高压水除鳞智能节能系统及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了高压水除鳞智能节能系统及其控制方法，该系统包括生产过程控制系统、除鳞智能模型控制器、除鳞控制器。生产过程控制系统向除鳞智能模型控制器发送除鳞计划、钢种信息、生产工艺计划，除鳞智能模型控制器对生产过程控制系统下发数据的筛选，并进行除鳞水需求量计算、初始给定频率计算、加减速控制补偿计算，优化计算鳞系统各电机的开停以及相应的速度设定，并将优化的速度设定值下发给除鳞控制器，除鳞控制器接受除鳞智能模型控器的速度给定值，以此控制除鳞电机的运行和加减速控制。
【专利说明】
高压水除鱗智能节能系统及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明设及高压水除鱗装置及方法，更具体地说，设及高压水除鱗智能节能系统 及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 热社除鱗系统主要由高压电动机、累体、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，清除热社钢巧在加热炉加热过程中产生的炉 生氧化铁皮和社制过程中再生的二次氧化铁皮，保证钢材成品表面质量。
[0003] 高压除鱗累通常为多级增压水累，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。 整个高压除鱗系统通常由单台水累供水或多台水累并联供水，W满足除鱗时的最大用水 量。
[0004] 热社生产线上通常配备四组喷射阀，除鱗点分别为粗社除鱗箱入口、出口除 鱗化SBa+HS抓）、粗社机入口除鱗（RMa)、出口除鱗（RMb)、精社除鱗箱入口、出口除鱗 (FSBa+FSBb)，精社F1~F3机架间除鱗。由于在社制不同产品和不同的社制节奏下，其除 鱗点的数量、位置、除鱗的流量在随时变化。故存在如下问题： 阳0化]1、依据热社生产工艺要求，高压除鱗系统在非除鱗时，各喷射阀处于关闭状态，除 鱗电机为近于空载方式运行，水流通过热保护阀回流地沟；当系统在除鱗时，各除鱗喷射阀 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、除鱗累、喷嘴射向待除 鱗板巧W完成除鱗，每个周期内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，故通常的变频运行控制方法无法满足生产需求。
[0006] 2、由于除鱗高压水累为始终工频运行，流量恒定无法满足不同钢种除鱗对系统压 力和空载情况下流量的不同要求等其它原因，导致大量电能浪费，主要有W下几方面：
[0007] a)热社在社制不同钢种的情况下，由于除鱗点的不同，所需流量差异很大，而系统 在设计中往往按照最大需求流量设计，由于除鱗高压水累为始终工频运行，造成在某些时 段除鱗累的供水能力远大于除鱗的用水量。
[000引 b)热社生产线每天每天有多次lOmin左右的换漉，换漉期间不需要除鱗（即不需 要水流量），而在换漉期间除鱗累通常是不停机的，即恒速运行在工频状态。
[0009] C)热社生产线每年都有一定的故障时间，对于一些时间不确定的小故障，除鱗累 仍需工频运行。
[0010] 3、除鱗系统水累电机每次工频启动和喷水除鱗过程运行时，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 社线的正常运行。
【发明内容】
[0011] 针对现有技术中存在的多个问题，本发明的目的是提供高压水除鱗智能节能系统 及其控制方法。
[0012] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0013] 一种高压水除鱗智能节能系统，包括生产过程控制系统、除鱗智能模型控制器、除 鱗控制器。生产过程控制系统向除鱗智能模型控制器发送除鱗计划、钢种信息、生产工艺计 划，除鱗智能模型控制器对生产过程控制系统下发数据的筛选，并进行除鱗水需求量计算、 初始给定频率计算、加减速控制补偿计算，优化计算鱗系统各电机的开停W及相应的速度 设定，并将优化的速度设定值下发给除鱗控制器，除鱗控制器接受除鱗智能模型控器的速 度给定值，W此控制除鱗电机的运行和加减速控制。
[0014] 根据本发明的一实施例，除鱗控制器包括PLC和画面输出模块。
[0015] 根据本发明的一实施例，除鱗控制器与位置传感器、变频器、除鱗累、变送器、压力 传感器、流量计相连接。除鱗智能模型控制器接受生产过程控制系统的下发数据，其连接 化C，PLC分别连接位置传感器、变送器和变频器，变频器连接除鱗累，压力传感器和流量计 检测除鱗累出口的供水管路。
[0016] 根据本发明的一实施例，还包括气水储能罐、粗社除鱗箱除鱗点、粗社机除鱗点、 精社除鱗箱除鱗点、精社机架间除鱗点，粗社除鱗箱除鱗点、粗社机除鱗点、精社除鱗箱除 鱗点、精社机架间除鱗点分别连接至气水储能罐。
[0017] 为实现上述目的，本发明还采用如下技术方案：
[0018] 一种高压水除鱗智能节能控制方法，包括W下步骤：周期激励；读取线上所有板 巧信息；读取时间窗口内板巧鱗水流量需求值；读取策略数据；合并所有鱗水流量需求值； 根据所有鱗水流量需求值及相关条件查询数据库W确定频率；发送除鱗水量及频率。
[0019] 根据本发明的一实施例，板巧信息包括：采集每块板巧的位置信号、每个除鱗点除 鱗设定信号、板巧到达各个除鱗点的时刻和离开时刻、各位置除鱗规程、实际水流量、粗社 社制道次数、粗社各道次间隔时间、粗社咬钢及抛钢速度除鱗累运行频率、除鱗管路压力。
[0020] 根据本发明的一实施例，鱗水流量需求值的计算方法为：分别计算粗社除鱗箱除 鱗点、粗社机除鱗点、精社除鱗箱除鱗点、精社机架间除鱗点的鱗水流量需求值；将所有鱗 水流量需求值相加。
[0021] 在上述技术方案中，本发明的高压水除鱗智能节能系统及其控制方法能够解决除 鱗系统由于压力变化范围大、瞬间变化频次快、出口压力高等诸多不确定因素而导致的除 鱗电机无法精确控制的问题，实现热社生产过程中除鱗系统压力、流量的精确控制，大大节 约除鱗系统的电能消耗，降低在社制过程中，除鱗系统负荷急剧变化对除鱗电机的冲击，实 现除鱗系统安全稳定运行。
【附图说明】
[0022] 图1是本发明高压水除鱗智能节能系统结构示意图；
[0023] 图2是除鱗模型控制功能框图；
[0024] 图3是除鱗模型程序结构示意图；
[00巧]图4是本发明高压水除鱗智能节能控制方法的流程图；
[00%] 图5是除鱗模型控制流程图；
[0027] 图6是除鱗水流量需求计算流程图； 阳02引图7是不诱钢1780热社除鱗系统的一个实施例示意图；
[0029] 图8所示是本发明另一实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
[0031] 参照图1，本发明公开一种高压水除鱗智能节能系统，其主要包括Ξ级子控制系 统，即生产过程控制系统1 (可W简称为L2、L2服务器）、除鱗智能模型控制器2 (又可W称 为除鱗智能模型控制系统、模型控制器）、除鱗控制器3 (又可W称为L1、L1控制器或现场 控制器），分别如虚线框所示。
[0032] 其中，L2生产过程控制系统主实现向除鱗智能模型控制系统发送：除鱗计划、钢 种信息、生产工艺计划等数据。除鱗智能模型控制器主要实现对L2下发数据的筛选，并按 照L2下发的实际生产计划和钢种，生产节奏，粗社道次计划，W及实际的除鱗配置的情况 进行除鱗水需求量计算、初始给定频率计算、加减速控制补偿计算等，来优化计算鱗系统各 电机的开停W及相应的速度设定。并将优化的速度设定值下发给除鱗L1控制器。除鱗L1 控制器，接受除鱗模型控器的速度给定值，W此控制除鱗电机的运行和加减速控制。
[0033] 本发明是通过除鱗智能模型控制器2将热社产线生产过程控制系统与现场化C、 变频器、高压电机、传感器、电动执行机构等设备进行整合控制，建立智能高压水除鱗模型， 结合社制计划、道次计算、位置跟踪等相关数据，对除鱗系统供水量进行提前预测，根据专 家经验确定最佳变频转速，实现对水量的优化利用。
[0034] 同时，系统通过综合考虑除鱗水需求量、除鱗水提供量、系统管路压力、系统设定 压力在控制过程中的导向作用，确定实际压力与设定压力的偏差在设定允许压力偏差和设 定极限压力偏差间的相对位置，并利用钢巧位置信号、钢巧除鱗工艺信号、除鱗道次信号、 钢巧除鱗状态信号等综合提前分析来选取合适的变频累加速度，满足除鱗累平稳的加减速 控制，W达到除鱗系统节能运行的目的。
[0035] 继续参照图1，整个系统由3级控制系统构成，生产过程控制系统1、除鱗智能模型 控制器2、除鱗控制器3之间通过W太网进行通信。智能模型控制系统其上为L2控制系统， L2控制系统负责下发生产线各类报文，智能模型控制系统按照L2下发的实际生产计划和 钢种sche化le，生产节奏MPC，粗社道次计划RSU，精社道次计划计算FSU安排W及实际的除 鱗配置的情况，来优化计算鱗系统各电机的开停W及相应的速度设定。除鱗控制器3包括 PLC和画面输出模块
[0036] 除鱗L1控制器负责除鱗系统各现场设备的数据的采集和控制，包含根据实际现 场信号进行除鱗累控制，压缩空气电机、各种保护等。除鱗L1控制器通过Profibus-DP网 和硬接线与现场设备进行连接。
[0037] 如图2所示，除鱗控制器与位置传感器、变频器、除鱗累、变送器、压力传感器、流 量计相连接。除鱗智能模型控制器接受生产过程控制系统的下发数据，其连接化C，PLC分 别连接位置传感器、变送器和变频器，变频器连接除鱗累，压力传感器和流量计检测除鱗累 出口的供水管路。
[0038] 如图3所示，系统模型程序设置在新增工程师站中，与L2服务器通过通讯电文进 行数据交互。模型程序从除鱗数据管理、板巧跟踪信息管理获取到信息，经过处理后与专家 数据进行预判比对，最终给出设定下发至LI。模型程序结合板巧跟踪信息和除鱗数据进行 计算，根据配置文件中设定的时间窗口，从L2获得板巧跟踪信息及该板巧的除鱗计划，在 板巧到达除鱗点之前独立计算将来的除鱗水需求量，同时考虑系统的压力设定，预测计算 该窗口内各除鱗点的所需除鱗水总流量，根据水量和相关数据查询专家数据库，确定变频 器的转速。时间段长度可依据不同生产情况在画面中进行修改。
[0039] 此外，本发明还公开一种高压水除鱗智能节能控制方法，如图4所示，包括W下步 骤： W40] 步骤S1:周期激励。
[0041] 步骤S2 :读取线上所有板巧信息。 阳0创步骤S3 :读取时间窗口内板巧鱗水流量需求值。
[0043] 步骤S4 :读取策略数据。
[0044] 步骤S5 :合并所有鱗水流量需求值。
[0045] 步骤S6 :根据所有鱗水流量需求值及相关条件查询数据库W确定频率。
[0046] 步骤S7 :发送除鱗水量及频率。
[0047] 在图4中，板巧信息，即除鱗智能模型控制器2所采集的控制数据有W下几个：
[0048] 1)每块板巧的位置信号（通过位置传感器）
[0049] 2)每个除鱗点除鱗设定信号（L2服务器）
[0050] 扣板巧到达各个除鱗点的时刻和离开时刻（L2服务器）
[0051] 4)各位置除鱗规程（L2服务器）
[0052] 5)实际水流量（流量计） 阳〇5引 6)粗社社制道次数（L2服务器）
[0054] 7)粗社各道次间隔时间（L2服务器） 阳化5] 8)粗社咬钢及抛钢速度（L2服务器）
[0056] 9)除鱗累运行频率（变频器）
[0057] 10)除鱗管路压力（压力传感器）
[0058] 如图5和图6所示，鱗水流量需求值的计算方法为：
[0059] 1)各位置流量计算 W60] 分别计算粗社除鱗箱除鱗点、粗社机除鱗点、精社除鱗箱除鱗点、精社机架间除鱗 点的鱗水流量需求值。除鱗智能模型控制器（系统）接收到板巧在不同位置传感器信号时， 判断L2设定，延时一段时间（可简单自学习）后，将流量计入，喷射指令结束时流量清零。 [0061] 2)总需求流量计算 阳062] 将所有鱗水流量需求值相加，即将W上计入流量相加可计算出总流量：化= 卵SB+QR1+QFSB++QF1 ~F3
[0063] 下面通过实施例来进一步补充说明上述技术方案。 W64] 如图7所示，粗社除鱗箱除鱗化SB)点、粗社机除鱗巧1)点、精社除鱗箱除鱗 (FSB)点、精社机架间除鱗（F1-F3)点分别连接至气水储能罐。热社高压除鱗系统在生产过 程中，低压水经过除鱗累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 热炉化cl、Fec2Jec3中出来的钢巧B1、B2到达粗社除鱗箱除鱗化SB)点、粗社机除鱗巧1) 点、精社除鱗箱除鱗（FSB)点、精社机架间除鱗（F1-F3)点时，按不同钢巧进行不同点的除 鱗工艺处理，不同钢种在每个除鱗点的除鱗次数不一样，有的钢巧在某除鱗点需要除鱗，有 的不需要除鱗，当需要除鱗时，由除鱗累和气水储能罐进行给高压水。 W65] 图7所示的工作原理是：智能模型控制系统从L2服务器获得板巧跟踪信息及该板 巧的除鱗计划，在板巧到达除鱗点之前计算将来的除鱗水需求量，同时考虑系统的压力设 定，最终生成变频器的运行频率下发给除鱗L1控制器（PLC)，L1控制器根据实际现场信号 及保护连锁，进行除鱗累电机的变频控制。如：智能模型控制系统接收到批次除鱗工艺计划 和板巧出炉信号后，根据漉道线速度测算出板巧到达各除鱗点所用时间，依据除鱗工艺计 划要求，计算出该板巧在各除鱗点的除鱗水需求量，结合下级变频器实际设定的响应速度， 计算出满足板巧到达除鱗点时所需的除鱗水量相对应的除鱗电机运行频率，下发给L1控 制器，L1控制器将收到的运行频率依据现场信号及保护连锁进行处理后，下发给除鱗变频 器运行频率，W实现除鱗电机的升降速控制，整个控制过程中智能模型控制系统依据生产 工艺及板巧位置，在不断的计算后修正，而现场电机的运行频率随着控制模型的下发指令 在不断的上升和下降，从而实现整个除鱗系统的智能节能运行。
[0066] 如图8所示为模型加减速控制流程图，给定频率计数过程说明：依据前期流量需 求值计算频率给定值
[0067] η = Qn/QN*nN
[0068] 式中：η -给定速度，化一总需求流量，QN -累体设计流量，nN -电机额定功率 |；00例 f = n*p/60
[0070] 式中：f -给定频率，η -给定速度，p -电机极对数，60 -常数。
[0071] 注：H1 = Href X ( _ 10 ~_ 20) % ;肥=Href X (10 ~20) %
[0072] 加减速量计算过程：
[0073]
[0074] 式中：λ -管道消耗系数，P -电机极对数，as (SC)-加减速量，Δ Η -压力偏差 量
[0075] 在生产过程中，除鱗智能模型控制器（系统）从L2服务器获得每块板巧的位置 信号、每个除鱗点除鱗设定信号、板巧到达各个除鱗点的时刻和离开时刻、各位置除鱗规 程、实际水流量、粗社社制道次数、粗社各道次间隔时间、粗社咬钢及抛钢速度除鱗累运行 频率、除鱗管路压力等信号，在板巧到达除鱗点之前计算将来的除鱗水需求量化怕η = 卵SB+QR1+QFSB++QF1~F3)，同时考虑系统的压力设定，最终生成变频器的运行频率（η = 化/QN*nN ;f = η*ρ/60)下发给除鱗L1控制器（PLC)，L1控制器根据实际现场信号及保护 连锁，进行除鱗累电机的变频控制。
[0076] 整个控制过程中智能模型控制器（系统）依据生产工艺中水的需求量不同和压力 值的不同，不断对变频器的运行频率进行补偿和修正，从而实现整个除鱗系统的智能节能 运行。
[0077] 例如：在生产碳钢的过程中，除鱗智能控制器（系统）在接收L2生产过程信息后， 得出该钢种的除鱗点为HSB、R1、FSB、F1~F3,即依据除鱗喷射阀设计流量得出除鱗水需求 量为：化二卵SB+QR1+QFSB++QF1~F3,系统依据得出的除鱗水需求量计算出系统初始给定 频率f，（η =化/QN*nN ;f = n*p/60)，同时依据给定频率计算出除鱗水压力值化ref = n2)， 除鱗累电机w给定频率进行运转，过程中，除鱗模型控制器（系统）不断采集现场实际水流 量和压力反馈值，通过计算比较得出加减速补偿量ac和SC ( aC：(SC) = ν'λ'ΔΙ-Ι *ρ/6〇 )， 并对给定运行频率进行加减修正，从而实现整个除鱗系统的智能节能控制。
[0078] 如当前生产不诱钢过程中，除鱗智能控制器（系统）在接收L2生产过程信息后， 得出该钢种的除鱗点为HSB、R1、即依据除鱗喷射阀设计流量得出除鱗水需求量为：化= 卵SB+QR1，系统依据得出的除鱗水需求量计算出系统初始给定频率f。其余计算和补偿过程 与碳钢一样。
[0079] 本发明将热社产线生产过程控制系统与现场化C、变频器、高压电机、传感器、电动 执行机构等设备进行整合控制，建立智能高压水除鱗模型，结合社制计划、道次计算、位置 跟踪等相关数据，对除鱗系统供水量进行提前预测，根据专家经验确定最佳变频转速，实现 对水量的优化利用，解决了除鱗系统由于压力变化范围大、瞬间变化频次快、出口压力高等 诸多不确定因素而导致的除鱗电机无法精确控制的问题；实现了热社生产过程中除鱗系统 压力、流量的精确控制，大大节约除鱗系统的电能消耗；降低了在社制过程中，除鱗系统负 荷急剧变化对除鱗电机的冲击，实现除鱗系统安全稳定运行。
[0080] 本技术领域中的普通技术人员应当认识到，W上的实施例仅是用来说明本发明， 而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对W上所述实施例的变 化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
【主权项】
1. 一种高压水除鳞智能节能系统，其特征在于，包括： 生产过程控制系统、除鳞智能模型控制器、除鳞控制器； 所述生产过程控制系统向除鳞智能模型控制器发送除鳞计划、钢种信息、生产工艺计 划； 所述除鳞智能模型控制器对生产过程控制系统下发数据的筛选，并进行除鳞水需求量 计算、初始给定频率计算、加减速控制补偿计算，优化计算鳞系统各电机的开停以及相应的 速度设定，并将优化的速度设定值下发给除鳞控制器； 所述除鳞控制器接受除鳞智能模型控器的速度给定值，以此控制除鳞电机的运行和加 减速控制。2. 如权利要求1所述的高压水除鳞智能节能系统，其特征在于，所述除鳞控制器包括 PLC和画面输出模块。3. 如权利要求2所述的高压水除鳞智能节能系统，其特征在于，所述除鳞控制器与位 置传感器、变频器、除鳞栗、变送器、压力传感器、流量计相连接； 所述除鳞智能模型控制器接受生产过程控制系统的下发数据，其连接PLC，所述PLC分 别连接位置传感器、变送器和变频器，所述变频器连接除鳞栗，压力传感器和流量计检测除 鳞栗出口的供水管路。4. 如权利要求3所述的高压水除鳞智能节能系统，其特征在于，还包括气水储能罐、 粗乳除鳞箱除鳞点、粗乳机除鳞点、精乳除鳞箱除鳞点、精乳机架间除鳞点，所述粗乳除鳞 箱除鳞点、粗乳机除鳞点、精乳除鳞箱除鳞点、精乳机架间除鳞点分别连接至所述气水储能 罐。5. -种高压水除鳞智能节能控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 周期激励； 读取线上所有板坯信息； 读取时间窗口内板坯鳞水流量需求值； 读取策略数据； 合并所有鳞水流量需求值； 根据所有鳞水流量需求值及相关条件查询数据库以确定频率； 发送除鳞水量及频率。6. 如权利要求5所述的高压水除鳞智能节能控制方法，其特征在于，所述板坯信息包 括： 采集每块板坯的位置信号、每个除鳞点除鳞设定信号、板坯到达各个除鳞点的时刻和 离开时刻、各位置除鳞规程、实际水流量、粗乳乳制道次数、粗乳各道次间隔时间、粗乳咬钢 及抛钢速度除鳞栗运行频率、除鳞管路压力。7. 如权利要求5所述的高压水除鳞智能节能控制方法，其特征在于，所述鳞水流量需 求值的计算方法为： 分别计算粗乳除鳞箱除鳞点、粗乳机除鳞点、精乳除鳞箱除鳞点、精乳机架间除鳞点的 鳞水流量需求值； 将所有鳞水流量需求值相加。
【文档编号】B21B45/08GK105834232SQ201510021345
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年1月15日
【发明人】张斌
【申请人】宝钢不锈钢有限公司