CN103451339A - 串罐无料钟炉顶的料罐称重差压模糊补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明利用了料罐一次均压和二次均压过程中实时采集的压力和料罐称重数据对料罐称重压差补偿系数进行在线模糊建模，获得炉顶压力与料罐压力之差跟料罐称重压差补偿系数之间的非线性物理关系，所得串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿系数的计算模型可以有效解决高炉外围因素造成的压差补偿系数发生漂移的技术问题；将基于在线过程数据的串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿系数的计算模型应用于料罐卸料过程中料重差压补偿值在线计算环节，确保了重量法布料过程的准确控制，使得高炉无料钟布料系统能够稳定、均匀、精确地控制布料流量，显著提高高炉炼铁的冶炼水平，完全适应高炉生产过程的时变特性。

Description

串罐无料钟炉顶的料罐称重差压模糊补偿方法

技术领域

本发明属于无料钟炉顶的高炉炼铁技术领域，尤其涉及一种串罐无料钟炉顶的料罐称重差压模糊补偿方法。

背景技术

随着冶炼技术的发展，当前高炉普遍采用无料钟炉顶进行布料，有串罐无料钟、并罐无料钟、三罐无料钟以及双钟四阀型等。其中串罐无料钟占有主导地位，目前在建大型高炉上，基本上都采用串罐无料钟系统的装料工艺。为了提高高炉冶炼效率，对布料的精细化技术要求也越来越高。由于高炉炉顶恶劣的生产环境和仪表设备安装条件的限制，使得无料钟炉顶称量检测成为本领域内的一个技术难题。

高炉炉顶重量法布料已经成为高炉布料技术的应用趋势，而且重量法布料的前提条件就是料罐称的准确称量。高炉在正常生产时炉顶压力会处于1.5～2.5公斤的高压状态，料罐在炉顶压力的作用下受到一个向上的浮力，并且炉顶压力波动也会引起浮力波动，因此必须采用差压补偿系统来补偿炉顶压力对料罐称重值的影响。

目前常用的称量差压补偿方法为线性补偿方法，这种方法不能对线性补偿系数进行实时修正，不能持续保证料罐称重值的准确性和稳定性。在公开号为CN101985669A、发明名称为《炉顶料罐称重的差压补偿自修正方法》的发明专利中，描述了一种以周期记忆的补偿方法来校正称量差压补偿系数的方法，尽管该方法能够有效解决高炉外围因素造成的线性补偿系数漂移的技术问题，但生产实践表明，该方法对于“坏点”测量数据的敏感度过大，当由于恶劣工况造成炉顶压力或者料罐称量值严重不准时往往会造成自修正线性补偿系数的波动，并且没有“坏点”数据的去除机制，使得这些数据可能一直影响后面的自修正结果，存在自修正结果进一步恶化的隐患。平稳顺行是高炉生产的关键技术指标，应该尽量避免因为线性补偿系数的剧烈波动而引起的工况波动。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种串罐无料钟炉顶的料罐称重差压模糊补偿方法，有效解决高炉外围因素造成的压差补偿系数发生漂移的技术问题。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种串罐无料钟炉顶的料罐称重差压模糊补偿方法，其特征在于：它包括以下步骤：

1）当本次料罐装料完毕时，读取高炉槽下称量测量系统的料重槽下称量值W_槽下；

2）在料罐一次均压和二次均压过程中分批次读取n组料重称量值W_i、炉顶压力P_i和料罐压力值T_i，其中i为料罐一次均压和二次均压过程中分批次读取数据的第i组；

3）依据分批次读取的n组过程数据来建立压差补偿系数的模糊推理规则：

IF(△P–(P₁-T₁))is F₁and(△P–(P₂-T₂))is F₂,and…,and(△P–(P_n-T_n))is F_n，

其中，△P为炉顶压力与料罐压力之差；K(△P)为炉顶压力与料罐压力之差为△P时的料罐称重差压补偿系数；F_i为(△P–(P_i-T_i))对应的模糊子集，包括正P和负N两个语言值，当F_i为正P时，对应的

前取+号，当F_i为负N时，对应的

前取-号，因此上述模糊推理规则有2ⁿ条；

4）对于步骤3）中获得的2ⁿ条模糊推理规则，定义广义输入变量x_i：

x_i=△P–(P_i-T_i)；

然后取广义输入变量x_i对应的模糊集合正P和负N的模糊隶属函数分别为μ_P(x_i)和μ_N(x_i)：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\μ}}_P\left(x_i\right)=e^{-\frac{1}{2}{(x_i-k_i)}^2}\\ {\mathrm{\μ}}_N\left(x_i\right)=e^{-\frac{1}{2}{(x_i+k_i)}^2}\end{array}\right.;$

式中，k_i为大于等于0的常数；

5）利用步骤3）中获得的2ⁿ条模糊推理规则和步骤4）中定义的广义输入变量x_i及模糊集合对应的模糊隶属函数μ_P(x_i)和μ_N(x_i)，得到如下串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿系数的计算模型：

其中e为指数函数；

6）在料罐卸料过程中，周期性读取炉顶压力变送器、料罐压力变送器和料重称重变送器实时发送的信号值P_炉顶、T_料罐和W_称量，计算炉顶压力与料罐压力之差△P=P_炉顶-T_料罐，依据步骤5）中得到的串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿系数的计算模型求取炉顶压力与料罐压力之差为△P时的料罐称重差压补偿系数K(△P)；

7）动态计算料罐卸料过程中料重差压补偿值：

W_料重=W_称量+K(ΔP)×ΔP-W_净重-k×Δx；

其中，W_料重为料重差压补偿后的物料重量值，W_净重为串罐无料钟料罐本身重量，k为附属在罐体上弹簧的弹性模量，Δx为附属在罐体上弹簧的形变量，在布料过程中Δx值保持不变；

将差压补偿后的W_料重发送给炉顶料罐布料控制系统，用于高炉的重量法布料；

8）料罐布料完毕，等待下一次料罐装料。

本发明的有益效果为：

1、本发明充分利用了料罐一次均压和二次均压过程中实时采集的压力和料罐称重数据对料罐称重压差补偿系数进行在线模糊建模，获得炉顶压力与料罐压力之差跟料罐称重压差补偿系数之间的非线性物理关系，所得串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿系数的计算模型可以有效解决高炉外围因素造成的压差补偿系数发生漂移的技术问题。

2、将基于在线过程数据的串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿系数的计算模型应用于料罐卸料过程中料重差压补偿值在线计算环节，确保了重量法布料过程的准确控制，使得高炉无料钟布料系统能够稳定、均匀、精确地控制布料流量，显著提高高炉炼铁的冶炼水平，完全适应高炉生产过程的时变特性。

附图说明

图1为本发明一实施例的方法流程图。

图2为本发明一个实施例的硬件系统组成结构图。

图3为本发明一个实施例的高炉炉顶料罐称重的差压补偿曲线示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明一实施例的方法流程图，它包括以下步骤：

1）当本次料罐装料完毕时，读取高炉槽下称量测量系统的料重槽下称量值W_槽下；由于炉顶压力和料罐内部压力之间存在压力差，使得由料罐称重传感器实时给出的料重称量值失真，对于串罐无料钟炉顶可以借助高炉槽下称量测量系统系统的料重槽下称量值W_槽下来表示本次料罐装料完毕后料罐中的真实料重。

2）在料罐一次均压和二次均压过程中分批次读取n组料重称量值W_i、炉顶压力P_i和料罐压力值T_i，其中i为料罐一次均压和二次均压过程中分批次读取数据的第i组；

3）依据分批次读取的n组过程数据来建立压差补偿系数的模糊推理规则：

IF(△P–(P₁-T₁))is F₁and(△P–(P₂-T₂))is F₂,and…,and(△P–(P_n-T_n))is F_n，

其中，△P为炉顶压力与料罐压力之差；K(△P)为炉顶压力与料罐压力之差为△P时的料罐称重差压补偿系数；F_i为(△P–(P_i-T_i))对应的模糊子集，包括正P和负N两个语言值，当F_i为正P时，对应的

前取+号，当F_i为负N时，对应的

前取-号，因此上述模糊推理规则有2ⁿ条；

4）对于步骤3）中获得的2ⁿ条模糊推理规则，定义广义输入变量x_i：

x_i=△P–(P_i-T_i)；

然后取广义输入变量x_i对应的模糊集合正P和负N的模糊隶属函数分别为μ_P(x_i)和μ_N(x_i)：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\μ}}_P\left(x_i\right)=e^{-\frac{1}{2}{(x_i-k_i)}^2}\\ {\mathrm{\μ}}_N\left(x_i\right)=e^{-\frac{1}{2}{(x_i+k_i)}^2}\end{array}\right.;$

式中，k_i为大于等于0的常数；

5）利用步骤3）中获得的2ⁿ条模糊推理规则和步骤4）中定义的广义输入变量x_i及模糊集合对应的模糊隶属函数μ_P(x_i)和μ_N(x_i)，得到如下串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿系数的计算模型：

其中e为指数函数；

6）在料罐卸料过程中，PLC控制器周期性读取炉顶压力变送器、料罐压力变送器和料重称重变送器实时发送的信号值P_炉顶、T_料罐和W_称量，计算炉顶压力与料罐压力之差△P=P_炉顶-T_料罐，依据步骤5）中得到的串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿系数的计算模型求取炉顶压力与料罐压力之差为△P时的料罐称重差压补偿系数K(△P)；

7）动态计算料罐卸料过程中料重差压补偿值：

W_料重=W_称量+K(ΔP)×ΔP-W_净重-k×Δx；

其中，W_料重为料重差压补偿后的物料重量值，W_净重为串罐无料钟料罐本身重量，k为附属在罐体上弹簧的弹性模量，Δx为附属在罐体上弹簧的形变量，在布料过程中Δx值保持不变；

将差压补偿后的W_料重发送给炉顶料罐布料控制系统，用于高炉的重量法布料；

8）料罐布料完毕，等待下一次料罐装料。

经过上述步骤，实现了对串罐无料钟炉顶的料罐称重差压模糊补偿。

图2是本发明一实施例的硬件系统组成结构图，由PLC控制器、炉定压力变送器、料罐压力变送器、料罐称重传感器、槽下称重传感器以及上位机组成。所述PLC控制器接收从现场的称重传感器和压力变送器发送过来的过程数据，根据本发明方法进行数据分析和在线计算，持续地提供准确的料罐称重差压补偿系数，同时将实时的料罐称重差压补偿系数存储于PLC控制器的记忆数据库中，同时在上位机中显示。炉顶压力变送器，用于实时测量高炉炉顶压力值；料罐压力变送器用于实时测量PW型串罐无料钟炉顶下料罐内部压力值；料罐称重传感器用于实时测量PW型串罐无料钟炉顶下料罐重量值；槽下称重传感器用于测取高炉槽下系统每一次向料罐装料的物料重量值。

本实施例公开的某高炉有效容积为2000m³，年平均利用系数为2.5，年工作日为350天，年生铁产量为175万吨，上料方式为皮带上料，高炉炉顶采用PW型串罐无料钟炉顶，上、下料管有效容积为45m³，料罐均压采用半净高炉煤气一次均压和氮气二次均压。由上料罐、下料罐、上密封、下密封、下料闸、溜槽、均压、放散等主要设备构成，其中下料罐装有料罐称，用来称量下料罐实称重，以实现重量法布料。槽下上料系统采用皮带上料方式，主要由供焦皮带、供矿皮带和上料主皮带、返矿皮带、振动筛以及料仓等构成。整个高炉上料的工艺控制流程为：当炉顶发出要料信号，由放矿指针和放焦指针给出放矿和放焦指令，选中的矿仓或焦仓开始按设定的次序依次放料，当第一个被选中的料仓开始放料时，程序发出料头信号，当最后一个被选中的料仓放空料时，程序发出料尾信号。当料头和料尾在供矿皮带或者供焦皮带上得延时走完时，发出料头和料尾在上料罐的信号，此时发出上料罐有料信号。当下料罐放完一批料发出料空信号时，打开均压放散阀对料罐卸压，随后开启上密封阀及上料阀，将上料罐中的炉料装入下料罐。装料完毕，关闭上料阀、上密封阀和均压放散阀，并向下料罐均压。探尺探料降至规定料线深度，提升到位后，打开下密封阀及下料闸，用下料闸的开度大小来控制料流速度，炉料由布料溜槽每布一批料，其起始角较前批料的起始角度步进60度。整个过程的无限循环即完成高炉的装、布料动作。

本实施例在实现对串罐无料钟炉顶的料罐称重差压模糊补偿过程中，其进行一次和二次均压过程中采集的30组过程数据分布如图3所示，可以看出料罐实际重量与炉顶称重系统称量值之间的插值与差压值之间的非线性物理关系可以很清楚的表示出来。在压差值的不同区段，差压补偿系数是不同的，本发明方法可以较好的利用串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿系数的计算模型实现对串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿，有效解决高炉外围因素造成的差压补偿系数发生漂移的技术问题，减少了高炉炉顶压力对料罐称重的影响，实现料罐高压力下的精确重量测量，确保了重量法布料过程的准确控制，使得高炉无料钟布料系统能够稳定、均匀、精确地控制布料流量，显著提高高炉炼铁的冶炼水平。

以上实施例仅用于说明本发明的计算思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种串罐无料钟炉顶的料罐称重差压模糊补偿方法，其特征在于：它包括以下步骤：

1）当本次料罐装料完毕时，读取高炉槽下称量测量系统的料重槽下称量值W_槽下；

2）在料罐一次均压和二次均压过程中分批次读取n组料重称量值W_i、炉顶压力P_i和料罐压力值T_i，其中i为料罐一次均压和二次均压过程中分批次读取数据的第i组；

3）依据分批次读取的n组过程数据来建立压差补偿系数的模糊推理规则：

IF(△P–(P₁-T₁))is F₁and(△P–(P₂-T₂))is F₂,and…,and(△P–(P_n-T_n))is F_n，

其中，△P为炉顶压力与料罐压力之差；K(△P)为炉顶压力与料罐压力之差为△P时的料罐称重差压补偿系数；F_i为(△P–(P_i-T_i))对应的模糊子集，包括正P和负N两个语言值，当F_i为正P时，对应的

前取+号，当F_i为负N时，对应的

前取-号，因此上述模糊推理规则有2ⁿ条；

4）对于步骤3）中获得的2ⁿ条模糊推理规则，定义广义输入变量x_i：

x_i=△P–(P_i-T_i)；

然后取广义输入变量x_i对应的模糊集合正P和负N的模糊隶属函数分别为μ_P(x_i)和μ_N(x_i)：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\μ}}_P\left(x_i\right)=e^{-\frac{1}{2}{(x_i-k_i)}^2}\\ {\mathrm{\μ}}_N\left(x_i\right)=e^{-\frac{1}{2}{(x_i+k_i)}^2}\end{array}\right.;$

式中，k_i为大于等于0的常数；

5）利用步骤3）中获得的2ⁿ条模糊推理规则和步骤4）中定义的广义输入变量x_i及模糊集合对应的模糊隶属函数μ_P(x_i)和μ_N(x_i)，得到如下串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿系数的计算模型：

其中e为指数函数；

6）在料罐卸料过程中，周期性读取炉顶压力变送器、料罐压力变送器和料重称重变送器实时发送的信号值P_炉顶、T_料罐和W_称量，计算炉顶压力与料罐压力之差△P=P_炉顶-T_料罐，依据步骤5）中得到的串罐无料钟炉顶的料罐称重差压补偿系数的计算模型求取炉顶压力与料罐压力之差为△P时的料罐称重差压补偿系数K(△P)；

7）动态计算料罐卸料过程中料重差压补偿值：

W_料重=W_称量+K(ΔP)×ΔP-W_净重-k×Δx；

其中，W_料重为料重差压补偿后的物料重量值，W_净重为串罐无料钟料罐本身重量，k为附属在罐体上弹簧的弹性模量，Δx为附属在罐体上弹簧的形变量，在布料过程中Δx值保持不变；

将差压补偿后的W_料重发送给炉顶料罐布料控制系统，用于高炉的重量法布料；

8）料罐布料完毕，等待下一次料罐装料。

Images