CN116085279A - 无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制方法、装置，所述方法包括：依据给定压力值与实际反馈压力的偏差进行PID控制，控制泵运行速度，得到第一泵速度；对泵组中的每一个泵进行电流平衡控制，修正泵运行速度，得到第二泵速度；依据所述第一泵速度与第二泵速度，确定投入运行泵的最终运行速度。该方法不但实现了产线浊环冷水池的连铸二冷水、轧钢低压、轧钢高压三个泵组稳定恒压供水，还实现了各泵均衡出力的自动控制，实现自动动态跟踪用户用水需求。

Description

无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制方法、装置

技术领域

本发明涉及铸钢技术领域，尤其涉及一种无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制方法、装置。

背景技术

无头连铸连轧产线浊环冷水池的连铸二冷水、轧钢低压、轧钢高压三个泵组需要稳定恒压供水功能，每个泵组均有多台泵构成，每个泵组的用水量根据产线工艺调整，很难实时获取，泵组需要根据产线用水需求，自动增减泵组内泵运行数量，满足现场恒压供水需求；另外产线在不同的运行模式下，用水流量相差较大，系统必须能及时响应用水需求，保证压力稳定；最后，泵组内各泵要求出力大小相同，表现为各泵电流大小一致，如果电流相差较大，长期运行，电流小的泵做工效率差，损失效能，浪费电能，而电流大的泵出力大，长期运行泵叶片磨损严重，为此泵组控制不但需要实现恒压供水，还需要保证泵组内各泵运行电流一致。

由于泵组既要实现稳定恒压供水，又要实现各泵出力一致的需求，常规的控制算法采用串级PID控制算法实现，即主PID为压力调节环，保证压力需求，从PID为电流调节环，实现电流均衡。该控制方法原理结构见图1中所示。该方法从PID的电流控制环节中，各泵根据主PID的压力调节环输出的电流，去调节泵变频转速，达到电流一致的目的。但是，实际应用中，通过电流控制电机转速却无法得到稳定控制，其主要原因包括：(1)当增、减电机速度时，电机需要加、减速过程，这时电机电流极不稳定；(2)泵在固定转速运行时，电流也存在变化，故通过反馈的电流调整速度，将直接导致速度控制忽大忽小，电机速度无法稳定，系统不断地在进行调整，导致压力无法稳定。因此，有必要对现有泵组稳压控制方法进行改进。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制方法、装置，该方法通过改进泵组的控制方法，不但实现了产线浊环冷水池的连铸二冷水、轧钢低压、轧钢高压三个泵组稳定恒压供水，还实现了各泵均衡出力的自动控制，实现自动动态跟踪用户用水需求。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制方法，每个泵组有N台泵，N大于等于2，包括：

依据给定压力值与实际反馈压力的偏差进行PID控制，控制泵运行速度，得到第一泵速度；

对泵组中的每一个泵进行电流平衡控制，修正泵运行速度，得到第二泵速度；

依据所述第一泵速度与第二泵速度，确定投入运行泵的最终运行速度。

可选的，PID控制采用动态调整参数方法，PID控制环的比例、积分参数均与所述给定压力值与实际反馈压力的偏差成正比变化。

可选的，依据变频的响应速度对PID控制环的输出量进行限幅，本次PID控制环的输出量与上次PID控制环的输出量的偏差值不能超过变频的最大增减幅值，

在超过所述最大增减幅值的情况下，依据所述最大增减幅值进行增减，

所述最大增减幅值＝(电机最大频率/变频加减速度时间)*(PID控制环执行周期/变频加减速度时间)。

可选的，所述对泵组中的每一个泵进行电流平衡控制，修正泵运行速度，得到第二泵速度，包括：

采集泵组中所有泵的电流，

在最大电流与最小电流的偏差超过预设偏差调整值时，对最大电流、最小电流对应的两台泵进行电流平衡调节，直到泵组中任一两泵之间的电流偏差满足预设偏差调整值。

可选的，所述对最大电流、最小电流对应的两台泵进行电流平衡调节，包括：

修正最大电流对应泵的运行速度，最大电流对应泵的运行速度修正值＝最大电流对应泵的当前运行速度-电流偏差*调整系数；

修正最小电流对应泵的运行速度，最小电流对应泵的运行速度修正值＝最小电流对应泵的当前运行速度+电流偏差*调整系数；

其中，所述电流偏差为最大电流与最小电流的偏差值，所述调整系数k＝r*(50/泵电机额定电流)，r表示调整系数。

可选的，对泵组中的每一个泵进行电流平衡控制之前，当产线运行模式发生改变时，依据各泵组要求的泵运行数量，进行增、减泵运行控制，对满足运行条件的泵逐次进行投入运行或者切除运行控制，每次投入运行或者切除运行一台泵完成后，再进行下一台泵的投入运行或者切除运行操作，直到泵运行数量满足现场要求为止。

可选的，按照泵的序号、泵的单次运行时间、泵的单次停止时间、泵的累计运行时间、泵的累计停止时间多个条件中的至少一个，作为选择开启泵或者停止泵运行的条件。

可选的，依据所述第一泵速度与第二泵速度的和值，确定投入运行泵的最终运行速度。

本发明另一方面还提供了一种无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制装置，采用上述的无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制方法，至少包括：

PID控制模块，用于依据给定压力值与实际反馈压力的偏差进行PID控制，控制泵速度，得到第一泵速度；

电流平衡控制模块，用于对泵组中的每一个泵进行电流平衡控制，修正泵控制速度，得到第二泵速度；

泵最终运行速度控制模块，用于依据所述第一泵速度与第二泵速度，确定投入运行泵的最终运行速度。

由以上方案可知，本发明的优点在于：

本发明提供的无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制方法，依据给定压力值与实际反馈压力的偏差进行PID控制，控制泵运行速度，得到第一泵速度；同时，通过对泵组中的每一个泵进行电流平衡控制，修正泵运行速度，得到第二泵速度；然后，依据所述第一泵速度与第二泵速度，确定投入运行泵的最终运行速度。该控制方法在无头连铸连轧产线中，泵组根据产线运行模式，自动控制泵运行数量，并通过压力恒压控制和电流平衡控制，实现了泵组压力稳定控制的同时，也保证了各电机出力大小一致的控制难题，系统投入运行后，实现了泵组的自动控制，控制精度高，压力偏差小，动态响应快，摆脱了人工控制劳动强度大，实时响应慢的弊病。

附图说明

图1为现有无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制方法的逻辑示意图；

图2为本发明实施例提供的无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制方法的逻辑示意图；

图3为本发明实施例提供的无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制方法的控制原理图；

图4为本发明提供的无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制装置的框架图；

其中，

400-无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制装置；

401-PID控制模块；

402-电流平衡控制模块；

403-泵最终运行速度控制模块。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和效果能阐述的更明确易懂，下文特举实施例，并配合说明书附图作详细说明如下。

本发明实施例提供了一种无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制方法。具体的，如图2中所示，图2示出了该无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制方法的具体流程示意图，图3示出了该控制方法的原理图。

无头连铸连轧产线浊环泵组中每个泵组有N台泵，N大于等于2，需要运行的泵数量取决于产线运行模式状态，现场用水量越大需要投入运行的泵数量越多，反之亦然。系统刚投入自动后，系统按默认数量启动泵，确保系统稳定。

在具体实现中，泵组控制功能为既要实现稳定恒压供水，还要实现各泵均衡出力的自动控制。衡量各泵是否均衡出力的标准为所有运行泵的最大电流与最小电流的差≤预设电流均衡最大偏差，泵电流大小主要取决于电机控制速度，速度越大，电流就越高，所以本实施例保留了常规控制方法的压力控制的PID调节速度环节，同时增加各泵衡电流平衡控制。具体的，

一种无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制方法，包括：

S1、依据给定压力值与实际反馈压力的偏差进行PID控制，控制泵运行速度，得到第一泵速度U(t)。

在具体实现中，因为产线对供水要求较高，即要保证压力稳定，还要确保动态响应快速，以保证产线的稳定运行。常规的PID控制中，其控制参数根据现场调试后确定并固定。为提高系统的动态响应速度，本实施例PID控制采用动态调整参数方法，供水压力控制依据给定压力值与实际反馈压力的偏差控制泵运行速度，提高系统响应速度，以满足轧线工艺供水需求。PID控制环的比例、积分参数，数值越大，动态响应越快，但系统稳定性越差，系统容易出现超调现象，这是不允许的，故本实施例采用动态调整参数方法，PID控制环的比例、积分参数均与所述给定压力值与实际反馈压力的偏差成正比变化，即压力偏差越大，比例、积分参数越向大调整，反之往小调整。这样促使系统压力快速向目标值靠拢，一旦接近目标值时，比例、积分参数减小，保证压力的稳定，减小超调幅度。本实施例中，压力控制采用动态PID控制，与常规PID控制相比，系统动态响应快，波动小，控制稳定。

此外，在实际应用中，压力控制经常出现超调现象，究其原因为控制过程中，输出泵转速到变频后，变频响应无法跟随算法输出，即变频响应滞后，导致的结果为控制的转速与变频实际输出的转速相差较大，如向上增压时，当压力达到设定值后，控制输出转速大于实际转速，泵速仍在增加，导致压力超调；而向下减压时，控制输出转速小于实际转速，泵速仍在减少，导致压力低于设定压力较多。因此，在PID控制时，控制输出的变化量必须满足变频的响应速度。变频的响应速度由变频的加减速时间确定。例如，当变频的加速时间为30s时，变频每秒增加的最大频率＝50Hz/30s＝1.66667Hz/s。所以PID控制输出时，需要限定每次的增减幅度，依据变频的响应速度对PID控制环的输出量进行限幅，本次PID控制环的输出量与上次PID控制环的输出量的偏差值不能超过变频的最大增减幅值，具体依据变频的响应速度对PID控制环的输出量进行限幅，本次PID控制环的输出量与上次PID控制环的输出量的偏差值不能超过变频的最大增减幅值，在超过所述最大增减幅值的情况下，依据所述最大增减幅值进行增减，所述最大增减幅值＝(电机最大频率/变频加减速度时间)*(PID控制环执行周期/变频加减速度时间)。

S2、对泵组中的每一个泵进行电流平衡控制，修正泵运行速度，得到第二泵速度y_i(t)。

在具体实现中，相同速度下，电机电流不平衡的原因有泵效率、电机效率、管道位置等因素。调节电流时，泵需要增减速度，这时单纯依靠反馈电流来控制速度，会导致速度来回调节，泵速无法稳定控制，导致压力控制也不稳定。

因此，为减少速度调节带来的电流波动，如何进行电流平衡调节，特别是多台泵运行状态下如何整体调度。在实践应用当中，如一次同时对多台泵进行电流平衡调节，效果较差，带来的压力波动也较大。本实施例采用电流平衡控制策略，在压力稳定情况下，通过采集泵组中所有泵的电流，仅通过比较最大电流与最小电流，在最大电流与最小电流的偏差超过预设偏差调整值时，对最大电流、最小电流对应的两台泵进行电流平衡调节，直到泵组中任一两泵之间的电流偏差满足预设偏差调整值。具体通过修正最大电流对应泵的运行速度，最大电流对应泵的运行速度修正值＝最大电流对应泵的当前运行速度-电流偏差*调整系数；修正最小电流对应泵的运行速度，最小电流对应泵的运行速度修正值＝最小电流对应泵的当前运行速度+电流偏差*调整系数。其中，所述电流偏差为最大电流与最小电流的偏差值，所述调整系数k＝r*(50/泵电机额定电流)，r表示调整系数，r默认值为1.0，取值范围为0.7～1.0，调整系数的获取方法为：当一次进行电流平衡调整且压力稳定后，观察已进行调整两台泵的实际电流。如果最大电流的泵调整后的电流仍然大于最小电流泵的电流超过0.3A，则调整系数过小，反之调整系数过大，然后进行适当的调整，直到电流差在±0.3A范围内。一次调整完成后，必须等待压力稳定5秒以上，才可再次对最大电流、最小电流对应的两台泵进行电流平衡调节，直到泵组中最大电流偏差，即：(最大电流-最小电流)≤预设偏差调整值b，b的取值根据现场泵工艺确定，一般取值为0.8～1.5A。本实施例中，电流平衡控制一次只对最大和最小电流对应的泵进行调整，减少压力波动，一次电流平衡控制后，必须等待压力稳定后才能进行下次调节，保证系统压力恒定稳定控制。

此外，对泵组中的每一个泵进行电流平衡控制之前，需要进行泵选择及数量控制，具体每个泵组有N台泵，需要运行的泵数量取决于产线运行模式状态，现场用水量越大需要投入运行的泵数量越多，反之亦然。系统刚投入自动后，系统按默认数量启动泵，泵速度控制通过设定压力与反馈压力进行PID算法进行控制，确保系统稳定。当产线运行模式发生改变时，依据各泵组要求的泵运行数量，进行增、减泵运行控制，对满足运行条件的泵逐次进行投入运行或者切除运行控制，每次投入运行或者切除运行一台泵完成后，再进行下一台泵的投入运行或者切除运行操作，直到泵运行数量满足现场要求为止，这样做的目的可确保系统供水稳定。泵投入运行时，通过关闭泵后阀，启动泵，且运行5～10s后，进行开阀操作。泵切除运行，通过关闭泵后阀，进行停泵操作。

此外，每台泵均有自动/手动切换功能，只有在自动状态下的泵才能进行选择。在自动状态下，选择哪台泵来增减泵数量控制也是必须考虑的问题。在具体配置过程中，可以按照泵的序号、泵的单次运行时间、泵的单次停止时间、泵的累计运行时间、泵的累计停止时间多个条件中的至少一个，作为选择开启泵或者停止泵运行的条件。按泵的序号选择时，具体可以按照从大到小的序号选择或者按从小到大的序号选择；按单次运行/停止时间选择时，可以按照单次运行时间最长选择、单次运行时间最短选择、单次停止时间最长选择、或者按单次停止时间最短等进行选择；按累计运行/停止时间选择时，可以按照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等进行选择。如按序号从小到大选择启泵选择条件，当需要增加一台泵时，则选择剩下未运行的且在自动状态下，序号为最小的泵作为增加运行控制泵。如选择单次运行时间最长的作为停泵规则时，当需要减少一台运行泵时，则选择在所有运行的泵中，单次运行时间最长的泵作为停止运行泵。本实施例中，根据产线运行模式状态，自动增减泵数量，泵控制选择，用户可根据需求，采用多种选项选择控制。

S3、依据所述第一泵速度与第二泵速度，确定投入运行泵的最终运行速度。

依据所述第一泵速度与第二泵速度的和值，确定投入运行泵的最终运行速度，即投入运行泵的最终运行速度＝U(t)+y_i(t)，其中i为泵的序号。

因此，本发明实施例提供的无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制方法，依据给定压力值与实际反馈压力的偏差进行PID控制，控制泵运行速度，得到第一泵速度；同时，通过对泵组中的每一个泵进行电流平衡控制，修正泵运行速度，得到第二泵速度；然后，依据所述第一泵速度与第二泵速度，确定投入运行泵的最终运行速度。该控制方法在无头连铸连轧产线中，泵组根据产线运行模式，自动控制泵运行数量，并通过压力恒压控制和电流平衡控制，实现了泵组压力稳定控制的同时，也保证了各电机出力大小一致的控制难题，系统投入运行后，实现了泵组的自动控制，控制精度高，压力偏差小，动态响应快，摆脱了人工控制劳动强度大，实时响应慢的弊病。

本发明另一方面还提供了一种无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制装置400，该高炉无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制装置够实现上述无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制方法实现的各个过程。

如图4中所示，图4示出了无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制装置400的架构图。

一种无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制装置400，至少包括：

PID控制模块401，用于依据给定压力值与实际反馈压力的偏差进行PID控制，控制泵速度，得到第一泵速度；

电流平衡控制模块402，用于对泵组中的每一个泵进行电流平衡控制，修正泵控制速度，得到第二泵速度；

泵最终运行速度控制模块403，用于依据所述第一泵速度与第二泵速度，确定投入运行泵的最终运行速度。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以施加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (9)

1.一种无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制方法，每个泵组有N台泵，N大于等于2，其特征在于，包括：

依据给定压力值与实际反馈压力的偏差进行PID控制，控制泵运行速度，得到第一泵速度；

对泵组中的每一个泵进行电流平衡控制，修正泵运行速度，得到第二泵速度；

依据所述第一泵速度与第二泵速度，确定投入运行泵的最终运行速度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

PID控制采用动态调整参数方法，PID控制环的比例、积分参数均与所述给定压力值与实际反馈压力的偏差成正比变化。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

依据变频的响应速度对PID控制环的输出量进行限幅，本次PID控制环的输出量与上次PID控制环的输出量的偏差值不能超过变频的最大增减幅值，

在超过所述最大增减幅值的情况下，依据所述最大增减幅值进行增减，

所述最大增减幅值＝(电机最大频率/变频加减速度时间)*(PID控制环执行周期/变频加减速度时间)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对泵组中的每一个泵进行电流平衡控制，修正泵运行速度，得到第二泵速度，包括：

采集泵组中所有泵的电流，

在最大电流与最小电流的偏差超过预设偏差调整值时，对最大电流、最小电流对应的两台泵进行电流平衡调节，直到泵组中任一两泵之间的电流偏差满足预设偏差调整值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对最大电流、最小电流对应的两台泵进行电流平衡调节，包括：

修正最大电流对应泵的运行速度，最大电流对应泵的运行速度修正值＝最大电流对应泵的当前运行速度-电流偏差*调整系数；

修正最小电流对应泵的运行速度，最小电流对应泵的运行速度修正值＝最小电流对应泵的当前运行速度+电流偏差*调整系数；

其中，所述电流偏差为最大电流与最小电流的偏差值，所述调整系数k＝r*(50/泵电机额定电流)，r表示调整系数。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对泵组中的每一个泵进行电流平衡控制之前，还包括：

当产线运行模式发生改变时，依据各泵组要求的泵运行数量，进行增、减泵运行控制，对满足运行条件的泵逐次进行投入运行或者切除运行控制，每次投入运行或者切除运行一台泵完成后，再进行下一台泵的投入运行或者切除运行操作，直到泵运行数量满足现场要求为止。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

按照泵的序号、泵的单次运行时间、泵的单次停止时间、泵的累计运行时间、泵的累计停止时间多个条件中的至少一个，作为选择开启泵或者停止泵运行的条件。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

依据所述第一泵速度与第二泵速度的和值，确定投入运行泵的最终运行速度。

9.一种无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制装置，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的无头连铸连轧产线浊环泵组泵均衡稳压控制方法，至少包括：

PID控制模块，用于依据给定压力值与实际反馈压力的偏差进行PID控制，控制泵速度，得到第一泵速度；

电流平衡控制模块，用于对泵组中的每一个泵进行电流平衡控制，修正泵控制速度，得到第二泵速度；

泵最终运行速度控制模块，用于依据所述第一泵速度与第二泵速度，确定投入运行泵的最终运行速度。

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