CN102426462B - 一种加快超快冷变频泵水压系统稳定速度的方法 - Google Patents
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Abstract
一种加快超快冷变频泵水压系统稳定速度的方法，包括采用超快速冷却装置和常规层流冷却设备的轧制生产线，其特征在于修改PID闭环控制参数，保证调节响应曲线在第一个水压振荡周期内达到水压允许的控制范围，可实现单独闭环控制；同时也可根据实际统计流量-频率曲线先开环控制给定变频器频率，加快变频器响应速度，然后自动切换为闭环控制保控制精度。本发明节省了冷却水循环的成本，且日后维护比较方便；可根据现场情况选择单独闭环控制和先开环后闭环控制的模式；闭环控制系统PID响应曲线更适合水系统的滞后特性，调节时间更短；先开环后闭环控制的方法，首先开环给定变频器频率减小了闭环给定所产生的振荡，然后闭环控制保证系统稳定的精度。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种加快超快冷变频泵水压系统稳定速度的方法。
背景技术
超快速冷却（Ultra Fast Cooling，简称UFC）作为一种冷却能力极强的控制冷却装置，在控轧控冷生产高强度含Nb钢方面具有显著的优势，可使Nb元素的使用量降低，使含Nb钢轧制时出现的上述问题迎刃而解。以超快冷技术为核心的新一代TMCP（Thermo Mechanical Control Process）技术可以使Nb元素对强韧性的贡献发挥到极致，是生产低成本高强钢的最有效途径之一。
在生产热轧生产领域，超快速冷却的应用也趋于广泛，但由于在线生产需要高速度、高精度的控制系统来保证生产效率，而目前水系统存在响应滞后的问题，在受到外界影响的情况下，调节时间较长，严重影响了生产节奏，制约了经济效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种加快超快冷变频泵水压系统稳定速度的方法，能够保证高强度含Nb钢的生产，并可调高轧制效率。
上述目的是通过下述方案实现的：
一种加快超快冷变频泵水压系统稳定速度的方法，包括采用超快速冷却装置和常规层流冷却设备的轧制生产线，其特征在于修改PID闭环控制参数，保证调节响应曲线在第一个水压振荡周期内达到水压允许的控制范围，实现单独闭环控制；同时根据实际统计流量-频率曲线先开环控制给定变频器频率，加快变频器响应速度，然后自动切换为闭环控制保证控制精度；采取以下步骤：
步骤1：在超快冷最大水流量变化干扰的情况下，采用闭环控制，通过程序修改水压闭环系统比例积分微分PID参数；
步骤2：将PID参数调整至响应曲线在第一个水压振荡周期内达到水压允许的控制范围，即死区0.48~0.52MPa，获得相应的PID闭环控制参数；
步骤3：统计不同流量下泵站最终稳定后的变频器频率，控制过程中，首先给定统计出的超快冷使用流量所对应的变频器频率，给定变频器频率根据统计数据进行插值，以加快变频器响应速度，实行开环控制，当变频器频率进入控制死区后切入PID压力闭环系统，保证控制精度；所述变频器频率和统计数据插值的实现方式：首先，手动统计超快冷设定流量与供水泵频率对应关系后，将该数据写入一级控制系统程序中，程序根据设定的流量插值出供水泵频率，进行开环控制；并以此程序进行两系统切换：当供水泵反馈频率进入设定频率允许范围内，设定频率45.00Hz，允许范围为44.75~45.25Hz，当反馈频率到达44.75~45.25Hz内，本程序自动切换为闭环控制系统。
根据上述的一种加快超快冷变频泵水压系统稳定速度的方法，其特征在于超快冷设备设置斜喷式缝隙喷嘴和三联喷嘴两种喷嘴，以保证高冷速与良好的冷却均匀性，冷却用水压力为0.5~0.6MPa。
本发明这种加快超快冷变频泵水压系统稳定速度的方法有效的解决了水系统调节时间长的问题。该方法不仅仅适用于超快速冷却变频泵系统，而且普遍适用于各种变频泵水系统。本发明的优点是既可利用闭环控制系统（系统外部干扰较小）控制超快冷水压，亦可利用开环控制和闭环控制切换（系统外部干扰较大）实现超快冷水压控制，开环加快变频器频率响应速度，闭环保证水压控制精度；闭环PID参数适当减小最大超调量，并将其直接控制在水压允许范围之内，实现一个振荡周期内稳定的效果，较之最佳工程参数曲线，调节时间缩短了近一个振荡周期的时间；开环控制系统根据统计数据插值给定变频器频率，缩短变频器响应时间，然后切入闭环控制系统，保证水压系统的控制精度；具体包括：
(1)本发明使用变频泵控制水系统压力，较之工频泵控制，节省了大量的电力资源，也省去了冷却水循环的成本；较之高位水塔（50-60m），一次性投入成本较小，且日后维护比较方便；
(2)系统可根据现场实际情况选择单独闭环控制（外部干扰比较小）和先开环后闭环控制（外部干扰比较大）的模式，已达到系统优化的目的；
(3)优化后的闭环控制系统PID响应曲线更适合水系统的滞后特性，调节时间更短；
(4)先开环后闭环控制的方法，首先开环给定变频器频率减小了闭环给定所产生的振荡，然后闭环控制保证的最后系统稳定的精度。
附图说明
图1超快速冷却和常规层流冷却设备布置形式示意图；
图2是为超快速冷却和常规层流冷却设备供水的供水系统和超快冷泵站示意图；
图3是本发明加快稳定速度的方法流程程序框图。
图4是超快冷设定流量与供水泵频率对应表。
具体实施方式
这种加快超快冷变频泵水压系统稳定速度的方法，见图1，在轧机1后沿轧制方向设置超快速冷却设备2并接续设置常规层流冷却设备3，在设备后的轧线上设备返红高温仪4，之后设置矫直机5，在生产车间8中给轧线配置分流集水管11，见图2，分流集水管11分别连接超快冷集管13，通向超快速冷却设备2、设置泄流管路12和供水管路10，供水管路10连通供水泵站7的供水泵9，常规层流冷却设备3直接与供水管路10连通；其特征在于加快水压稳定速度的方法是单独闭环控制，调节响应曲线在第一个水压振荡周期内达到水压允许的控制范围，给定变频器频率先开环加快变频器响应速度、后闭环控制保证控制精度。
实现加快超快冷变频泵水压系统稳定速度的方法程序，主要分为两部分，开环控制的流量-频率曲线模块和PID闭环控制模块，其中流量-频率曲线模块是根据表1中的数据编程实现设定流量所对应的变频器频率数值插入功能，PID闭环控制模块为PLC编程系统所提供的专用模块，但PID具体参数为步骤2现场所调试的参数。两模块依靠数字量点控制是否使用，实现两模块间的自动切换。
实现加快超快冷变频泵水压系统稳定速度的程序流程，见图3，当现场根据工艺要求设定超快冷流量之后，操作人员设定开环控制是否投入，当开环不投入时，程序直接执行步骤2调试完成后的PID压力闭环控制程序；当开环投入时，现场冷却集管打开后，超快冷压力由原来稳定的0.5MPa下降至某一数值，同时程序根据流量-频率曲线，插入变频器频率值，进行开环控制，见表1或图4。表1中是通过多次反复测试，统计出的超快冷设定流量与供水泵频率对应关系。变频器按照此频率运行，然后程序循环扫描反馈变频器频率是否到达设定频率允许范围（根据现场设备情况而定）。当反馈频率到达设定值允许的范围后，切换为步骤2调试完成后的PID压力闭环控制。
图4中统计频率和插值的实现方式：首先，手动统计超快冷设定流量与供水泵频率对应关系后，将表1数据写入一级控制系统程序中（编程者自己实现），程序根据设定的流量插值出供水泵频率，进行开环控制。按此程序进行两系统切换：当供水泵反馈频率进入设定频率允许范围内，本程序自动切换为闭环控制系统。如设定频率45.00Hz，允许范围为44.75~45.25Hz，当反馈频率到达44.75~45.25Hz内，程序自动切换为闭环控制系统。
超快冷设备设置斜喷式缝隙喷嘴和三联喷嘴两种喷嘴，以保证高冷速与良好的冷却均匀性，冷却用水压力为0.5~0.6MPa。
案例中所提供的参数为某一现场的参数，不具有普遍使用性，具体参数应根据各钢铁生产厂家现场设备情况进行调试。
实施例1
以超快冷最大水流量变化外部干扰较小，单独使用闭环控制系统为例，步骤1：通过程序修改水压闭环系统比例积分微分（PID）参数。
步骤2：将PID参数调整至响应曲线在第一个水压振荡周期内达到稳定死区的水压0.5MPa±0.02MPa；由于水系统响应滞后的特点，步骤1的PID参数调试目标不是最佳工程参数的响应曲线，而是当水压第一次进入后。
步骤3：统计不同流量下泵站最终稳定后的变频器频率，通过多次反复测试，手动统计出超快冷设定流量与供水泵频率对应关系，将统计数据如表1所示，写入一级控制系统流量-频率曲线模块中，由该工艺编程者自己实现，程序根据设定的流量-频率插值给定供水泵变频器频率，以加快变频器响应速度，实行开环控制；当供水泵反馈频率进入设定频率允许范围内，如设定频率45.00Hz，允许范围为44.75~45.25Hz，当反馈频率到达44.75~45.25Hz内，程序自动切换为PID压力闭环控制系统保证控制精度，控制程序结束。
如果按原有技术采用最佳工程PID参数，响应曲线在第二个振荡周期内才达到稳定，比例参数P为1.4，积分参数为10s，水压稳定时间为31s；而采用本方法步骤1优化后的PID参数，响应曲线在第一个振荡周期内就达到稳定，比例参数P为1.1，积分参数为15s，水压稳定时间为15s。
实施例2
以超快冷最大水流量变化外部干扰较大，使用先开环后闭环控制系统为例，稳定死区为水压0.5MPa±0.02MPa，采用最佳工程PID参数，响应曲线在第二个振荡周期内达到稳定，比例参数P为1.4，积分参数为10s，水压稳定时间为54s；而优化后的PID参数，响应曲线在第一个振荡周期内就达到稳定，比例参数P为1.05积分参数为16.5s，水压稳定时间为25s。
表1
| 超快冷流量 | 变频泵频率 |
| 1508 | 40.93 |
| 1808 | 41.00 |
| 2467 | 41.46 |
| 2536 | 41.58 |
| 2536 | 41.81 |
| 2647 | 41.91 |
| 2700 | 41.98 |
| 2850 | 42.35 |
| 3376 | 43.63 |
| 3590 | 44.29 |
| 3794 | 44.98 |
| 3996 | 45.13 |
| 4100 | 45.65 |
| 4480 | 46.82 |
| 4750 | 47.95 |
Claims (2)
1.一种加快超快冷变频泵水压系统稳定速度的方法，包括采用超快速冷却装置和常规层流冷却设备的轧制生产线，其特征在于修改PID闭环控制参数，保证调节响应曲线在第一个水压振荡周期内达到水压允许的控制范围，实现单独闭环控制；同时根据实际统计流量-频率曲线先开环控制给定变频器频率，加快变频器响应速度，然后自动切换为闭环控制保证控制精度；采取以下步骤：
步骤1：在超快冷最大水流量变化干扰的情况下，采用闭环控制，通过程序修改水压闭环系统比例积分微分PID参数；
步骤2：将PID参数调整至响应曲线在第一个水压振荡周期内达到水压允许的控制范围，即死区0.48~0.52MPa，获得相应的PID闭环控制参数；
步骤3：统计不同流量下泵站最终稳定后的变频器频率，控制过程中，首先给定统计出的超快冷使用流量所对应的变频器频率，给定变频器频率根据统计数据进行插值，以加快变频器响应速度，实行开环控制，当变频器频率进入控制死区后切入PID压力闭环系统，保证控制精度；所述变频器频率和统计数据插值的实现方式：首先，手动统计超快冷设定流量与供水泵频率对应关系后，将该数据写入一级控制系统程序中，程序根据设定的流量插值出供水泵频率，进行开环控制；并以此程序进行两系统切换：当供水泵反馈频率进入设定频率允许范围内，设定频率45.00Hz，允许范围为44.75~45.25Hz，当反馈频率到达44.75~45.25Hz内，本程序自动切换为闭环控制系统。
2.根据权利要求1所述的一种加快超快冷变频泵水压系统稳定速度的方法，其特征在于超快冷设备设置斜喷式缝隙喷嘴和三联喷嘴两种喷嘴，以保证高冷速与良好的冷却均匀性，冷却用水压力为0.5~0.6MPa。
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