CN104133506B - 一种加热炉加热段炉膛温度检测值计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加热炉加热段炉膛温度检测值计算方法，该方法包括：(1)根据各温度测点的检测状态初始化各温度测点的有效系数；(2)根据各温度测点的温度检测值偏离其算术平均值的程度修正各温度测点的有效系数；(3)根据各温度测点的算术平均值和温度检测值计算各温度测点的加权系数；(4)根据计算的有效系数、加权系数，以及各温度测点的检测值确定或计算炉膛温度检测值。本发明实现过程简单，不增加现有控制系统的硬件设备；不受温度测点数量和类型的限制，通用性强；最终计算出的炉膛温度更加接近于真实值，有利于提高炉膛温度控制的精度，改善产品质量。

Description

一种加热炉加热段炉膛温度检测值计算方法

技术领域

本发明涉及轧钢自动化技术领域，尤其涉及一种加热炉加热段炉膛温度检测值计算方法。

背景技术

在冶金行业的轧钢工艺中，通常通过在加热炉的加热段中将一定压力和流量的燃气和助燃空气输送到烧嘴中混合燃烧，产生热量以辐射加热的方式将在加热段炉膛中走行的带钢或放置的钢卷加热到设定的工艺温度，以满足钢材热处理的要求。加热炉的加热段通常被分为若干个逻辑加热区，每个逻辑加热区都配备一定数量的燃气调节阀、变频助燃风机、助燃空气调节阀、烧嘴、温度/压力/流量检测装置等。加热段各逻辑加热区的炉膛温度检测值作为其中最重要的检测与反馈变量，被用于控制燃气和助燃空气的流量、烧嘴点燃的数量、烧嘴点燃时长占空比等，以保证助燃空气和燃气的过氧燃烧，以及对带钢或钢卷进行热处理时所需要炉膛工作温度。

为了保证炉膛温度检测的可靠性，现有的加热炉加热段各逻辑加热区炉膛温度检测值多采用“多点检测，算术平均”的处理方法，即在每个逻辑加热区炉膛内布置多个温度检测点（在每个温度检测点设置一支热电偶或热电阻），然后以计算出的各个温度测点的温度算术平均值作为整个炉膛温度的检测值，进而作为各控制回路的反馈变量。这种简单的处理计算方法所得出的炉膛温度检测值无法准确反映各逻辑加热区炉膛温度的真实情况，进而影响到助燃空气和燃气混合过氧燃烧的效果和炉膛温度控制的精度，并最终影响到带钢或钢卷的热处理产品质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种加热炉加热段炉膛温度检测值计算方法，更真实地反映加热炉加热段炉膛温度的实际情况，为燃烧控制提供准确的反馈变量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种加热炉加热段炉膛温度检测值计算方法，包括以下步骤：

(1) 获取炉膛中各温度测点的检测状态和检测值，所述各温度测点的检测状态用于初始化确定各温度测点的有效系数；所述检测状态包括断线状态、超量程状态、欠量程状态和正常状态；所述有效系数的取值为0.0或1.0；

(2)根据各温度测点的温度检测值偏离温度测点的算术平均值的程度修正各温度测点的有效系数；

(3)根据各温度测点的算术平均值和温度检测值计算各温度测点的加权系数；

(4) 根据各温度测点的有效系数、加权系数，以及各温度测点的检测值计算炉膛温度检测值；

(5)重复步骤（1）至（4）进行炉膛温度检测值的实时更新。

按上述方案，所述步骤2）中的有效系数修正方法具体为：

（2.1）若有效系数为1.0的温度测点总数大于2，由步骤(1)所初始化确定的各测点有效系数和温度检测值计算所有温度测点的算术平均值；

（2.2）计算每个测点温度检测值与上述算术平均值的偏差；

（2.3）求各温度偏差值中的最大值；若最大温度偏差值大于允许的最大偏差阈值，将该最大温度偏差值所对应温度测点的有效系数修正为0.0，所述最大偏差阈值为一预设定值；

按上述方案，所述步骤2）中的有效系数修正方法还包括步骤：

（2.4）若有效系数为1.0的温度测点总数大于2，重复步骤(2.1)至（2.3）再次修正有效系数一次。

按上述方案，步骤(3)中加权系数的计算方法具体为：

（3.1）根据步骤(2)修正后的各温度测点有效系数和温度检测值计算所有温度测点的算术平均值；

（3.2）根据步骤（3.1）中的算术平均值、各温度测点温度检测值、偏差阈值参数计算各测点的计算加权系数；

（3.3）对各温度测点计算加权系数限幅在允许的最大加权系数和最小加权系数之间，得到最终的温度加权系数。

按上述方案，所述各温度测点的加权系数w_cal_i采用以下公式计算:

其中ABS()表示取一个数的绝对值函数；TD_HH为最大偏差阈值；TD_H为偏差阈值；T_i为各温度测点的温度检测值；T_{avg_2}为步骤（3.1）计算获得的算术平均值。

按上述方案，所述步骤4）当各温度测点的有效系数之和大于或等于2.0时，根据各温度测点的有效系数、加权系数，以及各温度测点的检测值计算炉膛温度检测值采用以下公式：

其中，N为温度测点的总数，v_i为各温度测点的有效系数；w_i为各温度测点的加权系数，T_i为各温度测点的温度检测值。

按上述方案，所述步骤4）还包括，当各温度测点的有效系数之和为0.0，则炉膛温度检测值被直接被确定为0℃，且发出“所有温度测点均故障”的报警；当各温度测点的有效系数之和等于1.0，则炉膛温度检测值被直接确定为该有效系数为1.0的温度测点对应的检测值。

本发明产生的有益效果是：

1.本发明方法的实现可依托现有加热炉控制系统的硬件设备投资，无需增加投资且实现过程相对简单。

2.本发明不受加热炉加热段逻辑加热区中测温元件数量和测温元件种类的限制，通用性强，可用于各类加热炉加热段需要计算逻辑加热区炉膛温度的工艺系统。

3.本发明依据各测点温度检测值偏离其算术平均温度的情况计算温度加权系数，对偏离算术平均值较小的温度测点赋予较大的加权权重，对偏离算术平均值较大的温度测点赋予较小的加权权重；同时剔除测量偏差较大的温度测点，从而使最终计算出的炉膛温度更加逼近于炉膛真实温度，有利于改善燃气/助燃空气过氧燃烧效果和炉膛温度控制效果，提高对带钢或钢卷热处理的产品质量。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明步骤1初始化有效系数的流程图；

图3为本发明步骤2修正有效系数的流程图；

图4为本发明步骤3 计算温度加权系数的流程图；

图5为本发明步骤4确定计算炉膛温度检测值的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种加热炉加热段炉膛温度检测值计算方法，通过整合利用加热炉加热段各逻辑加热区内多个温度测点的相关检测信息，综合计算出整个炉膛的温度检测值，使其尽可能真实地反映加热炉加热段炉膛温度的实际情况，为燃烧控制提供准确的反馈变量。

一种加热炉加热段炉膛温度检测值计算方法,主要包括：(1) 获取炉膛中各温度测点的检测状态和温度检测值，根据各温度测点的检测状态初始化各温度测点的有效系数；(2) 根据各温度测点的温度检测值偏离其算术平均值的程度修正各温度测点的有效系数；(3) 根据各温度测点的算术平均值和温度检测值计算各温度测点的加权系数；(4) 根据计算的有效系数、加权系数情况，以及各温度测点的检测值确定或计算出炉膛温度检测值；(5)重复执行步骤1~4实现炉膛温度检测值的更新。

如图2所示，所述步骤（1）中依据各温度测点的检测状态初始化各温度测点的有效系数，具体为：

步骤(1.1)对某一个特定温度测点，若该测点处于非断线状态，则跳转至步骤(1.2)；若该测点处于断线状态，则设定其有效系数v_i=0.0，并跳转至步骤(1.5)；其中温度测点断线状态可通过温度测点所接入的控制系统模拟量输入信号模块对应通道的工作状态字获取并判断。

步骤(1.2)对某一个特定温度测点，若该测点处于非超量程状态，则跳转至步骤(1.3)；若该测点处于超量程状态，则设定其有效系数v_i=0.0，并跳转至步骤(1.5)；其中该温度测点温度检测值若高于该温度测点温度量程上限值的20%以上，则可判定该温度测点处于超量程状态。

步骤(1.3)对某一个特定温度测点，若该测点处于非欠量程状态，则跳转至步骤(1.4)；若该测点处于欠量程状态，则设定其有效系数v_i=0.0，并跳转至步骤(1.5)；其中该温度测点温度检测值若低于该温度测点温度量程下限值的20%以上，则可判定该温度测点处于欠量程状态。

步骤(1.4)设定该温度测点的有效系数v_i=1.0。

步骤(1.5)重复执行步骤(1.1)~步骤(1.4)，完成下一个炉膛温度测点有效系数的初始化，如此反复直到完成所有N个温度测点有效系数的初始化。

各温度测点有效系数v_i只能取0.0或1.0两个数之一，其中v_i=0.0代表该温度测点无效，v_i=1.0代表该温度测点有效，通过步骤(1)的有效系数初始化过程，将故障的温度测点排除在本计算方法之外。

如图3所示，所述步骤(2) 依据各温度测点的温度检测值偏离其算术平均值的程度修正各测点的有效系数，具体为：

步骤(2.1)将有效系数已执行修正次数cor清零，即令cor=0；

步骤(2.2)按下式计算各温度测点有效系数之和v_tot₁

其中v_i为各温度测点的有效系数，N为温度测点的总数。

步骤(2.3)若各温度测点有效系数之和v_tot₁大于2，则将有效系数已执行修正的次数cor加1，即令cor=cor+1，并继续执行步骤(2.4)；若各温度测点有效系数之和v_tot₁小于或等于 2，则直接跳转至步骤(3);

步骤(2.4)由各温度测点有效系数v_i和温度检测值T_i，按下式计算所有N个温度测点的算术平均值T_{avg_1}；

步骤(2.5)对每一个温度测点，计算其温度检测值T_i与步骤(2.4)所计算出的各温度测点温度检测值的算术平均值T_{avg_1}的偏差d_i，具体可按下式计算：

其中ABS()表示求一个实数的绝对值函数。

步骤(2.6)求由步骤(2.5)所计算出的各测点温度偏差值d_i中的最大偏差值d_max，即

其中MAX()表示求N个数中的最大值函数。

步骤(2.7)若由步骤(2.6)所计算出的最大温度偏差值d_max大于最大偏差阈值TD_HH，则将该最大温度偏差值d_max所对应的温度测点的有效系数v_i修正为0.0；若计算出的最大温度偏差值d_max小于或等于最大偏差阈值TD_HH，直接跳转至步骤(2.8)；其中最大偏差阈值TD_HH为预设的可调参数，取值范围为40℃~80℃，本实施例中取50℃。

步骤(2.8)若有效系数已执行修正次数cor小于2，则跳转至步骤(2.2)再次执行对各测点有效系数的修正过程；若有效系数已执行修正次数cor大于或等于 2，则跳转至步骤(3)。

如附图4所示，所述步骤(3)依据各温度测点的算术平均值和温度检测值计算各温度测点的加权系数，具体为：

步骤(3.1)由步骤(2)修正后的各温度测点有效系数v_i和各测点温度检测值T_i再次按下式计算所有温度测点的算术平均值T_{avg_2}，

步骤(3.2) 对每一个温度测点，由所述温度算术平均值T_{avg_2}、各测点温度检测值T_i、最大偏差阈值TD_HH、偏差阈值TD_H，按下式计算各温度测点的计算加权系数w_cal_i，

其中ABS()表示取一个数的绝对值函数；最大偏差阈值TD_HH为预设的可调参数，取值范围为40℃~80℃，本实施例中取50℃，该参数与步骤(2.7)中的参数为同一参数；偏差阈值TD_H为预设的可调参数，取值范围为5℃~40℃，本实施例中取20℃。

步骤(3.3) 对每一个温度测点，将其计算加权系数w_cal_i限幅在允许的最大加权系数w_max和最小加权系数w_min之间，得到最终的温度加权系数w_i，即当w_cal_i大于w_max时，w_i取值为w_max；当w_cal_i小于w_min时, w_i取值为w_min；当w_cal_i介于w_min和w_max之间时，w_i取值为w_cal_i，如下式所示，

其中MAX()表示取两个数中的最大值函数，MIN()表示取两个数中的最小值函数，最大加权系数w_max为一可调参数，取值范围为0.9~1.1，本实施例中取1.0；最小加权系数w_min为一可调参数，取值范围为0.005~0.015，本实施例中取0.01。

如图5所示，所述步骤(4) 依据步骤(1)~(3)中所确定的各温度测点的有效系数、加权系数的情况，以及各温度测点温度检测值直接确定或计算出炉膛温度的检测值，具体为：

步骤(4.1) 按下式重新计算经过修正处理后的所有N个温度测点有效系数v_i之和v_tot₂

步骤(4.2)若各温度测点有效系数之和v_tot₂大于0.0，则跳转至步骤(4.3)；若有效系数之和v_tot₂小于或等于0.0，则炉膛温度检测值T_PV被直接确定为0℃，且发出“所有温度测点均故障”的报警，并跳转至步骤(5)。此种情况下不能进行正常燃烧操作，必须立即更换或检修测温元件。

步骤(4.3)若各温度测点有效系数之和v_tot₂大于1.0，则跳转至步骤(4)；若有效系数之和v_tot₂等于1.0，则炉膛温度检测值T_PV被直接确定为该有效系数为1.0的温度测点的温度检测值，并跳转至步骤(5)。此情况下可以进行正常的燃烧操作，但建议应尽快更换或检修损坏的测温元件。

步骤(4.4)若有效系数之和v_tot₂大于1.0，则由步骤(2)所修正的有效系数v_i、步骤(3)所计算的温度加权系数w_i、各温度测点的温度检测值T_i按下式计算各温度测点的加权平均温度T_{w_avg}作为整个炉膛温度的检测值T_PV；

所述步骤(5) 反复执行步骤1~4实现炉膛温度检测值的更新，具体为：按所述步骤(1)~步骤(4)执行一次即完成对炉膛温度检测值的一次计算过程，反复执行步骤(1)~步骤(4)即可实现对炉膛温度检测值的更新计算。需要注意的是，重复执行的时间需小于或等于助燃空气、燃气、烧嘴控制的所需的采样周期中的最小值，对于本实施例，重复执行的时间即采样周期设置为850ms。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种加热炉加热段炉膛温度检测值计算方法，包括以下步骤：

(1)获取炉膛中各温度测点的检测状态和温度检测值，所述各温度测点的检测状态用于初始化确定各温度测点的有效系数；所述检测状态包括断线状态、超量程状态、欠量程状态和正常状态；所述有效系数的取值为0.0或1.0；

(2)根据各温度测点的温度检测值偏离温度测点的算术平均值的程度修正各温度测点的有效系数；

(3)根据各温度测点的算术平均值和温度检测值计算各温度测点的加权系数；

(4)根据各温度测点的有效系数、加权系数，以及各温度测点的检测值确定或计算炉膛温度检测值；

(5)重复步骤(1)至(4)进行炉膛温度检测值的实时更新。

2.根据权利要求1所述的炉膛温度检测值计算方法，其特征在于所述步骤(2)中的有效系数修正方法具体为：

(2.1)若有效系数为1.0的温度测点总数大于2，由步骤(1)所初始化确定的各测点有效系数和温度检测值计算所有温度测点的算术平均值；

(2.2)计算每个测点温度检测值与上述算术平均值的偏差；

(2.3)求各温度偏差值中的最大值；若最大温度偏差值大于允许的最大偏差阈值，将该最大温度偏差值所对应温度测点的有效系数修正为0.0，所述最大偏差阈值为一预设定值。

3.根据权利要求2所述的炉膛温度检测值计算方法，其特征在于所述步骤(2)中的有效系数修正方法还包括步骤：

(2.4)若有效系数为1.0的温度测点总数大于2，重复步骤(2.1)至(2.3)再次修正有效系数一次。

4.根据权利要求1至3所述的任一炉膛温度检测值计算方法，其特征在于，步骤(3)中加权系数的计算方法具体为：

(3.1)根据步骤(2)修正后的各温度测点有效系数和温度检测值计算所有温度测点的算术平均值；

(3.2)根据步骤(3.1)中的算术平均值、各温度测点温度检测值、偏差阈值参数计算各测点的计算加权系数；

(3.3)对各温度测点计算加权系数限幅在允许的最大加权系数和最小加权系数之间，得到最终的温度加权系数。

5.根据权利要求4所述的炉膛温度检测值计算方法，其特征在于，所述各温度测点的计算加权系数w_cal_i采用以下公式计算:

$w\_{\mathrm{cal}}_i=1.0-\frac{ABS(T_i-T_{avg\_2})-TD\_H}{TD\_HH-TD\_H},(i=\mathrm{1...}N)$

其中ABS()表示取一个数的绝对值函数；TD_HH为最大偏差阈值；TD_H为偏差阈值；T_i为各温度测点的温度检测值；T_{avg_2}为步骤(3.1)计算获得的算术平均值；N为温度测点的总数。

6.根据权利要求1所述的炉膛温度检测值计算方法，其特征在于，所述步骤(4)当各温度测点的有效系数之和大于或等于2.0时，根据各温度测点的有效系数、加权系数，以及各温度测点的检测值计算炉膛温度检测值采用以下公式：

$T\_PV=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{w}_i\·w_i\·T_i}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{v}_i\·w_i}$

其中，N为温度测点的总数，v_i为各温度测点的有效系数；w_i为各温度测点的加权系数，T_i为各温度测点的温度检测值。

7.根据权利要求1所述的炉膛温度检测值计算方法，其特征在于，所述步骤(4)中，当各温度测点的有效系数之和为0.0，则炉膛温度检测值被直接确定为0℃，且发出“所有温度测点均故障”的报警；当各温度测点的有效系数之和等于1.0，则炉膛温度检测值被直接确定为该有效系数为1.0的温度测点对应的检测值。