一种型钢穿水冷却高压变频水泵的控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电气自动化控制技术领域，属于高炉炼铁的主要炉料的生产工艺，具体涉及一种型钢穿水冷却高压变频水泵的控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]马钢三钢轧总厂大H型钢精轧后穿水冷却系统于2010年投入运行，该系统主要由三台高压水泵(560KW/台)、反冲洗过滤器、穿水旁通阀、I段和II段轧件穿水冷却装置(包括冷却水喷嘴、喷水控制阀、手动闸阀、冷却水嘴移动框架以及冷却水收集盘等)、轧件冷却水回水槽、回水池、提升泵、高速过滤器以及吸水井等所组成，该系统结构示意图如下图1所示。考虑到单位时间内该系统高压水泵给水量远大于轧件冷却水回水槽的回水量，为了防止型钢冷却水从冷却水收集盘中外溢以及避免高压水泵长期处于憋压和过载状态，该型钢穿水冷却系统必须仅在穿水冷却装置过钢时喷水，而无钢时停止喷水并打开穿水旁通阀，使高压水泵输出的冷却水直接回到系统回水池。基于此，该系统的冷却水控制方式为:当穿水冷却装置过钢时，穿水旁通阀关闭，喷水控制阀打开，型钢穿水冷却；当型钢尾部脱离穿水冷却装置后，系统打开穿水旁通阀，并在2秒钟(即穿水旁通阀的响应时间)后关闭喷水控制阀，穿水冷却装置停止喷水；当型钢头部接近穿水冷却装置时，系统打开喷水控制阀，并在2秒钟(即喷水控制阀的响应时间)后关闭穿水旁通阀，穿水冷却装置处于喷水状态。该穿水系统的上述冷却水控制方式使其存在多方面的缺陷:其一，对于现有的型钢穿水冷却系统，为了避免型钢冷却水从冷却水收集盘中外溢，穿水冷却装置每过一根型钢，喷水控制阀以及穿水旁通阀需要进行两次快速切换，并由此使系统高压水泵出口压力出现两次剧烈波动。正是由于高压水泵出口压力频繁出现剧烈波动，使系统供水管道出现水锤现象，并由此导致系统管道频繁出现开焊爆管、管道过滤器内腔损坏、高压水泵叶轮破碎以及出水阀阀板脱落的故障；其二，由马钢大H型钢生产线各种规格H型钢穿水情况统计可知，对于大多数需要穿水的各种品种规格H型钢来说，型钢穿水的水流量需求通常处在一台泵供水水量偏小而两台泵供水水量又偏大的状态。由于该穿水系统的供水泵采用的是1KV供电网络直接供电的高压水泵，高压水泵的运行速度不可调，这样，型钢穿水的水量调整只能通过控制冷却水嘴打开的数目来实现，在这种情况下，当型钢穿水实际喷水量小于或远小于水泵在额定负载状态下可提供的水流量时，必然造成高压水泵在型钢穿水期间出现憋压和过载现象，由此导致高压水泵气蚀严重，其叶轮平均使用寿命不到四个月，并且泵体的使用寿命也只有一年左右；其三，通常马钢大H型钢穿水冷却装置的平均过钢节奏为4分钟，其中型钢通过穿水冷却装置的平均时间仅为28秒。由此可知，在连续生产过程中，穿水系统高压水泵绝大部分时间是在做无用功(即高压水泵输出的冷却水直接经穿水旁通阀回到回水池)，由此导致大量无用的电耗。
【发明内容】
[0003]针对型钢穿水系统高压供水管道的频繁水锤现象以及高压水泵频繁憋压和过载问题，使得系统高压供水部分的管道以设备部件频繁损坏本发明提出了一种H型钢穿水冷却高压变频水泵的控制方法。
[0004]本发明的技术方案是:一种型钢穿水冷却高压变频水泵的控制系统，包括喷水阀状态监控单元、高压变频水泵运行数量限定单元、自动停泵脉冲信号发生单元、一号高压变频水泵启停控制单元、二号高压变频水泵启停控制单元和三号高压变频水泵启停控制单元，所述自动停泵脉冲信号发生单元、喷水阀状态监控单元、高压变频水泵运行数量限定单元将各自的输出信号分别发送至一号高压变频水泵启停控制单元、二号高压变频水泵启停控制单元和三号高压变频水泵启停控制单元。所述喷水阀为两组喷水阀组，当两组喷水阀组任意一组关闭时，喷水阀状态监控单元输出状态为‘I’。所述控制系统控制高压变频水泵在型钢穿水前高压变频水泵自动启动，型钢穿水后高压变频水泵自动停车。所述自动停泵脉冲信号发生单元包括前沿延时功能块、后沿延时功能块和前后沿识别功能块，两个热金属检测器的检查信号分别传送至前沿延时功能块和后沿延时功能块，前后沿识别功能块根据前沿延时功能块和后沿延时功能块的输入信号分别发送控制自动停泵脉冲信号至一号高压变频水泵启停控制单元、二号高压变频水泵启停控制单元和三号高压变频水泵启停控制单元。所述前沿延时功能块XJCLSC08用于防止泵在自动启动过程中因热金属检测器T117或热金属检测器T118瞬间误检得而产生自动停泵脉冲信号；所述“后沿延时”功能块XJCLSC09用于防止泵在轧件穿水过程中因热金属检测器T117和热金属检测器T118瞬间误检失而产生自动停泵脉冲信号。该系统的三台高压变频水泵采用两用一备或一用两备的控制方式。所述一号高压变频水泵启停控制单元、二号高压变频水泵启停控制单元和三号高压变频水泵启停控制单元在高压变频水泵启动间隔控制、高压水泵自动运行超时、喷水阀未打开、高压水泵方式选择封锁、高压变频水泵传动故障、高压变频水泵手动停泵以及高压变频水泵自动停泵中任意一个输入信号为‘I’时，输出停泵指令。所述一号高压变频水泵启停控制单元、二号高压变频水泵启停控制单元和三号高压变频水泵启停控制单元在高压变频水泵投入数量未超限、高压变频水泵投入选择、高压变频水泵传动装置准备就绪以及高压变频水泵手动启动信号或自动启动信号都为‘I’时，输出该泵运行指令。该系统通过喷水阀打开的数量以及高压变频水泵的速度调整喷水流量以及喷水压力。该系统在型钢进入穿水冷却装置之前启动选定的高压变频水泵至设定的速度，在型钢尾部离开穿水冷却装置时封锁高压变频水泵供电变频器，使高压变频水泵处于停车状态。
[0005]本发明有如下积极效果:采用这种H型钢穿水冷却高压变频水泵的控制方法后，不仅可以消除穿水高压管线剧烈的压力波动对高压水泵、阀门、过滤器以及高压水管的影响，而且还可获得很好的节能效果。
【附图说明】
[0006]图1为本发明【具体实施方式】的改造后的型钢穿水冷却系统结构图；
[0007]图2为本发明【具体实施方式】的型钢穿水冷却高压变频水泵的控制系统框图；
【具体实施方式】
[0008]下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的【具体实施方式】如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
[0009]通过对马钢大H型钢精轧后需要穿水冷却的各种品种规格的统计可知，大H型钢精轧后穿水冷却装置的工作节奏通常在4?6分钟之间，其中型钢通过穿水冷却装置的平均时间为28秒，穿水冷却装置待钢停喷时间为3.5?5.5分钟左右。由此可知，在正常轧制过程中，穿水冷却装置绝大部分时间是处在待钢停喷状态。基于此，可以采用3台1KV高压变频器分别给型钢穿水冷却系统3台高压水泵供电，这样，每次可在型钢进入穿水冷却装置之前启动选定的高压变频水泵至设定的速度，而在型钢尾部离开穿水冷却装置时封锁高压变频水泵供电变频器，使高压变频水泵处于自由停车状态。通常H型钢穿水高压变频水泵的启动时间可控制在15秒以内。鉴于H型钢穿水高压变频水泵可实现仅在型钢穿水时工作，这样，型钢穿水冷却装置的喷水控制阀在生产过程中可始终处于打开状态。在这种情况下，型钢穿水冷却装置的喷水流量以及喷水压力可通过喷嘴打开的数量以及高压变频水泵的速度来进行调整。由此可知，在型钢穿水高压水泵采用变频器供电后，不仅避免了穿水高压供水管线因压力剧烈波动而产生的水锤现象以及具有很好的节能效果，而且还便于型钢穿水流量和压力的精细调控，以此达到最佳的型钢穿水冷却效果。问题是如何根据型钢生产线的轧制节奏及时准确地控制型钢穿水冷却水泵的启停。为此，我们独立地设计了一种型钢穿水冷却高压变频水泵的控制程序(或控制方法)，其控制程序结构图如下图2所示。
[0010]在上图2中，NCM为“数值比较”功能块，当Xl > X2时，QU为‘I’，当Xl = X2时，QE为‘1’，当Xl <X2时，QL为‘I’ ；RSR为“复位端R优先的RS触发器”功能块，当S为‘1’，R 为 ‘0’ 时，Q 为‘1’，QN 为 ‘0’，当 S 为 ‘1’，R 为 ‘I’ 时，Q 为 ‘0’，QN 为 ‘1’，当 S 为‘0’，R为‘O，时，Q和QN保持原态，当S为‘0，，R为‘I，时，Q为‘O，QN为‘I’ ；ETE为“前后沿设别”功能块，当输入端I由‘0’变‘I’时，QP端仅输出长度为I个循环周期的正向脉冲，在其余状态下QP端保持为‘0’态。当输入端I由‘I’变‘0’时，QN端仅输出长度为I个循环周期的正向脉冲，在其余状态下QN端保持为‘0’态；MFP为“脉冲发生器”功能块，当输入端I由‘0’变‘I’时，Q端将输出I个时间长度为T的正向脉冲，并且在Q端输出正向脉冲期间，输入端I的状态变化对Q端输出状态不再产生影响；PDE为“前沿延时”功能块；PDF为“后沿延时”功能块；OR为“或门” ;AND为“与门” ;NOT为“非门”。这种型钢穿水冷却高压变频水泵控制程序的设计及控制思想如下:
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