CN101498554B - 高炉串罐自动喷煤控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种高炉串罐自动喷煤控制系统及方法，属于高炉串罐自动喷煤技术领域。该系统包括硬件监控系统和软件处理模块，其特征在于：通过Profibus网络连接西门子PLC控制系统和上位监控系统，监控喷煤各个过程的状态；通过以太网实现了模型计算及自动调节与喷煤实时数据的通讯；软件处理模块主要包括数据采集模块、样本数据更新模块、数学模型系数修正模块、数学模型计算模块、模糊调节模块、快速调节模块；软件处理模块都运行在工控机上。控制系统及方法克服了串罐喷煤系统称重值受众多因素影响的困难，对喷煤罐的称重值采用多种数学方法处理，结合了数学模型和模糊控制，实现了高炉串罐自动喷煤控制。

Description

高炉串罐自动喷煤控制系统及方法

技术领域

本发明属于高炉串罐自动喷煤控制领域，特别涉及一种高炉串罐自动喷煤控制系统及方法，基于模型自学习和模糊控制相结合的串罐自动喷煤的专用控制系统及方法。

背景技术

高炉喷煤系统是高炉冶炼系统重要的组成部分，它承担着高炉降低焦比、改善能耗结构、降低燃料消耗和生铁成本的重要任务。由于高炉喷煤系统采用串联罐方式，系统的工艺过程的复杂性以及工艺设备的局限性，串罐自动喷煤控制一直没有得到解决。

串罐喷煤系统的控制过程主要包括煤粉倒罐控制和煤粉的喷吹控制。煤粉的倒罐控制技术已经非常成熟，且在生产实际中已经得到了非常广泛的应用。煤粉的喷吹控制主要包括煤粉实时喷吹量的计量、控制煤粉喷吹量的最优组合几个关键的控制技术。

现有的高炉串罐喷煤的控制方法主要是解决的问题是喷吹量的精确测量或计算以及煤粉喷吹量的控制。主要的解决方法有基于计量方法，基于数学模型和人工智能的方法。自动喷煤技术的研究处于测试或仿真状态，没有真正意义的应用。

基于计量方法主要包括：基于称重传感器补偿的方法，基于软连接连续计量的方法，基于煤粉流量计的方法。

基于数学模型和人工智能的方法主要包括：基于模糊神经网络的方法，基于非线性回归的数学模型的方法，基于传质三维数学模型的方法，基于模糊控制理论的方法。

叶才彦等提出的高炉喷煤串联罐连续计量技术，参见钢铁1994年7月第29卷第7期13-14页，他分析了串联罐各个罐称量值不准确原因和软连接变硬对上、下罐的推力作用，提出了不同工艺过程下的连续计量方法，解决串罐喷煤过程的计量问题，进而保证煤粉喷吹率的稳定。

赵光宇提出的串联罐式喷煤系统称重传感器的补偿方法，参见冶金设备2005年4月第2期总第150期15-18页，他的核心思想是对喷煤过程中分阶段对喷煤罐电子秤进行补偿，同时运行回归分析法建立喷煤量控制的数学模型。

谢建民提出的煤粉流量基在高炉喷煤系统中的应用方法，参见河南冶金2005年2月第13卷第1期33-35页，他提出以煤粉流量计为核心的煤粉连续计量方法，精确控制煤粉喷吹。

孔凡朔等提出的高炉喷煤精确控制技术的方法，参见钢铁2006年6月第41卷第6期9-12页，他的核心思想是基于模糊神经网络的学习和处理功能，实现喷煤量精确控制技术。

张发勇等提出的高炉喷煤量的非线性回归模型控制方法，参见机械工程与自动化2007年12月第6期总第145期28-30页，他的核心思想是控制喷吹罐的罐压和给煤器的开度来实现对喷煤量的控制。

以上这些控制方法都是按照一定的策略寻找煤粉喷吹量的最优控制，利用计量方法和数学模型的方法对串罐喷煤系统进行控制。而寻找最优煤粉喷吹量控制的依据主要是一定的控制规则，或者依赖于煤粉喷吹量的检测。而控制规则的总结首要的问题就是规则的完整性和科学性，制约了系统的适应性。基于实例库的煤粉喷吹量检测的方法面临着工艺情况变化复杂，实例库的完整性和代表性很难保证等问题。同时，上述控制方法主要研究了煤粉喷吹量检测和控制的方法，而没有将整个串罐喷煤系统的煤粉自动喷吹真正投入喷煤生产中应用，系统处于研究和仿真状态，因而没有申请自动喷煤相关技术专利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高炉串罐自动喷煤控制系统及方法，克服串罐系统软连接硬化造成煤粉在各个罐充压、放散过程中，以及煤粉在上、中、下罐倒罐过程中，各个罐的电子秤显示不准确，而无法准确计量喷吹过程中煤粉的实际喷吹量等技术不足，充分考虑了喷煤生产的各个工艺过程，能够真正意义上实现高炉串罐自动喷煤控制，保证喷煤的均匀性和准确性。

本发明的控制系统包括在线监控的硬件系统和软件处理模块；在线监控的硬件系统通过Profibus网络连接西门子PLC控制系统和上位监控系统，监控喷煤各个过程的状态。数学模型的建立及调节机制的实施硬件包括喷煤罐的电子秤、喷煤罐压力控制的补压阀和流化阀、给煤器、压力罐的压力及流量控制阀等，通过以太网实现了模型计算及自动调节与喷煤实时数据的通讯。软件处理模块包括数据采集模块、样本数据有效性判断模块、样本数据更新模块、数学模型系数修正模块、多元线性回归算法模块、比较模块、模糊调节模块、快速调节模块、数据库、历史数据查询模块；软件处理模块都运行在工控机上。

本发明所述的在线监控的硬件系统包括煤粉收集器、压力罐、压力罐的电子秤、压力罐的压力检测设备、电磁阀、气动阀、软连接设备、调节阀、手动阀、氮气包、喷吹气包、防爆气包、给煤器、煤粉分配器、检测温度的热电偶、管路流量检测设备、管路压力检测设备，其中压力罐包括煤粉仓、储煤罐、喷煤罐；在线监控的硬件系统由两个相同的硬件系列组成，煤粉收集器、氮气包、喷吹气包、防爆气包为两个系列共用部分，其它部分是相同的设备分别应用，每个系列整体结构为上下分层式构成。每个系列煤粉收集器位于最顶端，煤粉收集器通过一个由电磁阀控制的气动阀连接到下端的煤粉仓，煤粉收集器通过管路连接到防爆气包的电磁阀和放散气体的电磁阀上；煤粉仓的上端连接煤粉收集器，煤粉仓下端通过两个由电磁阀控制的气动阀连接到储煤罐上，煤粉仓通过管路分别连接到防爆气包的电磁阀上和起流化作用的电磁阀上，整个煤粉仓配有电子秤显示重量和压力测量设备显示压力，并有温度检测设备检测罐内温度值；储煤罐的上端连接煤粉仓，储煤罐下端通过一个由电磁阀控制的气动阀和一个软连接设备连接到喷煤罐，储煤罐通过管路分别连接到起充压作用的电磁阀和上下两个起流化作用的电磁阀上，并由管路连接到起放散作用的电磁阀上，并由管路将放散作用的电磁阀连接到煤粉收集器上，整个储煤罐配有电子秤显示重量和压力测量设备显示压力，并有温度检测设备检测罐内温度值；喷煤罐的上端连接储煤罐，喷煤罐下端通过一个由电磁阀控制的气动阀连接到给煤器上，喷煤罐通过管路分别连接起补压作用的调节阀和起流化作用的手动阀，并由管路连接到起放散作用的电磁阀上，并由管路将放散作用的电磁阀连接到煤粉收集器上，整个喷煤罐配有电子秤显示重量和压力测量设备显示压力，并有温度检测设备检测罐内温度值；给煤器上端连接喷煤罐，给煤器左端通过管路连接由电磁阀控制的气动阀到喷吹气包上，并且管路上有管路压力检测设备和流量检测设备，给煤器右端通过管路连接到由电磁阀控制的气动阀到煤粉分配器上，并且管路上有管路压力检测设备，给煤器具有开度控制和显示功能；煤粉分配器一端连接到给煤器的管路上，另一端连接到高炉的各个风口上，并且管路上有管路压力检测设备；每个系列起流化作用的电磁阀、起充压作用的电磁阀、起补压作用的调节阀、起流化作用的手动阀都通过管路连接到氮气包上。

本发明基于数值分析方法、多元线性回归算法、模糊控制、快速调节方法等提供了一种高炉串罐自动喷煤控制方法，

本发明从解决了高炉串罐煤粉喷吹量的精确计算入手，以多元线性回归计算为基础，采用了回归系数动态修正处理，建立了动态的线性回归计算模型，以现场检测的实时数据为依据，采用模型自学习和模糊控制相结合的方法，实现了串罐自动喷煤控制系统及方法在高炉喷煤生产的应用，保证了高炉喷煤的均匀性和准确性。

本发明所采用的技术方案是：高炉串罐自动喷煤控制系统及方法，可应用于高炉串联罐式喷煤系统，采用了模型自学习、模糊控制和小范围快速压力调节相结合的方法，主要控制模块包括样本数据更新模块、数学模型系数修正模块、多元线性回归算法模块、比较模块、模糊调节模块、快速调节模块。

样本数据有效性判断模块通过以太网网络读取Profibus网络上喷煤生产数据，其中包括喷煤罐的重量、喷煤罐的压力、相关电磁阀状态等，对是对喷煤生产过程中的各个工艺过程进行判断，将相对时段内由于设备和工艺操作造成喷煤罐重量波动较大的工艺过程去掉，选择相对时段内喷煤罐重量波动较小或者无波动的工艺过程。

样本数据更新模块是在样本数据有效性判断模块的基础上，将合适的相对时段的连续数据添加到数据库的样本数据表里，作为样本表的最后一条记录，同时将样本数据表里的第一条数据记录删除，保证样本数据表里的记录条数不变，整个过程是借助于以太网络网络，完成喷煤数据的判断及存储。

数学模型系数修正模块是将以太网网络读取Profibus网络上喷煤生产数据处理后，即在样本数据更新模块的基础上，将当前喷煤生产的相关数据进行自动模型系数计算，并将计算模型的模型系数更新数学模型的相关系统。

所述以上三个模块包括以下步骤：

(1)根据工艺特点确定煤粉喷吹过程中的样本数据的选择，主要是克服串联罐各个罐受众多因素影响的困难，对喷煤罐重量进行二次移动平均和加权平均的处理，结合生产工艺过程，选择合理的生产过程，获取合理喷煤过程数据；

(2)利用连续生产的实时数据自动更新数据库里样本数据，并保证数据库样本表的记录条数不变；

(3)模型自学习煤粉喷吹过程的样本数据，对数学模型的相关参数进行动态修正，确定数学模型的相关参数，即多元线性回归模型参数，同时，利用多元线性回归模型的数学方法，进行模型相关系数的基本数学校验；

所述多元线性回归算法模块包含以下步骤：

(4)采集当前时刻喷煤过程模型相关的实时数据，并对实时数据进行差值处理；

(5)利用动态数学模型进行实时数据计算，即利用自修正系数的多元线性回归模型进行当前时刻喷煤实时数据计算，计算当前时刻的实时喷煤量；

所述模糊调节模块包含以下步骤：

(6)模糊控制的最优调节参数组合确定，根据数学模型计算的实时喷煤量与高炉生产需要的设定喷煤量比较结果，并根据当前喷煤罐压力和给煤器开度实际值情况，自动选择最优的喷煤罐压力和给煤器开度，进行自动控制调节，满足喷煤精度要求；

所述快速调节模块包含以下步骤：

(7)小范围压力快速调节过程，为了快速消除实时喷煤量与设定喷煤量之差，保证实时喷煤量在误差范围内跟踪设定喷煤量，根据差值进行喷煤罐压力快速调节的控制。

其中步骤(1)中的根据工艺特点确定煤粉喷吹过程中的样本数据的选择步骤包括：

①首先根据生产工艺情况，对喷煤罐的称重值进行数学方法的处理，采用了二次移动平均和加权平均方法对喷煤罐中进行处理，消除喷煤罐重量瞬时值波动对模型计算的影响；

②判断煤粉不在倒罐操作过程和储煤罐的充压、放散操作过程时，将喷煤罐重量、喷煤罐压力、给煤器开度、混风压力、混风差压流量等数据的分钟平均值写入数据库分钟数据表中；

其中步骤(2)中的利用连续生产的实时数据自动更新样本数据，对数学模型的相关参数进行动态修正步骤包括：

①判断满足喷煤样本数据更新的前提条件；

②当前提条件满足，将当前喷煤相关数据添加到数据库的样本数据表里，作为样本表的最后一条记录，同时将样本数据表里的第一条数据记录删除，保证样本数据表里的记录条数不变，完成样本数据的更新工作；

其中步骤(3)中的模型自学习煤粉喷吹过程的样本数据，确定数学模型的相关参数的操作步骤包括：

①判断数学模型的样本数据更新后自学习的条件；数量后，

②当前提条件满足后，数学模型系数修正模块自动读取数据库样本表里的样本数据，数学模型进行自学习，重新计算模型的相关参数值，即线性回归参数值；

③模型自学习完成后，将新的参数值更新到模型计算

④模型计算相关模型参数的同时，对模型计算的结果进行数学校验，即回归模型的F校验，回归元素的相关性校验，误差校验。

所述步骤(6)中的模糊控制的最优调节参数组合确定过程步骤包括：

①比较模块计算实时喷煤量与设定喷煤量的差值；

②判断当前喷煤罐压力和给煤器开度实际值情况；

③自动选择最优的喷煤罐压力和给煤器开度；

④根据选择的喷煤罐压力和给煤器开度进行自动控制调节，满足喷煤精度要求；其中步骤(7)中的小范围压力快速调节过程步骤包括：

①控制器计算实时喷煤量与设定喷煤量的差值；

②判断差值情况；

③根据差值情况进行快速压力调；

④判断是否超过设定的压力调节范围节；

⑤根调节范围内按照实际值进行调节，超过压力调节范围按照设定的极限值进行调节。

本发明的有益效果：

本发明是一套应用于高炉串罐自动喷煤控制系统及方法，是以动态模型计算煤粉喷吹量单闭环自动调节控制系统为基础的，以煤粉喷吹量均匀稳定为目标的，模糊控制与自寻优控制相结合的串罐自动喷煤控制系统。本发明从解决煤粉喷吹量入手，结合了模糊控制理论，最终实现高炉串罐自动喷煤控制。

系统始终关注煤粉喷吹量的变化，参考历史喷吹情况，又结合当前的高炉的实际喷吹情况，按照当前的高炉对煤粉的要求，精确的确定参与煤粉喷吹量控制的喷煤罐压力和给煤器开度的合理范围，确定两者的合理组合。并以此为基础，根据实际喷煤量与设定喷煤量的差值，进行小范围压力快速调节。自动喷煤系统实现不同阶段的控制目标，实现串罐喷煤系统均匀稳定喷吹的目标。

本发明方法克服串罐喷煤系统各罐称量值受众多因素影响的困难，在抓住解决串罐自动喷煤过程的几个关键问题的同时，重点解决了串罐自动喷煤系统煤粉喷吹量的计算及煤粉自动喷吹的控制，最大限度避免人为的干预，减轻操作人员的工作强度。客户端主要用于将后台计算得到的结果以图形、数据的形式直观的显示给用户；后台系统包括数学模型计算系统、模型系统自修正系统、模糊调节系统。后台三个系统是有机结合，构成统一的整体，既可实现各自的功能也可互相协作。具体的技术内容包括以下五个方面：

(1)采用趋势曲线，跟踪显示自动喷煤计算及自动调节的在线监视；

(2)采用MATLAB实现动态模型的参数修正及数学校验显示；

(3)采用SQLServer数据库实现在线检测数据和过程数据的存储；

(4)系统历史数据查询；

(5)系统各控制参数的曲线记录。

附说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

图1为本发明具体实施方式的自动喷煤系统功能模块关系图。

图2为本发明具体实施方式的自动喷煤计算控制过程的总体流程图。

图3为本发明具体实施方式的寻优最佳配比的控制流程图。

图4为本发明具体实施方式的控制系统结构连接图。    

图5为本发明具体实施方式的设备系统结构连接图。

具体实施方式

本发明提出的一套应用于高炉串罐自动喷煤控制系统及方法，采用自学习和模糊控制相结合的控制方法，结合附图和实例详细说明如下：

下面以一个具体的高炉串罐自动喷煤系统为实施例详细说明对其进行自动喷吹的全过程。本实施例选用的高炉串罐自动喷煤系统的主要参数为：

高炉容积：2536m³

喷煤系列：2个

连接类型：串联式

喷煤总管长：358m

喷煤量可调范围：2t/h-40t/h

煤粉仓：125m³

储煤罐：25m³

喷煤罐：30m³

本实例高炉串罐自动喷煤控制系统控制过程包括：实时喷煤量模型计算最佳参数的确定，模型计算实时喷煤量，实现喷煤罐压力和给煤器开度的最优组合的控制，实时喷煤与设定喷煤量之差的小范围快速压力调节四个阶段。实时喷煤量模型计算最佳参数的确定阶段包括以下步骤：

(1)根据工艺特点确定煤粉喷吹过程中的样本数据的选择，主要是克服串联罐各个罐受众多因素影响的困难，对喷煤罐重量进行多种数学方法的处理，结合生产工艺过程，选择合理的生产过程，获取合理喷煤过程数据；

(2)模型自学习煤粉喷吹过程的样本数据，确定数学模型的相关参数，即线性回归模型参数，同时，利用回归模型的数学方法进行相关系数的基本数学校验；

(3)利用连续生产的实时数据自动更新样本数据，对数学模型的相关参数进行动态修正；

计算当前实时喷煤量阶段包含以下步骤：

(4)采集当前时刻喷煤过程模型相关的实时数据，并对实时数据进行差值处理；

(5)利用动态数学模型进行实时数据计算，计算当前时刻的实时喷煤量；

实现喷煤罐压力和给煤器开度的最优组合的控制阶段包含以下步骤：

(6)模糊控制的最优调节参数组合确定，根据数学模型计算的实时喷煤量与高炉生产需要的设定喷煤量比较结果，并根据当前喷煤罐压力和给煤器开度实际值情况，自动选择最优的喷煤罐压力和给煤器开度，进行自动控制调节，满足喷煤精度要求；

实时喷煤量与设定喷煤量之差的小范围快速压力调节阶段包含以下步骤：

(7)小范围压力快速调节过程，为了快速消除实时喷煤量与设定喷煤量之差，保证实时喷煤量在误差范围内跟踪设定喷煤量，根据差值进行喷煤罐压力快速调节的控制。

其中步骤(1)中的根据工艺特点确定煤粉喷吹过程中的样本数据的选择步骤包括：

①首先根据生产工艺情况，对喷煤罐的称重值进行数学方法的处理，采用了移动平均和加权平均方法对喷煤罐中进行处理；

当前喷煤系统正常喷吹过程；

对当前喷煤系统喷煤罐称量值进行采集，采集周期为10秒钟；

对采集到的喷煤罐称量值进行二次移动平均算法计算，移动平均的跨越期为4；

对移动平均后的喷煤罐的称量值运用加权平均算法计算，加权元素为4元，加权系数为0.6、0.2、0.1、0.1；

②判断煤粉不在倒罐操作过程和储煤罐的充压、放散操作过程时，将喷煤罐重量、喷煤罐压力、给煤器开度、混风压力、混风差压流量数据定时写入数据库相关数据表中；

当前喷煤系统的相关数据进行周期性采集，采集周期为1分钟；

将采集的相关数据存放到数据库中的分钟表里。

其中步骤(2)中的模型自学习煤粉喷吹过程的样本数据，确定数学模型的相关参数的操作步骤包括：

①数学模型根据一定量的样本数据，进行模型计算，计算出相应的模型参数值，即线性回归参数；

利用matlab程序，对数据库样本表里的800条喷煤相关数据进行线性回归计算；

将回归计算的参数存放到数据库参数表里，回归元素及其对应得参数为，常数系数μ＝-0.5481，喷煤罐压力系数β1＝0.3095，混风差压流量系数β2＝-0.0349，给煤器开度系数β3＝0.0005，混风压力系数β4＝0.8409；

②模型计算相关参数的同时，对模型计算的结果进行数学校验，即进行回归模型的F校验，回归元素的相关性校验，误差校验等；

其中步骤(3)中的利用连续生产的实时数据自动更新样本数据，对数学模型的相关参数进行动态修正步骤包括：

①判断满足喷煤样本数据更新的前提条件；

判断储煤罐的下煤阀是否打开，即储煤罐是否正在向喷煤罐倒煤，如果没有倒煤则条件满足；

判断粉仓的下煤阀是否打开，即粉仓是否正在向储煤罐倒煤，因为一系列与二系列的影响不同，所以一系列如果没有倒煤，则条件满足，二系列则在下煤阀开后，延时3分钟条件满足；

判断储煤罐的充压阀、流化阀及放散阀是否打开或关闭，如果打开或关闭，延时3分钟条件满足；

②当前提条件满足，将当前喷煤数学模型的相关数据替换最古老的相关数据，进行样本数据的自动更新工作；

③当数学模型的样本数据更新到一定数量后，数学模型进行自学习，重新计算模型的相关参数，对模型的参数进行自动定时修正；

回归模型程序定时10分钟读取更新后样本数据表数据，进行回归模型的计算；

回归模型计算后，将回归参数进行自动更新修正；

根据权利要求1所述的高炉串罐自动喷煤控制系统，其特征在于，所述步骤(6)中的模糊控制的最优调节参数组合确定过程步骤包括：

①计算实时喷煤量与设定喷煤量的差值；

②判断当前喷煤罐压力和给煤器开度实际值情况；

③自动选择最优的喷煤罐压力和给煤器开度；

差值大于0.1，则按照基准值进行快速调节；

差值大于0.05，判断当前压力和开度值：

如果压力大于1.1倍的基准压力，并且开度小于0.99倍的基准开度，则优先将开度减少4度；

如果压力大于1.1倍的基准压力，并且开度大于1.02倍的基准开度，则优先将开度减少4度；

如果压力大于0.7倍的基准压力，并且开度小于0.99倍的基准开度，则优先将开度减少4度；

如果压力小于0.8倍的基准压力，并且开度大于0.99倍的基准开度，则优先将压力减少0.008mPa；

如果压力大于0.8倍的基准压力，并且开度大于1.02倍的基准开度，则优先将压力减少0.008mPa；

其它情况下，同时将开度减少3度，压力减少0.006mPa；

●差值大于0.04、0.03、0.02、0.01等情况与0.05判断情况相同，调节的压力和开度值略有变化：

●差值为负值时，参照差值为正时的调节条件和方法进行对应调节：

④根据选择的喷煤罐压力和给煤器开度进行自动控制调节，满足喷煤精度要求；其中步骤(7)中的小范围压力快速调节过程步骤包括：

①计算实时喷煤量与设定喷煤量的差值；

②判断差值情况；

③根据差值情况进行快速压力调节。

Claims (10)

1.一种高炉串罐自动喷煤控制系统，该系统包括在线监控硬件系统和软件处理模块；其特征在于：在线监控的硬件系统通过Profibus网络连接西门子PLC控制系统和上位监控系统，监控喷煤各个过程的状态；数学模型的建立及调节机制的实施硬件包括喷煤罐的电子秤、控制喷煤罐压力的起补压作用的调节阀和起流化作用的手动阀、给煤器、压力罐的压力及流量控制阀；其中所述的压力罐包括煤粉仓、储煤罐、喷煤罐；通过以太网实现了模型计算及自动调节与Profibus网络上的喷煤实时数据的通讯，完成动态数学模型建立及调节机制的实施；软件处理模块包括数据采集模块、样本数据有效性判断模块、样本数据更新模块、数学模型系数修正模块、数学模型计算模块、比较模块、模糊调节模块、快速调节模块、数据库、历史数据查询模块；

其中，比较模块是计算实时喷煤量与设定喷煤量的差值；

模糊调节模块是根据比较模块的比较结果，并根据当前喷煤罐压力和给煤器开度实际值情况，自动选择最优的喷煤罐压力和给煤器开度，进行自动控制调节，满足喷煤精度要求；

快速调节模块是在小范围内快速调节喷煤罐压力，是为了快速消除实时喷煤量与设定喷煤量之差，保证实时喷煤量在误差范围内跟踪设定喷煤量，在控制器中根据上述差值进行喷煤罐压力快速调节的控制；

软件处理模块都运行在工控机上。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的在线监控的硬件系统包括煤粉收集器、压力罐、压力罐的电子秤、压力罐的压力检测设备、电磁阀、气动阀、软连接设备、调节阀、手动阀、氮气包、喷吹气包、防爆气包、给煤器、煤粉分配器、检测温度的热电偶、管路流量检测设备、管路压力检测设备；在线监控的硬件系统由两个相同的硬件系列组成，煤粉收集器、氮气包、喷吹气包、防爆气包为两个系列共用部分，其它部分是相同的设备分别应用，每个系列整体结构为上下分层式构成；每个系列煤粉收集器位于最顶端，煤粉收集器通过一个由电磁阀控制的气动阀连接到下端的煤粉仓，煤粉收集器通过管路连接到防爆气包的电磁阀和放散气体的第一和第二电磁阀上；煤粉仓的上端连接煤粉收集器，煤粉仓下端通过两个由电磁阀控制的气动阀连接到储煤罐上，煤粉仓通过管路分别连接到防爆气包的电磁阀上和起流化作用的第一电磁阀上，整个煤粉仓配有电子秤显示重量和压力测量设备显示压力，并有温度检测设备检测罐内温度值；储煤罐的上端连接煤粉仓，储煤罐下端通过一个由电磁阀控制的气动阀和一个软连接设备连接到喷煤罐，储煤罐通过管路分别连接到起充压作用的电磁阀和上下两个起流化作用的第二、第三电磁阀上，并由管路连接到起放散作用的第一电磁阀上，并由管路将放散作用的第一电磁阀连接到煤粉收集器上，整个储煤罐配有电子秤显示重量和压力测量设备显示压力，并有温度检测设备检测罐内温度值；喷煤罐的上端连接储煤罐，喷煤罐下端通过一个由电磁阀控制的气动阀连接到给煤器上，喷煤罐通过管路分别连接起补压作用的调节阀和起流化作用的手动阀，并由管路连接到起放散作用的第二电磁阀上，并由管路将放散作用的第二电磁阀连接到煤粉收集器上，整个喷煤罐配有电子秤显示重量和压力测量设备显示压力，并有温度检测设备检测罐内温度值；给煤器上端连接喷煤罐，给煤器左端通过管路连接由电磁阀控制的气动阀到喷吹气包上，并且左端管路上有管路压力检测设备和流量检测设备；给煤器右端通过管路连接由电磁阀控制的气动阀到煤粉分配器上，并且右端管路上有管路压力检测设备；给煤器具有开度控制和显示功能；煤粉分配器一端连接到给煤器的右端管路上，另一端连接到高炉的各个风口上，并且连接到给煤器右端的管路上有管路压力检测设备；每个系列起流化作用的电磁阀、起充压作用的电磁阀、起补压作用的调节阀、起流化作用的手动阀都通过管路连接到氮气包上。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：数学模型计算模块是以多元线性回归计算为基础，采用了回归系数动态修正处理，建立了动态的线性回归计算模型，以现场检测的实时数据为依据，设计了适应不同喷煤生产过程的喷煤量计算的方法。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：样本数据有效性判断模块通过以太网网络读取Profibus网络上喷煤生产数据，其中包括喷煤罐的重量、喷煤罐的压力、相关电磁阀状态，对喷煤生产过程中的各个工艺过程进行判断，将相对时段内由于设备和工艺操作造成喷煤罐重量波动较大的工艺过程去掉，选择相对时段内喷煤罐重量波动较小或者无波动的工艺过程。

5.根据权利要求1所述系统，其特征在于：样本数据更新模块是在样本数据有效性判断模块的基础上，将合适的相对时段的连续数据添加到数据库的样本数据表里，作为样本表的最后一条记录，同时将样本数据表里的第一条数据记录删除，保证样本数据表里的记录条数不变，整个过程是借助于以太网，完成喷煤数据的判断及存储。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：数学模型系数修正模块是将以太网网络读取Profibus网络上喷煤生产数据处理后，在样本数据更新模块的基础上，读取数据库样本数据表里的当前喷煤生产的相关数据，定时的自动进行模型系数计算，并用计算的新模型系数代替上次计算的数学模型系数，保证了数学模型的系数能够及时准确地反应当前的喷煤状态。

7.一种采用权利要求1所述系统高炉串罐自动喷煤控制的方法，其特征在于，样本数据有效性判断、样本数据更新、数学模型系数修正三个模块控制步骤如下：

(1)根据工艺特点确定煤粉喷吹过程中的喷煤相关数据的选择，克服串联罐各个罐受众多因素影响的困难，对喷煤罐重量进行二次移动平均和加权平均的处理，结合生产工艺过程，选择合理的生产过程，获取合理喷煤过程数据；

(2)利用连续生产的实时数据自动更新数据库里样本数据，并保证数据库样本表的记录条数不变；

(3)模型自学习煤粉喷吹过程的样本数据，对数学模型的相关参数进行动态修正，确定数学模型的相关参数，即多元线性回归模型参数，同时，利用多元线性回归模型的数学方法，进行模型相关系数的基本数学校验；

所述数学模型计算模块包含以下步骤：

采集当前时刻喷煤过程模型相关的实时数据，并对实时数据进行差值处理；

利用动态数学模型进行实时数据计算，即利用自修正系数的多元线性回归模型进行当前时刻喷煤实时数据计算，计算当前时刻的实时喷煤量；

所述模糊调节模块包含以下步骤：

模糊控制的调节参数组合确定，根据数学模型计算的实时喷煤量与高炉生产需要的设定喷煤量比较结果，并根据当前喷煤罐压力和给煤器开度实际值情况，自动选择最优的喷煤罐压力和给煤器开度，进行自动控制调节，满足喷煤精度要求；

所述快速调节模块包含以下步骤：

小范围压力快速调节过程，是为了快速消除实时喷煤量与设定喷煤量之差，保证实时喷煤量在误差范围内跟踪设定喷煤量，在控制器里采用了根据差值进行喷煤罐压力快速调节的控制。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤(1)中的根据工艺特点确定煤粉喷吹过程中的样本数据的选择步骤包括：

首先根据生产工艺情况，对喷煤罐的称重值进行数学方法的处理，采用了二次移动平均和加权平均方法对喷煤罐重进行处理，消除喷煤罐重量瞬时值波动对模型计算的影响；

判断煤粉不在倒罐操作过程和储煤罐的充压、放散操作过程时，将喷煤罐重量、喷煤罐压力、给煤器开度、混风压力、混风差压流量数据的分钟平均值写入数据库分钟数据表中；

步骤(2)中的利用连续生产的实时数据自动更新样本数据，并保证数据库样本表的记录条数不变的操作步骤包括：

判断满足喷煤样本数据更新的前提条件；

当前提条件满足，将当前喷煤相关数据添加到数据库的样本数据表里，作为样本表的最后一条记录，同时将样本数据表里的第一条数据记录删除，保证样本数据表里的记录条数不变，完成样本数据的更新工作；

步骤(3)中的模型自学习煤粉喷吹过程的样本数据，确定数学模型的相关参数的操作步骤包括：

判断数学模型的样本数据更新后自学习的条件；

当自学习条件满足后，数学模型系数修正模块自动读取数据库样本表里的样本数据，数学模型进行自学习，重新计算模型的相关参数值，即线性回归参数值；

模型自学习完成后，将新的参数值更新到模型计算，

模型计算相关模型参数的同时，对模型计算的结果进行数学校验，即回归模型的F校验，回归元素的相关性校验，误差校验。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的模糊控制的调节参数组合确定过程步骤包括：

比较模块计算实时喷煤量与设定喷煤量的差值；

判断当前喷煤罐压力和给煤器开度实际值情况；

自动选择最优的喷煤罐压力和给煤器开度；

根据选择的喷煤罐压力和给煤器开度进行自动控制调节，满足喷煤精度要求。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的小范围压力快速调节过程步骤包括：

控制器计算实时喷煤量与设定喷煤量的差值；

判断差值情况；

根据差值情况进行喷煤罐快速压力调节；

判断是否超过设定的压力调节范围；

压力调节范围内按照实际值进行调节，超过压力调节范围按照设定的极限值进行调节。

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