CN104451012A - 高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位故障检测软测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位故障检测软测量方法，每间隔一个数据采集周期采集一次膨胀罐液位计高度值、膨胀罐补水调节阀补水流量；按照先入先出的规则顺序存入到数据堆栈中；使用数据堆栈中n组数据计算n-2组膨胀罐液位故障检测软测量指标值；建立基于不同权重技术的膨胀罐液位故障检测软测量指标综合评判模型；结合膨胀罐液位故障检测软测量指标综合评判值，对高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位是否发生故障进行判断。通过利用实际生产过程中采集的数据，提供一种高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位故障检测软测量方法，适合高炉炼铁的复杂恶劣工况，保证高炉软水密闭循环系统的正常工作，提高高炉炼铁生产自动化水平。

Description

高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位故障检测软测量方法

技术领域

本发明属于高炉炼铁领域，尤其涉及一种高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位故障检测软测量方法。

背景技术

钢铁冶金行业中，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，在冶炼过程中高炉软水密闭循环系统的补水控制对于高炉生产的平稳运行至关重要。通常情况下补水分为2种情况：1)当造成膨胀罐液位下降原因不是连续漏水时，高炉软水密闭循环系统的补水量是一个静态量且其值较小，补水调节阀打开成小开度且补水调节器在初期作了限幅处理，膨胀罐液位会迅速上升至正常水位；2)当造成膨胀罐液位下降原因是连续漏水时，此时补水量较大且具有持续性，即使补水调节阀打开成小开度，膨胀罐液位并不一定上升，延时一段时间后，检测到的膨胀罐液位仍可能未恢复到正常液位，此时需要解除调节器的限幅后投入到高炉软水密闭循环系统的补水自动控制，最终使补水量和泄漏量达到平衡，维持好膨胀罐液位的正常状态。可以看出，膨胀罐液位检测的准确与否直接关系到冶炼过程中高炉软水密闭循环系统的补水控制效果。由于高炉冶炼环境恶劣，膨胀罐液位检测装置经常会发生故障。因此，当膨胀罐液位计发生故障时，能够及时诊断出发生故障且提供给高炉操作人员，保证高炉软水密闭循环系统的正常工作，就需要建立一种软水密闭循环系统的膨胀罐液位故障检测软测量方法，这也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：提供一种高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位故障检测软测量方法，能够适应高炉炼铁生产复杂工况条件下的膨胀罐液位计发生故障时的在线检测，为保证高炉软水密闭循环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：一种高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位故障检测软测量方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、确定高炉软水密闭循环系统的数据采集周期Δt；膨胀罐横截面积S；

S2、每间隔一个数据采集周期Δt时，采集一次膨胀罐液位计高度值h、膨胀罐补水调节阀补水流量V；并将采集到的数据按照先入先出的规则顺序存入到上位机的数据堆栈中，数据堆栈保存有n个采集周期的数据；n大于或等于3，且为3的倍数；

S3、使用上位机的数据堆栈中n组数据计算n-2组膨胀罐液位故障检测软测量指标值，具体计算公式为：

$J_i=\frac{h_{i+2}-h_i}{V_{i+1}-V_i}\×\frac{S}{\mathrm{\Δt}},i=\mathrm{1,2},...,n-2;$

式中，J_i表示第i个膨胀罐液位故障检测软测量指标值；h_i为数据堆栈中第i组数据中存储的膨胀罐液位计高度值；h_i+2为数据堆栈中第i+2组数据中存储的膨胀罐液位计高度值；V_i为数据堆栈中第i组数据中存储的膨胀罐补水调节阀补水流量；V_i+1为数据堆栈中第i+1组数据中存储的膨胀罐补水调节阀补水流量；

S4、建立基于不同权重技术的膨胀罐液位故障检测软测量指标综合评判模型：

$J=\underset{i=1}{\overset{n-2}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\δ}}_i\×J_i),$

其中，J为膨胀罐液位故障检测软测量指标综合评判值，δ_i为第i个膨胀罐液位故障检测软测量指标值对应的权重值，且有δ₁≥δ₂≥...≥δ_n-2和

S5、结合膨胀罐液位故障检测软测量指标综合评判值J，对高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位是否发生故障进行判断,判断规则如下：

如果J<a,则认为高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位发生故障，且显示水位比实际水位要低；

如果a≤J≤b,则认为高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位没有发生故障；

如果J>b,则认为高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位发生故障，且显示水位比实际水位要高；

这里，a为介于0到0.8之间的实数；b为介于1.2到2之间的实数。

本发明的有益效果为：通过利用实际生产过程中采集的数据，提供一种高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位故障检测软测量方法，其适合高炉炼铁的复杂恶劣工况，当膨胀罐液位计发生故障时，能够及时诊断出发生故障且提供给高炉操作人员，保证高炉软水密闭循环系统的正常工作，提高了当前高炉炼铁生产自动化水平。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为本发明的效果验证图。

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，但不限定本发明。

本发明提供的一种高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位故障检测软测量方法，如图1所示，它包括以下步骤：

S1、确定高炉软水密闭循环系统的数据采集周期Δt；膨胀罐横截面积S；

S2、每间隔一个数据采集周期Δt时，采集一次膨胀罐液位计高度值h、膨胀罐补水调节阀补水流量V；并将采集到的数据按照先入先出的规则顺序存入到上位机的数据堆栈中，数据堆栈保存有n个采集周期的数据；n大于或等于3，且为3的倍数；

S3、使用上位机的数据堆栈中n组数据计算n-2组膨胀罐液位故障检测软测量指标值，具体计算公式为：

$J_i=\frac{h_{i+2}-h_i}{V_{i+1}-V_i}\&times;\frac{S}{\mathrm{\&Delta;t}},i=\mathrm{1,2},...,n-2;$

式中，J_i表示第i个膨胀罐液位故障检测软测量指标值；h_i为数据堆栈中第i组数据中存储的膨胀罐液位计高度值；h_i+2为数据堆栈中第i+2组数据中存储的膨胀罐液位计高度值；V_i为数据堆栈中第i组数据中存储的膨胀罐补水调节阀补水流量；V_i+1为数据堆栈中第i+1组数据中存储的膨胀罐补水调节阀补水流量；

S4、建立基于不同权重技术的膨胀罐液位故障检测软测量指标综合评判模型：

$J=\underset{i=1}{\overset{n-2}{\mathrm{\&Sigma;}}}({\mathrm{\&delta;}}_i\&times;J_i),$

其中，J为膨胀罐液位故障检测软测量指标综合评判值，δ_i为第i个膨胀罐液位故障检测软测量指标值对应的权重值，且有δ₁≥δ₂≥...≥δ_n-2和

S5、结合膨胀罐液位故障检测软测量指标综合评判值J，对高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位是否发生故障进行判断,判断规则如下：

如果J<a,则认为高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位发生故障，且显示水位比实际水位要低；

如果a≤J≤b,则认为高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位没有发生故障；

如果J>b,则认为高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位发生故障，且显示水位比实际水位要高；

这里，a为介于0到0.8之间的实数；b为介于1.2到2之间的实数。

基于本发明的一种高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位故障检测软测量方法已在某高炉软水密闭循环系统上得到试验。高炉炼铁生产工序和设备繁多，软水密闭循环系统属于保障其安全运行的关键设备，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，初始膨胀罐液位取自上一个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。

基于本发明，本实施例进行高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位故障检测软测量的具体计算流程为：

(1)确定高炉软水密闭循环系统的数据采集周期Δt，单位为s；膨胀罐横截面积S，单位为m²。

(2)每间隔一个数据采集周期Δt时，采集一次膨胀罐液位计高度值h，单位为m；膨胀罐补水调节阀补水流量V，单位为m³/s；并将采集到的数据按照先入先出的规则顺序存入到上位机的数据堆栈中，数据堆栈保存有n个采集周期的数据，这里，n大于或等于3，且为3的倍数。

(3)使用上位机的数据堆栈中n组数据计算n-2组膨胀罐液位故障检测软测量指标值，具体计算公式为：

$J_i=\frac{h_{i+2}-h_i}{V_{i+1}-V_i}\&times;\frac{S}{\mathrm{\&Delta;t}},i=\mathrm{1,2},...,n-2;$

式中，J_i表示第i个膨胀罐液位故障检测软测量指标值，为无量纲单位；h_i为数据堆栈中第i组数据中存储的膨胀罐液位计高度值，单位为m；V_i为数据堆栈中第i组数据中存储的膨胀罐补水调节阀补水流量，单位为m³/s；Δt为数据采集周期，单位为s；S为膨胀罐横截面积，单位为m²。

(4)建立基于不同权重技术的膨胀罐液位故障检测软测量指标综合评判模型：

$J=\underset{i=1}{\overset{n-2}{\mathrm{\&Sigma;}}}({\mathrm{\&delta;}}_i\&times;J_i),$

其中，J为基于不同权重技术的膨胀罐液位故障检测软测量指标综合评判值，δ_i为第i个膨胀罐液位故障检测软测量指标值对应的权重值，且有δ₁≥δ₂≥...≥δ_n-2和

(5)结合步骤(4)中获得的基于不同权重技术的膨胀罐液位故障检测软测量指标综合评判值J，对高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位是否发生故障进行判断，判断规则如下：

如果J<a，则认为高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位发生故障，且显示水位比实际水位要低；

如果a≤J≤b,则认为高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位没有发生故障；

如果J>b,则认为高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位发生故障，且显示水位比实际水位要高；

这里，a为介于0到0.8之间的实数，本实施例中a取值为0.6；b为介于1.2到2之间的实数，本实施例中b取值为1.4。

为了验证本发明的高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位故障检测软测量方法的有效性，我们采集现场实际数据与软测量模型数据进行比较，如图2中所示。在图2中，我们进行了相关实验测试：人为压低在第5到第10个测量周期时的膨胀罐液位检测值,也就是说此时的液位检测是有故障的，从图2中可以看出,在第5到第10个测量周期内基于不同权重技术的膨胀罐液位故障检测软测量指标综合评判值J均低于0.4,此时本发明方法能够得出高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位发生故障，且显示水位比实际水位要低的结论，符合实际情况。

通过使用本发明的高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位故障检测软测量方法，完全适应高炉炼铁的复杂恶劣工况，其适合高炉炼铁的复杂恶劣工况，，当膨胀罐液位计发生故障时，能够及时诊断出发生故障且提供给高炉操作人员，保证高炉软水密闭循环系统的正常工作，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)

1.一种高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位故障检测软测量方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、确定高炉软水密闭循环系统的数据采集周期Δt；膨胀罐横截面积S；

S2、每间隔一个数据采集周期Δt时，采集一次膨胀罐液位计高度值h、膨胀罐补水调节阀补水流量V；并将采集到的数据按照先入先出的规则顺序存入到上位机的数据堆栈中，数据堆栈保存有n个采集周期的数据；n大于或等于3，且为3的倍数；

S3、使用上位机的数据堆栈中n组数据计算n-2组膨胀罐液位故障检测软测量指标值，具体计算公式为：

$J_i=\frac{h_{i+2}-h_i}{V_{i+1}-V_i}\&times;\frac{S}{\mathrm{\&Delta;t}},$ i＝1，2，…,n-2；

式中，J_i表示第i个膨胀罐液位故障检测软测量指标值；h_i为数据堆栈中第i组数据中存储的膨胀罐液位计高度值；h_i+2为数据堆栈中第i+2组数据中存储的膨胀罐液位计高度值；V_i为数据堆栈中第i组数据中存储的膨胀罐补水调节阀补水流量；V_i+1为数据堆栈中第i+1组数据中存储的膨胀罐补水调节阀补水流量；

S4、建立基于不同权重技术的膨胀罐液位故障检测软测量指标综合评判模型：

$J=\underset{i=1}{\overset{n-2}{\mathrm{\&Sigma;}}}({\mathrm{\&delta;}}_i\&times;J_i),$

其中，J为膨胀罐液位故障检测软测量指标综合评判值，δ_i为第i个膨胀罐液位故障检测软测量指标值对应的权重值，且有δ₁≥δ₂≥…≥δ_n-2和

S5、结合膨胀罐液位故障检测软测量指标综合评判值J，对高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位是否发生故障进行判断,判断规则如下：

如果J<a,则认为高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位发生故障，且显示水位比实际水位要低；

如果a≤J≤b,则认为高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位没有发生故障；

如果J>b,则认为高炉软水密闭循环系统的膨胀罐液位发生故障，且显示水位比实际水位要高；

这里，a为介于0到0.8之间的实数；b为介于1.2到2之间的实数。