量为2个，所述旋流井泵组泵的运行数量为4个，所述稀土磁盘泵组泵的运行数量为3个。
12.结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述步骤s4中，根据泵组选择规则，得到新增或者关闭泵的泵号作为当前控制泵，调整泵出口阀门开度。
13.结合第一方面的第六种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述步骤s4中，模糊控制算法的输出值为调整回水阀开度值，当回水阀开度调整到极限后，调整泵出口阀开度和增减泵的运行数量，所述模糊控制算法的输出值乘以比例系数得到泵出口阀门开度，其中，回水阀开度调整与所述泵出口阀开度调整的比例系数＝回水阀直径2÷
泵出口阀直径2。
14.结合第一方面的第七种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述模糊控制算法的输出值大于零时，所述回水阀开度值＝回水阀上次控制开度+所述模糊控制算法的输出值，当所述回水阀开度值超过最大值时，根据当前停泵的泵号，减少所述停泵出口阀门开度；所述停泵出口阀门开度＝停泵出口阀上次控制开度-所述模糊控制算法的输出值
×
所述比例系数。
15.结合第一方面，在第一方面的第九种可能的实现方式中，所述步骤s2进一步包括：非产板模式下且获取到所述浇注信号或所述卷曲信号则当前为浇注模式，或者，产板模式下且获取得到所述浇注信号和所述复位产板信号则当前为浇注模式；所述浇注信号和所述卷曲信号均消失，且持续预设时间间隔后，当前为停浇模式；在浇注模式下，所述浇注信号正常，所述卷曲信号消失时，当前为产板模式；获取得到所述滞坯信号时，当前为滞坯模式。
16.本公开实施例提供的用于esp产线浊环水系统液位控制的方法，可以实现以下技术效果：
17.通过采集esp产线信号，获得产线运行模式状态，根据产线运行模式状态，自动控制泵组内泵的运行数量和设定压力，实现了esp产线需求供水功能；同时，通过改进泵组的控制算法，实现浊环冷水池的连铸二冷水、轧钢低压以及轧钢高压三个泵组稳定恒压供水和泵电流平衡；实现浊环冷水池、旋流井水池以及稀土磁盘水池三个水池的液位平衡控制，
实现浊环水系统的自动控制，保证浊环水系统自动动态跟踪产线用水需求，消除手动操作的劳动强度大以及实时响应慢的缺点，减少因人工未及时观察调整旋流井液位而造成的设备事故。
18.以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本技术。
附图说明
19.一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：
20.图1是本公开实施例提供的用于esp产线浊环水系统液位控制的方法的流程示意图。
具体实施方式
21.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。基于本技术提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
22.显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本技术应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本技术公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本技术揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本技术公开的内容不充分。
23.在本技术中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本技术所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
24.除非另作定义，本技术所涉及的技术术语或者科学术语应当为本技术所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本技术所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
25.为了便于理解，下面对本公开实施例所涉概念进行介绍，无头带钢生产(endlessstripproduction，简称esp)对原isp线改进开发的新一代热轧带钢生产技术，是薄板坯连铸连轧工艺之一。
26.pid算法，proportional(比例)、integral(积分)、differential(微分)的缩写，是结合比例、积分和微分三种环节于一体的控制算法，根据输入的偏差值，按照比例、积分、微分的函数关系进行运算，运算结果用以控制输出。
27.模糊控制是基于模糊逻辑的描述一个过程的控制算法，可用于水池液位不易取得精确数学模型和数学模型不确定或经常变化的对象，但是液位变化量的获取，具有较大难度，主要因为液位本身具有较大的滞后性，对液位的采样周期过长，无法实时响应液位快速变化，导致液位骤然升降，甚至出现液位高而导致的事故；液位采样周期过短，无法获得有效的液位变化量。正是由于液位变化量难于获取，液位控制只能根据液位的高低来实现，却无法满足液位骤然的升降带来的实时响应，所以液位控制经常出现超调，液位无法稳定。
28.图1是本公开实施例提供的用于esp产线浊环水系统液位控制的方法的流程示意图。如图1所示，本公开实施例提供了一种用于esp产线浊环水系统液位控制的方法，包括：步骤s1：获取esp产线状态信号，esp产线状态信号包括：浇注信号、卷曲信号、复位产板信号和滞坯信号；步骤s2：根据esp产线状态信号得到esp产线运行模式，esp产线运行模式包括：浇注模式、停浇模式、产板模式和滞坯模式；步骤s3：根据esp产线运行模式，控制浊环冷水池内泵的运行数量、泵的设定压力以及电流平衡，其中，浊环冷水池包括：浊环高压泵组、浊环低压泵组以及二冷水泵组三个泵组；步骤s4：根据不同的esp产线运行模式，采用模糊控制算法，控制旋流井水池和稀土磁盘水池两个水池内泵的运行数量和调节阀。
29.本公开实施例提供的用于esp产线浊环水系统液位控制的方法，可以实现以下技术效果：通过采集esp产线信号，获得产线运行模式状态，根据产线运行模式状态，自动控制泵组内泵的运行数量和设定压力，实现了esp产线需求供水功能；同时，通过改进泵组的控制算法，实现浊环冷水池的连铸二冷水、轧钢低压以及轧钢高压三个泵组稳定恒压供水和泵电流平衡；实现浊环冷水池、旋流井水池以及稀土磁盘水池三个水池的液位平衡控制，实现浊环水系统的自动控制，保证浊环水系统自动动态跟踪产线用水需求，消除手动操作的劳动强度大以及实时响应慢的缺点，减少因人工未及时观察调整旋流井液位而造成的设备事故。
30.在一些实施例中，可以通过增设远程站来获取esp产线信号。
31.在一些实施例中，步骤s2进一步包括：非产板模式下且获取到浇注信号或卷曲信号则当前为浇注模式，或者，产板模式下且获取得到浇注信号和复位产板信号则当前为浇注模式；浇注信号和卷曲信号均消失，且持续预设时间间隔后，当前为停浇模式；在浇注模式下，浇注信号正常，卷曲信号消失时，当前为产板模式；获取得到滞坯信号时，当前为滞坯模式。
32.本公开实施例中，esp产线不同运行模式下各泵组控制策略也可以用如下表1表示。
[0033][0034][0035]
表1
[0036]
表1中没有标注滞坯模式下的控制策略，这是因为滞坯模式是一种产线故障状态，在该模式下，产线用水需求复杂多变，很难实时跟踪，系统各设备保持最后状态，并声光报警，这时系统可手动根据现场需求，手动调整。
[0037]
本公开实施例中，每台泵均由变频控制，可调节转速，且每台泵均有自动或手动选择功能，手动控制为手动操作启停泵，泵组自动控制时，系统根据产线用水需求，对选择了自动状态的泵进行控制，实现泵数量、压力、泵启停规则的自动控制。每个泵组内，泵数量为3至7台，泵组内每台泵各参数均相同，可相互切换，在发生故障时，可启用备用泵，泵组需要运行的泵数量和压力取决于产线工作模式，详细可参阅表1。泵组内的泵启、停选择控制有多个选项，可以按泵的序号选择，按从大到小的序号选择，或者，按从小到大的序号选择；可以按单次运行或停止时间选择，按单次运行时间最长选择、按单次运行时间最短选择、按单次停止时间最长选择或者按单次停止时间最短选择；可以按累计运行或停止时间选择，按累计运行时间最长选择、按累计运行时间最短选择、按累计停止时间最长选择或者按累计停止时间最短选择。
[0038]
泵组压力控制采用pid控制算法可以实现，但是在保证压力稳定的情况下，泵组内各泵电流平衡很难实现，且泵组的泵数量控制逻辑复杂，需要结合产线状态自动调整；水池液位控制具有典型的滞后性和不确定性，控制对象多，且无法取得精确的数学模型，常规的pid控制算法很能实现。
[0039]
在一些实施例中，步骤s3还包括：采用pid算法，根据泵的实际反馈压力和泵的设定压力的偏差控制泵转速，其中，当前pid输出与前一pid输出的偏差值不超过限幅值，限幅值＝(电机最大频率
÷
变频加减速度时间)
×
(pid执行周期
÷
变频加减速度时间)。在实际应用中，pid控制调节经常出现超调现象，究其原因为pid算法输出泵转速到变频后，变频响应无法跟随输出，即响应滞后，导致的结果为输出转速大于实际转速较多，而一旦达到压力后，需要回调，而回调是从控制输出转速往下减速，这时的控制输出转速与实际转速偏差较大，在当前的实际转速下已经满足压力需求，在控制输出转速虽往下调整，但仍大于实际转速，表现为泵输出转速仍在增加，压力继续升高，导致超调。本公开实施例中，pid控制输出时，限定每次的限幅输出。这样，恒压供水采用变pid参数策略，动态响应快，并对输出限幅，以跟踪变频输出能力，消除了变频输出不同步导致的压力超调，消除了超调误差。
[0040]
泵组供水不但要保证压力稳定，而且需要各泵出力一致，即泵组内各泵电流一致，否则导致电流小的憋压，出现出力不出水的现象，浪费电能，同时，出力大的泵，叶片损耗加速，减少泵使用寿命。电流平衡控制如采用串级pid控制，主pid为压力控制，从pid为电流环，系统无法达到压力稳定，电流调节也波动较大。主要原因为通过调节泵转速来调节电流时，导致压力波动，而速度调节时，必定会导致压力加减速调节，而电机的加减速电流波动较大，又破坏了系统的稳定，其结果表现为压力或电流波动，无法稳定。
[0041]
在一些实施例中，步骤s3中，控制浊环冷水池内的电流平衡，包括：在压力稳定的情况下，同一时刻调整电流最大和电流最小的泵的转速，调整完成，且压力稳定超过预设时长后，再次进行调整，直至最大电流与最小电流的差值≤第一预设阈值。其中，预设时长可以设置为5至20秒，第一预设阈值可以根据现场泵工艺确定，可以设置为0.8至2安培。这样，可以实现电流平衡，还实现了泵组的恒压供水，可以保证各泵处理均衡，提高了设备的使用寿命，节约电能。
[0042]
需要说明的是，本公开实施例中，浊环水系统包括：浊环冷水池、旋流井以及稀土磁盘水池。三个水池的水流顺序为浊环冷水池流向旋流井水池，旋流井水池流向稀土磁盘水池，稀土磁盘水池流向浊环冷水池。三个水池需要形成一个液位平衡控制，如果某个水池液位偏低，则必然存在其它水池液位偏高的现象，导致水池液位溢流，而旋流井水池液位过高，则直接导致旋流井泵组的6台泵全部被淹，造成设备事故。浊环冷水池的液位无法直接控制，其出水流量完全由轧线用水需求确定；旋流井水池和稀土磁盘水池是可以直接控制的，实际旋流井水池和稀土磁盘水池液位控制具有典型的滞后性和不确定性，控制对象多，涉及多台泵及多台阀门，且无法取得精确的数学模型，常规的控制算法很难实现。
[0043]
在一些实施例中，步骤s4中，根据模糊控制算法，采用液位变化的间隔时间代替液位变化率，控制旋流井和稀土磁盘泵两个泵组内泵的运行数量和调节阀。这样，解决了液位变化率因无法获得准确的采样周期而带来的准确性问题，同时，系统控制输出的间隔时间根据液位变化的快慢而进行调整，解决了算法固定执行周期而带来的响应慢和滞后性大的难题，提高了液位控制精度和动态响应时间，从而实现了三个水池液位的平衡控制。
[0044]
在一些实施例中，步骤s4中，模糊控制算法的输出时间间隔为动态变化，动态变化值根据液位变化率的快慢进行调整。由于系统的打滞后性，根据液位偏差和液位变化的间隔时间去控制泵及阀门动作后，系统需要延时一段时间后，才能表现出效果，如何控制算法的执行输出的间隔时间也将影响系统控制效果，如果间隔时间过长，虽然能获得控制输出在大滞后情况下的效果，但是却无法满足液位快速变化而带来的液位失控；间隔时间过短，上次输出的滞后效果无法得到充分体现，致使系统重复输出，导致系统超调。为此，本公开实施例中模糊控制输出的间隔时间不再采用固定间隔时间，间隔时间为动态变化，动态变化值根据液位变化率的快慢而进行调整，从而解决了算法固定执行周期而带来的响应慢和滞后性大的难题。
[0045]
在一些实施例中，不同的esp产线运行模式泵组选择规则包括：浇注模式下，浊环高压泵组泵的运行数量为4个备用数量为2个，浊环低压泵组泵的运行数量为2个备用数量为1个，二冷水泵组泵的运行数量为2个备用数量为1个，旋流井泵组泵的运行数量为4个备用数量为2个，稀土磁盘泵组泵的运行数量为3个备用数量为3个；停浇模式下，浊环高压泵组泵的运行数量为1个备用数量为5个，浊环低压泵组泵的运行数量为1个备用数量为2个，二冷水泵组泵的运行数量为1个备用数量为2个，旋流井泵组泵的运行数量为1个备用数量为5个，稀土磁盘泵组泵的运行数量为1个备用数量为5个；产板模式下，浊环高压泵组泵的运行数量为4个备用数量为2个，浊环低压泵组泵的运行数量为2个备用数量为1个，二冷水泵组泵的运行数量为2个备用数量为1个，旋流井泵组泵的运行数量为4个备用数量为2个，稀土磁盘泵组泵的运行数量为3个备用数量为3个。
[0046]
在一些实施例中，步骤s3中，根据esp产线运行模式，控制浊环冷水池泵组内泵的设定压力包括：浇注模式下，浊环高压泵组设定压力为1.27mpa，浊环低压泵组设定压力为0.58mpa，二冷水泵组设定压力为1.3mpa；停浇模式下，浊环高压泵组设定压力为0.7mpa，浊环低压泵组设定压力为0.58mpa，二冷水泵组设定压力为1.3mpa；产板模式下，浊环高压泵组设定压力为1.27mpa，浊环低压泵组设定压力为0.58mpa，二冷水泵组设定压力为1.3mpa。
[0047]
在一些实施例中，步骤s4中，根据泵组选择规则，得到新增或者关闭泵的泵号作为当前控制泵，调整泵出口阀门开度。
[0048]
在一些实施例中，步骤s4中，模糊控制算法的输出值为调整回水阀开度值，当回水阀开度调整到极限后，调整泵出口阀开度和增减泵的运行数量，模糊控制算法的输出值乘以比例系数得到泵出口阀门开度，其中，回水阀开度调整与泵出口阀开度调整的比例系数＝回水阀直径2÷
泵出口阀直径2。回水阀控制开度按最大值100％输出，表明回水阀调节能力已达到极限，水池液位继续偏低，需要减少泵出水量。
[0049]
在一些实施例中，模糊控制算法的输出值大于零时，回水阀开度值＝回水阀上次控制开度+模糊控制算法的输出值，当回水阀开度值超过最大值时，根据当前停泵的泵号，减少停泵出口阀门开度；停泵出口阀门开度＝停泵出口阀上次控制开度-模糊控制算法的输出值
×
比例系数。当停泵出口阀门控制开度《30％时，按30％开度控制，如果低于该值运行，泵出口阀门开度过小，泵长期处于憋泵运行状态。如果停泵出口阀门开度《10％，则表明该泵可以关闭，系统自动关闭该泵，减少一台泵的运行。
[0050]
在一些实施例中，模糊控制算法的输出值小于零时，停泵出口阀门开度＝停泵出口阀门上次控制开度-模糊控制算法的输出值
×
比例系数，当停泵出口阀门控制开度》100％时，按100％开度控制，该泵已调节到极限，需要再去调节回水阀开度。回水阀开度值＝回水阀上次控制开度-(停泵出口阀门开度-100％)
÷
比例系数。当回水阀开度值低于最小值0％时，回水阀开度值按最小值0％输出，表明回水阀及泵出口阀均已达到极限，水池液位继续增高，需要增加泵运行数量，以增大出水流量。根据新增泵选择规则，找到新增泵号，并启动该泵，该泵启动后，回水阀直接控制开度设置为最大100％，同时该泵出口阀门控制值设置为最小值30％。本公开实施例提供的用于esp产线浊环水系统液位控制的方法投入后，实现了esp产线浊环水系统的自动控制，压力动态响应快，压力偏差0.5mpa的情况下，达到稳定的设定值时间≤10秒，液位控制精度高，精度≤0.2米。
[0051]
本公开实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现前述任意一些实施例中的用于esp产线浊环水系统液位控制的方法。
[0052]
本公开是参照根据本公开实施例的计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0053]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0054]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的步骤的功能。
[0055]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和
原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。