CN103993108B - 一种高炉渣处理系统吸水井液位测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供高炉渣处理系统吸水井液位测量方法，建立补水阀体积流量引起吸水井液位变化量的模糊推理模型，并计算补水阀体积流量引起吸水井液位变化量；建立渣处理水循环系统损失体积流量引起吸水井液位变化量的模糊推理模型，并计算渣处理水循环系统损失体积流量引起吸水井液位变化量；获取吸水井液位变化总量的计算公式。本发明适合高炉炼铁的复杂恶劣工况，在液位计发生故障时能够为粒化供水泵控制系统提供准确的吸水井液位信号，保证了高炉渣处理系统的平稳运行，提高了当前高炉炼铁生产自动化水平。

Description

一种高炉渣处理系统吸水井液位测量方法

技术领域

本发明属于高炉炼铁领域，尤其涉及一种高炉渣处理系统吸水井液位测量方法。

背景技术

冶金行业中，高炉炼铁工艺过程占钢铁企业总能耗的70％，是钢铁企业的耗能大户且能源利用效率低，因此其节能减排的潜力巨大。众所周知，高炉的平稳顺行是高炉炼铁生产过程中的关键环节，而渣处理环节是高炉大系统中具有节能减排潜力的关键环节。渣处理系统按照脱水方式分为：1)沉淀池法；2)转鼓脱水法；3)渣池过滤法；4)明特法。其中，明特法具有设备紧凑、占地空间小、故障率低、污染少、投资成本低，对特殊情况下产生的高温渣及大块渣具有较好的处理能力等优点，因而被新建高炉渣处理系统广泛采用。熔渣在铁水分离后，经过熔渣沟进入粒化区，由冲制箱喷射出来水流将熔渣粒化冷却。

在粒化供水泵控制系统中，供水泵起动的联锁条件是吸水井液位必须大于一定的数值，此时方能起动供水泵，这也避免了水泵抽空气，继而保护了水泵。这种情况下，对吸水井液位的精确检测非常重要。在高炉渣处理系统现场生产中，工况往往非常恶劣，裸露在室外的液位计损坏率非常高，这对控制系统的可靠性产生了不利影响。因此，当液位计故障时，为了保证粒化供水泵控制系统的正常工作，就需要建立一种有效的高炉渣处理系统吸水井液位软测量方法来替代液位计的检测功能。

在文献《方大特钢新2号高炉明特法渣处理自动化系统研究及优化》，冶金自动化，Vol.37,No.1，2013中，作者提出了一种吸水井液位数学模型来取代液位计测量。为了简化模型的复杂性，论文中作者给出了二个假设：1)假设渣处理水循环体积流量变化量与损失高度的变化近似成正比而与液阻成反比；2)补水阀前后压差恒定。在实际生产过程中，这两个假设条件很难得到满足，也就是说，上述文献给出的测量方法并不能满足现场需要。因此，研发适合复杂恶劣工况下的吸水井液位测量方法，为粒化供水泵控制系统提供准确的吸水井液位信号，是进一步提高当前高炉炼铁生产自动化水平的一个亟待解决关键技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种高炉渣处理系统吸水井液位测量方法，适应高炉炼铁生产复杂工况条件下的高精度吸水井液位在线检测，为保证粒化供水泵控制系统平稳运行提供可靠的判定依据，从而生产出高质量的铁水产品，提高当前高炉炼铁生产自动化水平。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种高炉渣处理系统吸水井液位测量方法，其特征在于：它包括以下步骤：

1)建立补水阀体积流量引起吸水井液位变化量的模糊推理模型：

$\mathrm{IF}(P_1-P_2)\mathrm{isS}1,\mathrm{THEN\Δ}{h}_1=k_1\×\frac{a{A}_{0}t\sqrt{(P_1-P_2)\frac{2g}{r}}}{A};$

$\mathrm{IF}(P_1-P_2)\mathrm{isM}1,\mathrm{THEN\Δ}{h}_1=k_2\×\frac{a{A}_{0}t\sqrt{(P_1-P_2)\frac{2g}{r}}}{A};$

$\mathrm{IF}(P_1-P_2)\mathrm{isB}1,\mathrm{THEN\Δ}{h}_1=k_3\×\frac{a{A}_{0}t\sqrt{(P_1-P_2)\frac{2g}{r}}}{A};$

其中P₁为补水阀前的压强，P₂为补水阀后的压强；S1、M1、B1分别为描述(P₁–P₂)为小、中、大的模糊数；Δh₁为补水阀体积流量引起吸水井液位变化量；k_j为在第j条模糊规则下的转换系数，均为无量纲单位,j＝1,2,3，k_j初始值通过工艺人员由人工操作经验知识中获得；a为流量系数,它取决于补水阀的结构形状和流体流动状况；A₀为补水阀接管截面积；t为PLC系统采样周期；g为重力加速度；r为流体重度；A为吸水井截面积；

2)结合(P₁–P₂)的大小对吸水井液位变化量的影响特性设定关于(P₁–P₂)的模糊隶属函数：

(P₁–P₂)关于S1的模糊隶属函数f_S(P₁–P₂)：

$f_s(P_1-P_2)=\left\{\begin{array}{cc}1,& \mathrm{if}(P_1-P_2)\&le;{\mathrm{\&alpha;}}_1\\ \frac{1}{{\mathrm{\&alpha;}}_1-{\mathrm{\&alpha;}}_2}\&times;(P_1-P_2)+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_2}{{\mathrm{\&alpha;}}_2-{\mathrm{\&alpha;}}_1},& \mathrm{if}{\mathrm{\&alpha;}}_1<(P_1-P_2)<{\mathrm{\&alpha;}}_2\\ 0,& \mathrm{if}(P_1-P_2)\&GreaterEqual;{\mathrm{\&alpha;}}_2\end{array}\right.,$

(P₁–P₂)关于M1的模糊隶属函数f_M(P₁–P₂)：

$f_M(P_1-P_2)=\left\{\begin{array}{cc}0,& \text{if}(P_1-P_2)\&le;{\mathrm{\&alpha;}}_1\\ \frac{1}{{\mathrm{\&alpha;}}_2-{\mathrm{\&alpha;}}_1}\&times;(P_1-P_2)+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_1}{{\mathrm{\&alpha;}}_1-{\mathrm{\&alpha;}}_2},& \mathrm{if}{\mathrm{\&alpha;}}_1<(P_1-P_2)<{\mathrm{\&alpha;}}_2\\ \frac{1}{{\mathrm{\&alpha;}}_2-{\mathrm{\&alpha;}}_3}\&times;(P_1-P_2)+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_3}{{\mathrm{\&alpha;}}_3-{\mathrm{\&alpha;}}_2},& \mathrm{if}{\mathrm{\&alpha;}}_2\&le;(P_1-P_2)<{\mathrm{\&alpha;}}_3\\ 0,& \mathrm{if}(P_1-P_2)\&GreaterEqual;{\mathrm{\&alpha;}}_3\end{array}\right.,$

(P₁–P₂)关于B1的模糊隶属函数f_B(P₁–P₂)：

$f_B(P_1-P_2)=\left\{\begin{array}{cc}0,& \mathrm{if}(P_1-P_2)\&le;{\mathrm{\&alpha;}}_2\\ \frac{1}{{\mathrm{\&alpha;}}_3-{\mathrm{\&alpha;}}_3}\&times;(P_1-P_2)+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_2}{{\mathrm{\&alpha;}}_2-{\mathrm{\&alpha;}}_3},& \mathrm{if}{\mathrm{\&alpha;}}_2<(P_1-P_2)<{\mathrm{\&alpha;}}_3\\ 1,& \mathrm{if}(P_1-P_2)\&GreaterEqual;{\mathrm{\&alpha;}}_3\end{array}\right.;$

这里，α₁为(P₁–P₂)为小的阈值，α₂为(P₁–P₂)为中的阈值，α₃为(P₁–P₂)为大的阈值；在模糊推理模型中认为(P₁–P₂)小于α₁时为S1，(P₁–P₂)等于α₂时为M1，(P₁–P₂)大于α₃时为B1；

3)利用补水阀体积流量引起吸水井液位变化量的模糊模型与关于(P₁–P₂)的模糊隶属函数，建立如下补水阀体积流量引起吸水井液位变化量的计算模型：

$\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}{h}_1=f_s(P_1-P_2)\&times;k_1\frac{a{A}_{0}t\sqrt{(P_1-P_2)\frac{2g}{r}}}{A}+f_M(P_1-P_2)\&times;k_2\&times;\frac{a{A}_{0}t\sqrt{(P_1-P_2)\frac{2g}{r}}}{A}\\ +f_B(P_1-P_2)\&times;k_3\&times;\frac{a{A}_{0}t\sqrt{\left(P_1{-P}_2\right)\frac{2g}{r}}}{A}\end{array},$

4)建立渣处理水循环系统损失体积流量引起吸水井液位变化量的模糊推理模型：

$\mathrm{IF\&Delta;}{Q}_2\mathrm{isS}2,\mathrm{THEN\&Delta;}{h}_2=m_1\&times;e^{\frac{t}{R_{2}A}};$

$\mathrm{IF\&Delta;}{Q}_2\mathrm{isS}2,\mathrm{THEN\&Delta;}{h}_2=m_2\&times;e^{\frac{t}{R_{2}A}};$

$\mathrm{IF\&Delta;}{Q}_2\mathrm{isS}2,\mathrm{THEN\&Delta;}{h}_3=m_3\&times;e^{\frac{t}{R_{2}A}};$

其中ΔQ₂为渣处理循环系统损失体积流量；S2、M2、B2分别为描述ΔQ₂为小、中、大的模糊数；Δh₂为渣处理循环系统损失体积流量引起吸水井液位变化量；m_i为在第i条模糊规则下的转换系数，均为无量纲单位，m_i初始值通过工艺人员由人工操作经验知识中获得；R₂为冲渣水的液阻，由实验测定；

5)结合ΔQ₂的大小对吸水井液位变化量的影响特性设定关于ΔQ₂的模糊隶属函数：

ΔQ₂关于S2的模糊隶属函数：

$f_s\left(\mathrm{\&Delta;}{Q}_2\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& \mathrm{if\&Delta;}{Q}_2\&le;{\mathrm{\&beta;}}_1\\ \frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_1-{\mathrm{\&beta;}}_2}\&times;\mathrm{\&Delta;}{Q}_2+\frac{{\mathrm{\&beta;}}_2}{{\mathrm{\&beta;}}_2-{\mathrm{\&beta;}}_1},& \mathrm{if}{\mathrm{\&beta;}}_1<\mathrm{\&Delta;}{Q}_2<{\mathrm{\&beta;}}_2\\ 0,& \mathrm{if\&Delta;}{Q}_2\&GreaterEqual;{\mathrm{\&beta;}}_2\end{array}\right.,$

ΔQ₂关于M2的模糊隶属函数：

$f_M\left(\mathrm{\&Delta;}{Q}_2\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& \mathrm{if\&Delta;}{Q}_2\&le;{\mathrm{\&beta;}}_1\\ \frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_2-{\mathrm{\&beta;}}_1}\&times;\mathrm{\&Delta;}{Q}_2+\frac{{\mathrm{\&beta;}}_1}{{\mathrm{\&beta;}}_1-{\mathrm{\&beta;}}_2},& \mathrm{if}{\mathrm{\&beta;}}_1<\mathrm{\&Delta;}{Q}_2<{\mathrm{\&beta;}}_2\\ \frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_2-{\mathrm{\&beta;}}_3}\&times;\mathrm{\&Delta;}{Q}_2+\frac{{\mathrm{\&beta;}}_3}{{\mathrm{\&beta;}}_3-{\mathrm{\&beta;}}_2},& \mathrm{if}{\mathrm{\&beta;}}_2\&le;\mathrm{\&Delta;}{Q}_2<{\mathrm{\&beta;}}_3\\ 0,& \mathrm{if\&Delta;}{Q}_2\&GreaterEqual;{\mathrm{\&beta;}}_3\end{array},,\right.$

ΔQ₂关于B2的模糊隶属函数：

$f_B\left(\mathrm{\&Delta;}{Q}_2\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& \mathrm{if\&Delta;}{Q}_2\&le;{\mathrm{\&beta;}}_2\\ \frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_3-{\mathrm{\&beta;}}_2}\&times;(P_1-P_2)+\frac{{\mathrm{\&beta;}}_2}{{\mathrm{\&beta;}}_2-{\mathrm{\&beta;}}_3},& \mathrm{if}{\mathrm{\&beta;}}_2<\mathrm{\&Delta;}{Q}_2<{\mathrm{\&beta;}}_3\\ 1,& \mathrm{if\&Delta;}{Q}_2\&GreaterEqual;{\mathrm{\&beta;}}_3\end{array}\right.;$

β₁为ΔQ₂为小的阈值，β₂为ΔQ₂为中的阈值，β₃为ΔQ₂为大的阈值；在渣处理水循环系统损失体积流量引起吸水井液位变化量的模糊推理模型中认为ΔQ₂小于β₁时为S2，ΔQ₂等于β₂时为M2，ΔQ₂大于β₃时为B2；

6)利用渣处理水循环系统损失体积流量引起吸水井液位变化量的模糊模型与关于ΔQ₂的模糊隶属函数，建立如下渣处理水循环系统损失体积流量引起吸水井液位变化量的计算模型：

$\mathrm{\&Delta;}{h}_2=f_s\left(\mathrm{\&Delta;}{Q}_2\right)\&times;m_1\&times;e^{\frac{t}{R_{2}A}}+f_M\left(\mathrm{\&Delta;}{Q}_2\right)\&times;m_2\&times;e^{\frac{t}{R_{2}A}}+f_B\left(\mathrm{\&Delta;}{Q}_2\right)\&times;m_3\&times;e^{\frac{t}{R_{2}A}};$

7)获取吸水井液位变化总量的计算公式：

Δh＝Δh₁+Δh₂+Δh₃；

其中,Δh为吸水井液位变化量总量；Δh₃为粒化供水泵体积流量引起吸水井液位变化量，计算公式为：Q₃为粒化供水泵体积流量。

本发明的有益效果为：适合高炉炼铁的复杂恶劣工况，在液位计发生故障时能够为粒化供水泵控制系统提供准确的吸水井液位信号，保证了高炉渣处理系统的平稳运行，提高了当前高炉炼铁生产自动化水平。

附图说明

图1为本发明一实施例的流程图。

图2为本发明一实施例的效果验证图。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

基于本发明的一种高炉渣处理系统吸水井液位测量方法已在某高炉渣处理系统上进行试验。高炉炼铁生产工序和设备繁多，渣处理系统属于其外围辅助设备，高炉L1和L2两级通讯将测量信号传送至高炉过程计算机系统进行后续计算和显示。在工程应用中，初始液位取自上一个PLC采样周期的保留值。如PLC系统第一次运行时，需要现场测量初始液位并在HMI界面手动输入，其余固有参数根据现场电气设备和吸水井参数手动输入到HMI界面中。

图1为本发明一实施例的流程图，基于图1，本实施例进行高炉渣处理系统吸水井液位测量的具体流程为：

1)建立补水阀体积流量引起吸水井液位变化量的模糊推理模型：

$\mathrm{IF}(P_1-P_2)\mathrm{isS}1,\mathrm{THEN\&Delta;}{h}_1=k_1\&times;\frac{a{A}_{0}t\sqrt{(P_1-P_2)\frac{2g}{r}}}{A};$

$\mathrm{IF}(P_1-P_2)\mathrm{isM}1,\mathrm{THEN\&Delta;}{h}_1=k_2\&times;\frac{a{A}_{0}t\sqrt{(P_1-P_2)\frac{2g}{r}}}{A};$

$\mathrm{IF}(P_1-P_2)\mathrm{isB}1,\mathrm{THEN\&Delta;}{h}_1=k_3\&times;\frac{a{A}_{0}t\sqrt{(P_1-P_2)\frac{2g}{r}}}{A};$

其中P₁为补水阀前的压强，P₂为补水阀后的压强，单位为Pa；S1、M1、B1分别为描述(P₁–P₂)为小、中、大的模糊数；Δh₁为补水阀体积流量引起吸水井液位变化量，单位为m；k_j为在第j条模糊规则下的转换系数，均为无量纲单位,j＝1,2,3，k_j初始值通过工艺人员由人工操作经验知识中获得；a为流量系数,单位为s/m^0.5,它取决于补水阀的结构形状和流体流动状况；A₀为补水阀接管截面积，单位为m²,其值由阀门厂家提供；t为PLC系统采样周期，单位为s；g为重力加速度，单位为m/s²,可取近似值为9.8m/s²；r为流体重度，单位为kg/m³,其值可从有关手册查阅或者由实验确定；A为吸水井截面积，单位为m²；

2)结合(P₁–P₂)的大小对吸水井液位变化量的影响特性设定关于(P₁–P₂)的模糊隶属函数：

(P₁–P₂)关于S1的模糊隶属函数f_S(P₁–P₂)：

$f_s(P_1-P_2)=\left\{\begin{array}{cc}1,& \mathrm{if}(P_1-P_2)\&le;{\mathrm{\&alpha;}}_1\\ \frac{1}{{\mathrm{\&alpha;}}_1-{\mathrm{\&alpha;}}_2}\&times;(P_1-P_2)+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_2}{{\mathrm{\&alpha;}}_2-{\mathrm{\&alpha;}}_1},& \mathrm{if}{\mathrm{\&alpha;}}_1<(P_1-P_2)<{\mathrm{\&alpha;}}_2\\ 0,& \mathrm{if}(P_1-P_2)\&GreaterEqual;{\mathrm{\&alpha;}}_2\end{array}\right.,$

(P₁–P₂)关于M1的模糊隶属函数f_M(P₁–P₂)：

$f_M(P_1-P_2)=\left\{\begin{array}{cc}0,& \text{if}(P_1-P_2)\&le;{\mathrm{\&alpha;}}_1\\ \frac{1}{{\mathrm{\&alpha;}}_2-{\mathrm{\&alpha;}}_1}\&times;(P_1-P_2)+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_1}{{\mathrm{\&alpha;}}_1-{\mathrm{\&alpha;}}_2},& \mathrm{if}{\mathrm{\&alpha;}}_1<(P_1-P_2)<{\mathrm{\&alpha;}}_2\\ \frac{1}{{\mathrm{\&alpha;}}_2-{\mathrm{\&alpha;}}_3}\&times;(P_1-P_2)+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_3}{{\mathrm{\&alpha;}}_3-{\mathrm{\&alpha;}}_2},& \mathrm{if}{\mathrm{\&alpha;}}_2\&le;(P_1-P_2)<{\mathrm{\&alpha;}}_3\\ 0,& \mathrm{if}(P_1-P_2)\&GreaterEqual;{\mathrm{\&alpha;}}_3\end{array}\right.,$

(P₁–P₂)关于B1的模糊隶属函数f_B(P₁–P₂)：

$f_B(P_1-P_2)=\left\{\begin{array}{cc}0,& \mathrm{if}(P_1-P_2)\&le;{\mathrm{\&alpha;}}_2\\ \frac{1}{{\mathrm{\&alpha;}}_3-{\mathrm{\&alpha;}}_2}\&times;(P_1-P_2)+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_2}{{\mathrm{\&alpha;}}_2-{\mathrm{\&alpha;}}_3},& \mathrm{if}{\mathrm{\&alpha;}}_2<(P_1-P_2)<{\mathrm{\&alpha;}}_3\\ 1,& \mathrm{if}(P_1-P_2)\&GreaterEqual;{\mathrm{\&alpha;}}_3\end{array}\right.;$

这里，α₁为(P₁–P₂)为小的阈值，α₂为(P₁–P₂)为中的阈值，α₃为(P₁–P₂)为大的阈值；在模糊推理模型中认为(P₁–P₂)小于α₁时为S1，(P₁–P₂)等于α₂时为M1，(P₁–P₂)大于α₃时为B1；

3)利用补水阀体积流量引起吸水井液位变化量的模糊模型与关于(P₁–P₂)的模糊隶属函数，建立如下补水阀体积流量引起吸水井液位变化量的计算模型：

$\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}{h}_1=f_s(P_1-P_2)\&times;k_1\frac{a{A}_{0}t\sqrt{(P_1-P_2)\frac{2g}{r}}}{A}+f_M(P_1-P_2)\&times;k_2\&times;\frac{a{A}_{0}t\sqrt{(P_1-P_2)\frac{2g}{r}}}{A}\\ +f_B(P_1-P_2)\&times;k_3\&times;\frac{a{A}_{0}t\sqrt{\left(P_1{-P}_2\right)\frac{2g}{r}}}{A}\end{array},$

4)建立渣处理水循环系统损失体积流量引起吸水井液位变化量的模糊推理模型：

$\mathrm{IF\&Delta;}{Q}_2\mathrm{isS}2,\mathrm{THEN\&Delta;}{h}_2=m_1\&times;e^{\frac{t}{R_{2}A}};$

$\mathrm{IF\&Delta;}{Q}_2\mathrm{isS}2,\mathrm{THEN\&Delta;}{h}_2=m_2\&times;e^{\frac{t}{R_{2}A}};$

$\mathrm{IF\&Delta;}{Q}_2\mathrm{isS}2,\mathrm{THEN\&Delta;}{h}_3=m_3\&times;e^{\frac{t}{R_{2}A}};$

其中ΔQ₂为渣处理循环系统损失体积流量，单位为m³/s；S2、M2、B2分别为描述ΔQ₂为小、中、大的模糊数；Δh₂为渣处理循环系统损失体积流量引起吸水井液位变化量，单位为m；m_i为在第i条模糊规则下的转换系数，均为无量纲单位，m_i初始值通过工艺人员由人工操作经验知识中获得；R₂为冲渣水的液阻，单位为s/m²，由实验测定；

5)结合ΔQ₂的大小对吸水井液位变化量的影响特性设定关于ΔQ₂的模糊隶属函数：

ΔQ₂关于S2的模糊隶属函数：

$f_s\left(\mathrm{\&Delta;}{Q}_2\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& \mathrm{if\&Delta;}{Q}_2\&le;{\mathrm{\&beta;}}_1\\ \frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_1-{\mathrm{\&beta;}}_2}\&times;\mathrm{\&Delta;}{Q}_2+\frac{{\mathrm{\&beta;}}_2}{{\mathrm{\&beta;}}_2-{\mathrm{\&beta;}}_1},& \mathrm{if}{\mathrm{\&beta;}}_1<\mathrm{\&Delta;}{Q}_2<{\mathrm{\&beta;}}_2\\ 0,& \mathrm{if\&Delta;}{Q}_2\&GreaterEqual;{\mathrm{\&beta;}}_2\end{array}\right.,$

ΔQ₂关于M2的模糊隶属函数：

$f_M\left(\mathrm{\&Delta;}{Q}_2\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& \mathrm{if\&Delta;}{Q}_2\&le;{\mathrm{\&beta;}}_1\\ \frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_2-{\mathrm{\&beta;}}_1}\&times;\mathrm{\&Delta;}{Q}_2+\frac{{\mathrm{\&beta;}}_1}{{\mathrm{\&beta;}}_1-{\mathrm{\&beta;}}_2},& \mathrm{if}{\mathrm{\&beta;}}_1<\mathrm{\&Delta;}{Q}_2<{\mathrm{\&beta;}}_2\\ \frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_2-{\mathrm{\&beta;}}_3}\&times;\mathrm{\&Delta;}{Q}_2+\frac{{\mathrm{\&beta;}}_3}{{\mathrm{\&beta;}}_3-{\mathrm{\&beta;}}_2},& \mathrm{if}{\mathrm{\&beta;}}_2\&le;\mathrm{\&Delta;}{Q}_2<{\mathrm{\&beta;}}_3\\ 0,& \mathrm{if\&Delta;}{Q}_2\&GreaterEqual;{\mathrm{\&beta;}}_3\end{array},,\right.$

ΔQ₂关于B2的模糊隶属函数：

$f_B\left(\mathrm{\&Delta;}{Q}_2\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& \mathrm{if\&Delta;}{Q}_2\&le;{\mathrm{\&beta;}}_2\\ \frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_3-{\mathrm{\&beta;}}_2}\&times;(P_1-P_2)+\frac{{\mathrm{\&beta;}}_2}{{\mathrm{\&beta;}}_2-{\mathrm{\&beta;}}_3},& \mathrm{if}{\mathrm{\&beta;}}_2<\mathrm{\&Delta;}{Q}_2<{\mathrm{\&beta;}}_3\\ 1,& \mathrm{if\&Delta;}{Q}_2\&GreaterEqual;{\mathrm{\&beta;}}_3\end{array}\right.;$

β₁为ΔQ₂为小的阈值，β₂为ΔQ₂为中的阈值，β₃为ΔQ₂为大的阈值；在渣处理水循环系统损失体积流量引起吸水井液位变化量的模糊推理模型中认为ΔQ₂小于β₁时为S2，ΔQ₂等于β₂时为M2，ΔQ₂大于β₃时为B2；

6)利用渣处理水循环系统损失体积流量引起吸水井液位变化量的模糊模型与关于ΔQ₂的模糊隶属函数，建立如下渣处理水循环系统损失体积流量引起吸水井液位变化量的计算模型：

$\mathrm{\&Delta;}{h}_2=f_s\left(\mathrm{\&Delta;}{Q}_2\right)\&times;m_1\&times;e^{\frac{t}{R_{2}A}}+f_M\left(\mathrm{\&Delta;}{Q}_2\right)\&times;m_2\&times;e^{\frac{t}{R_{2}A}}+f_B\left(\mathrm{\&Delta;}{Q}_2\right)\&times;m_3\&times;e^{\frac{t}{R_{2}A}};$

7)获取吸水井液位变化总量的计算公式：

Δh＝Δh₁+Δh₂+Δh₃；

其中,Δh为吸水井液位变化量总量，单位为m；Δh₃为粒化供水泵体积流量引起吸水井液位变化量，单位为m，计算公式为：Q₃为粒化供水泵体积流量，单位为m³/s。

为了验证本发明的高炉渣处理系统吸水井液位测量方法的有效性，我们采集现场实际数据与测量模型数据进行比较，如图2中所示。在图2中，我们进行了几种情况的比较：(1)手动打开补水阀并关闭粒化供水泵(t＝1～2min)，从图2中可以看出，此时液位上涨的近似线性斜率最大，符合实际情况且现场采集数据与测量模型数据相近；(2)手动打开补水阀并打开粒化供水泵(t＝2～6min)，从图2中可以看出，此时液位上涨的近似线性斜率比上一种情况低，但是斜率依然是正的，符合实际情况且现场采集数据与测量模型数据相近；(3)手动关闭补水阀且关闭粒化供水泵(t＝6～7min)，从图2中可以看出，此时近似线性化斜率是负的，符合实际情况且现场采集数据与测量模型数据相近。

通过使用本发明的高炉渣处理系统吸水井液位测量方法，完全适应高炉炼铁的复杂恶劣工况，在液位计发生故障时能够为粒化供水泵控制系统提供准确的吸水井液位信号，实现与供水泵的联锁，保证了高炉渣处理系统的平稳运行，提高了当前高炉炼铁生产自动化水平。

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)

1.一种高炉渣处理系统吸水井液位测量方法，其特征在于：它包括以下步骤：

1)建立补水阀体积流量引起吸水井液位变化量的模糊推理模型：

$\begin{array}{cccccc}\mathrm{IF}& (P_1-P_2)& \mathrm{is}& S1,& \mathrm{THEN}& \mathrm{\&Delta;}{h}_1=k_1\&times;\frac{a{A}_{0}t\sqrt{(P_1-P_2)\frac{2g}{r}}}{A};\end{array}0$

$\begin{array}{cccccc}\mathrm{IF}& (P_1-P_2)& \mathrm{is}& M1,& \mathrm{THEN}& \mathrm{\&Delta;}{h}_1=k_2\&times;\frac{a{A}_{0}t\sqrt{(P_1-P_2)\frac{2g}{r}}}{A};\end{array}0$

$\begin{array}{cccccc}\mathrm{IF}& (P_1-P_2)& \mathrm{is}& B1,& \mathrm{THEN}& \mathrm{\&Delta;}{h}_1=k_3\&times;\frac{a{A}_{0}t\sqrt{(P_1-P_2)\frac{2g}{r}}}{A};\end{array}0$

其中P₁为补水阀前的压强，P₂为补水阀后的压强；S1、M1、B1分别为描述(P₁–P₂)为小、中、大的模糊数；Δh₁为补水阀体积流量引起吸水井液位变化量；k_j为在第j条模糊规则下的转换系数，均为无量纲单位,j＝1,2,3，k_j初始值通过工艺人员由人工操作经验知识中获得；a为流量系数,它取决于补水阀的结构形状和流体流动状况；A₀为补水阀接管截面积；t为PLC系统采样周期；g为重力加速度；r为流体重度；A为吸水井截面积；

2)结合(P₁–P₂)的大小对吸水井液位变化量的影响特性设定关于(P₁–P₂)的模糊隶属函数：

(P₁–P₂)关于S1的模糊隶属函数f_S(P₁–P₂)：

$f_S(P_1-P_2)=\left\{\begin{array}{ccc}1,& \mathrm{if}& (P_1-P_2)\&le;{\mathrm{\&alpha;}}_1\\ \frac{1}{{\mathrm{\&alpha;}}_1-{\mathrm{\&alpha;}}_2}\&times;(P_1-P_2)+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_2}{{\mathrm{\&alpha;}}_2-{\mathrm{\&alpha;}}_1},& \mathrm{if}& {\mathrm{\&alpha;}}_1<(P_1-P_2)<{\mathrm{\&alpha;}}_2\\ 0,& \mathrm{if}& (P_1-P_2)\&GreaterEqual;{\mathrm{\&alpha;}}_2\end{array}\right.,$

(P₁–P₂)关于M1的模糊隶属函数f_M(P₁–P₂)：

$f_M(P_1-P_2)=\left\{\begin{array}{ccc}0,& \mathrm{if}& (P_1-P_2)\&le;{\mathrm{\&alpha;}}_1\\ \frac{1}{{\mathrm{\&alpha;}}_2-{\mathrm{\&alpha;}}_1}\&times;(P_1-P_2)+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_1}{{\mathrm{\&alpha;}}_1+{\mathrm{\&alpha;}}_2}& \mathrm{if}& {\mathrm{\&alpha;}}_1<(P_1-P_2)<{\mathrm{\&alpha;}}_2\\ \frac{1}{{\mathrm{\&alpha;}}_2-{\mathrm{\&alpha;}}_3}\&times;(P_1-P_2)+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_3}{{\mathrm{\&alpha;}}_3-{\mathrm{\&alpha;}}_2},& \mathrm{if}& {\mathrm{\&alpha;}}_2\&le;(P_1-P_2)<{\mathrm{\&alpha;}}_3\\ 0,& \mathrm{if}& (P_1-P_2)\&GreaterEqual;{\mathrm{\&alpha;}}_3\end{array}\right.,$

(P₁–P₂)关于B1的模糊隶属函数f_B(P₁–P₂)：

$f_B(P_1-P_2)=\left\{\begin{array}{ccc}0,& \mathrm{if}& (P_1-P_2)\&le;{\mathrm{\&alpha;}}_2\\ \frac{1}{{\mathrm{\&alpha;}}_3-{\mathrm{\&alpha;}}_2}\&times;(P_1-P_2)+\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_2}{{\mathrm{\&alpha;}}_2-{\mathrm{\&alpha;}}_3},& \mathrm{if}& {\mathrm{\&alpha;}}_2<(P_1-P_2)<{\mathrm{\&alpha;}}_3\\ 1,& \mathrm{if}& (P_1-P_2)\&GreaterEqual;{\mathrm{\&alpha;}}_3\end{array}\right.;$

这里，α₁为(P₁–P₂)为小的阈值，α₂为(P₁–P₂)为中的阈值，α₃为(P₁–P₂)为大的阈值；在模糊推理模型中认为(P₁–P₂)小于α₁时为S1，(P₁–P₂)等于α₂时为M1，(P₁–P₂)大于α₃时为B1；

3)利用补水阀体积流量引起吸水井液位变化量的模糊模型与关于(P₁–P₂)的模糊隶属函数，建立如下补水阀体积流量引起吸水井液位变化量的计算模型：

$\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}{h}_1=f_S(P_1-P_2)\&times;k_1\&times;\frac{a{A}_{0}t\sqrt{(P_1-P_2)\frac{2g}{r}}}{A}+f_M(P_1-P_2)\&times;k_2\&times;\frac{a{A}_{0}t\sqrt{(P_1-P_2)\frac{2g}{r}}}{A}\\ +f_B(P_1-P_2)\&times;k_3\&times;\frac{a{A}_{0}t\sqrt{(P_1-P_2)\frac{2g}{r}}}{A}\end{array},$

4)建立渣处理水循环系统损失体积流量引起吸水井液位变化量的模糊推理模型：

$\begin{array}{cccccc}\mathrm{IF}& \mathrm{\&Delta;}{Q}_2& \mathrm{is}& S2,& \mathrm{THEN}& \mathrm{\&Delta;}{h}_2=m_1\&times;e^{\frac{t}{R_{2}A}};\end{array}$

$\begin{array}{cccccc}\mathrm{IF}& \mathrm{\&Delta;}{Q}_2& \mathrm{is}& M2,& \mathrm{THEN}& \mathrm{\&Delta;}{h}_2=m_2\&times;e^{\frac{t}{R_{2}A}};\end{array}$

$\begin{array}{cccccc}\mathrm{IF}& \mathrm{\&Delta;}{Q}_2& \mathrm{is}& B2,& \mathrm{THEN}& \mathrm{\&Delta;}{h}_3=m_3\&times;e^{\frac{t}{R_{2}A}};\end{array}$

其中ΔQ₂为渣处理循环系统损失体积流量；S2、M2、B2分别为描述ΔQ₂为小、中、大的模糊数；Δh₂为渣处理循环系统损失体积流量引起吸水井液位变化量；m_i为在第i条模糊规则下的转换系数，均为无量纲单位，m_i初始值通过工艺人员由人工操作经验知识中获得，i＝1或2或3；R₂为冲渣水的液阻，由实验测定；Δh₃为粒化供水泵体积流量引起吸水井液位变化量，计算公式为：Q₃为粒化供水泵体积流量；

5)结合ΔQ₂的大小对吸水井液位变化量的影响特性设定关于ΔQ₂的模糊隶属函数：

ΔQ₂关于S2的模糊隶属函数：

$f_S\left(\mathrm{\&Delta;}{Q}_2\right)=\left\{\begin{array}{ccc}1,& \mathrm{if}& \mathrm{\&Delta;}{Q}_2\&le;{\mathrm{\&beta;}}_1\\ \frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_1-{\mathrm{\&beta;}}_2}\&times;\mathrm{\&Delta;}{Q}_2+\frac{{\mathrm{\&beta;}}_2}{{\mathrm{\&beta;}}_2-{\mathrm{\&beta;}}_1},& \mathrm{if}& {\mathrm{\&beta;}}_1<\mathrm{\&Delta;}{Q}_2<{\mathrm{\&beta;}}_2\\ 0,& \mathrm{if}& \mathrm{\&Delta;}{Q}_2\&GreaterEqual;{\mathrm{\&beta;}}_2\end{array}\right.,$

ΔQ₂关于M2的模糊隶属函数：

$f_M\left(\mathrm{\&Delta;}{Q}_2\right)=\left\{\begin{array}{ccc}0,& \mathrm{if}& \mathrm{\&Delta;}{Q}_2\&le;{\mathrm{\&beta;}}_1\\ \frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_2-{\mathrm{\&beta;}}_1}\&times;\mathrm{\&Delta;}{Q}_2+\frac{{\mathrm{\&beta;}}_1}{{\mathrm{\&beta;}}_1-{\mathrm{\&beta;}}_2},& \mathrm{if}& {\mathrm{\&beta;}}_1<\mathrm{\&Delta;}{Q}_2<{\mathrm{\&beta;}}_2\\ \frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_2-{\mathrm{\&beta;}}_3}\&times;\mathrm{\&Delta;}{Q}_2+\frac{{\mathrm{\&beta;}}_3}{{\mathrm{\&beta;}}_3-{\mathrm{\&beta;}}_2},& \mathrm{if}& {\mathrm{\&beta;}}_2\&le;\mathrm{\&Delta;}{Q}_2<{\mathrm{\&beta;}}_3\\ 0,& \mathrm{if}& \mathrm{\&Delta;}{Q}_2\&GreaterEqual;{\mathrm{\&beta;}}_3\end{array}\right.,$

ΔQ₂关于B2的模糊隶属函数：

$f_B\left(\mathrm{\&Delta;}{Q}_2\right)=\left\{\begin{array}{ccc}0,& \mathrm{if}& \mathrm{\&Delta;}{Q}_2\&le;{\mathrm{\&beta;}}_2\\ \frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_3-{\mathrm{\&beta;}}_2}\&times;(P_1-P_2)+\frac{{\mathrm{\&beta;}}_2}{{\mathrm{\&beta;}}_2-{\mathrm{\&beta;}}_3},& \mathrm{if}& {\mathrm{\&beta;}}_2<\mathrm{\&Delta;}{Q}_2<{\mathrm{\&beta;}}_3\\ 1,& \mathrm{if}& \mathrm{\&Delta;}{Q}_2\&GreaterEqual;{\mathrm{\&beta;}}_3\end{array}\right.;$

β₁为ΔQ₂为小的阈值，β₂为ΔQ₂为中的阈值，β₃为ΔQ₂为大的阈值；在渣处理水循环系统损失体积流量引起吸水井液位变化量的模糊推理模型中认为ΔQ₂小于β₁时为S2，ΔQ₂等于β₂时为M2，ΔQ₂大于β₃时为B2；

6)利用渣处理水循环系统损失体积流量引起吸水井液位变化量的模糊模型与关于ΔQ₂的模糊隶属函数，建立如下渣处理水循环系统损失体积流量引起吸水井液位变化量的计算模型：

$\mathrm{\&Delta;}{h}_2=f_S\left(\mathrm{\&Delta;}{Q}_2\right)\&times;m_1\&times;e^{\frac{t}{R_{2}A}}+f_M\left(\mathrm{\&Delta;}{Q}_2\right)\&times;m_2\&times;e^{\frac{t}{R_{2}A}}+f_B\left(\mathrm{\&Delta;}{Q}_2\right)\&times;m_3\&times;e^{\frac{t}{R_{2}A}};$

7)获取吸水井液位变化总量的计算公式：

Δh＝Δh₁+Δh₂+Δh₃；

其中,Δh为吸水井液位变化量总量；Δh₃为粒化供水泵体积流量引起吸水井液位变化量，计算公式为：Q₃为粒化供水泵体积流量。