CN201702186U - 基于轧线控制一体化的热轧冷却水控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于轧线控制一体化的热轧冷却水控制系统，所述控制系统包括：轧线信息获得单元，用于获得热轧生产线的轧线数据信息，冷却水控制单元，用于接收轧线信息采集单元的轧线数据信息，根据所述轧线数据信息对冷却水量进行控制；通信单元，用于将所述轧线信息采集单元所述获得的热轧生产线的轧线数据信息传送给所述冷却水控制单元。本实用新型可以将轧件在轧线的跟踪信号、预报冷却水量传给冷却水控制单元，为变频调速、液力偶合器等调速设备和调节阀等节流设备提供前馈控制信息，使浊环冷却水、层流冷却水实现在保证工艺要求下的变频节能或节流节能。

Description

基于轧线控制一体化的热轧冷却水控制系统 

技术领域

本实用新型涉及冶金行业领域，尤其涉及冶金行业热轧厂基于轧线控制一体化的冷却水控制系统。 

背景技术

热轧厂的水处理系统主要包括浊循环水系统、层流冷却水系统、净循环水系统、配套管网及与水处理配套的电气电力仪表自动控制系统。热轧冷却用水主要有以下特点：一是水量流量大；二是要求压力稳定；三是水量变化大，轧线用水点大部分都是断续喷水冷却，并且当轧制不同的轧制钢板品种，轧线对总供水水量的需求也不同；四是热轧厂的自动化水平一般都很高。 

在目前的热轧厂中，水处理系统和轧钢生产线的自动化控制系统是两个独立的系统，水处理系统向轧线供水，轧线被动使用水处理系统供来的水，它们之间没有实时动态的数据通讯和一体化的控制。下面参照图1现有技术的热轧浊环水系统及图2现有技术的热轧层流冷却水系统对现有技术的冷却水系统的情况进行说明。 

如附图1所示，浊循环冷却水主要用于各设备的直接冷却。在热轧厂中浊环水一般分为高压浊环水和低压循环水两部分，低压浊环水主要为辊道21、高压水除磷22、热卷箱23、卷取机24等设备提供冷却用水；高压浊环水为粗轧机组18和精轧机组19的轧辊25、支承辊26和轧件提供冷却用水。粗轧机组18和精轧机组19及它设备使用后的水不仅水温升高，而且含有大量的氧化铁皮和废油。用户使用后的水流入冲渣沟10，经冲渣沟10进入旋流沉淀池11。旋流沉淀池11沉淀去除块状氧化铁皮后，一部分水用冲渣水泵组12加压回用作为冲渣沟10冲渣水，另一部分用漩流井提升泵组13提升至平流池14进行二级处理，去除水中的粉末状氧化铁皮和油。然后送至浊环调节池15，其中一部分水用泵送至过滤器16过滤，再利用余压送入冷 却塔17冷却，另一部分水直接用泵送至冷却塔17冷却。冷却塔17出水进入吸水井20，用高压浊环水供水泵28和低压浊环水供水泵29泵组加压后经配套管网供水管道供轧线设备按照工艺要求使用。 

目前热轧浊环冷却水系统没有采取切实可行的节能措施，供水泵按固定的压力和流量向轧线供水，当供水总量大于轧线使用水量的时候，高压浊环水和低压浊环水直接或经过稳压溢流阀27直接排放到冲渣沟回流到漩流井回流回去，浊环供水系统的能耗非常严重。 

如附图2(层流冷却水工艺流程图)所示。层流冷却系统为轧线精轧机组19后卷取机24前的层流冷却设备25提供轧件上下表面冷却水和侧喷清扫水。工艺流程为轧线层流冷却设备使用后的水经层流铁皮沟26进入热水井27，用热水井供水泵组28加压送过滤器29过滤，过滤后的水利用余压直接上冷却塔30冷却，冷却后的水流入吸水井31，再用层流冷却供水泵组32加压送车间内层流冷却高位水箱33，由层流冷却高位水箱33供轧线层流冷却使用。还有一少部分由层流冷却侧喷泵组34加压后为轧线提供侧喷用水。层流冷却供水泵组32持续不断的向层流冷却高位水箱33供水，当层流输出辊道上有轧件通过时，上下层流冷却集水管35打开，上下集水管35喷出的水冷却轧件后，经层流铁皮沟26流回热水井27；当层流输出辊道36上没有轧件通过时，上下层流冷却集水管35关，层流冷却供水泵组32供到层流冷却高位水箱33的水经高位水箱溢流管道37流回吸水井31，层流侧喷水亦然，当有轧件通过时，侧喷水开启，当没有轧件通过不需要冷却时，侧喷水关闭。这样造成了能源的很大浪费。 

可见，目前热轧层流冷却水系统大部分都没有采取任何的节能措施，能耗非常严重，国内外有很少的热轧厂层流冷却采用了采用节能措施，方案主要有一种采用并联水箱方案。并联附加水箱方案是在高位水箱旁并联一个供水箱，利用层流冷却设备不喷水冷却的间隙向并联水箱供水，储备一定补水量在层流冷却设备喷水的时候供水，采用功率较小的水泵在喷水的间隙也不断供水。并联附加水箱的方案需要在厂房外加一个非常大的水箱，该方案很难满足不同轧件规格品种对应不冷却能力的要求。 

综上所述，这样就带来了如下问题： 

1.通讯和监控的实时性差，水处理系统和轧钢生产线的自动化控制系统双方信息不能共享。双方的通讯联络通过人工电话或对讲系统，轧线不能实时监控水处理系统动态的运行情况；水处理系统也不能实时监视了解轧线实时动态的运行情况。当一方发生故障或报警对另一方有影响时，故障报警信号不能实时的传到另一方。而且由于中间人工环节多，信息传递时间长，容易造成事故的误判、处理不及时和事故扩大化，不仅造成人力物力的很大浪费，同时给安全生产带来不便和潜在的隐患； 

2.无法实现一体化控制，供水不能按需所供，能源和水源浪费严重。水处理系统按照固定的压力和流量向轧线供水，当供水水量大于轧线使用水量的时候，多余的供水经过冲渣沟或溢流管道回流回去，造成了能源和水源的巨大浪费。 

3 由于水量变化大，仅对水泵进行常规压力闭环控制的调速或节流节能措施会造成压力的波动，不能满足生产工艺要求。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于轧线控制一体化的热轧冷却水控制系统，更好地对轧线冷却水量进行控制，并具有节约能源的特点。 

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于轧线控制一体化的热轧冷却水控制系统，所述控制系统包括： 

轧线信息获得单元，获得热轧生产线的轧线数据信息， 

冷却水控制单元，接收轧线信息采集单元的轧线数据信息，根据所述轧线数据信息对冷却水量进行控制； 

通信单元，将所述轧线信息采集单元所述获得的热轧生产线的轧线数据信息传送给所述冷却水控制单元。 

优选的，所述冷却水控制单元，进一步包括： 

处理单元，根据所述轧线数据信息获得实时冷却水量和冷却水量发生变化的时刻； 

控制单元，根据所述实时冷却水量和冷却水量发生变化的时刻向执行单元发出控制信号。 

优选的，所述执行单元为供水泵及安装在供水泵上的节流或调速设备，所述控制单元，进一步用于向所述节流或调速设备发出控制信号，通过控制供水泵的转速或水泵出口阀门的开度从而调节供水量。 

优选的，所述节流或调速设备为变频器、液力藕合器、磁力耦合器、电磁调速电机、调节阀门中的一种，或者调节阀门和其它一种的组合。 

优选的，所述冷却水控制单元，进一步接收供水系统信息，并根据所述轧线数据信息及供水系统信息对冷却水供水量进行控制。 

优选的，所述冷却水控制单元还包括用于显示控制信息的控制画面，所述冷却水控制单元控制画面在轧线自动化系统的控制画面中嵌入，或在轧线自动化系统的控制画面中单独设立。 

本实用新型所提供的系统，利用通讯手段使轧线控制系统和水处理控制系统成为一个一体化的自动控制系统，可以将轧件在轧线的跟踪信号、预报冷却水量传给冷却水控制单元，为变频调速、液力偶合器等调速设备和调节阀等节流设备提供前馈控制信息，使浊环冷却水、层流冷却水实现在保证工艺要求下的变频节能或节流节能；通讯和监控的实时性好，方便生产操作，提高生产效率，大大缩短事故的处理时间，从而避免事故的扩大；通过一体化控制，可以把水处理系统的监控功能移到轧钢生产线，实现水处理无人值守，减少操作人员的定员编制，节省人力成本；采用本实用新型的系统，轧线操作人员能够直接的干预水泵的转速、水泵的开启数量和水泵出口阀门的开度，从而更加准确的控制轧线冷却水的压力，进而更加稳定的控制冷却水的冷却速率，优化轧制模型，提高产品质量。 

附图说明

图1为现有技术的热轧浊环水系统图。 

图2为现有技术的热轧层流冷却水系统图。 

图3为本实用新型的热轧冷却水控制系统结构示意图。 

图4为本实用新型的热轧冷却水控制系统控制方法流程图。 

图5为本实用新型应用实例中的热轧浊环水控制系统结构示意图。 

图6为本实用新型应用实例中的热轧层流冷却水控制系统结构示意图。 

具体实施方式

本实用新型的主要思想是：为了克服热轧厂轧线自动化系统和水处理控制系统相互独立、没有实时数据通讯、重要关键数据不能共享、不能实时监控的问题，本实用新型通过在热轧厂轧线自动化系统和水处理控制系统建立实时动态通讯，实现这两个系统之间数据共享和实时监控，为动态控制冷却水量和冷却水压力提供前馈控制信息，做到冷却水按需所供，在满足轧线工艺要求的前提下实现节能降耗。 

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型技术方案进行进一步详细说明。 

参照图3所示，为本实用新型的热轧冷却水控制系统结构示意图。所述系统包括：轧线信息获得单元36、冷却水控制单元31、通信单元32。 

所述轧线信息获得单元36，用于从轧线自动化系统30获得热轧生产线34的轧线数据信息； 

所述轧线数据信息包括但不限于生产状态信息(生产，换辊，检修状态)、故障报警信息、浊环冷却水、层流冷却水设定计算数据、轧线轧件跟踪信息、相关阀门的开关量信号、浊环水量信号、层流冷却水量信号、净环水量信号，浊环水温度信号，浊环水压力信号，层流冷却水温度信号，层流冷却水压力信号，净环水温度信号，净环水压力信号等；而所述获得轧线信息的方式，包括通过采集轧线自动化系统数据，感测元件检测，人工录入，计算机模型计算等 

所述冷却水控制单元31，用于接收轧线信息采集单元的轧线数据信息，根据所述轧线数据信息对冷却水量进行控制； 

所述通信单元32，是指在轧线信息获得单元36(或者轧线自动化系统30)和冷却水控制单元31之间的通信设备及系统，用于将所述轧线信息获 得单元36所获得的热轧生产线的轧线34的轧线数据信息传送给所述冷却水控制单元31，所述通信单元32，可以包括软件、硬件或者软件与硬件的组合，可以采用有线、无线等技术手段，可以采用光纤以太网，普通以太网，现场总线，串并口协议通讯，及其硬线通讯等手段，但本实用新型不限于此。 

所述冷却水控制单元31，进一步包括： 

处理单元310，用于根据所述轧线数据信息获得实时冷却水量； 

存储单元311，用于存储每个生产规格的实时冷却水量和冷却水量。 

逻辑控制单元312，接收处理单元310和存储单元311的信息并发出控制调节水泵转速或水泵出口阀门开度的信号，例如PLC逻辑控制器。 

一种实施方式为在供水泵上调速设备，所述逻辑控制单元312向所述调速设备发出控制信号，通过控制供水泵的转速从而调节供水量。所述调速设备可以使用变频器或液力藕合器等调速设施，调速设施安装在所有水泵或部分水泵上。 

在本实用新型又一个实施方式中，也可以单独使用节流设备，节流设备在每台水泵出口安装调节阀门，所述调节阀门接收逻辑控制单元312发出的控制信号，跟据供水量的大小动态调节阀门开度。 

当然，在本实用新型另外的实施例中，执行部分还可以同时使用调速设备和节流设备配合使用的方案，该方案中，调速设备可以装在多台供水泵上，也可以装在单台供水泵上。 

在本实用新型的又一个实施方式中，所述冷却水控制单元31，还用于接收供水系统信息，并根据所述轧线数据信息及供水系统信息对冷却水供水量进行控制。所述供水系统信息包括：水泵的起停，阀门的开关操作信号和开关状态信号，阀门开度，水泵电机转速以及温度，压力，流量，水位等工艺数据和故障报警信息。 

在本实用新型的又一个实施方式中，所述冷却水控制单元31，接收供水系统信息及轧线数据信息后，可以通过计算获得各个轧制钢板种类所对应的供水量，则本实用新型的系统可以还包括存储单元311，将所述各个轧制规格种类所对应的供水量进行存储，为下一次生产同种规格的产品提供初始 设置参考数据。而所述冷却水控制单元31，还用于根据存储的各个轧制钢板种类所对应的供水量对轧线供水量进行控制。 

需要指出的是，所述冷却水控制单元31可以单独配置，也可以配置在水处理自动化系统中，还可以配置在轧线自动化系统中，本实用新型对此不加以限定。所述冷却水控制单元控制画面35在轧线自动化系统的控制画面中嵌入或单独设立，便于轧线操作人员对水处理系统进行监控和干预，人工修正轧线冷却水的压力、温度和流量。 

所述冷却水控制单元31，可以包括浊环水系统控制单元、净环水系统控制单元、层流冷却系统控制单元，也可以仅包括其中的一种或者两种，也可以为其他的水处理单元，本实用新型对此不加以限定。 

参照图4所示，为本实用新型的热轧冷却水控制系统控制方法流程图。所述方法包括： 

步骤401：获得轧线信息； 

步骤402：将所述获得的轧线信息通过通信单元传送给冷却水控制单元； 

步骤403：冷却水控制单元根据所述轧线信息对冷却水供水量进行控制。 

步骤401中所述轧线信息，可以是：生产状态信息(生产，换辊，检修状态)、故障报警信息、浊环冷却水、层流冷却水、净环水设定计算数据、轧线跟踪信息、相关阀门的开关量信号、和浊环水量信号、层流冷却水量信号、净环水量信号，浊环水温度信号，浊环水压力信号，层流冷却水温度信号，层流冷却水压力信号，净环水温度信号，净环水压力信号等；而所述获得轧线信息的方式，包括通过感测元件检测，人工录入，计算机模型计算等。 

在本实用新型的一个优选实施例中，所述对冷却水供水量进行控制，包括：根据所述轧线数据信息获得相对应的冷却水量；根据所述相对应的冷却水量向执行单元发出控制信号。 

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述执行单元为供水泵，在供水泵上安装节流或调速设备，所述向执行单元发出控制信号包括：向执行单元发出控制信号，包括：向所述节流或调速设备发出控制信号，通过控制供水泵的转速从而调节供水量。 

所述调速设备可以使用变频器或液力耦合器等调速设施，调速设施安装在所有水泵或部分水泵上。 

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述执行单元为供水泵，单独使用动态节流设备，节流设备在每台水泵出口安装调节阀门，所述向执行单元发出控制信号包括：跟据供水量的大小动态调节阀门开度。 

当然，在本实用新型另外的实施例中，执行部分还可以同时使用调速设备和节流设备配合使用的方案，该方案中，调速设备可以装在多台供水泵上，也可以装在单台供水泵上。 

下面通过具体应用中的实例对本实用新型进行示例性说明。 

应用实例1： 

参照图5所示，为本实用新型应用实例中的热轧浊环高压冷却水控制系统结构示意图。 

当流过高压浊环冷却水阀门65的流量发生变化时，就会导致供水泵组50供水的总流量发生变化，为了克服现有的热轧浊环高压冷却水系统没有有效的节能措施，能耗严重的问题，在本应用实例中，针对热轧浊环高压冷却水系统的具体特点和轧线的工艺要求，在供水泵组50上安装节流设备(调节阀51)或调速设备(变频器52)作为执行设施，对供水泵组进行动态节流调节或通过水泵供配电设备66和变频器52对电动机64的转速调节，使用计算机服务器57、PLC可编程逻辑控制器59和上位机58(人机界面)构成的冷却水控制单元53对其进行控制。冷却水控制单元53和热轧生产线计算机控制系统进行通讯，轧线信息获得单元54接收轧线信息，经过分析和计算，作为前馈控制信号实时控制浊环冷却水供水泵组的出口调节阀的开度或水泵转速，根据轧线需求动态调节浊环水冷却供水泵组的供水量和供水压力，做到按需所供，达到节能和稳定浊环水供水压力的目的。 

通讯单元56在轧线自动化系统和冷却水控制单元53之间建立通讯，通过通讯线路55把轧线自动化系统的生产状态信息、故障报警信息、浊环冷却水设定计算数据、轧线跟踪信息、相关阀门的开关量信号、和浊环水量信 号传给冷却水控制单元53；冷却水控制单元53同时也从浊环水系统采集水泵的起停信号、阀门状态信号、浊环水温度信号60，浊环水压力信号61和浊环水流量信号62。 

冷却水控制单元53包括服务器57、上位机58(人机界面)和PLC可编程逻辑控制器59。 

服务器57的作用是模型计算和数据存储，即通过计算获得各个轧制钢板种类所对应的供水量，将所述各个轧制钢板种类所对应的供水量进行存储和处理，根据存储的各个轧制钢板种类所对应的供水量对轧线供水量进行控制。 

上位机58的人机界面的载体，实现控制画面显示、数据设定和人工调整。 

PLC控制器59，采集浊环水系统的信息，轧线的信息和服务器的运算结果进行逻辑运算，将运算结果-泵的起停、泵的转速及阀门的开度信号输出到执行部分。 

执行单元主要为泵的起停控制设施、泵的调速设备和调节阀等节流控制设施。 

本应用实例使用了建立在通讯技术上的前馈控制的措施，提高了系统供水的反应速度，该系统能够在控制好供水压力的前提下，提前主动根据热轧生产线的需水量供水，减少高压浊环冷却水供水和浊环循环水总量，同时漩流井和平流池也减少了供水量，达到节能和提高产品质量的目的。 

由于本实用新型调整轧线浊环高压冷却水系统供水压力的能力强，可以取代昂贵的稳压溢流阀63(通常为300万-400万一个，而一个浊环冷却水系统需要4-5个)，节省一次设备。稳压溢流阀的作用是稳定轧线供水压力同时排掉水处理系统供来的多余的水。由于对轧线供水能够做到按需所供，回流到漩流井和平流池的总水量减少20％-50％，漩流井和平流池的设计容量可以减少10％-20％，可以节省建设一次投资。 

本实用新型可以更加精确的调整轧线浊环高压冷却水系统供水压力，特别对于没有稳压溢流阀63的浊环水供水系统效果更加显著，使用压力稳定 的浊环冷却水可以更加精确的控制轧件的温度，优化温度模型，温度计算模型是轧线自动化系统的核心，对提高产品质量意义重大。 

通讯单元介质可以采用光纤以太网，普通以太网，现场总线，串并口协议通讯，及其硬接线，通讯方式可以在冷却水控制单元和轧线自动化系统的服务器和服务器之间，PLC和PLC之间，服务器和PLC之间建立通讯。 

冷却水控制单元通常设置在水处理自动化系统中，也可以设置在轧线自动化系统中，但是控制画面需要在轧线自动化系统的控制画面中嵌入或单独设立，这样可以便于轧线操作人员进行监控和干预。 

应用实例2： 

参照图6所示，为本实用新型应用实例中的热轧层流冷却水控制系统结构示意图。 

针对热轧层流冷却水的工艺特点和水泵的特性，在每台供水泵的出口加快速响应的电动或气动流量调节阀70，并且使用计算机、PLC可编程逻辑控制器(以后称层流冷却水控制单元60)对其进行控制。冷却水控制单元60通过工业以太网、工业现场网络等和热轧生产线计算机控制系统(轧线信息获得单元61)通过通信单元62进行通讯，接收生产线计算机控制系统(轧线信息获得单元61)的轧件跟踪信号、轧件信息、不同规格层流冷却供水量的预设定和在线设定信息，经过程序分析和计算，实时控制层流冷却供水泵组63的出口调节阀的开度和水泵的转速，根据轧线需求动态调节层流冷却供水泵组63的供水量，当轧线层流冷却系统上下集管71喷水冷却时，层流冷却供水泵组63按层流冷却要求水量供水，当轧线层流冷却系统不喷水时，按最小供水量供水，将做到按需所供，达到节能的目的。 

本应用实例中的设备主要包括是由冷却水控制单元60，水泵出口调节阀门，控制阀门的辅助电路，和轧线信息获得单元61，以及和层流水泵控制系统相联络的电路或通讯设备。冷却水控制单元60通过通讯单元62和轧线信息获得单元61通讯，接收轧线层流冷却水量的设定计算结果和轧件的跟踪信号，通过计算机系统分析计算，确定层流冷却供水泵组每个出口阀门 的开度大小和阀门的开闭时刻。 

为了达到更好的节能效果，在控制的过程中，还要把高位水箱64的液位信号取过来，把高位水箱64的液位控制作为补充。供水水位必须控制在工作水位的一定范围内，当水位标高低于最低时，补水加大供水量；而当水位标高高于最高液位时，车间供水系统则以最小供水量供水。由于高位水箱64有溢流功能，当水箱水位标高高于最高液位时，多余的水会通过溢流管道65回流，故对控制系统的最终目的是减少溢流回流水量，溢流回流水量越小，节能效果越好。 

本实用新型解决了热轧厂热轧生产线和水处理系统相互独立，没有在线通讯和统一协商控制的历史性问题，在轧线和水处理之间建立实时数据通讯，轧线自动化控制系统能够监控水处理系统，水处理自动化控制系统也能够共享轧线自动化系统的信息，实现一体化控制。 

需要指出的是，以上所述只是本实用新型的优选实施方式，并不是对本实用新型技术方案的限定，任何熟悉本领域的技术人员对本实用新型技术特征所做的等同替换或者相应改进，仍在本实用新型的保护范围之内，本实用新型的专利保护范围应以所附权利要求为准。 

Claims (6)

1.一种基于轧线控制一体化的热轧冷却水控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：

轧线信息获得单元，获得热轧生产线的轧线数据信息，

冷却水控制单元，接收轧线信息采集单元的轧线数据信息，根据所述轧线数据信息对冷却水量进行控制；

通信单元，将所述轧线信息采集单元所述获得的热轧生产线的轧线数据信息传送给所述冷却水控制单元。

2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述冷却水控制单元，进一步包括：

处理单元，根据所述轧线数据信息获得实时冷却水量和冷却水量发生变化的时刻；

控制单元，根据所述实时冷却水量和冷却水量发生变化的时刻向执行单元发出控制信号。

3.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述执行单元为供水泵及安装在供水泵上的节流或调速设备，所述控制单元，进一步向所述节流或调速设备发出控制信号，通过控制供水泵的转速或水泵出口阀门的开度从而调节供水量。

4.如权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述节流或调速设备为变频器、液力耦合器、磁力耦合器、电磁调速电机、调节阀门中的一种，或者调节阀门和其它一种的组合。

5.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述冷却水控制单元，

进一步接收供水系统信息，并根据所述轧线数据信息及供水系统信息对冷却水供水量进行控制。

6.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述冷却水控制单元还包括用于显示控制信息的控制画面，所述冷却水控制单元控制画面在轧线自动化系统的控制画面中嵌入，或在轧线自动化系统的控制画面中单独设 立。 

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