CN107942918A - 自适应式干式真空机械泵电控系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应式干式真空机械泵电控系统及控制方法，包括：泵组前压力检测单元；PLC的模拟量输入模块；CPU单元，其能够按照预设的自适应抽真空计算模型输出相应的控制指令以控制各真空泵组电机进行相应的操作，所述自适应抽真空计算模型包括自动以给定的工艺参数为基准，在控制各级真空泵组电机进行抽真空操作前，基于各泵组前压力检测单元所检测的压力信号，预先计算并分配多级真空泵组各自所需要的抽气时间及抽气速度，同时在某一级真空泵组完成抽真空操作时重新计算并分配余下各级真空泵组各自所需要的抽气时间及抽气速度；交流变频器以及多级网络通讯模块。本发明能够动态调整抽气速度以获得系统自适应的能力。

Description

自适应式干式真空机械泵电控系统及控制方法

技术领域

本发明涉及工业冶炼窑炉用的一种干式真空机械泵，具体的说是涉及一种自适应式干式真空机械泵的电控系统及控制方法。

背景技术

现有技术中的干式真空机械泵(组)采用自动调压的控制方法，其主要是通过测量从大气压到真空状态时真空腔体的真空度参数，比较目标真空度参数与已存的真空度参数，读取频率信号，使真空腔体达到频率信号下的真空度，以此满足工艺要求。

此方法缺少工艺时间参数要求和各泵组的工作时间调整功能；不能动态对整个工艺过程的时间进行调节，控制方法单一，整个泵组有一台泵出现工作不达标，则影响整个工艺进程时间，造成工艺中断，影响生产作业。

因此开发一种能动态调整各泵组工作时间的自适应式干式真空机械泵电控系统及控制方法成为亟待解决的技术难题。

发明内容

鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种自适应式干式真空机械泵电控系统，以解决传统真空泵组控制时间设定单一、检测参数对系统控制的有效性差以及没有建立工艺时间控制，不能动态调节抽气速度的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

自适应式干式真空机械泵电控系统，该电控系统能够控制多级真空泵组，其特征在于，包括：

若干分别与各级真空泵组管道相连接的泵组前压力检测单元，该泵组前压力检测单元能够检测其所在真空泵组管道内的压力信号并所述压力信号转换成电信号；

通过PLC的模拟量输入模块与各所述泵组前压力检测单元相连接的CPU单元，该CPU单元能够按照预设的自适应抽真空计算模型输出相应的控制指令以控制各真空泵组电机进行相应的操作，所述自适应抽真空计算模型包括自动以给定的工艺参数为基准，在控制各级真空泵组电机进行抽真空操作前，基于各泵组前压力检测单元所检测的压力信号，预先计算并分配多级真空泵组各自所需要的抽气时间及抽气速度，同时在某一级真空泵组完成抽真空操作时重新计算并分配余下各级真空泵组各自所需要的抽气时间及抽气速度，所述工艺参数至少包括真空压力值和工艺流程时间；

若干分别与各级真空泵组相连接的交流变频器，该交流变频器能够实时向CPU单元反馈自身的状态数据以及所连接的真空泵组电机的状态数据并执行CPU单元下发的控制指令，以完成对所述真空泵组电机的控制操作；

以及能够实现所述CPU单元与上位机进行数据交换的多级网络通讯模块。

进一步优选的，所述自适应抽真空计算模型中所对应的计算并分配过程包括：

(1)、自动以给定的最终真空压力值、工艺流程时间以及真空泵组的级数为基准，平均分配每一级真空泵组所对应的预计的抽气时间以及抽气速度，其中各级真空泵组所要实现的真空压力值依据用户经验预先设定；

(2)、按照预计的抽气时间以及抽气速度，启动第一级真空泵组进行抽气并判断第一级真空泵组到达对应的真空压力值时所使用的抽气时间是否小于等于所述预计抽气时间，是则执行(3)，否则执行(4)；

(3)、继续按照所述预计抽气时间以及抽气速度，启动下一级真空泵组进行抽气并重复(2)中的判断过程；

(4)、执行抽气调整策略即自动以给定的真空压力值、剩余的工艺流程时间以及剩余的真空泵组的级数为基准，重新平均分配每一级真空泵组所对应的预计的抽气时间同时增加抽气速度并按照重新预计的抽气时间以及所增加的抽气速度，启动该级真空泵组进行抽气并判断该级真空泵组到达对应的真空压力值时所使用的抽气时间是否小于等于重新预计的抽气时间，是则执行(3)，否则再次执行抽气调整策略；

(5)、重复(4)直至完成全部真空泵组的抽气过程；同时实时判断是否当前抽气调整策略中所预计的抽气时间以及真空泵组的最大抽气速度所能达到的真空压力值小于对应的真空压力值，是则启动报警机制。

进一步优选的，所述泵组前压力检测单元采用压差变送器。

进一步优选的，所述PLC的模拟量输入模块采用西门子S300系列输入输出模块。

进一步优选的，所述CPU单元采用西门子414-2DP控制器。

进一步优选的，所述交流变频器采用西门子6SE70系列交流变频器。

进一步优选的，所述多级网络通讯模块采用西门子CP443-1通讯模块。

本发明的另一目的是要提供一种干式真空机械泵的自适应式控制方法，其能够控制多级真空泵组，其特征在于，包括：

S1、在各级真空泵组管道上分别配置若干分别与各级真空泵组管道相连接的泵组前压力检测单元以检测其所在真空泵组管道内的压力信号并所述压力信号转换成电信号；

S2、配置CPU单元以按照预设的自适应抽真空计算模型输出相应的控制指令以控制各真空泵组电机进行相应的操作，所述自适应抽真空计算模型包括自动以给定的工艺参数为基准，在控制各级真空泵组电机进行抽真空操作前，基于各泵组前压力检测单元所检测的压力信号，预先计算并分配多级真空泵组各自所需要的抽气时间及抽气速度，同时在某一级真空泵组完成抽真空操作时重新计算并分配余下各级真空泵组各自所需要的抽气时间及抽气速度，所述工艺参数至少包括真空压力值和工艺流程时间；

S3、通过与各级真空泵组相连接的交流变频器实时向CPU单元反馈自身的状态数据以及所连接的真空泵组电机的状态数据并执行CPU单元下发的控制指令，调整各级真空泵组的抽气速度直至完成全部真空泵组的抽气过程。

进一步优选的，通过PLC的模拟量输入模块完成各所述泵组前压力检测单元与CPU单元的数据交换过程；同时通过多级网络通讯模块完成CPU单元与上位机进行数据交换。

进一步优选的，所述自适应抽真空计算模型中所对应的计算并分配过程包括：

(1)、自动以给定的真空压力值、工艺流程时间以及真空泵组的级数为基准，平均分配每一级真空泵组所对应的预计的抽气时间以及抽气速度；

(2)、按照预计的抽气时间以及抽气速度，启动第一级真空泵组进行抽气并判断第一级真空泵组到达给定的真空压力值时所使用的抽气时间是否小于等于所述预计抽气时间，是则执行(3)，否则执行(4)；

(3)、继续按照所述预计抽气时间以及抽气速度，启动下一级真空泵组进行抽气并重复(2)中的判断过程；

(4)、执行抽气调整策略即自动以给定的真空压力值、剩余的工艺流程时间以及剩余的真空泵组的级数为基准，重新平均分配每一级真空泵组所对应的预计的抽气时间同时增加抽气速度并按照重新预计的抽气时间以及所增加的抽气速度，启动该级真空泵组进行抽气并判断该级真空泵组到达给定的真空压力值时所使用的抽气时间是否小于等于重新预计的抽气时间，是则执行(3)，否则再次执行抽气调整策略；

(5)、重复(4)直至完成全部真空泵组的抽气过程；同时实时判断是否当前抽气调整策略中所预计的抽气时间以及真空泵组的最大抽气速度所能达到的真空压力值小于给定的真空压力值，是则启动报警机制。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

首先，本发明通过对各级泵组前段的压力检测，配合需要的工艺完成总时间，自动分配各级泵组的工作完成时间和抽气速度；其次实时通过检测前一级泵组的完成情况，对余下泵组重新分配工作预定时间并动态调整抽气速度以获得系统自适应的能力同时通过计算模型，使得所述电控系统具备整个工艺流程的完成度的判定功能以及报警和人工干预功能，综上所述，本发明与传统控制相比较，在不增加硬件投入的基础上，其自适应性全面提升了自控水平，缩短人工操作的时间，明显提高生产效率；自带预判功能，降低了工艺流程的风险，极大增强系统的安全性。

附图说明

图1为本发明所述自适应式干式真空机械泵电控系统电路结构示意图；

图2为本发明所述自适应式干式真空机械泵电控系统电路结构示意例图。

图3为本发明所述自适应式干式真空机械泵电控系统实例的控制逻辑图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示的自适应式干式真空机械泵电控系统，该电控系统能够控制多级真空泵组有序的进行抽真空操作，其包括：

A、若干个泵组前压力检测单元，各所述泵组前压力检测单元分别与各级真空泵组管道一一对应连接，各所述泵组前压力检测单元能够检测其所在真空泵组管道内的压力信号并所述压力信号转换成电信号；进一步优选的，所述泵组前压力检测单元采用压差变送器，其能够将每组泵管道压力信号转换为工业标准4～20mA电信号，通过PLC的模拟量输入模块为CPU单元的运算提供准确测定值；进一步优选的，所述PLC的模拟量输入模块采用西门子S300系列输入输出模块，该系列的输入输出模块能够实现对泵组前压力检测单元、控制按钮等信号进行输入输出的采集；

B、通过PLC的模拟量输入模块与各所述泵组前压力检测单元相连接的CPU单元，该CPU单元能够按照预设的自适应抽真空计算模型输出相应的控制指令以控制各真空泵组电机进行相应的操作，所述自适应抽真空计算模型包括自动以给定的工艺参数为基准，在控制各级真空泵组电机进行抽真空操作前，基于各泵组前压力检测单元所检测的压力信号，预先计算并分配多级真空泵组各自所需要的抽气时间及抽气速度，同时在某一级真空泵组完成抽真空操作时重新计算并分配余下各级真空泵组各自所需要的抽气时间及抽气速度，所述工艺参数至少包括最终真空度和工艺流程时间；进一步优选的，所述CPU单元采用西门子414-2DP控制器，其便于实现分布式结构及用户友好HMI界面操作；进一步优选的，所述自适应抽真空计算模型中所对应的计算并分配过程包括：(1)、自动以给定的最终真空压力值、工艺流程时间以及真空泵组的级数为基准，平均分配每一级真空泵组所对应的预计的抽气时间以及抽气速度，其中各级真空泵组所要实现的真空压力值依据用户经验预先设定；

(2)、按照预计的抽气时间以及抽气速度，启动第一级真空泵组进行抽气并判断第一级真空泵组到达对应的真空压力值时所使用的抽气时间是否小于等于所述预计抽气时间，是则执行(3)，否则执行(4)；

(3)、继续按照所述预计抽气时间以及抽气速度，启动下一级真空泵组进行抽气并重复(2)中的判断过程；

(4)、执行抽气调整策略即自动以给定的真空压力值、剩余的工艺流程时间以及剩余的真空泵组的级数为基准，重新平均分配每一级真空泵组所对应的预计的抽气时间同时增加抽气速度并按照重新预计的抽气时间以及所增加的抽气速度，启动该级真空泵组进行抽气并判断该级真空泵组到达对应的真空压力值时所使用的抽气时间是否小于等于重新预计的抽气时间，是则执行(3)，否则再次执行抽气调整策略；

(5)、重复(4)直至完成全部真空泵组的抽气过程；同时实时判断是否当前抽气调整策略中所预计的抽气时间以及真空泵组的最大抽气速度所能达到的真空压力值小于对应的真空压力值，是则启动报警机制。

C、若干分别与各级真空泵组相连接的交流变频器，该交流变频器能够实时向CPU单元反馈自身的状态数据以及所连接的真空泵组电机的状态数据并执行CPU单元下发的控制指令，以完成对所述真空泵组电机的控制操作；进一步优选的，所述交流变频器采用西门子6SE70系列交流变频器，此系列变频器可以支持Profibus-DP网络，与CPU单元进行数据通讯；

D、能够实现所述CPU单元与上位机进行数据交换的多级网络通讯模块，进一步优选的，所述多级网络通讯模块采用西门子CP443-1通讯模块，其通过工业以太网，与上位机进行数据交换。

同时对所述自适应抽真空计算模型中所涉及的技术原理作以说明：其根据机组的抽气特性曲线求得真空室内压力、钢水内的氢和氮含量随时间的变化情况进行计算分配的，具体计算过程为：

根据真空系统的抽气方程

可得

即

其中：p₁为t₁时刻的压力，p₂为t₂＝t₁+Δt时的压力，Q_Ar＝S_Arp₁为氩气流量，为保护气体氮气的流量，Q_l＝S_lp₁为泄漏气体的流量，和分别为钢水中产生的氢气和氮气的流量。

下面以具体实例对本申请所述方案做详细说明：

设定真空泵组为四级泵组，工艺参数要求在20分钟内实现真空度小于等于0.4kPa，即工艺总目标时间为20分钟；若泵组启动顺序为4级→3级→4级→1级，则控制步骤如下：1、控制单元根据最终真空度和工艺流程时间自动以最优状态给定各级泵组的抽气速度V0，则自适应抽真空计算模型自动计算并给定各级泵组的达到预定压力的最佳时间和初始的抽气速度V0，即预计的时间各泵组的工作时间为5分钟，同时分级启动开始；2、根据安置在最先启动的4级泵组前的抽气通道压力检测信号，判断达到目标压力值的时间。如果在预定时间内达到，或者少于预定时间，则按既定逻辑继续进行余下3级泵组的启动并顺次进行；3、如果在第2环节中，4级泵组的完成时间超过自动分配的初始时间，则通过计算模型，检测前一级泵组达到要求压力的实际使用时间，与总工艺时间作差额，将剩余时间再次平均分配给后面的泵组以重新计算余下三组泵组为了满足工艺流程总时间需要的各自工作时间，并实时调整余下三组泵组的抽气速度，并继续进行余下3级泵组的启动；同理依次类推，达到系统自适应的控制能力，直到完成整个工艺流程。若第3环节中，如果经过计算模型，余下泵组即使全达到最大抽气速度，也满足不了工艺在允许时间内要求的最终压力值时，CPU单元发出报警信号，操控人员可以根据情况进行人工干预。

总之，本发明所述的电控系统以给定总体工艺要求达到的最终真空度和工艺流程时间为基准，通过检测各级泵组前抽气通道的压力值，自动预判断并分配各级泵组的需要的抽气时间，并且根据上一级泵组的完成情况，重新计算和改变余下泵组的各项工作参数，不断调节各级泵组的抽气速度，(通过检测前一级泵组达到要求压力的实际使用时间，与总工艺时间作差额，将剩余时间再次平均分配给后面的泵组，如果剩余时间不满足，则提高泵组的变频输出功率，加快抽气速度。在最后一组泵工作前如果剩余时间小于3分钟，则系统判定无论如何系统满足不了工艺要求，系统自动报警)达到自适应完成工艺流程的目的；同时增加了系统达标预判断和故障警告的功能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自适应式干式真空机械泵电控系统，该电控系统能够控制多级真空泵组，其特征在于，包括：

若干分别与各级真空泵组管道相连接的泵组前压力检测单元，该泵组前压力检测单元能够检测其所在真空泵组管道内的压力信号并所述压力信号转换成电信号；

通过PLC的模拟量输入模块与各所述泵组前压力检测单元相连接的CPU单元，该CPU单元能够按照预设的自适应抽真空计算模型输出相应的控制指令以控制各真空泵组电机进行相应的操作，所述自适应抽真空计算模型包括自动以给定的工艺参数为基准，在控制各级真空泵组电机进行抽真空操作前，基于各泵组前压力检测单元所检测的压力信号，预先计算并分配多级真空泵组各自所需要的抽气时间及抽气速度，同时在某一级真空泵组完成抽真空操作时重新计算并分配余下各级真空泵组各自所需要的抽气时间及抽气速度，所述工艺参数至少包括真空压力值和工艺流程时间；

若干分别与各级真空泵组相连接的交流变频器，该交流变频器能够实时向CPU单元反馈自身的状态数据以及所连接的真空泵组电机的状态数据并执行CPU单元下发的控制指令，以完成对所述真空泵组电机的控制操作；

以及能够实现所述CPU单元与上位机进行数据交换的多级网络通讯模块。

2.根据权利要求1所述的自适应式干式真空机械泵电控系统，其特征在于：所述自适应抽真空计算模型中所对应的计算并分配过程包括：

(1)、自动以给定的最终真空压力值、工艺流程时间以及真空泵组的级数为基准，平均分配每一级真空泵组所对应的预计的抽气时间以及抽气速度，其中各级真空泵组所要实现的真空压力值依据用户经验预先设定；

(2)、按照预计的抽气时间以及抽气速度，启动第一级真空泵组进行抽气并判断第一级真空泵组到达对应的真空压力值时所使用的抽气时间是否小于等于所述预计抽气时间，是则执行(3)，否则执行(4)；

(3)、继续按照所述预计抽气时间以及抽气速度，启动下一级真空泵组进行抽气并重复(2)中的判断过程；

(4)、执行抽气调整策略即自动以给定的真空压力值、剩余的工艺流程时间以及剩余的真空泵组的级数为基准，重新平均分配每一级真空泵组所对应的预计的抽气时间同时增加抽气速度并按照重新预计的抽气时间以及所增加的抽气速度，启动该级真空泵组进行抽气并判断该级真空泵组到达对应的真空压力值时所使用的抽气时间是否小于等于重新预计的抽气时间，是则执行(3)，否则再次执行抽气调整策略；

(5)、重复(4)直至完成全部真空泵组的抽气过程；同时实时判断是否当前抽气调整策略中所预计的抽气时间以及真空泵组的最大抽气速度所能达到的真空压力值小于对应的真空压力值，是则启动报警机制。

3.根据权利要求1所述的自适应式干式真空机械泵电控系统，其特征在于：所述的

所述泵组前压力检测单元采用压差变送器。

4.根据权利要求1所述的自适应式干式真空机械泵电控系统，其特征在于：所述PLC的模拟量输入模块采用西门子S300系列输入输出模块。

5.根据权利要求1所述的自适应式干式真空机械泵电控系统，其特征在于：所述CPU单元采用西门子414-2DP控制器。

6.根据权利要求1所述的自适应式干式真空机械泵电控系统，其特征在于：所述交流变频器采用西门子6SE70系列交流变频器。

7.根据权利要求1所述的自适应式干式真空机械泵电控系统，其特征在于：所述多级网络通讯模块采用西门子CP443-1通讯模块。

8.一种干式真空机械泵的自适应式控制方法，其能够控制多级真空泵组，其特征在于，包括：

S1、在各级真空泵组管道上分别配置若干分别与各级真空泵组管道相连接的泵组前压力检测单元以检测其所在真空泵组管道内的压力信号并所述压力信号转换成电信号；

S2、配置CPU单元以按照预设的自适应抽真空计算模型输出相应的控制指令以控制各真空泵组电机进行相应的操作，所述自适应抽真空计算模型包括自动以给定的工艺参数为基准，在控制各级真空泵组电机进行抽真空操作前，基于各泵组前压力检测单元所检测的压力信号，预先计算并分配多级真空泵组各自所需要的抽气时间及抽气速度，同时在某一级真空泵组完成抽真空操作时重新计算并分配余下各级真空泵组各自所需要的抽气时间及抽气速度，所述工艺参数至少包括真空压力值和工艺流程时间；

S3、通过与各级真空泵组相连接的交流变频器实时向CPU单元反馈自身的状态数据以及所连接的真空泵组电机的状态数据并执行CPU单元下发的控制指令，调整各级真空泵组的抽气速度直至完成全部真空泵组的抽气过程。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：

所述自适应抽真空计算模型中所对应的计算并分配过程包括：

(1)、自动以给定的最终真空压力值、工艺流程时间以及真空泵组的级数为基准，平均分配每一级真空泵组所对应的预计的抽气时间以及抽气速度，其中各级真空泵组所要实现的真空压力值依据用户经验预先设定；

(2)、按照预计的抽气时间以及抽气速度，启动第一级真空泵组进行抽气并判断第一级真空泵组到达对应的真空压力值时所使用的抽气时间是否小于等于所述预计抽气时间，是则执行(3)，否则执行(4)；

(3)、继续按照所述预计抽气时间以及抽气速度，启动下一级真空泵组进行抽气并重复(2)中的判断过程；

(4)、执行抽气调整策略即自动以给定的真空压力值、剩余的工艺流程时间以及剩余的真空泵组的级数为基准，重新平均分配每一级真空泵组所对应的预计的抽气时间同时增加抽气速度并按照重新预计的抽气时间以及所增加的抽气速度，启动该级真空泵组进行抽气并判断该级真空泵组到达对应的真空压力值时所使用的抽气时间是否小于等于重新预计的抽气时间，是则执行(3)，否则再次执行抽气调整策略；

(5)、重复(4)直至完成全部真空泵组的抽气过程；同时实时判断是否当前抽气调整策略中所预计的抽气时间以及真空泵组的最大抽气速度所能达到的真空压力值小于对应的真空压力值，是则启动报警机制。