CN103063080A - 一种高炉渣处理系统冷却塔出口冲渣水温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高炉渣处理系统冷却塔出口冲渣水温度的控制方法，包括：S1）对冲渣水温度的系统参数进行设置；S2）实时采集高炉冷却塔的各项信号参数；S3）根据系统参数设置和信号实时采集得到的各项参数，通过调整冷却塔风机的转速，对冷却塔出口冲渣水的温度进行控制；S4）将冷却塔风机从运行状态变为停止状态；S5）转回步骤S1，进行下一个生产周期的冲渣水温度的控制。本发明能准确、快速、自动对冷却塔出口冲渣水温度进行控制，提高了控制精度、快速性和自动化水平，为高炉的稳定高产创造了条件。

Description

一种高炉渣处理系统冷却塔出口冲渣水温度控制方法

技术领域

本发明涉及高炉渣处理系统技术领域，一种高炉渣处理系统冷却塔出口冲渣水温度的控制方法。

背景技术

目前高炉渣处理系统普遍采用冷却塔，现代化的高炉为了提高冲渣效果，对冷却塔出口冲渣水温度控制的要求越来越高。

现在通过冷却塔对冲渣水进行降温已成为高炉渣处理系统的发展趋势，而通过冷却塔对冲渣水进行降温的前提条件就是冷却塔出口冲渣水温度的精确控制。现有常规控制方法无法满足冷却塔出口冲渣水温度控制精度、反应速度和自动化的要求。因此，冷却塔出口冲渣水温度控制方法必须进行技术改进，解决其控制精度、反应速度和自动化的要求，提高高炉渣处理系统的控制水平，成为了我们的研究方向。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明的目的是提供一种高炉渣处理系统冷却塔出口冲渣水温度的控制方法，通过系统参数设置和信号的实时采集，自动调整冷却塔风机的转速达到控制冷却塔出口冲渣水温度按预设的时间序列运行的目的，该方法解决了常规控制方法无法满足冷却塔出口冲渣水温度控制精度、反应速度和自动化的要求，使得高炉渣处理系统能够准确、快速、自动地控制冷却塔出口冲渣水温度，从而显著改善高炉的冲渣效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种高炉渣处理系统冷却塔出口冲渣水温度的控制方法，包括以下步骤：

S1）对冲渣水温度的系统参数进行设置，将设置的参数存储在PLC记忆数据库中；

S2）实时采集高炉冷却塔的各项信号参数，将实时信号采样值实时存储在PLC记忆数据库中；

S3）根据系统参数设置和信号实时采集得到的各项参数，通过调整冷却塔风机的转速，对冷却塔出口冲渣水的温度进行控制；

S4）当系统执行完一个生产周期所预设的正常工作运行所要求的冷却塔出口冲渣水温度值时间序列，将冷却塔风机从运行状态变为停止状态，同时清除PLC记忆数据库中存储的内容；

S5）转回步骤S1，进行下一个生产周期的冲渣水温度的控制。

所述的方法，步骤S1初始化的参数包括：冷却塔的散热面积、冷却塔的传热系数、冲渣水的比热容、冷却塔的热容、控制系统PLC的采样周期和冷却塔风机的功率比例常数；正常工作运行所要求的冷却塔出口冲渣水温度值时间序列，其中预设的正常工作运行所要求的冷却塔出口冲渣水温度值时间序列的第一个值是每个生产周期系统参数设置阶段检测装置所测量的冷却塔出口冲渣水温度实际值；预设冷却塔所在环境温度时间序列的第一个值，这个值是每个生产周期系统参数设置阶段检测装置所测量的冷却塔所在环境温度实际值；预设冷却塔风机转速时间序列的第一个值，这个值为0；预设冷却塔入口冲渣水温度值时间序列的第一个值，这个值是每个生产周期系统参数设置阶段检测装置所测量的冷却塔入口冲渣水温度实际值。

所述的方法，步骤S2采集的参数包括：冷却塔所在的环境温度、冷却塔入口冲渣水温度、冷却塔入口冲渣水体积流量。

所述的方法，步骤S3的控制方法包括：

根据系统参数设置和信号实时采集得到的各项参数，冷却塔风机从停止状态变为运行状态并依据下式实时得出在当前生产周期的相应时间点冷却塔风机所应具有的转速值n_L(nT′)，并将其实时存储在PLC记忆数据库中：

$T_c\left(n{T}^{\′}\right)=T_c\left((n-1)T^{\′}\right)-$

$\frac{{\mathrm{RK}}_I[n_L{\left(n{T}^{\′}\right)}^3-n_L{\left((n-1)T^{\′}\right)}^3]}{K_{P}R+1}(1-e^{\frac{-1-K_{P}R}{\mathrm{RC}}n{T}^{\′}})+$

$\frac{K_P\mathrm{R\Δ}{T}_i\left(n{T}^{\′}\right)}{K_{P}R+1}(1-e^{\frac{-1-K_{P}R}{\mathrm{RC}}n{T}^{\′}})+$

$\frac{\mathrm{\Δ}{T}_o\left(n{T}^{\′}\right)}{K_{P}R+1}(1-e^{\frac{-1-K_{P}R}{\mathrm{RC}}n{T}^{\′}})$

其中，n为控制系统PLC的采样周期序号，n≥1,为正整数；

T'为控制系统PLC的采样周期；

T_o为冷却塔所在的环境温度值；

T_o(nT')为第n个采样周期冷却塔所在环境的温度值；

冷却塔所在环境温度时间序列为集合{T_o(0),T_o(T′),T_o(2T′),…,T_o(NT′),…}，T_o(0)为冷却塔所在环境温度时间序列的第一个值，N为自然数；

ΔT_o(nT')为第n个采样周期冷却塔所在环境的温度变化值；

T_c为冷却塔出口冲渣水温度值，同时也是冷却塔容器中液体的温度值；

T_c(nT')为第n个采样周期冷却塔出口冲渣水温度值；

冷却塔出口冲渣水温度值时间序列为集合{T_c(0),T_c(T′),T_c(2T′),…,T_c(NT′),…}，T_c(0)为冷却塔出口冲渣水温度值时间序列的第一个值，N为自然数；

ΔT_c(nT')为第n个采样周期冷却塔出口冲渣水温度变化值；

T_i为冷却塔入口冲渣水温度值；

T_i(nT')为第n个采样周期冷却塔入口冲渣水温度值；

冷却塔入口冲渣水温度值时间序列为集合{T_i(0),T_i(T′),T_i(2T′),…,T_i(NT′),…}，T_i(0)为冷却塔入口冲渣水温度值时间序列的第一个值，N为自然数；

ΔT_i(nT')为第n个采样周期冷却塔入口冲渣水温度变化值；

K_p为冷却塔冲渣水的热量系数；

R为冷却塔的热阻；

C为冷却塔的热容；

K_I为冷却塔风机的功率比例常数；

n_L为冷却塔风机的转速值；

n_L(nT')为第n个采样周期冷却塔风机的转速值；

冷却塔风机转速时间序列为集合{n_L(0),n_L(T'),n_Li(2T′),…,n_L(NT′),…}，n_L(0)为冷却塔风机转速时间序列的第一个值，N为自然数；

依据当前生产周期的相应时间点冷却塔风机所应具有的转速值n_L(nT′)，控制系统实时控制冷却塔风机的实际转速值使其实时等于n_L(nT′)。

所述的方法，第n个采样周期冷却塔所在环境的温度变化值ΔT_o(nT′)的计算公式为：ΔT_o(nT')=T_o(nT')-T_o((n-1)T')。

所述的方法，第n个采样周期冷却塔出口冲渣水温度变化值ΔT_c(nT′)的计算公式为：ΔT_c(nT')=T_c(nT')-T_c((n-1)T')。

所述的方法，第n个采样周期冷却塔入口冲渣水温度变化值ΔT_i(nT′)的计算公式为：ΔT_i(nT')=T_i(nT')-T_i((n-1)T')。

所述的方法，冷却塔冲渣水的热量系数K_p的计算公式为：K_p=qC_p，q为冷却塔入口冲渣水体积流量值，C_p为冷却塔冲渣水的比热容。

所述的方法，冷却塔的热阻R的计算公式为：

K_r为冷却塔的传热系数，A为冷却塔的散热面积。

本发明是基于目前冷却塔出口冲渣水温度控制精度低、快速性差以及自动化程度不高的特点而提出的一种方法，具有以下优点和积极效果：

1)根据系统参数设置、检测元件的测量值以及该控制系统模型，自动调节冷却塔出口冲渣水温度变化使其按照预设正常工作运行所要求的冷却塔出口冲渣水温度值时间序列运行，减少了生产过程中操作工的人工调节，降低了工作强度。

2)根据系统参数设置、检测元件的测量值以及该控制系统模型，自动调节冷却塔出口冲渣水温度变化使其按照预设正常工作运行所要求的冷却塔出口冲渣水温度值时间序列运行，提高了冷却塔冲渣水温度控制的精度。

3)根据系统参数设置、检测元件的测量值以及该控制系统模型，自动调节冷却塔出口冲渣水温度变化使其按照预设正常工作运行所要求的冷却塔出口冲渣水温度值时间序列运行，提高了冷却塔冲渣水温度控制响应的快速性。

总之，本发明能准确、快速、自动对冷却塔出口冲渣水温度进行控制，提高了控制精度、快速性和自动化水平，为高炉的稳定高产创造了条件。

附图说明

图1为信号采集装置在冷却塔出口冲渣水温度控制系统的布置示意图。

图2为本发明的硬件结构原理框图。

图3为本发明的控制流程图。

图4是本发明提供的冷却塔出口冲渣水温度控制示意图。

图5为本发明的控制原理图。

图中，1：冷却塔塔体；2：入口冲渣水支管；3：出口冲渣水支管；4：入口热电阻（检测冷却塔入口冲渣水温度）；5：电磁流量计（检测冷却塔入口冲渣水体积流量）；6：出口热电阻（检测冷却塔出口冲渣水温度）；7：塔体热电阻（检测冷却塔所在环境温度）；8：冷却塔风机；9：冷却塔冲渣水；10：PLC控制器；11：监控计算机；12：变频柜；13：冷却塔入口冲渣水；14：冷却塔出口冲渣水。

具体实施方式

该控制方法所在的控制系统如图1、图2所示。一种高炉渣处理系统冷却塔出口冲渣水温度控制系统，所述冷却塔包括冷却塔塔体1、入口冲渣水支管2和出口冲渣水支管3，冷却塔塔体1的冲渣水入口接至入口冲渣水支管2，冷却塔塔体1的冲渣水出口接至出口冲渣水支管3，入口冲渣水支管2上接有入口检测装置，出口冲渣水支管3上接有出口检测装置，冷却塔塔体1上接有塔体检测装置；上述各检测装置通过PLC控制器10接至监控计算机11，PLC控制器10（其上装有记忆数据库）还与冷却塔风机8相连。

所述的系统，入口检测装置包括入口热电阻4和电磁流量计5。

所述的系统，出口检测装置包括出口热电阻6。

所述的系统，塔体检测装置包括塔体热电阻7。

所述的系统，PLC控制器10与冷却塔风机8之间还接有变频柜12。

本发明的控制方法，包括以下步骤：

①系统参数设置：冷却塔的散热面积；冷却塔的传热系数；冲渣水的比热容；冷却塔的热容；控制系统PLC的采样周期；冷却塔风机的功率比例常数；正常工作运行所要求的冷却塔出口冲渣水温度值时间序列，其中预设的正常工作运行所要求的冷却塔出口冲渣水温度值时间序列的第一个值是每个生产周期系统参数设置阶段检测装置所测量的冷却塔出口冲渣水温度实际值；预设冷却塔所在环境温度时间序列的第一个值，这个值是每个生产周期系统参数设置阶段检测装置所测量的冷却塔所在环境温度实际值；预设冷却塔风机转速时间序列的第一个值，这个值为0；预设冷却塔入口冲渣水温度值时间序列的第一个值，这个值是每个生产周期系统参数设置阶段检测装置所测量的冷却塔入口冲渣水温度实际值；将系统参数设置阶段预设的参数存储在PLC记忆数据库中。

②信号采集：实时采集冷却塔所在的环境温度、冷却塔入口冲渣水温度、冷却塔入口冲渣水体积流量，将实时信号采样值实时存储在PLC记忆数据库中；

③冷却塔出口冲渣水温度控制：通过系统参数设置和信号的实时采集，冷却塔风机从停止状态变为运行状态，经由式（1）：

$T_c\left(n{T}^{\′}\right)=T_c\left((n-1)T^{\′}\right)----\left(1\right)$

$\frac{{\mathrm{RK}}_I[n_L{\left(n{T}^{\′}\right)}^3-n_L{\left((n-1)T^{\′}\right)}^3]}{K_{P}R+1}(1-e^{\frac{-1-K_{P}R}{\mathrm{RC}}n{T}^{\′}})+$

$\frac{K_P\mathrm{R\Δ}{T}_i\left(n{T}^{\′}\right)}{K_{P}R+1}(1-e^{\frac{-1-K_{P}R}{\mathrm{RC}}n{T}^{\′}})+$

$\frac{\mathrm{\Δ}{T}_o\left(n{T}^{\′}\right)}{K_{P}R+1}(1-e^{\frac{-1-K_{P}R}{\mathrm{RC}}n{T}^{\′}})$

可以实时得出在当前生产周期的相应时间点冷却塔风机所应具有的转速值n_L(nT′)并将其实时存储在PLC记忆数据库中，控制系统实时控制冷却塔风机的实际转速值使其实时等于n_L(nT')，即系统自动调整冷却塔风机的转速达到控制冷却塔出口冲渣水温度按预设的时间序列运行的目的。

其中，n为控制系统PLC的采样周期序号，n≥1,为正整数，无单位；

T'为控制系统PLC的采样周期，单位为s；

T_o为冷却塔所在的环境温度值，单位为°C，由热电阻Pt100测得；

T_o(nT')为第n个采样周期冷却塔所在环境的温度值，单位为°C；

冷却塔所在环境温度时间序列为集合{T_o(0),T_o(T′),T_o(2T′),…,T_o(NT′),…}，T_o(0)为冷却塔所在环境温度时间序列的第一个值，N为自然数；

ΔT_o(nT')为第n个采样周期冷却塔所在环境的温度变化值，ΔT_o(nT')=T_o(nT')-T_o((n-1)T')；

T_c为冷却塔出口冲渣水温度值，同时也是冷却塔容器中液体的温度值，单位为°C，由热电阻Pt100测得；

T_c(nT')为第n个采样周期冷却塔出口冲渣水温度值，单位为°C；

冷却塔出口冲渣水温度值时间序列为集合{T_c(0),T_c(T′),T_c(2T′),…,T_c(NT′),…}，T_c(0)为冷却塔出口冲渣水温度值时间序列的第一个值，N为自然数；

ΔT_c(nT')为第n个采样周期冷却塔出口冲渣水温度变化值，ΔT_c(nT')=T_c(nT')-T_c((n-1)T')；

T_i为冷却塔入口冲渣水温度值，单位为°C，由热电阻Pt100测得；

T_i(nT')为第n个采样周期冷却塔入口冲渣水温度值，单位为°C；

冷却塔入口冲渣水温度值时间序列为集合{T_i(0),T_i(T′),T_i(2T′),…,T_i(NT′),…}，T_i(0)为冷却塔入口冲渣水温度值时间序列的第一个值，N为自然数；

ΔT_i(nT')为第n个采样周期冷却塔入口冲渣水温度变化值，ΔT_i(nT')=T_i(nT')-T_i((n-1)T')；

q为冷却塔入口冲渣水体积流量值，单位为m³/s，由电磁流量计测得；

C_p为冷却塔冲渣水的比热容（即单位体积物体改变单位温度时吸收或释放的热量），单位为J/m³°C；

K_p为冷却塔冲渣水的热量系数，K_p=qC_p；

K_r为冷却塔的传热系数，单位为W/m²°C；

A为冷却塔的散热面积，单位为m²；

R为冷却塔的热阻，

C为冷却塔的热容，单位为J/°C；

K_I为冷却塔风机的功率比例常数，单位为

n_L为冷却塔风机的转速值，单位为r/min；

n_L(nT')为第n个采样周期冷却塔风机的转速值，单位为r/min。

冷却塔风机转速时间序列为集合{n_L(0),n_L(T'),n_Li(2T′),…,n_L(NT′),…}，n_L(0)为冷却塔风机转速时间序列的第一个值，N为自然数；

④结束阶段控制：当系统执行完预设的正常工作运行所要求的冷却塔出口冲渣水温度值时间序列，即结束，冷却塔风机从运行状态变为停止状态，同时清除PLC记忆数据库中存储的内容；

⑤系统参数设置、信号采集、冷却塔出口冲渣水温度控制和结束阶段控制构成了冷却塔出口冲渣水温度控制系统的一个生产周期。

下面结合具体实例及附图对本发明做进一步说明。

图2为本发明的硬件结构原理框图，它包括信号采集装置、用于对信号采集装置采集的数据进行处理的控制器（本实施例中为PLC控制器，即可编程逻辑控制器）、用于控制冷却塔风机转速的执行机构、用于根据控制器处理的数据发出控制指令的监控装置（本实施例中为监控计算机），信号采集装置与控制器的输入端连接，控制器的输出端与执行机构连接，控制器的控制端与监控装置连接。所述的执行机构为断路器、接触器、变频器等常规控制器件，可设置在变频柜中。

图1为信号采集装置在冷却塔出口冲渣水温度控制系统的布置示意图，该系统包括冷却塔、冷却塔入口与冷却塔入口冲渣水支管相连，冷却塔出口与冷却塔出口冲渣水支管相连，冷却塔顶部安装有用于控制冷却塔出口冲渣水温度的冷却塔风机。信号采集装置包括设置在冷却塔入口检测冷却塔入口冲渣水温度的入口热电阻和检测冷却塔入口冲渣水体积流量的电磁流量计、设置在冷却塔外侧检测冷却塔所在环境温度的塔体热电阻、设置在冷却塔出口检测冷却塔出口冲渣水温度的出口热电阻。

图5为本发明的控制原理图。下面结合图5对本发明设计的原理进行分析：

根据工艺控制要求，如果要达到较好的冲渣效果，就需要使冷却塔出口冲渣水温度按正常工作运行所要求的冷却塔出口冲渣水温度值时间序列运行。通过建立该控制系统的模型实现其控制方法。首先，定义如下变量：

n为控制系统PLC的采样周期序号，n≥1,为正整数，无单位；

T'为控制系统PLC的采样周期，单位为s；

T_o为冷却塔所在的环境温度值，单位为°C，由热电阻Pt100测得；

T_o(nT')为第n个采样周期冷却塔所在环境的温度值，单位为°C；

ΔT_o(nT')为第n个采样周期冷却塔所在环境的温度变化值，ΔT_o(nT')=T_o(nT')-T_o((n-1)T')；

T_c为冷却塔出口冲渣水温度值，同时也是冷却塔容器中液体的温度值，单位为°C，由热电阻Pt100测得；

T_c(nT')为第n个采样周期冷却塔出口冲渣水温度值，单位为°C；

ΔT_c(nT')为第n个采样周期冷却塔出口冲渣水温度变化值，ΔT_c(nT')=T_c(nT')-T_c((n-1)T')；

T_i为冷却塔入口冲渣水温度值，单位为°C，由热电阻Pt100测得；

T_i(nT')为第n个采样周期冷却塔入口冲渣水温度值，单位为°C；

ΔT_i(nT')为第n个采样周期冷却塔入口冲渣水温度变化值，ΔT_i(nT')=T_i(nT')-T_i((n-1)T')；

q为冷却塔入口冲渣水体积流量值，单位为m³/s，由电磁流量计测得；

C_p为冷却塔冲渣水的比热容（即单位体积物体改变单位温度时吸收或释放的热量），单位为J/m³°C；

K_p为冷却塔冲渣水的热量系数，K_p＝qC_p；

K_r为冷却塔的传热系数，单位为W/m²°C；

A为冷却塔的散热面积，单位为m²；

R为冷却塔的热阻，

C为冷却塔的热容（即物体在某一过程中，每升高或降低单位温度时从外界吸收或放出的热量），单位为J/°C；

K_I为冷却塔风机的功率比例常数，单位为

n_L为冷却塔风机的转速，单位为r/min；

n_L(nT')为第n个采样周期冷却塔风机的转速值，单位为r/min；

q_i为基于冷却塔的热流量输出，也即冷却塔风机的输出功率，单位为J/s；

q_i(nT')为第n个采样周期基于冷却塔的热流量输出值，单位为J/s；

Δq_i(nT')为第n个采样周期基于冷却塔的热流量输出变化值，Δq_i(nT')=Δq_i(nT')-Δq_i((n-1)T')；

冷却塔出口冲渣水温控制系统的输入输出热流量有：①基于冷却塔的散出热流量q_i，也即冷却塔风机的输出功率；②流入冷却塔的冲渣水所携带的热流量qC_PT_i，③流出冷却塔的液体将qC_PT_c的热流量带出；③冷却塔向四周环境散发热流量，散发的热流量与冷却塔的散热表面积(A，单位为m²)、冷却塔的传热系数(K_r，单位为W/m²°C)以及冷却塔内外温差成正比。

热流量（热流）是指当一定面积的物体两侧存在温差时，单位时间内由导热、对流、辐射方式通过该物体所传递的热量。通过物体的热流量与两侧温度差成正比，与厚度成反比，并与材料的导热性能有关,单位为J/s。

根据能量动态平衡关系，即单位时间内进入冷却塔的热流量与单位时间内流出冷却塔的热流量之差等于冷却塔内热流量储存的变化率，可得

$-q_i+q{C}_P{T}_i-q{C}_P{T}_c-K_{r}A(T_c-T_o)=C\frac{d{T}_c}{\mathrm{dt}}---\left(2\right)$

将式（2）写成增量形式，则有

$-\mathrm{\Δ}{q}_i+q{C}_P\mathrm{\Δ}{T}_i-q{C}_P\mathrm{\Δ}{T}_c-K_{i}A(\mathrm{\Δ}{T}_c-\mathrm{\Δ}{T}_o)=C\frac{\mathrm{d\Δ}{T}_c}{\mathrm{dt}}$

对式(3)整理并进行拉普拉斯变换后可得

$T_c\left(s\right)=-\frac{\frac{R}{K_{P}R+1}}{\frac{R}{K_{P}R+1}\mathrm{Cs}+1}{Q}_i\left(s\right)+\frac{\frac{K_{P}R}{K_{P}R+1}}{\frac{R}{K_{P}R+1}\mathrm{Cs}+1}{T}_i\left(s\right)+\frac{\frac{1}{K_{P}R+1}}{\frac{R}{K_{P}R+1}\mathrm{Cs}+1}{T}_o\left(s\right)---\left(4\right)$

T_c(s)是T_c的拉普拉斯变换，Q_i(s)是q_i的拉普拉斯变换，T_i(s)是T_i的拉普拉斯变换，T_o(s)是T_o的拉普拉斯变换。

由于控制系统PLC是一个离散控制系统，对式(4)进行Z变换，也就是将式(4)中的s进行如下变换：

$s=\frac{1}{T}\mathrm{InZ}---\left(5\right)$

再进行Z反变换可得，

$\mathrm{\Δ}{T}_c\left(n{T}^{\′}\right)=-\frac{\mathrm{R\Δ}{q}_i\left(n{T}^{\′}\right)}{K_{P}R+1}(1-e^{\frac{-1-K_{P}R}{\mathrm{RC}}n{T}^{\′}})+\frac{K_P\mathrm{R\Δ}{T}_i\left(n{T}^{\′}\right)}{K_{P}R+1}(1-e^{\frac{-1-K_{P}R}{\mathrm{RC}}n{T}^{\′}})+\frac{\mathrm{\Δ}{T}_o\left(n{T}^{\′}\right)}{K_{P}R+1}(1-e^{\frac{-1-K_{P}R}{\mathrm{RC}}n{T}^{\′}})---\left(6\right)$

因式（7）

ΔT_c(nT′)＝T_c(nT′)-T_c((n-1)T')            （7)

可得式（8）

$T_c\left(n{T}^{\′}\right)=T_c\left((n-1)T^{\′}\right)-\frac{\mathrm{R\Δ}{q}_i\left(n{T}^{\′}\right)}{K_{P}R+1}(1-e^{\frac{-1-K_{P}R}{\mathrm{RC}}n{T}^{\′}})+\frac{K_P\mathrm{R\Δ}{T}_i\left(n{T}^{\′}\right)}{K_{P}R+1}(1-e^{\frac{-1-K_{P}R}{\mathrm{RC}}n{T}^{\′}})+\frac{\mathrm{\Δ}{T}_o\left(n{T}^{\′}\right)}{K_{P}R+1}(1-e^{\frac{-1-K_{P}R}{\mathrm{RC}}n{T}^{\′}})---\left(8\right)$

又因风机负载的输出功率与转速的立方成正比，可得式（9）

Δq_i(nT')＝K_I[n_L(nT′)³-n_L((n-1)T')³]       （9)

综合式（8）、（9）可得式（10）

$T_c\left(n{T}^{\′}\right)=T_c\left((n-1)T^{\′}\right)----\left(10\right)$

$\frac{{\mathrm{RK}}_I[n_L{\left(n{T}^{\′}\right)}^3-n_L{\left((n-1)T^{\′}\right)}^3]}{K_{P}R+1}(1-e^{\frac{-1-K_{P}R}{\mathrm{RC}}n{T}^{\′}})+$

$\frac{K_P\mathrm{R\Δ}{T}_i\left(n{T}^{\′}\right)}{K_{P}R+1}(1-e^{\frac{-1-K_{P}R}{\mathrm{RC}}n{T}^{\′}})+$

$\frac{\mathrm{\Δ}{T}_o\left(n{T}^{\′}\right)}{K_{P}R+1}(1-e^{\frac{-1-K_{P}R}{\mathrm{RC}}n{T}^{\′}})$

图3为本发明的控制流程图。下面结合图3对本发明的控制步骤进行分析：

①系统参数设置：冷却塔的散热面积；冷却塔的传热系数；冲渣水的比热容；冷却塔的热容；控制系统PLC的采样周期；冷却塔风机的功率比例常数；正常工作运行所要求的冷却塔出口冲渣水温度值时间序列，其中预设的正常工作运行所要求的冷却塔出口冲渣水温度值时间序列的第一个值是每个生产周期系统参数设置阶段检测装置所测量的冷却塔出口冲渣水温度实际值；预设冷却塔所在环境温度时间序列的第一个值，这个值是每个生产周期系统参数设置阶段检测装置所测量的冷却塔所在环境温度实际值；预设冷却塔风机转速时间序列的第一个值，这个值为0；预设冷却塔入口冲渣水温度值时间序列的第一个值，这个值是每个生产周期系统参数设置阶段检测装置所测量的冷却塔入口冲渣水温度实际值；将系统参数设置阶段预设的参数存储在PLC记忆数据库中。

②信号采集：实时采集冷却塔所在的环境温度、冷却塔入口冲渣水温度、冷却塔入口冲渣水体积流量，将实时信号采样值实时存储在PLC记忆数据库中；

③冷却塔出口冲渣水温度控制：通过系统参数设置和信号的实时采集，冷却塔风机从停止状态变为运行状态，经由式（11）：

$T_c\left(n{T}^{\′}\right)=T_c\left((n-1)T^{\′}\right)----\left(11\right)$

$\frac{{\mathrm{RK}}_I[n_L{\left(n{T}^{\′}\right)}^3-n_L{\left((n-1)T^{\′}\right)}^3]}{K_{P}R+1}(1-e^{\frac{-1-K_{P}R}{\mathrm{RC}}n{T}^{\′}})+$

$\frac{K_P\mathrm{R\Δ}{T}_i\left(n{T}^{\′}\right)}{K_{P}R+1}(1-e^{\frac{-1-K_{P}R}{\mathrm{RC}}n{T}^{\′}})+$

$\frac{\mathrm{\Δ}{T}_o\left(n{T}^{\′}\right)}{K_{P}R+1}(1-e^{\frac{-1-K_{P}R}{\mathrm{RC}}n{T}^{\′}})$

可以实时得出在当前生产周期的相应时间点冷却塔风机所应具有的转速值n_L(nT′)并将其实时存储在PLC记忆数据库中，控制系统实时控制冷却塔风机的实际转速值使其实时等于n_L(nT)。

其中，n为控制系统PLC的采样周期序号，n≥1,为正整数，无单位；

T'为控制系统PLC的采样周期，单位为s；

T_o为冷却塔所在的环境温度值，单位为°C，由热电阻Pt100测得；

T_o(nT')为第n个采样周期冷却塔所在环境的温度值，单位为°C；

冷却塔所在环境温度时间序列为集合{T_o(0),T_o(T′),T_o(2T′),…,T_o(NT′),…}，T_o(0)为冷却塔所在环境温度时间序列的第一个值，N为自然数；

ΔT_o(nT')为第n个采样周期冷却塔所在环境的温度变化值，ΔT_o(nT')=T_o(nT')-T_o((n-1)T')；

T_c为冷却塔出口冲渣水温度值，同时也是冷却塔容器中液体的温度值，单位为°C，由热电阻Pt100测得；

T_c(nT')为第n个采样周期冷却塔出口冲渣水温度值，单位为°C；

冷却塔出口冲渣水温度值时间序列为集合{T_c(0),T_c(T′),T_c(2T′),…,T_c(NT′),…}，T_c(0)为冷却塔出口冲渣水温度值时间序列的第一个值，N为自然数；

ΔT_c(nT')为第n个采样周期冷却塔出口冲渣水温度变化值，ΔT_c(nT')=T_c(nT')-T_c((n-1)T')；

T_i为冷却塔入口冲渣水温度值，单位为°C，由热电阻Pt100测得；

T_i(nT')为第n个采样周期冷却塔入口冲渣水温度值，单位为°C；

冷却塔入口冲渣水温度值时间序列为集合{T_i(0),T_i(T′),T_i(2T′),…,T_i(NT′),…}，T_i(0)为冷却塔入口冲渣水温度值时间序列的第一个值，N为自然数；

ΔT_i(nT')为第n个采样周期冷却塔入口冲渣水温度变化值，ΔT_i(nT')=T_i(nT')-T_i((n-1)T')；

q为冷却塔入口冲渣水体积流量，单位为m³/s，由电磁流量计测得；

C_p为冷却塔冲渣水的比热容（即单位体积物体改变单位温度时吸收或释放的热量），单位为J/m³°C；

K_p为冷却塔冲渣水的热量系数，K_p＝qC_p；

K_r为冷却塔的传热系数，单位为W/m²°C；

A为冷却塔的散热面积，单位为m²;

R为冷却塔的热阻，

C为冷却塔的热容（即物体在某一过程中，每升高或降低单位温度时从外界吸收或放出的热量），单位为J/°C；

K_I为冷却塔风机的功率比例常数，单位为

n_L为冷却塔风机的转速值，单位为r/min；

n_L(nT')为第n个采样周期冷却塔风机的转速值，单位为r/min；

冷却塔风机转速时间序列为集合{n_L(0),n_L(T'),n_Li(2T′),…,n_L(NT′),…}，n_L(0)为冷却塔风机转速时间序列的第一个值，N为自然数；

④结束阶段控制：当系统执行完预设的正常工作运行所要求的冷却塔出口冲渣水温度值时间序列，即结束，冷却塔风机从运行状态变为停止状态，同时清除PLC记忆数据库中存储的内容；

⑤系统参数设置、信号采集、冷却塔出口冲渣水温度控制和结束阶段控制构成了冷却塔出口冲渣水温度控制系统的一个生产周期。

Claims (9)

1.一种高炉渣处理系统冷却塔出口冲渣水温度的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1）对冲渣水温度的系统参数进行设置，将设置的参数存储在PLC记忆数据库中；

S2）实时采集高炉冷却塔的各项信号参数，将实时信号采样值实时存储在PLC记忆数据库中；

S3）根据系统参数设置和信号实时采集得到的各项参数，通过调整冷却塔风机的转速，对冷却塔出口冲渣水的温度进行控制；

S4）当系统执行完一个生产周期所预设的正常工作运行所要求的冷却塔出口冲渣水温度值时间序列，将冷却塔风机从运行状态变为停止状态，同时清除PLC记忆数据库中存储的内容；

S5）转回步骤S1，进行下一个生产周期的冲渣水温度的控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1初始化的参数包括：冷却塔的散热面积、冷却塔的传热系数、冲渣水的比热容、冷却塔的热容、控制系统PLC的采样周期和冷却塔风机的功率比例常数；正常工作运行所要求的冷却塔出口冲渣水温度值时间序列，其中预设的正常工作运行所要求的冷却塔出口冲渣水温度值时间序列的第一个值是每个生产周期系统参数设置阶段检测装置所测量的冷却塔出口冲渣水温度实际值；预设冷却塔所在环境温度时间序列的第一个值，这个值是每个生产周期系统参数设置阶段检测装置所测量的冷却塔所在环境温度实际值；预设冷却塔风机转速时间序列的第一个值，这个值为0；

预设冷却塔入口冲渣水温度值时间序列的第一个值，这个值是每个生产周期系统参数设置阶段检测装置所测量的冷却塔入口冲渣水温度实际值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S2采集的参数包括：冷却塔所在的环境温度、冷却塔入口冲渣水温度、冷却塔入口冲渣水体积流量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S3的控制方法包括：

根据系统参数设置和信号实时采集得到的各项参数，冷却塔风机从停止状态变为运行状态并依据下式实时得出在当前生产周期的相应时间点冷却塔风机所应具有的转速值n_L(nT)，并将其实时存储在PLC记忆数据库中：

$T_c\left(n{T}^{\′}\right)=T_c\left((n-1)T^{\′}\right)-$

$\frac{{\mathrm{RK}}_I[n_L{\left(n{T}^{\′}\right)}^3-n_L{\left((n-1)T^{\′}\right)}^3]}{K_{P}R+1}(1-e^{\frac{-1-K_{P}R}{\mathrm{RC}}n{T}^{\′}})+$

$\frac{K_P\mathrm{R\Δ}{T}_i\left(n{T}^{\′}\right)}{K_{P}R+1}(1-e^{\frac{-1-K_{P}R}{\mathrm{RC}}n{T}^{\′}})+$

$\frac{\mathrm{\Δ}{T}_o\left(n{T}^{\′}\right)}{K_{P}R+1}(1-e^{\frac{-1-K_{P}R}{\mathrm{RC}}n{T}^{\′}})$

其中，n为控制系统PLC的采样周期序号，n≥1,为正整数；

T'为控制系统PLC的采样周期；

T_o为冷却塔所在的环境温度值；

T_o(nT')为第n个采样周期冷却塔所在环境的温度值；

冷却塔所在环境温度时间序列为集合{T_o(0),T_o(T′),T_o(2T′),…,T_o(NT′),…}，T_o(0)为冷却塔所在环境温度时间序列的第一个值，N为自然数；

ΔT_o(nT')为第n个采样周期冷却塔所在环境的温度变化值；

T_c为冷却塔出口冲渣水温度值，同时也是冷却塔容器中液体的温度值；

T_c(nT')为第n个采样周期冷却塔出口冲渣水温度值；

冷却塔出口冲渣水温度值时间序列为集合{T_c(0),T_c(T′),T_c(2T′),…,T_c(NT′),…}，T_c(0)为冷却塔出口冲渣水温度值时间序列的第一个值，N为自然数；

ΔT_c(nT')为第n个采样周期冷却塔出口冲渣水温度变化值；

T_i为冷却塔入口冲渣水温度值；

T_i(nT')为第n个采样周期冷却塔入口冲渣水温度值；

冷却塔入口冲渣水温度值时间序列为集合{T_i(0),T_i(T′),T_i(2T′),…,T_i(NT′),…}，T_i(0)为冷却塔入口冲渣水温度值时间序列的第一个值，N为自然数；

ΔT_i(nT')为第n个采样周期冷却塔入口冲渣水温度变化值；

K_p为冷却塔冲渣水的热量系数；

R为冷却塔的热阻；

C为冷却塔的热容；

K_I为冷却塔风机的功率比例常数；

n_L为冷却塔风机的转速值；

n_L(nT')为第n个采样周期冷却塔风机的转速值；

冷却塔风机转速时间序列为集合{n_L(0),n_L(T'),n_Li(2T′),…,n_L(NT′),…}，n_L(0)为冷却塔风机转速时间序列的第一个值，N为自然数；

依据当前生产周期的相应时间点冷却塔风机所应具有的转速值n_L(nT′)，控制系统实时控制冷却塔风机的实际转速值使其实时等于n_L(nT′)。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，第n个采样周期冷却塔所在环境的温度变化值ΔT_o(nT')的计算公式为：ΔT_o(nT')=T_o(nT')-T_o((n-1)T')。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，第n个采样周期冷却塔出口冲渣水温度变化值ΔT_c(nT')的计算公式为：ΔT_c(nT')=T_c(nT′)-T_c((n-1)T′)。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，第n个采样周期冷却塔入口冲渣水温度变化值ΔT_i(nT')的计算公式为：ΔT_i(nT')=T_i(nT')-T_i((n-1)T′)。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，冷却塔冲渣水的热量系数K_p的计算公式为：K_p=qC_p，q为冷却塔入口冲渣水体积流量值，C_p为冷却塔冲渣水的比热容。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，冷却塔的热阻R的计算公式为：

K_r为冷却塔的传热系数，A为冷却塔的散热面积。

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