專利名稱：一種軋鋼加熱爐優(yōu)化控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加熱爐優(yōu)化控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種軋鋼加熱爐優(yōu)化控制系統(tǒng)。
技術(shù)背景
軋鋼加熱爐是利用燃料在爐膛內(nèi)燃燒時(shí)產(chǎn)生的高溫火焰和煙氣作為熱源，來加熱 爐中流動的鋼坯，使其達(dá)到規(guī)定工藝溫度的加熱裝置。加熱爐裝置生產(chǎn)運(yùn)行操作要求保證 被加熱介質(zhì)出爐溫度的控制精度、最少的燃料用量和鋼損等。
為實(shí)現(xiàn)上述加熱爐生產(chǎn)性指標(biāo)，加熱爐控制中關(guān)鍵技術(shù)一方面是根據(jù)生產(chǎn)節(jié)奏， 鋼坯進(jìn)爐溫度，鋼坯出爐溫度來調(diào)整爐溫，使鋼坯的出爐溫度滿足軋鋼的需求，需要對爐溫 進(jìn)行動態(tài)控制；另一方面主要是從節(jié)能和物耗等方面考慮，通過尋找合理的風(fēng)燃比，使得加 熱爐的熱效率最大，并通過降低爐內(nèi)均熱段的氧化性氣氛，從而降低鋼損。其中在爐溫控制 過程中，爐溫目標(biāo)值的動態(tài)設(shè)定以及爐溫控制精度的提高，是爐溫控制的重點(diǎn)。
在爐溫的動態(tài)設(shè)定上，有寶鋼股份有限公司申請的“熱軋加熱爐爐溫動態(tài)設(shè)定控 制方法”，申請?zhí)?0051002485. 0，公開號CN1840715A，該發(fā)明共分為四步來實(shí)現(xiàn)。第一步， 采用板坯溫度預(yù)報(bào)模型計(jì)算板坯所在段的段末溫度，其方法是前向遞推的；第二步，按板坯 移動距離，動態(tài)計(jì)算板坯各段段末的目標(biāo)溫度；第三步，計(jì)算板坯當(dāng)前段所需要的爐氣溫 度；第四步，考慮當(dāng)前所在板坯的差異進(jìn)行專家經(jīng)驗(yàn)加權(quán)平均。由于加熱爐工作的不確定 性，如生產(chǎn)節(jié)奏的變化、進(jìn)爐鋼坯溫度的差異(進(jìn)冷坯和熱坯)、鋼坯的類型差異等，所以采 用前向遞推方法很難預(yù)測鋼坯的溫度，或者是預(yù)測溫度不準(zhǔn)確，這些都將大大的影響爐溫 動態(tài)設(shè)定的效果。
在爐溫的控制方法上，目前采用較多的方法有雙交叉限幅控制，模糊自適應(yīng)控制 技術(shù)，預(yù)測控制和前饋控制技術(shù)等。在工業(yè)控制技術(shù)雜志上，2009年4月期，由江蘇錫業(yè)集 團(tuán)張秀麗、吳定會撰寫的名為“軋鋼加熱爐燃燒過程的模糊自適應(yīng)控制策略” 一文，其將模 糊控制理念運(yùn)用到加熱爐控制技術(shù)上去，采用的控制算法仍然是常規(guī)PID，僅對P、1、D的 參數(shù)進(jìn)行了模糊計(jì)算、設(shè)定，模糊控制技術(shù)的技術(shù)難點(diǎn)是模糊控制器的構(gòu)成，集中體現(xiàn)在輸 入語言變量、輸出語言變量選擇，隸屬度賦值表的確定原則，所以模糊控制的規(guī)則確定的過 程比較復(fù)雜，沒有好的通用性；由清華大學(xué)申請的“加熱爐出口溫度的一種綜合控制方法”， 申請?zhí)?00810102875. 7，公開號CN 101256418A,該發(fā)明將反饋預(yù)測控制和前饋控制應(yīng)用 于加熱爐出口爐溫的控制上。其反饋預(yù)測控制是建立在諸多的假設(shè)之上，建立的反饋預(yù)測 模型不能準(zhǔn)確反映實(shí)際情況，或者建立的反饋預(yù)測模型不準(zhǔn)確；其前饋控制策略將煤氣壓 力或者空氣壓力作為流量變化的前饋，但未涉及對負(fù)荷變化的前饋控制。
在風(fēng)燃比的控制上，由日本礙子株式會社申請的“燃燒加熱爐的空氣燃料比控制 系統(tǒng)”申請?zhí)?00810086051. 5，公開號CN 101270880A，該發(fā)明中需要操作人員給定一個(gè)固 定的煙氣氧含量設(shè)定值，通過氧含量值來修正空氣與燃料的流量配比。由于在不同的工況 下最佳氧含量不是固定不變的，因此難以真正實(shí)現(xiàn)最佳操作，加之煙氣氧量存在測量滯后 的問題，難以滿足控制的實(shí)時(shí)性，所以這種通過氧含量表來調(diào)整空氣燃料配比的方式很難達(dá)到理想的結(jié)果。
綜上所述，現(xiàn)有的技術(shù)仍舊存在一定的局限性和缺陷，因此開發(fā)本系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是發(fā)明一種軋鋼加熱爐優(yōu)化控制系統(tǒng)，在保證加熱爐不同負(fù)荷下鋼坯出口溫度穩(wěn)定的前提下，降低煤氣消耗，降低鋼損。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是本系統(tǒng)中設(shè)有爐溫在線設(shè)定器，熱負(fù)荷估計(jì)器，均熱段上、下部及加熱段上、下部的爐溫調(diào)節(jié)器、爐溫前饋調(diào)節(jié)器、煤氣流量調(diào)節(jié)器、空氣流量調(diào)節(jié)器，空燃比優(yōu)化控制器，爐溫、鋼坯溫度、鋼坯位置、煤氣流量、空氣流量等測量儀表以及煤氣流量調(diào)節(jié)閥、空氣流量調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行器；爐溫在線設(shè)定器的輸出作為爐溫調(diào)節(jié)器的給定值，該調(diào)節(jié)器采用PID控制算法；熱負(fù)荷估計(jì)器的輸出乘以負(fù)荷分配系數(shù)作為各爐溫前饋調(diào)節(jié)器的測量，該調(diào)節(jié)器采用ro控制算法，其中負(fù)荷分配系數(shù)根據(jù)各部分熱負(fù)荷大小比例按照操作經(jīng)驗(yàn)給出；爐溫調(diào)節(jié)器的輸出與爐溫前饋調(diào)節(jié)器的輸出之和作為煤氣流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，煤氣流量調(diào)節(jié)器采用PID 控制算法實(shí)現(xiàn)燃?xì)饬髁康拈]環(huán)控制；空燃比優(yōu)化控制器的輸出與煤氣流量測量值的乘積作為空氣流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，空氣流量調(diào)節(jié)器采用PID控制算法實(shí)現(xiàn)空氣流量的閉環(huán)控制；(1)爐溫在線設(shè)定器 采用最近鄰聚類RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識系統(tǒng)模型在線計(jì)算爐溫設(shè)定值；模型輸入變量包括入爐鋼坯溫度Λ1,出爐鋼坯溫度i 2 ,生產(chǎn)節(jié)奏53,鋼坯類型i 4 ;模型輸出變量包括均熱段上、下部爐溫設(shè)定值、r_m2 ,加熱段上、下部爐溫設(shè)定值、Γ_ 4 ,通過采集工業(yè)現(xiàn)場過程中的模型輸入變量以及均熱段上、下部溫度D、 ,加熱段上、下部溫度Τ3 、Γ4在內(nèi)的訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)，根據(jù)模型輸出的爐溫設(shè)定值與實(shí)際爐溫的偏差，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行離線訓(xùn)練，調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)路各層的權(quán)值，得到加熱爐爐溫設(shè)定值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；通過采集入爐鋼坯溫度，出爐鋼坯溫度，生產(chǎn)節(jié)奏，鋼坯類型實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，模型就可輸出加熱爐爐溫設(shè)定值；其中生產(chǎn)節(jié)奏是表征單位時(shí)間內(nèi)的出鋼量，單位為“根或件/時(shí)”，依據(jù)用于檢測鋼坯出爐的光電開關(guān)測量信號，實(shí)時(shí)計(jì)算兩根鋼坯的出爐間隔，計(jì)算出每小時(shí)鋼坯的出爐量 R3 ；(2)熱負(fù)荷估計(jì)器熱負(fù)荷估計(jì)器基于加熱爐熱效率計(jì)算當(dāng)前負(fù)荷下需要的煤氣流量，熱效率采用最近鄰聚類RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，基于熱效率模型計(jì)算熱負(fù)荷，熱負(fù)荷估計(jì)器的輸出為煤氣流量；熱效率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入變量包括入爐鋼坯溫度iH ,出爐鋼坯溫度52，生產(chǎn)節(jié)奏 Λ3 ,鋼坯類型i 4 ,模型輸出變量為加熱爐熱效率,通過采集工業(yè)現(xiàn)場過程中的模型輸入變量以及加熱爐熱實(shí)際效率計(jì)算值在內(nèi)的訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)，根據(jù)模型輸出加熱爐熱效率 3 ―桃與加熱爐實(shí)際熱效率 ――的偏差，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行離線訓(xùn)練，調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)路各層的權(quán)值，得到加熱爐熱效率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；通過采集入爐鋼坯溫度，出爐鋼坯溫度，生產(chǎn)節(jié)奏， 鋼坯類型實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，模型就可輸出加熱爐熱效率值？;分別為鋼坯進(jìn)入和離開O實(shí)際熱效率P-。址計(jì)算如下
權(quán)利要求
1.一種軋鋼加熱爐優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有爐溫在線設(shè)定器，熱負(fù)荷估計(jì)器，均熱段上、下部及加熱段上、下部的爐溫調(diào)節(jié)器、爐溫前饋調(diào)節(jié)器、煤氣流量調(diào)節(jié)器、空氣流量調(diào)節(jié)器，空燃比優(yōu)化控制器，爐溫、鋼坯溫度、鋼坯位置、煤氣流量、空氣流量等測量儀表以及煤氣流量調(diào)節(jié)閥、空氣流量調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行器； 爐溫在線設(shè)定器的輸出作為爐溫調(diào)節(jié)器的給定值，該調(diào)節(jié)器采用PID控制算法；熱負(fù)荷估計(jì)器的輸出乘以負(fù)荷分配系數(shù)作為各爐溫前饋調(diào)節(jié)器的測量，該調(diào)節(jié)器采用ro控制算法，其中負(fù)荷分配系數(shù)根據(jù)各部分熱負(fù)荷大小比例按照操作經(jīng)驗(yàn)給出；爐溫調(diào)節(jié)器的輸出與爐溫前饋調(diào)節(jié)器的輸出之和作為煤氣流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，煤氣流量調(diào)節(jié)器采用PID控制算法實(shí)現(xiàn)燃?xì)饬髁康拈]環(huán)控制；空燃比優(yōu)化控制器的輸出與煤氣流量測量值的乘積作為空氣流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，空氣流量調(diào)節(jié)器采用PID控制算法實(shí)現(xiàn)空氣流量的閉環(huán)控制； (1)爐溫在線設(shè)定器 采用最近鄰聚類RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識系統(tǒng)模型在線計(jì)算爐溫設(shè)定值；模型輸入變量包括入爐鋼坯溫度i l,出爐鋼坯溫度i 2 ,生產(chǎn)節(jié)奏i 3 ,鋼坯類型54 ;模型輸出變量包括均熱段上、下部爐溫設(shè)定值、Γ_ 2 ,加熱段上、下部爐溫設(shè)定值Γ_Μ3、T_m4 ,通過采集工業(yè)現(xiàn)場過程中的模型輸入變量以及均熱段上、下部溫度B、 ,加熱段上、下部溫度Γ3、Γ4在內(nèi)的訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)，根據(jù)模型輸出的爐溫設(shè)定值與實(shí)際爐溫的偏差，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行離線訓(xùn)練，調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)路各層的權(quán)值，得到加熱爐爐溫設(shè)定值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；通過采集入爐鋼坯溫度，出爐鋼坯溫度，生產(chǎn)節(jié)奏，鋼坯類型實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，模型就可輸出加熱爐爐溫設(shè)定值； 其中生產(chǎn)節(jié)奏是表征單位時(shí)間內(nèi)的出鋼量，單位為“根或件/時(shí)”，依據(jù)用于檢測鋼坯出爐的光電開關(guān)測量信號，實(shí)時(shí)計(jì)算兩根鋼坯的出爐間隔，計(jì)算出每小時(shí)鋼坯的出爐量R3 ； (2)熱負(fù)荷估計(jì)器 熱負(fù)荷估計(jì)器基于加熱爐熱效率計(jì)算當(dāng)前負(fù)荷下需要的煤氣流量，熱效率采用最近鄰聚類RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，基于熱效率模型計(jì)算熱負(fù)荷，熱負(fù)荷估計(jì)器的輸出為煤氣流量； 熱效率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入變量包括入爐鋼坯溫度Λ1 ,出爐鋼坯溫度Λ2，生產(chǎn)節(jié)奏53 ,鋼坯類型於4 ,模型輸出變量為加熱爐熱效率P ,通過采集工業(yè)現(xiàn)場過程中的模型輸入變量以及加熱爐熱實(shí)際效率計(jì)算值在內(nèi)的訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)，根據(jù)模型輸出加熱爐熱效率與加熱爐實(shí)際熱效率7 ――的偏差，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行離線訓(xùn)練，調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)路各層的權(quán)值，得到加熱爐熱效率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；通過采集入爐鋼坯溫度，出爐鋼坯溫度，生產(chǎn)節(jié)奏，鋼坯類型實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，模型就可輸出加熱爐熱效率值P; O實(shí)際熱效率^ 計(jì)算如下
全文摘要
本發(fā)明公開了一種軋鋼加熱爐優(yōu)化控制系統(tǒng)，涉及加熱爐軋鋼優(yōu)化控制技術(shù)領(lǐng)域。首先根據(jù)不同鋼坯類型，生產(chǎn)節(jié)奏、鋼坯的初始溫度和出爐溫度建立爐溫在線設(shè)定器，采用控制爐溫的方法控制鋼坯出爐溫度；基于各種工況下的熱效率模型，計(jì)算加熱爐負(fù)荷變化量并作為爐溫前饋值，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷波動下的加熱爐爐溫高精度控制；在此基礎(chǔ)上，通過建立空燃比優(yōu)化控制模型，尋找最佳的空燃比，使加熱爐的燃燒狀況達(dá)到最佳，達(dá)到了節(jié)約燃料和降低鋼損的目的。
文檔編號G05B13/04GK103019097SQ20121049512
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者于現(xiàn)軍, 李鵬 申請人:北京和隆優(yōu)化控制技術(shù)有限公司