專利名稱：一種加快超快冷變頻泵水壓系統穩定速度的方法
技術領域：
本發明屬于冶金技術領域，特別涉及一種加快超快冷變頻泵水壓系統穩定速度的方法。
背景技術：
超快速冷卻(Ultra Fast Cooling,簡稱UFC)作為一種冷卻能力極強的控制冷卻裝置，在控軋控冷生產高強度含Nb鋼方面具有顯著的優勢，可使Nb元素的使用量降低，使含Nb鋼軋制時出現的上述問題迎刃而解。以超快冷技術為核心的新一代TMCP (Thermo Mechanical Control Process)技術可以使Nb元素對強韌性的貢獻發揮到極致，是生產低成本高強鋼的最有效途徑之一。在生產熱軋生產領域，超快速冷卻的應用也趨于廣泛，但由于在線生產需要高速度、高精度的控制系統來保證生產效率，而目前水系統存在響應滯后的問題，在受到外界影響的情況下，調節時間較長，嚴重影響了生產節奏，制約了經濟效益。

發明內容
本發明的目的是提供一種加快超快冷變頻泵水壓系統穩定速度的方法，能夠保證高強度含Nb鋼的生產，并可調高軋制效率。上述目的是通過下述方案實現的
一種加快超快冷變頻泵水壓系統穩定速度的方法，包括采用超快速冷卻裝置和常規層流冷卻設備的軋制生產線，其特征在于修改PID閉環控制參數，保證調節響應曲線在第一個水壓振蕩周期內達到水壓允許的控制范圍，可實現單獨閉環控制；同時也可根據實際統計流量-頻率曲線先開環控制給定變頻器頻率，加快變頻器響應速度，然后自動切換為閉環控制保證控制精度；采取以下步驟
步驟1 在超快冷最大水流量變化干擾的情況下，采用閉環控制，通過程序修改水壓閉環系統比例積分微分PID參數；
步驟2 將PID參數調整至響應曲線在第一個水壓振蕩周期內達到水壓允許的控制范圍，即死區0. 48、. 52MPa，獲得相應的PID閉環控制參數；
步驟3 統計不同流量下泵站最終穩定后的變頻器頻率，控制過程中，首先給定統計出的超快冷使用流量所對應的變頻器頻率，給定變頻器頻率根據統計數據進行插值，以加快變頻器響應速度，實行開環控制，當變頻器頻率進入控制死區后切入PID壓力閉環系統，保證控制精度。根據上述的一種加快超快冷變頻泵水壓系統穩定速度的方法，其特征在于步驟3 所述變頻器頻率和統計數據插值的實現方式首先，手動統計超快冷設定流量與供水泵頻率對應關系后，將該數據寫入一級控制系統程序中，程序根據設定的流量插值出供水泵頻率，進行開環控制；并以此程序進行兩系統切換當供水泵反饋頻率進入設定頻率允許范圍內，設定頻率45. OOHz，允許范圍為44. 75 45. 25Hz,當反饋頻率到達44. 75 45. 25Hz內，本程序自動切換為閉環控制系統。根據上述的一種加快超快冷變頻泵水壓系統穩定速度的方法，其特征在于超快冷設備設置斜噴式縫隙噴嘴和三聯噴嘴兩種噴嘴，以保證高冷速與良好的冷卻均勻性，冷卻用水壓力為0. 5^0. 6MPa。本發明這種加快超快冷變頻泵水壓系統穩定速度的方法有效的解決了水系統調節時間長的問題。該方法不僅僅適用于超快速冷卻變頻泵系統，而且普遍適用于各種變頻泵水系統。本發明的優點是既可利用閉環控制系統(系統外部干擾較小)控制超快冷水壓， 亦可利用開環控制和閉環控制切換(系統外部干擾較大)實現超快冷水壓控制，開環加快變頻器頻率響應速度，閉環保證水壓控制精度；閉環PID參數適當減小最大超調量，并將其直接控制在水壓允許范圍之內，實現一個振蕩周期內穩定的效果，較之最佳工程參數曲線，調節時間縮短了近一個振蕩周期的時間；開環控制系統根據統計數據插值給定變頻器頻率， 縮短變頻器響應時間，然后切入閉環控制系統，保證水壓系統的控制精度；具體包括
(1)本發明使用變頻泵控制水系統壓力，較之工頻泵控制，節省了大量的電力資源，也省去了冷卻水循環的成本；較之高位水塔(50-60m)，一次性投入成本較小，且日后維護比較方便；
(2)系統可根據現場實際情況選擇單獨閉環控制(外部干擾比較小)和先開環后閉環控制(外部干擾比較大)的模式，已達到系統優化的目的；
(3)優化后的閉環控制系統PID響應曲線更適合水系統的滯后特性，調節時間更短；
(4)先開環后閉環控制的方法，首先開環給定變頻器頻率減小了閉環給定所產生的振蕩，然后閉環控制保證的最后系統穩定的精度。


圖1超快速冷卻和常規層流冷卻設備布置形式示意圖2是為超快速冷卻和常規層流冷卻設備供水的供水系統和超快冷泵站示意圖； 圖3是本發明加快穩定速度的方法流程程序框圖。圖4是超快冷設定流量與供水泵頻率對應表。
具體實施例方式這種加快超快冷變頻泵水壓系統穩定速度的方法，見圖1，在軋機1后沿軋制方向設置超快速冷卻設備2并接續設置常規層流冷卻設備3，在設備后的軋線上設備返紅高溫儀4，之后設置矯直機5，在生產車間8中給軋線配置分流集水管11，見圖2，分流集水管11 分別連接超快冷集管13，通向超快速冷卻設備2、設置泄流管路12和供水管路10，供水管路 10連通供水泵站7的供水泵9，常規層流冷卻設備3直接與供水管路10連通；其特征在于加快水壓穩定速度的方法是單獨閉環控制，調節響應曲線在第一個水壓振蕩周期內達到水壓允許的控制范圍，給定變頻器頻率先開環加快變頻器響應速度、后閉環控制保證控制精度。實現加快超快冷變頻泵水壓系統穩定速度的方法程序，主要分為兩部分，開環控制的流量-頻率曲線模塊和PID閉環控制模塊，其中流量-頻率曲線模塊是根據表1中的數據編程實現設定流量所對應的變頻器頻率數值插入功能，PID閉環控制模塊為PLC編程系統所提供的專用模塊，但PID具體參數為步驟2現場所調試的參數。兩模塊依靠數字量點控制是否使用，實現兩模塊間的自動切換。實現加快超快冷變頻泵水壓系統穩定速度的程序流程，見圖3，當現場根據工藝要求設定超快冷流量之后，操作人員設定開環控制是否投入，當開環不投入時，程序直接執行步驟2調試完成后的PID壓力閉環控制程序；當開環投入時，現場冷卻集管打開后，超快冷壓力由原來穩定的0. 5MPa下降至某一數值，同時程序根據流量-頻率曲線，插入變頻器頻率值，進行開環控制，見表1或圖4。表1中是通過多次反復測試，統計出的超快冷設定流量與供水泵頻率對應關系。變頻器按照此頻率運行，然后程序循環掃描反饋變頻器頻率是否到達設定頻率允許范圍(根據現場設備情況而定)。當反饋頻率到達設定值允許的范圍后， 切換為步驟2調試完成后的PID壓力閉環控制。圖4中統計頻率和插值的實現方式首先，手動統計超快冷設定流量與供水泵頻率對應關系后，將表1數據寫入一級控制系統程序中(編程者自己實現)，程序根據設定的流量插值出供水泵頻率，進行開環控制。按此程序進行兩系統切換當供水泵反饋頻率進入設定頻率允許范圍內，本程序自動切換為閉環控制系統。如設定頻率45.00Hz，允許范圍為 44. 75^45. 25Hz,當反饋頻率到達44. 75^45. 25Hz內，程序自動切換為閉環控制系統。超快冷設備設置斜噴式縫隙噴嘴和三聯噴嘴兩種噴嘴，以保證高冷速與良好的冷卻均勻性，冷卻用水壓力為0. 5^0. 6MPa。案例中所提供的參數為某一現場的參數，不具有普遍使用性，具體參數應根據各鋼鐵生產廠家現場設備情況進行調試。實施例1
以超快冷最大水流量變化外部干擾較小，單獨使用閉環控制系統為例，步驟1 通過程序修改水壓閉環系統比例積分微分(PID)參數。步驟2 將PID參數調整至響應曲線在第一個水壓振蕩周期內達到穩定死區的水壓0. 5MPa士0. 02MPa ；由于水系統響應滯后的特點，步驟1的PID參數調試目標不是最佳工程參數的響應曲線，而是當水壓第一次進入后。步驟3 統計不同流量下泵站最終穩定后的變頻器頻率，通過多次反復測試，手動統計出超快冷設定流量與供水泵頻率對應關系，將統計數據如表1所示，寫入一級控制系統流量-頻率曲線模塊中，由該工藝編程者自己實現，程序根據設定的流量-頻率插值給定供水泵變頻器頻率，以加快變頻器響應速度，實行開環控制；當供水泵反饋頻率進入設定頻率允許范圍內，如設定頻率45. OOHz,允許范圍為44. 75^45. 25Hz，當反饋頻率到達 44. 75^45. 25Hz內，程序自動切換為PID壓力閉環控制系統保證控制精度，控制程序結束。如果按原有技術采用最佳工程PID參數，響應曲線在第二個振蕩周期內才達到穩定，比例參數P為1. 4，積分參數為10s，水壓穩定時間為31s ；而采用本方法步驟1優化后的 PID參數，響應曲線在第一個振蕩周期內就達到穩定，比例參數P為1. 1，積分參數為15s，水壓穩定時間為15s。實施例2
以超快冷最大水流量變化外部干擾較大，使用先開環后閉環控制系統為例，穩定死區為水壓0. 5ΜΙ^士0. 02MPa，采用最佳工程PID參數，響應曲線在第二個振蕩周期內達到穩定，比例參數P為1.4，積分參數為10s，水壓穩定時間為Ms ；而優化后的PID參數，響應曲線在第一個振蕩周期內就達到穩定，比例參數P為1. 05積分參數為16. 5s，水壓穩定時間為
權利要求
1.一種加快超快冷變頻泵水壓系統穩定速度的方法，包括采用超快速冷卻裝置和常規層流冷卻設備的軋制生產線，其特征在于修改PID閉環控制參數，保證調節響應曲線在第一個水壓振蕩周期內達到水壓允許的控制范圍，可實現單獨閉環控制；同時也可根據實際統計流量-頻率曲線先開環控制給定變頻器頻率，加快變頻器響應速度，然后自動切換為閉環控制保證控制精度；采取以下步驟步驟1 在超快冷最大水流量變化干擾的情況下，采用閉環控制，通過程序修改水壓閉環系統比例積分微分PID參數；步驟2 JfPID參數調整至響應曲線在第一個水壓振蕩周期內達到水壓允許的控制范圍，即死區0. 48、. 52MPa，獲得相應的PID閉環控制參數；步驟3 統計不同流量下泵站最終穩定后的變頻器頻率，控制過程中，首先給定統計出的超快冷使用流量所對應的變頻器頻率，給定變頻器頻率根據統計數據進行插值，以加快變頻器響應速度，實行開環控制，當變頻器頻率進入控制死區后切入PID壓力閉環系統，保證控制精度。
2.根據權利要求1所述的一種加快超快冷變頻泵水壓系統穩定速度的方法，其特征在于步驟3所述變頻器頻率和統計數據插值的實現方式首先，手動統計超快冷設定流量與供水泵頻率對應關系后，將該數據寫入一級控制系統程序中，程序根據設定的流量插值出供水泵頻率，進行開環控制；并以此程序進行兩系統切換當供水泵反饋頻率進入設定頻率允許范圍內，設定頻率45. OOHz，允許范圍為44. 75^45. 25Hz，當反饋頻率到達 44. 75^45. 25Hz內，本程序自動切換為閉環控制系統。
3.根據權利要求1所述的一種加快超快冷變頻泵水壓系統穩定速度的方法，其特征在于超快冷設備設置斜噴式縫隙噴嘴和三聯噴嘴兩種噴嘴，以保證高冷速與良好的冷卻均勻性，冷卻用水壓力為0. 5^0. 6MPa。
全文摘要
一種加快超快冷變頻泵水壓系統穩定速度的方法，包括采用超快速冷卻裝置和常規層流冷卻設備的軋制生產線，其特征在于修改PID閉環控制參數，保證調節響應曲線在第一個水壓振蕩周期內達到水壓允許的控制范圍，可實現單獨閉環控制；同時也可根據實際統計流量-頻率曲線先開環控制給定變頻器頻率，加快變頻器響應速度，然后自動切換為閉環控制保控制精度。本發明節省了冷卻水循環的成本，且日后維護比較方便；可根據現場情況選擇單獨閉環控制和先開環后閉環控制的模式；閉環控制系統PID響應曲線更適合水系統的滯后特性，調節時間更短；先開環后閉環控制的方法，首先開環給定變頻器頻率減小了閉環給定所產生的振蕩，然后閉環控制保證系統穩定的精度。
文檔編號G05D7/06GK102426462SQ20111038805
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月30日 優先權日2011年11月30日
發明者李勇, 王丙興, 王國棟, 王昭東, 田勇, 胡嘯, 袁國, 韓毅 申請人:東北大學