CN102876822A - 高炉操作的闭环控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种高炉操作的闭环控制系统，连接到高炉生产控制系统，该闭环控制系统包括：炉热预测模块和动作量输出模块。炉热预测模块连接到高炉生产控制系统，炉热预测模块获取高炉的运行数据，炉热预测模块基于高炉的运行数据产生炉热现状参数和炉热趋势参数。动作量输出模块连接到炉热预测模块，动作量输出模块获取实际动作量的反馈数据，动作量输出模块根据炉热预测模块产生的炉热现状参数和炉热趋势参数对实际动作量的反馈数据进行调整，生成动作量调整参数。本发明的高炉操作的闭环控制系统能够不依靠人工而自动进行闭环的高炉操作控制，有利于提高高炉操作的整体水平，稳定高炉炉况，消除个体操作差异。

Description

高炉操作的闭环控制系统

技术领域

本发明涉及高炉生产操作领域，尤其涉及一种高炉操作的闭环控制系统。

背景技术

在高炉生产操作过程中，高炉操作工的技术水平对高炉的炉况、产量、寿命等都起到决定性的影响。高炉操作中经常发生因为操作工判断错误导致连续几天炉况不顺的事情发生，甚至会发生炉凉等严重事故。近年高炉界也发生几起高炉烧穿爆炸等恶性事故，给人民生命财产都带来了巨大损失。另外随着国内高炉的大量增加，熟练员工大量缺乏，对专业高炉操作技术人员的培养需要一个较长的时间跨度，一般来讲，没有十年左右的高炉操作经验，很难成为一名优秀的操作工；最后，由于高炉是大滞后连续生产过程，本班的操作直接影响下一班炉况，导致高炉操作的水平体现在技术水平最弱的操作工手中，即所谓高炉操作的木桶理论。

为了尽可能消除人工操作带来的问题，在本领域中开发了一些高炉生产的自动控制系统，比如：

CN1403594揭示了一种智能控制高炉冶炼的系统，包括在高炉主控室设置的1号、2号两个优化站，它们与若干个操作站组成主控室局域网，作为工长操作平台；在炼铁厂设置服务器与各控制工序终端联网，组成炼铁厂局域网，并将其与主控室局域网联网形成炼铁过程信息实时采集、自动传送与处理的网络系统；在1号优化站设置智能控制软件模块，在2号优化站设置按冶炼程序流程自动显示智能控制图表和故障指示图表的模块；在高炉冶炼进程中，通过智能控制系统软件模块，以人机会话和简明模型图表的方式输出结果，向高炉工长提供操作，提示工长采取适当措施，可有效避免发生炉况故障，保持高炉在最佳热状态下运行，达到优化控制的目标。

CN101109950揭示了一种高炉生产过程控制信息智能化系统，按照高炉工艺特点，对不同类型数据采用一一对应的时间次序作技术处理，建立多目标智能化的数学模型，利用推理机设计对高炉工作状况做出评价，利用数据库技术设计事件表，表中规则从参数中提出特征值，使用事件触发器启动推理机。建立冷却水流量进水温度对十字测温数据的补偿计算方法，设有炉喉煤气流速在径向分布计算方法。设有煤气流速对不同粒度烧结矿、球团矿、焦炭流化作用判断。确保对煤气流分布识别更贴合实际以达优化。该高炉生产过程控制信息智能化系统适用于高炉炼铁生产过程的信息智能化控制。

上述的这些系统可以总结为图1所示的模块结构，既包括动作量设定模块101和数据模型102，数据模型102进一步包括数据收集模块120和模型计算模块121。其中动作量设备模块101收集实际动作量并反馈给数据收集模块120。这些系统存在的普遍问题是：仍然要操作工对模型计算出的参数进行分析，继而进行操作处理。由于个体技术水平差异，必然还会导致在分析和处理两方面都不同，最终体现在高炉生产波动上，导致产量较低，燃料消耗增加，铁水质量不稳定。

发明内容

本发明旨在提出一种能够实现自动闭环控制的高炉操作系统，可以不借助于人工干预而自动执行判断和操作。

根据本发明，提出一种高炉操作的闭环控制系统，连接到高炉生产控制系统，该闭环控制系统包括：炉热预测模块和动作量输出模块。

炉热预测模块连接到高炉生产控制系统，炉热预测模块获取高炉的运行数据，炉热预测模块基于高炉的运行数据产生炉热现状参数和炉热趋势参数。动作量输出模块连接到炉热预测模块，动作量输出模块获取实际动作量的反馈数据，动作量输出模块根据炉热预测模块产生的炉热现状参数和炉热趋势参数对实际动作量的反馈数据进行调整，生成动作量调整参数。

在一个实施例中，高炉生产控制系统包括：动作量设定模块、数据收集模块和模型计算模块。动作量设定模块根据动作量输出模块产生的动作量调整参数执行动作量调整，并采集所执行的实际动作量反馈给动作量输出模块。数据收集模块获取高炉的运行过程中的数据。模型计算模块连接到数据收集模块，基于数据收集模块获取的高炉的运行过程中的数据产生高炉的运行数据并提供给炉热预测模块。

在一个实施例中，炉温预测模块包括：炉热现状判断模块和炉热趋势判断模块。炉热现状判断模块采集最新的连续5个样本的炉热温度并计算平均值，基于该平均值产生炉热现状参数。炉热趋势判断模块对一组炉热趋势因子分配权重，根据所分配的权重将该一组炉热趋势因子加权累加，得到炉热趋势参数。炉热现状判断模块基于平均值产生七个炉热现状参数：过高、高、偏高、正常、偏低、低、过低。一组炉热趋势因子可以包括：历史数据因子、料速因子、燃料比因子、OT因子、TC因子、TF因子、热负荷因子和铁水硅因子。

在一个实施例中，动作量输出模块包括：动作量推定模块和动作量调整模块。动作量推定模块根据炉热现状参数和炉热趋势参数产生动作量推定参数。动作量调整模块连接到动作量推定模块，根据动作量推定参数调整动作输出参数，将调整后的动作输出参数作为动作量调整参数输出。动作量推定参数包括三种：趋势平稳、趋势走高、趋势走低。动作输出参数包括：风温参数、湿份参数、喷煤参数。

在一个实施例中，高炉操作的闭环控制系统还包括选择开关，设置在该高炉操作的闭环控制系统与高炉生产控制系统之间，打开选择开关则该高炉操作的闭环控制系统介入高炉生产控制系统，关闭选择开关则该高炉操作的闭环控制系统不介入高炉生产控制系统。

在一个实施例中，高炉操作的闭环控制系统还包括提示模块，连接到所述动作量输出模块，在动作量输出模块产生动作量调整参数时进行提示。

本发明的高炉操作的闭环控制系统能够不依靠人工而自动进行闭环的高炉操作控制，有利于提高高炉操作的整体水平，稳定高炉炉况，消除个体操作差异。对于提高产品的产量与质量，降低生产成本，延长高炉寿命具有十分重要的现实意义。

附图说明

图1揭示了现有技术中高炉生产控制系统的结构图。

图2揭示了根据本发明的一实施例的高炉操作的闭环控制系统的结构图。

图3a和图3b揭示了根据本发明的一实施例的动作量推定过程的逻辑图。

图4a和图4b揭示了根据本发明的一实施例的动作量调整的逻辑图。

具体实施方式

参考图2所示，揭示了根据本发明的一实施例的高炉操作的闭环控制系统的结构图，该高炉操作的闭环控制系统200连接到高炉生产控制系统300，该高炉操作的闭环控制系统200包括：炉热预测模块20 1和动作量输出模块202。

参考图2所示的实施例，适合于本发明的闭环控制系统配合使用的高炉生产控制系统300包括：动作量设定模块301、数据收集模块302和模型计算模块303。动作量设定模块300根据动作量输出模块202产生的动作量调整参数执行动作量调整，并采集执行的实际动作量反馈给动作量输出模块202。数据收集模块302获取高炉的运行过程中的数据。模型计算模块303连接到数据收集模块201，基于数据收集模块302获取的高炉的运行过程中的数据产生高炉的运行数据并提供给炉热预测模块201。

炉热预测模块201连接到高炉生产控制系统300，炉热预测模块201获取高炉的运行数据，炉热预测模块201基于高炉的运行数据产生炉热现状参数和炉热趋势参数。参考图2所示的实施例，该炉热预测模块201包括炉热现状判断模块210和炉热趋势判断模块212。

炉热现状判断模块210采集最新的连续5个样本的炉热温度并计算平均值，基于该平均值产生炉热现状参数。该七个炉热现状参数：过高、高、偏高、正常、偏低、低、过低。在一个实施例中，定义参数Si进行炉热的判断，由于铁水测温的波动较大，本发明中舍去铁水测温参数而以ΔSi的变化量为考虑区间。对Si的变化所对应的炉热现状判断规则定义如下。现状Si以最新连续5罐样本的平均值为基准。为了提高精度，将现状温度划分为七个档次，分别定义为过高、高、偏高、正常、偏低、低、过低。

炉热趋势判断模块212对一组炉热趋势因子分配权重，根据所分配的权重将该一组炉热趋势因子加权累加，得到炉热趋势参数。该一组炉热趋势因子包括：历史数据因子、料速因子、燃料比因子、OT因子、TC因子、TF因子、热负荷因子和铁水硅因子。炉热趋势判断是炉热预测的难点所在，一般都采用神经网络等方法计算，本发明采用综合判断技术，将对炉热趋势影响比较大或反馈比较大的因子进行分析，共总结出八项主要因子：历史数据因子、料速因子、燃料比因子、OT因子、TC因子、TF因子、热负荷因子和铁水硅因子。并制定了八项评价法，分别赋予相应权重，得出炉热趋势综合判定指数：

T：炉热趋势综合判定指数，A_i：权重，F_i：各子评价法判定指数，最终得出炉热变化趋势。在一个实施例中，各个因子可以被分配有相等的权重，在其他的实施例中，各个因子可以被赋予不同的权重。

由于热负荷变化对炉热的影响比较明显，特别是热负荷的上升对炉热的影响尤其突出，本发明还特将热负荷的变化对炉热趋势影响单独提出作为对炉热趋势影响的判定项。主要考虑热负荷上升对炉热下降趋势的考虑。其变化趋势设定项为Fq，也是以每10min启动一次，计算数据为系统中的每10min平均基准热负荷值SHTL。以连续2小时的平均值为基准热负荷值，记为：STHL′；将每个小时的STHL值与STHL′作比较，按照一定判定规则给出热负荷变化对炉热趋势的影响量。

动作量输出模块202连接到炉热预测模块201。动作量输出模块202获取实际动作量的反馈数据，动作量输出模块202根据炉热预测模块201产生的炉热现状参数和炉热趋势参数对实际动作量的反馈数据进行调整，生成动作量调整参数。参考图2所示的实施例，动作量输出模块202包括动作量推定模块220和动作量调整模块222。动作量推定模块220根据炉热现状参数和炉热趋势参数产生动作量推定参数。动作量调整模块222连接到动作量推定模块220，根据动作量推定参数调整动作输出参数，将调整后的动作输出参数作为动作量调整参数输出。

动作量推定模块220的动作量推定参数包括三种：趋势平稳、趋势走高、趋势走低。图3a和图3b揭示了根据本发明的一实施例的动作量推定过程的逻辑图。在图3a和图3b中，ΔFR表示预测需要炉温变换量，PCI表示煤量。

动作量调整模块222的动作输出参数包括：风温参数、湿份参数、喷煤参数。在一个实施例中，动作量调整模块222的动作输出参数的动作量总量不超过规定一次性动作总量。图4a和图4b揭示了根据本发明的一实施例的动作量调整的逻辑图。在图4a和图4b中，ΔFR2表示燃料比偏差；Fry′表示调剂燃料比剩余部分；PCI表示喷煤量；BH表示调节湿份。

继续参考图2所示的实施例，该高炉操作的闭环控制系统200还包括选择开关203和提示模块204。

选择开关203设置在该高炉操作的闭环控制系统200与高炉生产控制系统300之间，打开选择开关203则该高炉操作的闭环控制系统200介入高炉生产控制系统300，关闭选择开关203则该高炉操作的闭环控制系统200不介入高炉生产控制系统300。由于本发明提出的是闭环系统，直接控制高炉操作，所以具有一定风险，为此，在该闭环控制系统200与高炉生产控制系统300之间设置了选择开关203，系统运行前运转操作工需将此选择开关203打开才能使得闭环控制系统200介入高炉生产控制系统300。

提示模块204连接到动作量输出模块202，在动作量输出模块202产生动作量调整参数时进行提示。在闭环控制系统200给出动作量输出后，提示模块204会提示，比如以弹出一个提示窗口的形式提醒操作工，在一些实施例中，还可以配合语音提示。

本发明的高炉操作的闭环控制系统能够不依靠人工而自动进行闭环的高炉操作控制，有利于提高高炉操作的整体水平，稳定高炉炉况，消除个体操作差异。对于提高产品的产量与质量，降低生产成本，延长高炉寿命具有十分重要的现实意义。

Claims (10)

1.一种高炉操作的闭环控制系统，其特征在于，连接到高炉生产控制系统，该闭环控制系统包括：

炉热预测模块，连接到高炉生产控制系统，炉热预测模块获取高炉的运行数据，炉热预测模块基于所述高炉的运行数据产生炉热现状参数和炉热趋势参数；

动作量输出模块，连接到所述炉热预测模块，动作量输出模块获取实际动作量的反馈数据，动作量输出模块根据炉热预测模块产生的炉热现状参数和炉热趋势参数对实际动作量的反馈数据进行调整，生成动作量调整参数。

2.如权利要求1所述的高炉操作的闭环控制系统，其特征在于，所述高炉生产控制系统包括：

动作量设定模块，根据动作量输出模块产生的动作量调整参数执行动作量调整，并采集所执行的实际动作量反馈给所述动作量输出模块；

数据收集模块，获取高炉的运行过程中的数据；

模型计算模块，连接到所述数据收集模块，基于数据收集模块获取的高炉的运行过程中的数据产生高炉的运行数据并提供给所述炉热预测模块。

3.如权利要求1所述的高炉操作的闭环控制系统，其特征在于，所述炉温预测模块包括：

炉热现状判断模块，采集最新的连续5个样本的炉热温度并计算平均值，基于该平均值产生炉热现状参数；

炉热趋势判断模块，对一组炉热趋势因子分配权重，根据所分配的权重将该一组炉热趋势因子加权累加，得到炉热趋势参数。

4.如权利要求3所述的高炉操作的闭环控制系统，其特征在于，所述炉热现状判断模块基于平均值产生七个炉热现状参数：过高、高、偏高、正常、偏低、低、过低。

5.如权利要求3所述的高炉操作的闭环控制系统，其特征在于，所述一组炉热趋势因子包括：

历史数据因子、料速因子、燃料比因子、OT因子、TC因子、TF因子、热负荷因子和铁水硅因子。

6.如权利要求1所述的高炉操作的闭环控制系统，其特征在于，所述动作量输出模块包括：

动作量推定模块，根据炉热现状参数和炉热趋势参数产生动作量推定参数；

动作量调整模块，连接到动作量推定模块，根据动作量推定参数调整动作输出参数，将调整后的动作输出参数作为动作量调整参数输出。

7.如权利要求6所述的高炉操作的闭环控制系统，其特征在于，所述动作量推定参数包括三种：趋势平稳、趋势走高、趋势走低。

8.如权利要求6所述的高炉操作的闭环控制系统，其特征在于，所述动作输出参数包括：风温参数、湿份参数、喷煤参数。

9.如权利要求1所述的高炉操作的闭环控制系统，其特征在于，还包括：

选择开关，设置在该高炉操作的闭环控制系统与高炉生产控制系统之间，打开选择开关则该高炉操作的闭环控制系统介入高炉生产控制系统，关闭选择开关则该高炉操作的闭环控制系统不介入高炉生产控制系统。

10.如权利要求1所述的高炉操作的闭环控制系统，其特征在于，还包括：

提示模块，连接到所述动作量输出模块，在动作量输出模块产生动作量调整参数时进行提示。

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