本發(fā)明涉及退火爐自動(dòng)化控制，具體為一種參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)的馬口鐵基板退火爐及控制方法。

背景技術(shù)：

1、馬口鐵即鍍錫板是指兩面鍍有一層極薄金屬錫的冷軋薄鋼板，具有鋼的強(qiáng)度和成型性與錫的耐腐蝕、錫焊性，具有耐腐蝕、無毒、強(qiáng)度高、延展性好的特性，廣泛應(yīng)用于食品包裝、五金電子、家用電器、化工油漆等領(lǐng)域，近年來中國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，對于高端食品級(jí)鍍錫薄板的需求快速增長，退火爐是鍍錫基板連退生產(chǎn)線的核心關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行狀況直接影響到產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、安全、能耗、生產(chǎn)成本等各個(gè)方面，鍍錫基板連續(xù)退火爐的電氣自動(dòng)化控制更是高端生產(chǎn)線的關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)。

2、現(xiàn)有技術(shù)中退火爐存在的缺陷是：

3、1、專利文件kr100903551b1公開了一種退火爐及其退火爐系統(tǒng)，該退火爐及退火爐系統(tǒng)在輕負(fù)荷運(yùn)行時(shí)爐控溫精度差、爐溫波動(dòng)幅度大，燃燒效率不高，單位噸鋼能耗高，氮氧化物排放不達(dá)標(biāo)。

4、2、專利文件cn209923389u公開了一種節(jié)能環(huán)保的雙模式退火爐，該節(jié)能環(huán)保的雙模式退火爐設(shè)置兩個(gè)退火爐進(jìn)行分工處理有利于對溫度進(jìn)行控制，但是在輕負(fù)荷運(yùn)行時(shí)爐控溫精度差、爐溫波動(dòng)幅度大，燃燒效率不高，單位噸鋼能耗高，氮氧化物排放不達(dá)標(biāo)。

5、3、專利文件cn212051120u公開了一種玻璃退火爐自動(dòng)調(diào)溫系統(tǒng)，該退火爐自動(dòng)調(diào)溫系統(tǒng)由于加熱時(shí)滯特性會(huì)出現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)滯后的問題，存在帶鋼變規(guī)格、升降溫、工藝升降速、緊急停車再啟爐等因素引起動(dòng)態(tài)變化需要快速對控制溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)響應(yīng)時(shí)間過長的問題。

6、4、專利文件cn109112288b公開了退火爐的溫度調(diào)節(jié)方法，該退火爐溫度調(diào)節(jié)方法由于加熱時(shí)滯特性會(huì)出現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)滯后的問題，存在帶鋼變規(guī)格、升降溫、工藝升降速、緊急停車再啟爐等因素引起動(dòng)態(tài)變化需要快速對控制溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)響應(yīng)時(shí)間過長的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)的馬口鐵基板退火爐及控制方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)的馬口鐵基板退火爐，包括退火爐體、退火臺(tái)和參數(shù)調(diào)節(jié)控制器，所述退火爐體的內(nèi)側(cè)通過導(dǎo)軌活動(dòng)安裝有退火臺(tái)，所述退火爐體的外側(cè)安裝有參數(shù)調(diào)節(jié)控制器；

3、所述參數(shù)調(diào)節(jié)控制器由pid控制模塊、雙交叉限幅控制模塊、動(dòng)態(tài)過渡控制模塊和信號(hào)接收處理模塊電性組成，所述pid控制模塊與雙交叉限幅控制模塊串聯(lián)，所述pid控制模塊電性連接有pwn開關(guān)電源計(jì)算單元，所述動(dòng)態(tài)過濾控制模塊電性連接有熱力學(xué)方程預(yù)測加熱功率單元，所述信號(hào)接收模塊用于對渦輪流量計(jì)、溫度傳感器、激光掃描測量儀和監(jiān)測攝像頭的輸出信號(hào)進(jìn)行接收。

4、優(yōu)選的，所述退火爐體的內(nèi)壁上安裝有燒嘴，退火爐體的外側(cè)安裝有燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥，且燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥的輸出端通過管道與燒嘴的輸入端連接，退火爐體的外側(cè)安裝有空氣調(diào)節(jié)閥，且空氣調(diào)節(jié)閥的輸出端通過管道與燒嘴的輸入端連接，燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥與空氣調(diào)節(jié)閥的輸出管道均安裝有渦輪流量計(jì)，退火爐體的內(nèi)壁上安裝有溫度傳感器，退火爐體的內(nèi)壁上安裝有激光掃描測量儀，退火爐體的內(nèi)壁上安裝有監(jiān)測攝像頭。

5、一種參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)的馬口鐵基板退火爐的控制方法，適用于一種參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)的馬口鐵基板退火爐，優(yōu)選的，該控制方法包括如下步驟；

6、步驟一、pid控制模塊自動(dòng)整定參數(shù)值；

7、步驟二、根據(jù)調(diào)試后輸出的百分?jǐn)?shù)值驅(qū)動(dòng)雙交叉限幅控制模塊；

8、步驟三、帶鋼變規(guī)格時(shí)熱力學(xué)方程預(yù)測加熱功率單元計(jì)算熱量補(bǔ)償時(shí)間。

9、優(yōu)選的，所述步驟一：溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測溫度的變化，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并傳遞給參數(shù)調(diào)節(jié)控制器，參數(shù)調(diào)節(jié)控制器根據(jù)接收到的溫度信號(hào)與設(shè)定溫度進(jìn)行比較計(jì)算出控制誤差，并根據(jù)預(yù)設(shè)的pid控制模塊調(diào)整輸出信號(hào)，pid控制模塊根據(jù)控制變量的偏差e、偏差的變化率ec、設(shè)定值sv，自動(dòng)整定pid參數(shù)中的kp、ki、kd的值，提高退火爐的溫度控制精度，降低爐溫波動(dòng)幅度。

10、該pid控制模塊傳遞函數(shù)設(shè)計(jì)如下：

11、

12、kp(比例系數(shù))、ki(積分系數(shù))、kd(微分系數(shù))為常量，△kp、△ki、△kd為自適應(yīng)修正變量。

13、△kp的修正決定了溫度控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，對于△kp的修正，當(dāng)偏差e或變化率ec大于一定限制范圍，加大△kp變量，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度；在接受到系統(tǒng)響應(yīng)的調(diào)節(jié)反饋過程中，降低△kp變量，降低系統(tǒng)超調(diào)，又保證了響應(yīng)速度；在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)過程中，根據(jù)靜態(tài)偏大值，適當(dāng)提高△kp變量，提高控制精度；

14、△ki的修正決定了溫度控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差，即控溫精度、振蕩幅度和周期，對于△ki的修正，當(dāng)偏差e或變化率ec大于一定限制范圍，加大△ki變量，防止調(diào)節(jié)初期積分飽和，引起較大超調(diào)；在接受到系統(tǒng)響應(yīng)的調(diào)節(jié)反饋過程中，降低△ki變量，保證了調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性；在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)過程中，根據(jù)靜態(tài)偏大值，適當(dāng)提高△ki變量，減少靜態(tài)誤差；

15、通過△kd的修正可以改善退火爐大慣量特性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，加快響應(yīng)速度、減少調(diào)節(jié)時(shí)間、消除振蕩，對于△kd的修正，當(dāng)偏差e或變化率ec于一定限制范圍，加大△kd量；在接受到系統(tǒng)響應(yīng)的調(diào)節(jié)反饋過程中，保持△kd不變；在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)過程中，根據(jù)靜態(tài)偏大值，減少δkd變量，補(bǔ)償調(diào)節(jié)初期較大△kd量；

16、根據(jù)上述分析規(guī)格，制定△kp、△ki、△kd模糊規(guī)則，根據(jù)偏差e、偏差的變化率ec模糊化結(jié)果和規(guī)則庫推出△kp、△ki、△kd對應(yīng)的模糊子集，采用隸屬度函數(shù)來定義各輸入輸出量在模糊子集的隸屬度。

17、優(yōu)選的，所述步驟二：pid控制模塊調(diào)試輸出百分?jǐn)?shù)lmn，當(dāng)lmn＜臨界值時(shí)pwn開關(guān)電源計(jì)算單元計(jì)算出根據(jù)燒嘴數(shù)量的循環(huán)點(diǎn)火，小功率循環(huán)脈沖點(diǎn)火；

18、當(dāng)lmn＞或＝臨界值時(shí)雙交叉限幅控制模塊對燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥和空氣調(diào)節(jié)閥流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

19、優(yōu)選的，所述步驟三：當(dāng)檢測到帶鋼變規(guī)格時(shí)動(dòng)態(tài)過渡控制模塊進(jìn)行入爐帶鋼焊縫跟蹤，采集帶鋼規(guī)格、工藝速度s、焊縫距離加熱爐爐口距離l1、焊縫入爐后距離l2、加熱爐爐內(nèi)帶鋼總行程lsh、帶鋼比熱容cp和帶鋼密度ρ參數(shù)。

20、優(yōu)選的，所述動(dòng)態(tài)過渡控制模塊根據(jù)熱力學(xué)方程預(yù)測加熱功率單元直接進(jìn)行加熱功率控制，溫度環(huán)參與比較和限幅控制，熱力學(xué)方程預(yù)測加熱功率單元根據(jù)帶鋼規(guī)格、入爐前的時(shí)間和距離、入爐后的時(shí)間和距離確定加熱功率最佳的變換時(shí)機(jī)，動(dòng)態(tài)調(diào)整加熱功率。

21、優(yōu)選的，所述加熱功率預(yù)測模型下述吸熱方程計(jì)算出規(guī)格變化前后需要的熱量差及調(diào)整前后的功率差，同時(shí)考慮燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥和空氣調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作時(shí)間，由熱量差/功率差求得熱量補(bǔ)償需要的時(shí)間，熱量補(bǔ)償需要的時(shí)間計(jì)算方程式如下：

22、

23、其中，t為求得的功率提前變化時(shí)間(s)，lsh為加熱段爐長(m)，w為帶鋼寬度(m)，ρ為密度(kg/m3)，cp為比熱(j/kg.k)，tbi為入口帶鋼溫度(k)，tbo出口帶鋼溫度(k)，d1為過渡前帶鋼厚度(m)，p1為過渡前加熱功率(kw)，a為功率系數(shù)，b為執(zhí)行器動(dòng)作時(shí)間(s)。

24、優(yōu)選的，所述帶鋼變規(guī)格過程結(jié)束時(shí)動(dòng)態(tài)過渡控制模塊停止運(yùn)行，pid控制模塊根據(jù)求得的提前變化時(shí)間繼續(xù)對退火爐進(jìn)行控制。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

26、1、本發(fā)明通過采用pid控制模塊串聯(lián)雙交叉限幅控制模塊，根據(jù)控制變量的偏差自動(dòng)整定pid參數(shù)中的修正值從而降低爐溫波動(dòng)幅度，對于鍍錫基板連續(xù)退火爐的控制提高了退火爐輕負(fù)荷時(shí)的溫度控制精度，爐溫波動(dòng)≤±3℃，馬口鐵基板溫度波動(dòng)≤±5℃，同時(shí)提高了燃燒效率，有效降低了單位噸鋼燃?xì)饽芎?，減少了氮氧化物的排放。

27、2、本發(fā)明通過動(dòng)態(tài)過濾控制模塊根據(jù)帶鋼規(guī)格、入爐前的時(shí)間和距離、入爐后的時(shí)間和距離，確定加熱功率最佳的變換時(shí)機(jī)動(dòng)態(tài)調(diào)整加熱功率，解決了當(dāng)發(fā)生帶鋼變規(guī)格、升降溫、工藝升降速、緊急停車再啟爐等因素引起動(dòng)態(tài)變化時(shí)，需要快速調(diào)節(jié)控制溫度時(shí)響應(yīng)時(shí)間過長的問題，避免了由于加熱時(shí)滯特性導(dǎo)致溫度調(diào)節(jié)滯后的情況發(fā)生，傳統(tǒng)單一pid控制已經(jīng)無法適應(yīng)溫度的預(yù)控制，會(huì)產(chǎn)生較多的不合格產(chǎn)品從而造成能源和材料的浪費(fèi)，動(dòng)態(tài)調(diào)整加熱功率能夠快速馬口鐵鍍錫基板退火爐的控制溫度，爐溫、板溫的響應(yīng)時(shí)間縮短大于50％，同時(shí)保證爐溫波動(dòng)≤±10℃，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間，極大的降低不合格產(chǎn)品的產(chǎn)生，減少了能源和材料的浪費(fèi)。