CN105865216A - 燃气式工业炉温度控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃气式工业炉温度控制方法及系统，为实现控制精确且节能而设计。燃气式工业炉温度控制方法，基于燃气式工业炉内温度通过预估补偿控制算法算出烧嘴的燃烧时间，并根据该燃烧时间控制烧嘴的燃烧。燃气式工业炉温度控制系统包括温度传感器；接收温度信号并将温度信号转换成工控机可使用的信号输出的信号转换模块；接收转换模块输出的信号、基于检测温度通过预估补偿控制算法计算出烧嘴在控制周期内的燃烧比例、并基于燃烧比例计算出烧嘴的燃烧时间并输出表示燃烧时间的时间信号的工控机；接收时间信号，并依据时间信号输出控制信号的烧嘴控制器；以及接收控制信号并相应地动作以控制烧嘴燃烧的阀门。

Description

燃气式工业炉温度控制方法及系统

技术领域

本发明涉及温度控制技术领域，尤其涉及一种燃气式工业炉温度控制方法及系统。

背景技术

热处理是产品制造全生命周期中最重要的、能耗最大的关键环节，也是产品获得最佳性能的关重环节，多年来一直未受到制造技术领域的重视。据统计，工业模具制造业中，其产品100％要经过热处理，车辆制造业中则有70％～80％的零件要经行热处理工序。考虑到节能方面，越来越多的车辆制造企业采用燃气方式作为热处理的能源供应。燃气式工业炉是车辆企业零部件热处理最常用的设备，其温度控制直接影响到工件的质量及能源消耗状况。燃气式工业炉炉温影响因素很多，主要有炉体结构设计、炉体保温密封、热源分布、燃气的压力与热值、测温点布置、控制方式等。一旦炉体建造完成，则其温度控制方法就成了燃气式工业炉的关键。目前，燃气式工业炉温度控制方法主要是依赖于温控仪表或控制电路以及烧嘴的时序控制，其主要不足是：温控仪表或控制电路采用常规PID或智能PID算法进行温度控制，控制精度可以达到设计要求，但其节能效果差；其次，烧嘴的时序控制很难与PID控制模式达到完美的协调一致；三是烧嘴火焰温度多高于工艺(控制)温度，目前控制方式难以解决烧嘴与测温点的耦合问题。其结果是燃气式工业炉温控的效果不理想，控温精度不高，其节能的效果也差。

因此，需要一种能够精确控制且节能的燃气式工业炉温度控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种精确控制且节能的燃气式工业炉温度控制方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供一种燃气式工业炉温度控制方法，基于燃气式工业炉内温度结合预估补偿控制算法算出烧嘴的燃烧时间，并根据该燃烧时间控制烧嘴的燃烧。

根据本发明，燃气式工业炉温度控制方法包括如下步骤：S1、检测燃气式工业炉内预设位置的温度并作为检测温度；S2、基于检测温度通过预估补偿控制算法计算出烧嘴在控制周期内的燃烧比例；S3、基于燃烧比例计算出烧嘴的燃烧时间；S4、根据燃烧时间控制烧嘴的燃烧。

根据本发明，在步骤S1中，实时连续检测燃气式工业炉内预设位置的温度。

根据本发明，步骤S1包括如下子步骤：S1.1、通过设置在燃气式工业炉中的温度传感器检测燃气式工业炉内的温度并输出表示检测温度的温度信号；S1.2、信号转换模块接收温度信号并将温度信号转换成工控机可使用的信号输出；S1.3、工控机接收信号转换模块输出的信号；步骤S2执行为：工控机基于检测温度通过预估补偿控制算法计算出烧嘴在控制周期内的燃烧比例；步骤S3执行为：工控机基于燃烧比例计算出烧嘴的燃烧时间并输出表示燃烧时间的时间信号；步骤S4执行为：烧嘴控制器接收时间信号，并依据时间信号控制烧嘴燃烧。

根据本发明，步骤S1还包括在步骤S1.3执行完毕后执行的步骤S1.4:工控机存储检测温度、和/或显示检测温度、和/或绘制并显示温度变化曲线。

根据本发明，在步骤S4中，烧嘴控制器通过控制燃气脉冲阀和助燃空气电动阀来控制烧嘴燃烧。

根据本发明，燃气式工业炉为燃气式推杆炉。

本发明另一方面提供一种燃气式工业炉温度控制方法，包括如下步骤：a、通过设置在燃气式工业炉中的温度传感器实时连续检测燃气式工业炉内的温度并输出表示检测温度的温度信号；b、信号转换模块不断接收温度信号并将温度信号转换成工控机可使用的信号输出；c、工控机接收转换模块输出的信号，并且在工控机显示屏上显示检测温度；d、工控机存储检测温度，绘制并显示温度变化曲线；e、工控机基于检测温度通过预估补偿控制算法计算出烧嘴在控制周期内的燃烧比例；f、工控机基于燃烧比例计算出烧嘴的燃烧时间并输出表示燃烧时间的时间信号；g、烧嘴控制器接收时间信号，并依据时间信号控制烧嘴燃烧。

本发明再一方面提供一种燃气式工业炉温度控制系统，包括：设置在燃气式工业炉内以用于检测燃气式工业炉内预设位置的温度、并输出表示检测温度的温度信号的温度传感器；接收温度信号并将温度信号转换成工控机可使用的信号输出的信号转换模块；接收转换模块输出的信号、基于检测温度通过预估补偿控制算法计算出烧嘴在控制周期内的燃烧比例、基于燃烧比例计算出烧嘴的燃烧时间并输出表示燃烧时间的时间信号的工控机；接收时间信号、并依据时间信号输出控制信号的烧嘴控制器；以及接收控制信号并相应地动作以控制烧嘴燃烧的阀门；其中，温度传感器与信号转换模块之间、信号转换模块与工控机之间、工控机与烧嘴控制器之间、以及烧嘴控制器与阀门之间均通讯连接。

根据本发明，阀门包括燃气脉冲阀和助燃空气电动阀。

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明的燃气式工业炉温度控制方法，基于燃气式工业炉内温度结合预估补偿控制算法算出烧嘴的燃烧时间，并根据该燃烧时间控制烧嘴的燃烧。由此，本发明开创性地提出了基于预估补偿技术的燃气式工业炉温度控制方法，控制方法简便灵巧，切实可行。并且，因预估补偿控制算法控制精度高，可有效抑制烧嘴开/关或大小火动作带来的温度冲击(扰动)，且鲁棒性好，节能效果好，所以在不改变炉体本身物理结构的前提下燃气式工业炉内温度采用预估补偿技术，控温精度高，节能效果好，提高了燃气式工业炉的品质，具有很强的普适性。

本发明的燃气式工业炉温度控制方法，包括如下步骤：a、通过设置在燃气式工业炉中的温度传感器实时连续检测燃气式工业炉内的温度并输出表示检测温度的温度信号；b、信号转换模块不断接收温度信号并将温度信号转换成工控机可使用的信号输出；c、工控机接收转换模块输出的信号，并且在工控机显示屏上显示检测温度；d、工控机存储检测温度，绘制并显示温度变化曲线；e、工控机基于检测温度通过预估补偿控制算法计算出烧嘴在控制周期内的燃烧比例；f、工控机基于燃烧比例计算出烧嘴的燃烧时间并输出表示燃烧时间的时间信号；g、烧嘴控制器接收时间信号，并依据时间信号控制烧嘴燃烧。由此，本发明开创性地提出了基于预估补偿技术的燃气式工业炉温度控制方法，控制方法简便灵巧，切实可行。并且，因预估补偿控制算法控制精度高，可有效抑制烧嘴开/关或大小火动作带来的温度冲击(扰动)，且鲁棒性好，节能效果好，所以在不改变炉体本身物理结构的前提下燃气式工业炉内温度采用预估补偿技术，控温精度高，节能效果好，提高了燃气式工业炉的品质，具有很强的普适性。此外，通过工控机能够显示燃气式工业炉炉温变化曲线。

本发明的燃气式工业炉温度控制系统，包括设置在燃气式工业炉内以用于检测燃气式工业炉内预设位置并输出表示检测温度的温度信号的温度传感器；接收温度信号并将温度信号转换成工控机可使用的信号输出的信号转换模块；接收转换模块输出的信号、基于检测温度通过预估补偿控制算法计算出烧嘴在控制周期内的燃烧比例、基于燃烧比例计算出烧嘴的燃烧时间并输出表示燃烧时间的时间信号的工控机；接收时间信号、并依据时间信号输出控制信号的烧嘴控制器；以及接收控制信号并相应地动作以控制烧嘴燃烧的阀门；其中，温度传感器与信号转换模块之间、信号转换模块与工控机之间、工控机与烧嘴控制器之间、以及烧嘴控制器与阀门之间均通讯连接。由此，本发明开创性地提出了基于预估补偿技术的燃气式工业炉温度控制系统，控制简便灵巧，切实可行。并且，因预估补偿控制算法控制精度高，可有效抑制烧嘴开/关或大小火动作带来的温度冲击(扰动)，且鲁棒性好，节能效果好，所以在不改变炉体本身物理结构的前提下燃气式工业炉内温度采用预估补偿技术，控温精度高，节能效果好，提高了燃气式工业炉的品质，具有很强的普适性。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的燃气式工业炉温度控制方法的原理框图。

图2为本发明具体实施方式提供的燃气式工业炉温度控制系统的构成图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

参照图1，在本实施例中，该燃气式工业炉温度控制方法，基于燃气式工业炉内温度结合预估补偿控制算法(即预估补偿技术)算出烧嘴的燃烧时间，也就是说，在获得燃气式工业炉内温度的情况下，基于该温度算出烧嘴燃烧时间的过程中结合使用了预估补偿控制算法。在算出烧嘴的燃烧时间之后，根据该燃烧时间控制烧嘴的燃烧。

其中，预估补偿控制算法主要有以下部分组成：

(1)过渡单元

根据温度设定值v₀，安排过渡过程值v₁，并提取其微分信号v₂。

$\left\{\begin{array}{c}{v}_1(k+1)=v_1\left(k\right)+h*v_2\left(k\right)\\ v_2(k+1)=v_2\left(k\right)+h*fhan\left(v_1\right(k)-v_0,v_2\left(k\right),r_0,h)\end{array}\right.$

其中，fhan()函数为最速反馈函数，h为快速因子，r₀为控制量增益。

(2)预估单元

根据推杆炉的输入信号u和输出信号y预估推杆炉的状态z₁、z₂和作用于推杆炉的总扰动z₃。

$\left\{\begin{array}{c}e\left(k\right)=z_1\left(k\right)-y\left(k\right)\\ z_1(k+1)=z_1\left(k\right)+h\left(z_2\right(k)-{\mathrm{\β}}_{01}*fal\left(e\right(k),0.5,\mathrm{\δ}\left)\right)\\ z_2(k+1)=z_2\left(k\right)+h\left(z_3\right(k)-{\mathrm{\β}}_{02}*fal\left(e\right(k),0.5,\mathrm{\δ}\left)\right)\\ z_3(k+1)=z_3\left(k\right)-h({\mathrm{\β}}_{03}*fal(e\left(k\right),0.25,\mathrm{\δ}\left)\right)\end{array}\right.$

其中β₀₁、β₀₂、β₀₃为一组参数，fal()函数为原点附近具有线性段的连续的幂次函数，b₀为补偿因子，δ为线性段的区间长度。

(3)补偿单元

对误差反馈量u₀用预估值z₃的补偿来确定最终控制输出量u。

$u\left(k\right)=\frac{u_0\left(k\right)-z_3\left(k\right)}{h_0}.$

由此，本发明开创性地提出了基于预估补偿技术的燃气式工业炉温度控制方法，控制方法简便灵巧，切实可行。并且，因预估补偿控制算法控制精度高，可有效抑制烧嘴开/关或大小火动作带来的温度冲击(扰动)，且鲁棒性好，节能效果好，所以在不改变炉体本身物理结构的前提下燃气式工业炉内温度采用预估补偿技术，控温精度高，节能效果好，提高了燃气式工业炉的品质，具有很强的普适性。

进一步，继续参照图1，在本实施例中，燃气式工业炉为燃气式推杆炉，该燃气式推杆炉的基本情况是：推杆炉为钢板淬火用热处理炉，炉体尺寸为(长×宽×高)13m×1.6m×0.8m；炉体内部共分布18只烧嘴，推杆轨道上2只，轨道下16只；炉膛设有4个控温点，前三个控温点控制4只烧嘴，出料口控温点控制6只烧嘴。如下，为快速介绍上述控制方法，先仅以一个烧嘴为例，描述控制步骤。

该燃气式推杆炉的温度控制方法包括如下步骤。

S1、检测燃气式工业炉内预设位置(测温点)的温度并将该温度作为检测温度。具体步骤如下：

S1.1、通过设置在燃气式工业炉中的温度传感器实时连续检测燃气式工业炉内的温度(即检测温度)并输出表示检测温度的温度信号，在本实施例中，由于本炉加热工艺温度高于1050℃，该温度传感器优选为瓷套管的S型热电偶；

S1.2、温度信号不断通过S型热电偶补偿导线传入信号转换模块，信号转换模块接收温度信号并将温度信号转换成工控机可使用的信号，例如，温度信号为电压信号(mV),信号转换模块将该电压信号转换为标准信号(如电流信号(mA))之后实时将该信号输出；

S1.3、工控机接收信号转换模块输出的信号；

S1.4、工控机存储检测温度、实时显示检测温度，并且存储、绘制并实时显示温度变化曲线，该温度变化曲线即炉体温度的变化过程。

当然，在步骤S1.4中，工控机可在存储检测温度、显示检测温度以及存储、绘制并实时显示温度变化曲线这些功能中选择任意一个或多个实现，而不局限于全部实现。

之后，执行步骤S2，工控机基于检测温度通过预估补偿控制算法计算出烧嘴在控制周期内的燃烧比例。

然后，执行步骤S3，基于燃烧比例计算出烧嘴的燃烧时间。具体为，工控机基于燃烧比例计算出烧嘴的燃烧时间并通过工控机的输出模块输出表示燃烧时间的时间信号。

最后，执行步骤S4，根据燃烧时间控制烧嘴的燃烧。具体为，烧嘴控制器接收时间信号，并依据时间信号(该时间信号可以转换为百分数或0～20mA或4～20mA信号输出，依据烧嘴控制器类型及烧嘴类型而定。本例该信号输出为百分数)控制烧嘴燃烧，同时该输出信号能够在显示器上显示。优选地，烧嘴控制器通过控制燃气脉冲阀和助燃空气电动阀来控制烧嘴燃烧。即，燃气脉冲阀打开，空气助燃电动阀开启，点火，烧嘴燃烧，为推杆炉内提供热源。燃气脉冲阀和助燃空气电动阀的动作时序依据烧嘴类型及工作方式而定(大/小火或ON/OFF或连续燃烧形式)。

然后返回步骤S1继续向下执行。

在上述描述的基础上，描述该控制方法用于多个烧嘴的情况。

图1为单区控制原理图，其余各区原理、硬件相同，但各区控制参数不同。整个控制系统共用一套工控机、显示器及输入输出电路。图1中N为每区控制的烧嘴(烧嘴控制器)数量，一般的，N取1～6。

S1.1、通过分布于炉顶的4个测温点的温度传感器实时连续检测燃气式工业炉内的温度并输出表示检测温度的温度信号；

S1.2、所有温度信号不断通过S型热电偶补偿导线传入信号转换模块，信号转换模块接收温度信号并将所有温度信号转换成工控机可使用的多个信号，之后实时将该信号输出；

S1.3、工控机接收信号转换模块输出的多个信号；

S1.4、工控机存储各区同步、实时的检测温度，实时显示检测温度，并且存储、绘制并实时显示温度变化曲线，该温度变化曲线即炉体温度的变化过程。

S2、工控机基于每区的检测温度通过预估补偿控制算法计算出每区烧嘴在控制周期内的燃烧比例。

S3、工控机基于燃烧比例计算出各个烧嘴的燃烧时间，并通过工控机的输出模块向所有烧嘴控制器(本实施例中有4只或6只烧嘴控制器)输出表示其所对应的烧嘴的燃烧时间的时间信号。

S4、所有烧嘴控制器接收各自烧嘴所对应的时间信号，并依据时间信号控制燃气脉冲阀和助燃空气电动阀的开闭，进而控制烧嘴燃烧，即，燃气脉冲阀打开，空气助燃电动阀开启，点火，烧嘴燃烧，为推杆炉内提供热源；同时该燃烧时间能够在显示器上显示。

然后返回步骤S1继续向下执行。

由此，将该控制方法同时应用于多个烧嘴，能够精准控制各区温度，可有效保证推杆炉有效加热区的温度均匀性，节约能源，提高工件热处理质量。

实施例二

在本实施例中，提供一种燃气式工业炉温度控制方法，该燃气式工业炉温度控制方法也可参照图1。

具体而言，燃气式工业炉温度控制方法包括如下步骤：

a、通过设置在燃气式工业炉中的温度传感器实时连续检测燃气式工业炉内的温度并输出表示检测温度的温度信号；b、信号转换模块不断接收温度信号并将温度信号转换成工控机可使用的信号输出；c、工控机接收转换模块输出的信号，并且在工控机显示屏上显示检测温度；d、工控机存储检测温度，绘制并显示温度变化曲线；e、工控机基于检测温度通过预估补偿控制算法(即预估补偿技术)计算出烧嘴在控制周期内的燃烧比例；f、工控机基于燃烧比例计算出烧嘴的燃烧时间并输出表示燃烧时间的时间信号；g、烧嘴控制器接收时间信号，并依据时间信号控制烧嘴燃烧。其中，预估补偿控制算法主要有以下部分组成：

(1)过渡单元

根据温度设定值v₀，安排过渡过程值v₁，并提取其微分信号v₂。

$\left\{\begin{array}{c}{v}_1(k+1)=v_1\left(k\right)+h*v_2\left(k\right)\\ v_2(k+1)=v_2\left(k\right)+h*fhan\left(v_1\right(k)-v_0,v_2\left(k\right),r_0,h)\end{array}\right.$

其中，fhan()函数为最速反馈函数，h为快速因子，r₀为控制量增益。

(2)预估单元

根据推杆炉的输入信号u和输出信号y预估推杆炉的状态z₁、z₂和作用于推杆炉的总扰动z₃。

$\left\{\begin{array}{c}e\left(k\right)=z_1\left(k\right)-y\left(k\right)\\ z_1(k+1)=z_1\left(k\right)+h\left(z_2\right(k)-{\mathrm{\β}}_{01}*fal\left(e\right(k),0.5,\mathrm{\δ}\left)\right)\\ z_2(k+1)=z_2\left(k\right)+h\left(z_3\right(k)-{\mathrm{\β}}_{02}*fal\left(e\right(k),0.5,\mathrm{\δ}\left)\right)\\ z_3(k+1)=z_3\left(k\right)-h({\mathrm{\β}}_{03}*fal(e\left(k\right),0.25,\mathrm{\δ}\left)\right)\end{array}\right.$

其中β₀₁、β₀₂、β₀₃为一组参数，fal()函数为原点附近具有线性段的连续的幂次函数，b₀为补偿因子，δ为线性段的区间长度。

(3)补偿单元

对误差反馈量u₀用预估值z₃的补偿来确定最终控制输出量u。

$u\left(k\right)=\frac{u_0\left(k\right)-z_3\left(k\right)}{b_0}.$

由此，本发明开创性地提出了基于预估补偿技术的燃气式工业炉温度控制方法，控制方法简便灵巧，切实可行。并且，因预估补偿控制算法控制精度高，可有效抑制烧嘴开/关或大小火动作带来的温度冲击(扰动)，且鲁棒性好，节能效果好，所以在不改变炉体本身物理结构的前提下燃气式工业炉内温度采用预估补偿技术，控温精度高，节能效果好，提高了燃气式工业炉的品质，具有很强的普适性。此外，通过工控机能够显示燃气式工业炉炉温变化曲线。

进一步，继续参照图1，在本实施例中，燃气式工业炉为燃气式推杆炉，该燃气式推杆炉的基本情况是：推杆炉为钢板淬火用热处理炉，炉体尺寸为(长×宽×高)13m×1.6m×0.8m；炉体内部共分布18只烧嘴，推杆轨道上2只，轨道下16只；炉膛设有4个控温点，前三个控温点控制4只烧嘴，出料口控温点控制6只烧嘴。如下，为快速介绍上述控制方法，先仅以一个烧嘴为例，描述控制步骤。

a、通过设置在燃气式工业炉中的温度传感器实时连续检测燃气式工业炉内(测温点)的温度并输出表示检测温度的温度信号，由于本炉加热工艺温度高于1050℃，该温度传感器优选为瓷套管的S型热电偶；

b、温度信号不断通过S型热电偶补偿导线传入信号转换模块，信号转换模块不断接收温度信号并将温度信号转换成工控机可使用的信号，例如，温度信号为电压信号(mV),信号转换模块将该电压信号转换为标准信号(如电流信号(mA))之后实时将该信号输出；

c、工控机接收信号转换模块输出的信号，并且在工控机显示屏上显示检测温度；

d、工控机存储检测温度，绘制、存储并显示温度变化曲线，该温度变化曲线即炉体温度的变化过程；

e、工控机基于检测温度通过预估补偿控制算法计算出烧嘴在控制周期内的燃烧比例；

f、工控机基于燃烧比例计算出烧嘴的燃烧时间并输出表示燃烧时间的时间信号；

g、烧嘴控制器接收时间信号，并依据时间信号(该时间信号可以转换为百分数或0～20mA或4～20mA信号输出，依据烧嘴控制器类型及烧嘴类型而定。本例该信号输出为百分数)控制烧嘴燃烧，同时该输出信号能够在显示器上显示。优选地，烧嘴控制器通过控制燃气脉冲阀和助燃空气电动阀来控制烧嘴燃烧，即燃气脉冲阀打开，空气助燃电动阀开启，点火，烧嘴燃烧，为推杆炉内提供热源。燃气脉冲阀和助燃空气电动阀的动作时序依据烧嘴类型及工作方式而定(大/小火或ON/OFF或连续燃烧形式)。

然后返回步骤a继续向下执行。

在上述描述的基础上，描述该控制方法用于多个烧嘴的情况。

图1为单区控制原理图，其余各区原理、硬件相同，但各区控制参数不同。整个控制系统共用一套工控机、显示器及输入输出电路。图1中N为每区控制的烧嘴(烧嘴控制器)数量，一般的，N取1～6。

a、通过分布于炉顶的4个测温点的温度传感器实时连续检测燃气式工业炉内的温度并输出表示检测温度的温度信号；

b、所有温度信号不断通过S型热电偶补偿导线传入信号转换模块，信号转换模块不断接收温度信号并将温度信号转换成工控机可使用的信号，之后实时将该信号输出；

c、工控机接收转换模块输出的信号，并且在工控机显示屏上同步、实时显示各区检测温度；

d、工控机存储各区的检测温度，绘制、存储并显示温度变化曲线，该温度变化曲线即炉体温度的变化过程；

e、工控机基于每区的检测温度通过预估补偿控制算法计算出每区烧嘴在控制周期内的燃烧比例；

f、工控机基于燃烧比例计算出各个烧嘴的燃烧时间，并通过工控机的输出模块向所有烧嘴控制器(本实施例中有4只或6只烧嘴控制器)输出表示其所对应的烧嘴的燃烧时间的时间信号；

g、所有烧嘴控制器接收各自烧嘴所对应的时间信号，并依据时间信号控制燃气脉冲阀和助燃空气电动阀的开闭，进而控制烧嘴燃烧，即，燃气脉冲阀打开，空气助燃电动阀开启，点火，烧嘴燃烧，为推杆炉内提供热源；同时该燃烧时间能够在显示器上显示。

然后返回步骤a继续向下执行。

由此，将该控制方法同时应用于多个烧嘴，能够精准控制各区温度，可有效保证推杆炉有效加热区的温度均匀性，节约能源，提高工件热处理质量。

实施例三

参照图2，在本实施例中，提供一种燃气式工业炉温度控制系统。该系统包括温度传感器、信号转换模块、工控机、烧嘴控制器、以及阀门。其中，温度传感器设置在燃气式工业炉内，用于检测燃气式工业炉内预设位置的温度(即获得检测温度)并输出表示检测温度的温度信号；信号转换模块与温度传感器之间通讯连接，信号转换模块接收温度信号并将温度信号转换成工控机可使用的信号输出，例如，温度信号为电压信号(mV),信号转换模块将该电压信号转换为标准信号(如电流信号(mA))；工控机与信号转换模块之间通讯连接，工控机接收信号转换模块输出的信号、基于检测温度通过预估补偿控制算法计算出烧嘴在控制周期内的燃烧比例、基于燃烧比例计算出烧嘴的燃烧时间并输出表示燃烧时间的时间信号；烧嘴控制器与工控机之间通讯连接，烧嘴控制器接收时间信号，并依据时间信号输出控制信号；阀门与烧嘴控制器之间通讯连接，阀门接收控制信号并相应地动作以控制烧嘴燃烧。

其中，预估补偿控制算法主要有以下部分组成：

(2)过渡单元

根据温度设定值v₀，安排过渡过程值v₁，并提取其微分信号v₂。

$\left\{\begin{array}{c}{v}_1(k+1)=v_1\left(k\right)+h*v_2\left(k\right)\\ v_2(k+1)=v_2\left(k\right)+h*fhan\left(v_1\right(k)-v_0,v_2\left(k\right),r_0,h)\end{array}\right.$

其中，fhan()函数为最速反馈函数，h为快速因子，r₀为控制量增益。

(2)预估单元

根据推杆炉的输入信号u和输出信号y预估推杆炉的状态z₁、z₂和作用于推杆炉的总扰动z₃。

$\left\{\begin{array}{c}e\left(k\right)=z_1\left(k\right)-y\left(k\right)\\ z_1(k+1)=z_1\left(k\right)+h\left(z_2\right(k)-{\mathrm{\β}}_{01}*fal\left(e\right(k),0.5,\mathrm{\δ}\left)\right)\\ z_2(k+1)=z_2\left(k\right)+h\left(z_3\right(k)-{\mathrm{\β}}_{02}*fal\left(e\right(k),0.5,\mathrm{\δ}\left)\right)\\ z_3(k+1)=z_3\left(k\right)-h({\mathrm{\β}}_{03}*fal(e\left(k\right),0.25,\mathrm{\δ}\left)\right)\end{array}\right.$

其中β₀₁、β₀₂、β₀₃为一组参数，fal()函数为原点附近具有线性段的连续的幂次函数，b₀为补偿因子，δ为线性段的区间长度。

(3)补偿单元

对误差反馈量u₀用预估值z₃的补偿来确定最终控制输出量u。

$u\left(k\right)=\frac{u_0\left(k\right)-z_3\left(k\right)}{b_0}.$

由此，本发明开创性地提出了基于预估补偿技术的燃气式工业炉温度控制系统，控制简便灵巧，切实可行。并且，因预估补偿控制算法控制精度高，可有效抑制烧嘴开/关或大小火动作带来的温度冲击(扰动)，且鲁棒性好，节能效果好，所以在不改变炉体本身物理结构的前提下燃气式工业炉内温度采用预估补偿技术，控温精度高，节能效果好，提高了燃气式工业炉的品质，具有很强的普适性。

参照图2，在本实施例中，燃气式工业炉为燃气式推杆炉，该燃气式推杆炉的基本情况是：推杆炉为钢板淬火用热处理炉，炉体尺寸为(长×宽×高)13m×1.6m×0.8m；炉体内部共分布18只烧嘴，推杆轨道上2只，轨道下16只；炉膛设有4个控温点，前三个控温点控制4只烧嘴，出料口控温点控制6只烧嘴。

在炉顶的4个测温点设置有温度传感器，由于本炉加热工艺温度高于1050℃，该温度传感器优选为瓷套管的S型热电偶。温度传感器通过补偿导线与信号转换模块连接，表示检测温度的温度信号经补偿导线进入信号转换模块。信号转换模块将温度信号转换成工控机可使用的信号，例如，温度信号为电压信号(mV),信号转换模块将该电压信号转换为标准信号(如电流信号(mA))。工控机通过电路与信号转换模块连接，接收信号转换模块输出的信号。

进一步，工控机显示屏能够同步、实时显示各区检测温度。并且，工控机能够存储各区的检测温度，绘制、存储并显示温度变化曲线，该温度变化曲线即炉体温度的变化过程。

进一步，工控机能够基于每区的检测温度，通过上述预估补偿控制算法计算出每区烧嘴在控制周期内的燃烧比例，并且基于燃烧比例计算出各个烧嘴的燃烧时间，该燃烧时间能够在显示器上显示。

更进一步，工控机内部的输出模块与所有烧嘴控制器(本例中有4只或6只烧嘴控制器)无线或有线连接，以向所有烧嘴控制器输出表示其所对应的烧嘴的燃烧时间的时间信号。烧嘴控制器接收各自烧嘴所对应的时间信号，并依据时间信号控制燃气脉冲阀和助燃空气电动阀的开闭，进而控制烧嘴燃烧。

上述燃气式工业炉温度控制系统能够用于实现实施例一和实施例二所示出的燃气式工业炉温度控制方法。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃气式工业炉温度控制方法，其特征在于，基于燃气式工业炉内温度结合预估补偿控制算法算出烧嘴的燃烧时间，并根据该燃烧时间控制烧嘴的燃烧。

2.根据权利要求1所述的燃气式工业炉温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、检测燃气式工业炉内预设位置的温度并作为检测温度；

S2、基于检测温度通过预估补偿控制算法计算出烧嘴在控制周期内的燃烧比例；

S3、基于所述燃烧比例计算出烧嘴的燃烧时间；

S4、根据所述燃烧时间控制烧嘴的燃烧。

3.根据权利要求2所述的燃气式工业炉温度控制方法，其特征在于，

在步骤S1中，实时连续检测燃气式工业炉内预设位置的温度。

4.根据权利要求2或3所述的燃气式工业炉温度控制方法，其特征在于，

步骤S1包括如下子步骤：

S1.1、通过设置在所述燃气式工业炉中的温度传感器检测燃气式工业炉内的温度并输出表示检测温度的温度信号；

S1.2、信号转换模块接收所述温度信号并将所述温度信号转换成工控机可使用的信号输出；

S1.3、工控机接收所述信号转换模块输出的信号；

步骤S2执行为：

所述工控机基于所述检测温度通过预估补偿控制算法计算出烧嘴在控制周期内的燃烧比例；

步骤S3执行为：

所述工控机基于所述燃烧比例计算出烧嘴的燃烧时间并输出表示所述燃烧时间的时间信号；

步骤S4执行为：

烧嘴控制器接收所述时间信号，并依据所述时间信号控制烧嘴燃烧。

5.根据权利要求4所述的燃气式工业炉温度控制方法，其特征在于，

步骤S1还包括在步骤S1.3执行完毕后执行的步骤S1.4:

所述工控机存储检测温度、和/或显示检测温度、和/或绘制并显示温度变化曲线。

6.根据权利要求4所述的燃气式工业炉温度控制方法，其特征在于，

在步骤S4中，烧嘴控制器通过控制燃气脉冲阀和助燃空气电动阀来控制烧嘴燃烧。

7.根据权利要求1所述的燃气式工业炉温度控制方法，其特征在于，

所述燃气式工业炉为燃气式推杆炉。

8.一种燃气式工业炉温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、通过设置在所述燃气式工业炉中的温度传感器实时连续检测燃气式工业炉内的温度并输出表示检测温度的温度信号；

b、信号转换模块不断接收所述温度信号并将所述温度信号转换成工控机可使用的信号输出；

c、工控机接收转换模块输出的信号，并且在工控机显示屏上显示检测温度；

d、所述工控机存储检测温度，绘制并显示温度变化曲线；

e、所述工控机基于所述检测温度通过预估补偿控制算法计算出烧嘴在控制周期内的燃烧比例；

f、所述工控机基于所述燃烧比例计算出烧嘴的燃烧时间并输出表示所述燃烧时间的时间信号；

g、烧嘴控制器接收所述时间信号，并依据所述时间信号控制烧嘴燃烧。

9.一种燃气式工业炉温度控制系统，其特征在于，包括：

设置在燃气式工业炉内以用于检测燃气式工业炉内预设位置的温度、并输出表示检测温度的温度信号的温度传感器；

接收所述温度信号、并将所述温度信号转换成工控机可使用的信号输出的信号转换模块；

接收转换模块输出的信号、基于所述检测温度通过预估补偿控制算法计算出烧嘴在控制周期内的燃烧比例、基于所述燃烧比例计算出烧嘴的燃烧时间并输出表示所述燃烧时间的时间信号的工控机；

接收所述时间信号、并依据所述时间信号输出控制信号的烧嘴控制器；以及

接收所述控制信号并相应地动作以控制烧嘴燃烧的阀门；

其中，所述温度传感器与所述信号转换模块之间、所述信号转换模块与所述工控机之间、所述工控机与所述烧嘴控制器之间、以及所述烧嘴控制器与所述阀门之间均通讯连接。

10.根据权利要求9所述的燃气式工业炉温度控制系统，其特征在于，

所述阀门包括燃气脉冲阀和助燃空气电动阀。