CN202912971U

CN202912971U - 一种用于粒化供水系统的智能监控系统

Info

Publication number: CN202912971U
Application number: CN 201220478450
Authority: CN
Inventors: 赵昊裔
Original assignee: Wisdri Engineering and Research Incorporation Ltd
Current assignee: Wisdri Engineering and Research Incorporation Ltd
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2022-09-19

Abstract

本实用新型提供用于粒化供水系统的智能监控系统，包括信号采集装置、用于对信号采集装置采集的数据进行处理的控制器、用于控制事故水管气动阀开关和/或粒化供水泵内部的泵电机开关的执行机构和用于根据控制器处理的数据发出控制指令的监控装置，信号采集装置与控制器的输入端连接，控制器的输出端与执行机构连接，控制器的控制端与监控装置连接。本实用新型在原粒化供水系统的各关键位置增加了检测元件采集与系统运行相关的数据，通过在监控装置中对这些数据设置安全控制原则，用于对粒化供水系统进行事故处理和监控，实现了系统运行参数的自检测、自处理，以及设备的自保护，从而保证粒化供水系统的稳定与安全。

Description

一种用于粒化供水系统的智能监控系统

技术领域

本实用新型涉及高炉明特法渣处理系统领域，具体涉及一种用于粒化供水系统的智能监控系统。

背景技术

粒化供水系统是高炉明特法渣处理系统的重要组成部分，它承担着为高炉炉渣进行水处理的关键任务，与高炉安全生产密切相关。粒化供水系统一旦出现问题，而又不能合理处理或及早发现，将严重威胁高炉生产，造成巨大的经济损失。因此，对粒化供水系统进行必要的安全控制迫在眉睫。

目前，粒化供水系统存在以下几类的问题：第一，由于对粒化供水泵系统运行参数缺乏必要的分析，粒化供水系统无法及时检测及预防粒化供水系统的故障信息，从而无法满足高炉连续生产过程所要求的预防维修的要求。第二，粒化供水泵组的故障处理及控制策略过于简单，导致泵组内部的负荷率严重失衡，从而提高了系统的运行成本，严重影响系统的稳定性及寿命。第三，事故水管气动阀的控制时序不合理，难以发挥处理事故的应急能力。因此，高炉明特法渣处理系统的安全智能系统的研究与应用迫在眉睫。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种用于粒化供水系统的智能监控系统，能够实现系统运行参数的自检测、自处理，以及设备的自保护，从而保证粒化供水系统的稳定与安全。

本实用新型为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种用于粒化供水系统的智能监控系统，其特征在于：它包括信号采集装置、用于对信号采集装置采集的数据进行处理的控制器、用于控制事故水管气动阀开关和/或粒化供水泵内部的泵电机开关的执行机构和用于根据控制器处理的数据发出控制指令的监控装置，信号采集装置与控制器的输入端连接，控制器的输出端与执行机构连接，控制器的控制端与监控装置连接；

其中信号采集装置包括设置在吸水井中的液位计、设置在每个粒化供水泵出口支管的压力检测装置、设置在粒化供水泵组出水总管的压力检测装置、设置在每个粒化供水泵内部的泵电机温度检测装置、粒化供水泵断路器分闸信号检测装置、泵电机软启动器故障信号检测装置、以及泵电机运行信号检测装置。

按上述方案，所述的控制器为可编程逻辑控制器。

按上述方案，所述的监控装置为计算机。

本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型在原粒化供水系统的各关键位置增加了检测元件采集与系统运行相关的数据，通过在监控装置中对这些数据设置安全控制原则，用于对粒化供水系统进行事故处理和监控，实现了系统运行参数的自检测、自处理，以及设备的自保护，从而保证粒化供水系统的稳定与安全。

2、本实用新型从方便和实用的角度选择可编程逻辑控制器作为控制器，选择计算机作为监控装置。

附图说明

图1为信号采集装置在粒化供水系统的布置示意图。

图2为本实用新型一实施例的结构原理框图。

图3为本实用新型一实施例的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细的说明。

图2为本实用新型一实施例的结构原理框图，它包括信号采集装置、用于对信号采集装置采集的数据进行处理的控制器（本实施例中为PLC控制器，即可编程逻辑控制器）、用于控制事故水管气动阀开关和/或粒化供水泵内部泵电机开关的执行机构和用于根据控制器处理的数据发出控制指令的监控装置（本实施例中为监控计算机），信号采集装置与控制器的输入端连接，控制器的输出端与执行机构连接，控制器的控制端与监控装置连接。

所述的执行机构为断路器、热继电器、软启动器等常规控制器件，可设置在控制柜中。

图1为信号采集装置在粒化供水系统的布置示意图，粒化供水系统包括吸水井，吸水井与N₁+N₂条出水支管连接，每条出水支管连接一个粒化供水泵，所有粒化供水泵的输出端与出水总管连接，出水总管上设有出水总管压力开关，出水总管通过事故水管气动阀与事故水连接；信号采集装置包括设置在吸水井中的液位计、设置在每个粒化供水泵出口支管的压力检测装置、设置在粒化供水泵组出水总管的压力检测装置、设置在每个粒化供水泵内部的泵电机温度检测装置、粒化供水泵断路器分闸信号检测装置、泵电机软启动器故障信号检测装置、以及泵电机运行信号检测装置。

在粒化供水系统工作过程中，以粒化泵组输送水为主，事故水管气动阀仅在非正常工作过程中开启。在正常运行情况下，粒化供水泵组是一种N₁台粒化供水泵工作（即工作泵），N₂台粒化供水泵备用（即备用泵）的模式，即N₁工N₂备的模式，(N₁ +N₂)为现场安装的粒化供水泵总台数。在粒化供水泵组起动过程中，工作泵组的所有泵是同时接受起动命令的。在粒化供水泵组停止过程中，工作泵组的所有泵是同时接受停止命令的。如果在粒化供水过程中，工作泵的实际台数达不到N₁台，则无法保证冲渣效果（熔渣无法粒化而形成大块，冲不动，堆积起来难以排除）。在保证节能环保及工艺需求的情况，粒化供水系统工作过程中N₁台粒化供水泵工作是最理想的情况。如果粒化供水泵的实际工作台数大于N₁,虽然保证了冲渣效果，但是达不到节能环保的要求。如果粒化供水泵的实际工作台数小于N₁,冲渣效果是不理想的，且N₁与实际工作台数的差值越大，冲渣效果越不理想，也就越无法满足工艺要求。

图3为本实用新型一实施例的控制流程图，它包括以下步骤：

1）系统设置：根据粒化供水系统正常工作的工艺要求，预设正常工作所需工作泵台数和正常工作所需备用泵台数，即工作泵台数预设值和备用泵台数预设值，工作泵台数预设值和备用泵台数预设值之和等于现场安装的粒化泵总数；对系统中所有粒化泵做优先级设定，根据优先级、工作泵台数预设值和备用泵台数预设值选择粒化泵作为实际工作泵和备用泵；预设各参数指标，包括泵电机轴承温度指标、吸水井液位指标、泵出口支管压力指标和出水总管压力指标，预设各参数超出预设指标范围的持续时间，可预设各参数超出预设指标范围的持续时间均为5s，也可根据实际情况或经验进行分别预设。

所述的优先级分为2级，第一级根据温度累加值排序，第二级为人为干预设定；周期性的获得每个粒化泵的温度值，并将它们进行累加得到温度累加值。每个工作泵累加自身的温度值，按照各自温度累加值的高低排序，温度累加值越低，作为工作泵的优先级越高；相应地，每个备用泵累加自身的温度值，按照各自温度累加值的高低排序，温度累加值越低，作为备用泵的优先级越高；当第一级优先级相等时比较第二级，由人为设定。

2）信号采集：实时检测泵电机的轴承温度、泵出口支管压力值、出水总管压力值、泵断路器分闸信号、泵电机软启动器故障信号、泵电机运行信号、事故水管气动阀运行信号。

3）欲启动状态控制：判断粒化泵是否处于故障状态，若无故障状态粒化泵，即处于非故障状态的泵台数等于工作泵台数预设值和备用泵台数预设值之和，则从非故障状态的泵中按优先级选出工作泵，其余非故障状态的粒化泵为备用泵；否则报警。

步骤3）中具体的报警方式包括：3.1）若处于非故障状态的粒化泵数量少于工作泵台数预设值，则令非故障状态的粒化泵均为工作泵，无备用泵，发出工作泵台数不够且无备用泵的报警信号；3.2）若处于非故障状态的泵台数等于工作泵台数预设值，则令非故障状态的粒化泵均为工作泵，无备用泵，发出工作泵台数够但无备用泵可用的报警信号；3.3）若处于非故障状态的粒化泵台数大于工作泵台数预设值，且小于工作泵台数预设值和备用泵台数预设值之和，则从非故障状态的粒化泵中按优先级选出工作泵，其余非故障状态的粒化泵为备用泵，发出工作泵数量够且有备用泵但备用泵数量不够的报警信号。

4）运行状态控制：在欲启动状态确定为工作泵的粒化泵同时启动运行，从而进入泵组运行状态，4.1）判断粒化泵是否处于故障状态，若无故障状态粒化泵，即处于非故障状态的粒化泵台数等于工作泵台数预设值和备用泵台数预设值之和，则无报警信号，否则报警；4.2）根据实时检测的工作泵出口支管压力值、出水总管压力值与预设的参数指标比较结果，及实际工作泵台数与工作泵台数预设值之间的比较结果，控制事故水管气动阀的开启或关闭。

所述的步骤4.1）中具体的报警方式包括：a）若处于非故障状态的粒化泵台数少于工作泵台数预设值，发出工作泵台数不够且无备用泵可用的报警信号；b）若处于非故障状态的粒化泵台数等于工作泵台数预设值，发出工作泵数量够但无备用泵可用的报警信号；c）若处于非故障状态的粒化泵台数大于工作泵台数预设值，且小于工作泵台数预设值和备用泵台数预设值之和，发出工作泵数量够且有备用泵但备用泵数量不够的报警信号；d）若工作泵在运行过程中出现故障状态且存在备用泵，将按照优先级启动备用泵，并记录停机原因。

当发出工作泵数量不够且无备用泵可用的报警时，若出现既非工作泵也非备用泵的无故障状态泵，则将其变为工作泵投入运行；当发出工作泵数量够但无备用泵可用的报警时，若出现既非工作泵也非备用泵的无故障状态泵，则将其变为备用泵；当发出工作泵数量够且有备用泵但备用泵数量不够的报警时，若出现既非工作泵也非备用泵的无故障状态泵将变为备用泵。

所述的步骤4.2）中控制事故水管气动阀的开启或关闭的具体方式包括：e）当实时检测的工作泵出口支管压力值、出水总管压力值在预设的参数指标范围之内且工作泵台数等于工作泵台数预设值，给事故水管气动阀发送信号使得事故水管气动阀保持关闭状态；f）当发出报警信号时，若工作泵出口支管或出水总管压力值低于预设值且持续预设时间，或工作泵台数少于工作泵台数预设值，则开启事故水管气动阀。

5）结束状态控制：5.1）出铁结束时，若事故水管气动阀为开启状态，则关闭；5.2）出铁结束时，在泵组运行状态时的工作泵将同时停止。

所述的粒化泵故障状态包括：泵电机实时轴承温度高于泵电机轴承温度指标且持续预定时间；泵电机出现泵断路器分闸信号；泵电机出现软启动器故障信号；泵电机在运行信号存在的情况下，泵出口支管压力值低于压力低值且持续预定时间。

关键参数的选取和检测系统单元设计：

泵电机内部的持续发热会严重影响泵电机的寿命，泵电机温度的变化反应了泵的工作效率和运行质量的变化，所以采用热电阻测温，保证精度及响应速度。

吸水井液位应该保持在正常液位（正常液位处于低液位与高液位之间），当液位过低时，将造成泵电机抽空，严重影响电机的寿命，故采用雷达液位计测液位。当液位过高时，将造成吸水井水溢流，造成安全事故。

泵出口支管压力低及出水总管压力低，说明供水泵系统存在漏水现象或泵电机故障，故采用防腐型智能压力控制器对压力值进行监控。

粒化供水泵组是高炉明特法渣处理的重要设备，是冲渣水的动力之源，价格不菲，对其进行保护应该是重中之重，因此，泵断路器分闸信号、泵电机软启动器故障信号、泵电机运行信号都应该选定为重要的检测参数。

本实施例的控制策略包括以下几点：

1）信号采集装置包括液位检测装置、粒化供水泵电机温度检测装置、泵出口支管压力检测装置和出水总管压力检测装置。本实施例中，液位检测装置采用雷达液位计；粒化供水泵电机温度检测装置采用热电阻（Pt100）；泵出口支管压力检测装置采用防腐型智能压力控制器；出水总管压力检测装置采用防腐型智能压力控制器。

2）信号采集与报警：泵组的状态分为欲启动状态和运行(启动)状态。无论泵组处于欲启动状态还是运行（启动）状态，均实时检测泵电机的轴承温度、吸水井液位值、泵出口支管压力值、出水总管压力值、泵断路器分闸信号、泵电机软启动器故障信号、泵电机运行信号、事故水管气动阀运行信号。

预设粒化供水泵电机温度值指标、吸水井液位指标、泵出口支管压力指标和出水总管压力指标；并依据泵组的状态，对上述四个参数指标进行相应的采集信号报警。

粒化供水泵电机温度值指标有：温度高高值（一般为135^oC）、温度高值（一般为95^oC）；吸水井池液位指标有：液位高值，此值=泵电机进水管高度+（5~6）m、液位低低值，此值=泵电机进水管高度+（0.5~1）m、液位低值，此值=泵电机进水管高度+（1~2）m，泵电机进水管高度一般比池底高（0.5~1）m，单位为m；吸水井的水深工程尺寸一般为7~8m，本实施例以某钢厂应用实例水深7m进行分析，井底标高为-7m，井口标高为0m，液位低低值为-5.5m，液位低值为-4.5m，液位高值为-0.5m。

泵出口支管压力指标：支管压力低值（一般为0.35Mpa，此值可调），单位为Mpa。

出水总管压力值指标：总管压力低值（一般为0.25Mpa，此值可调），单位为Mpa。

预设各参数超出预设指标范围的持续时间为5s，这里设置5s的原因，是为了过滤检测元件的误信号。

采集信号的报警分为两种情况：当泵组处于欲启动状态时，仅对泵电机的轴承温度、吸水井液位值进行报警操作，其它信号只采集而不报警；也就是说，当泵组处于欲启动状态时，若泵电机的轴承温度、吸水井液位值超出预设指标范围且持续预定时间则发出报警信号；当其它信号超出预设指标范围且持续预定时间则不发出报警信号。这是因为当泵组处于欲启动状态(泵组未运行)时，泵出口支管压力值和出水总管压力值几乎为0Mpa，此时的泵出口支管压力值和出水总管压力值报警没有意义。当泵组处于运行状态时，对泵电机的轴承温度、吸水井液位值、工作泵出口支管压力值、出水总管压力值进行报警操作；也就是说，当泵组处于运行状态时，若泵电机的轴承温度、吸水井液位值、工作泵出口支管压力值、出水总管压力值超出预设指标范围且持续预定时间则发出报警信号。这是因为当泵组处于启动状态（泵组运行）时，工作泵出口支管压力值和出水总管压力值可以反应出粒化供水泵组的实际运行状态。

3）将以下情况称为泵电机处于故障状态：1.泵电机实时轴承温度高于温度高高值且持续时间大于5s，这里设置5s的原因，是过滤检测元件的误信号；2.泵电机出现泵断路器分闸信号；3.泵电机出现软启动器故障信号；4.泵电机在运行信号存在的情况下，泵出口支管压力值持续5s低于压力低值，这里设置5s的原因是为了过滤检测元件的误信号；当泵电机出现故障状态将无法启动或停机，需要记录停机原因。无故障状态泵电机是工作泵或备用泵的必要条件。

1），2），3）条所述构成了采集信号处理的安全控制策略。

4）在保证节能环保及尽可能满足工艺要求的前提下，制定泵优先级及工作泵和备用泵确定的原则：

a.定义如下变量：N₁为正常工作所需工作泵的台数，N₂为正常工作所需备用泵的台数，N₃为实际存在无故障状态泵的台数，(N₁+N₂)为现场安装的粒化供水泵总台数；泵电机相应的温度值为T_pi，其中i=1~ (N₁+ N₂)；

b.给(N₁+ N₂)个泵电机相应分配(N₁+ N₂)个一级优先级A_pi（温度累加值，此值体现出粒化供水泵实际发热状况），

，

是指i#泵电机t时刻的电机温度值；是指i#泵电机t时刻的运行状态标志，当i#泵电机t时刻处于运行状态时，

，否则为0；其中i=1~(N₁+ N₂)，A_pi值越小，一次优先级越高。t为时间，从高炉渣处理粒化供水系统投产开始进行计时，在PLC中可以分配一个软计时器对t进行计时。

c.给(N₁+ N₂)个泵电机相应分配(N₁+ N₂)个二级优先级B_pi（人为干预值），将数字1~(N₁+ N₂)人为分配给B_p1~ B_{p(N1+ N2)）}，二级优先级B_pi所对应的值越小，其二级优先级越高，其中i=1~(N₁+ N₂)。

d.一次优先级高的泵，泵的优先级就高，无需进行二级优先级比较；对于一次优先级相同的泵，需要进行二级优先级比较，二级优先级越高的泵，泵的优先级就高。在泵组运行过程中，当工作泵处于故障状态时，备用泵需按照优先级高低启动，即当一台工作泵出现故障状态时它将变为非工作泵，此时如果存在备用泵，则将备用泵组中优先级最高的一台泵启动，启动的备用泵变为工作泵。

5）当接到高炉出铁场系统送来的出铁开始信号，PLC控制系统发出渣处理开始信号，粒化供水泵组准备运行，此时泵组处于欲启动状态。在泵组欲启动状态，首先需要依据采集信号处理的安全控制策略，对N₃台无故障状态的泵电机进行优先级排序，以便为粒化供水泵组运行确定出工作泵和备用泵，这里存在以下四种情况：第一，当

时，这

台无故障状态泵即为工作泵，备用泵台数为零，此时发出工作泵数量不够且无备用泵可用的报警；第二，当时，这

台无故障状态泵即为工作泵，备用泵台数为零，此时发出工作泵数量够但无备用泵可用的报警；第三，当

时，这里

为工作泵的台数，需要从N₃台无故障状态泵中选出泵优先级排列前N₁的泵为工作泵，除这N₁台工作泵以外的无故障状态泵为备用泵，台数为

，此时发出工作泵数量够且有备用泵但备用泵数量不够的报警；第四，当

时，这里

为工作泵的台数，需要从N₃中选出泵优先级排列前N₁的泵为工作泵，除这N₁台工作泵以外的无故障状态泵为备用泵，台数为

，此时工作泵数量及备用泵数量均满足要求，无报警；当工作泵及备用泵的台数确定好后，在欲启动状态确定好的工作泵同时启动，即可投入到泵组运行阶段。本条所述为泵组欲启动状态的安全控制策略。

6）泵组在运行状态时，原来无故障状态的泵可能出现故障，同时原来有故障状态的泵单元也可能因为及时维修而恢复无故障状态，这里存在以下情况：第一，当

时，这里N₃即为工作泵台数，备用泵台数为0，发出工作泵数量不够且无备用泵可用的报警，此时如果出现既非工作泵也非备用泵的无故障状态泵直接变为工作泵投入运行；第二，当

时，这里N₃即为工作泵台数，备用泵台数为0，发出工作泵数量够但无备用泵可用的报警，此时如果出现既非工作泵也非备用泵的无故障状态泵将变为备用泵；第三，当

时，这里N₁即为工作泵台数，备用泵的台数为

，发出工作泵数量够且有备用泵但备用泵数量不够的报警，此时如果出现既非工作泵也非备用泵的无故障状态泵将变为备用泵；第四，当

时，这里N₁即为工作泵台数，备用泵的台数为N₂，此时工作泵数量及备用泵数量均满足要求，无报警；第五，若工作泵在运行过程中出现故障状态且存在备用泵时，备用泵将按照优先级启动，并记录停机原因。也就是说，在运行过程中，出现故障的工作泵变为非工作泵，按照优先级启动的备用泵变为工作泵，并记录停机原因；本条所述为泵组运行状态的安全控制策略。

7）泵组在运行状态时，泵组的运行状态一直保持，直到出现出铁结束信号，随即渣处理结束，在泵组运行状态时作为工作泵的泵同时停止运行。

8）事故水管气动阀在以下两种情况下将开启：第一，在泵组运行过程中，当

时，这里N₃即为工作泵台数，说明此时工作泵数量达不到正常工作要求，需要事故水管气动阀补充流量；第二，在泵组运行过程中，当出现工作泵支管压力低报警或出水总管压力低报警时，需要事故水管气动阀补充流量；

9）事故水管气动阀在以下两种情况下将关闭：第一，当出铁结束时，已经开启的事故水管气动阀将关闭，这是因为事故水管气动阀是为冲渣过程补充水流的，也即为粒化供水泵组运行时补充水流的；第二，在粒化供水泵组运行过程中，当

（这里N₁即为工作泵台数，备用泵的台数为

）且不出现工作泵支管压力低报警或出水总管压力低报警时，已经开启的事故水管气动阀将关闭；

综上，本实用新型提出了一种用于粒化供水系统的智能监控系统，在深入分析粒化供水系统重要运行参数特性和工艺特点的前提下，完成了粒化供水系统安全控制系统的设计，将粒化供水系统各个设备的动作逻辑与自动处理的实时监控参数密切结合，保障了高炉明特法渣处理粒化供水系统的稳定运行和提前报警。

Claims

1.一种用于粒化供水系统的智能监控系统，其特征在于：它包括信号采集装置、用于对信号采集装置采集的数据进行处理的控制器、用于控制事故水管气动阀开关和/或粒化供水泵内部的泵电机开关的执行机构和用于根据控制器处理的数据发出控制指令的监控装置，信号采集装置与控制器的输入端连接，控制器的输出端与执行机构连接，控制器的控制端与监控装置连接；

2.根据权利要求1所述的用于粒化供水系统的智能监控系统，其特征在于：所述的控制器为可编程逻辑控制器。

3.根据权利要求1或2所述的用于粒化供水系统的智能监控系统，其特征在于：所述的监控装置为计算机。