CN106842919B

CN106842919B - 一种烧结混合料水分的闭环控制方法

Info

Publication number: CN106842919B
Application number: CN201710012143.8A
Authority: CN
Inventors: 秦雪刚; 熊大林; 杨伟强; 刘莎莎; 周检平; 蒋学军
Original assignee: Beijing Shougang Automation Information Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Shougang Automation Information Technology Co Ltd
Priority date: 2017-01-08
Filing date: 2017-01-08
Publication date: 2019-11-01
Anticipated expiration: 2037-01-08
Also published as: CN106842919A

Abstract

一种烧结混合料水分的闭环控制方法，属于烧结混合料加水自动控制技术领域，具体涉及一种基于模糊控制理论、自动寻优算法和烧结加水操作工艺的控制方法。该方法的控制过程主要包括：1)通过目标水分、微波测水仪和加水流量计检测数据，运用模糊控制理论自动计算混合料加水量；2)通过建立烧结水分好坏评价指数，运用自动寻优算法，定期自动优化目标水分值，精确控制加水量。本发明改变了传统烧结混合料加水手动调节的模式，实现了对烧结混合料水分的闭环控制，提高了烧结混合料加水控制精度和自动化水平，保证了良好的混匀、造球效果和理想的透气性。

Description

一种烧结混合料水分的闭环控制方法

技术领域

本发明属于烧结混合料加水自动控制技术领域，特别提供了一种烧结混合料水分闭环控制方法。

背景技术

烧结混合料水分控制，是烧结生产过程的重要环节，既直接影响垂直烧结速度，又影响烧结矿的成品率、转鼓指数。混合料水分过大，促使烧结速度加快，造成烧结矿成品率较低，返矿量偏大，转鼓指数降低；混合料水分过小，促使烧结速度减慢，造成生产率较低，综合能耗增加。为使烧结过程具有良好的透气性、混合料良好的成球性，对混合料水分进行准确检测和控制，是实现上述目标的必要保证。目前，国内在烧结混合料水分控制方面基本处在手动控制状态，暂且没有见到实现自动控制的报道，因此本发明的提出和实施将在烧结混合料水分控制领域起到很好地示范和引领作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种烧结混合料水分闭环控制方法，采用先进的模糊控制理论、自动寻优算法实现烧结混合料水分的自动控制，提高混合料加水控制的准确性，规范烧结混合料加水操作，提高烧结生产过程的自动化水平。

步骤一：数据采集：各原料仓下料口的实际下料量、目标水分值、各物料水分含量值、一混后微波测水仪检测值、一混水管流量值、配料室加水量、烧结机机速、左烟道温度、右烟道温度、终点温度，采数周期为1min。针对各数据数值的上、下限，对数据有效性进行判断。

步骤二：开机调节：烧结机开机后，设定混合料目标水分值，根据实际下料量，人工调节一混水管流量控制阀门的开度，直到一混后微波测水仪检测值调整到目标水分值的正常范围(±0.05)内，停止调节一混水管流量控制阀门；

步骤三：加水量修正系数计算：加水量修正系数计算实现的主要步骤包括：

步骤a：基础数据准备：步骤二完成之后，从手动状态切换到自动状态，记录切换瞬间的一混后微波测水仪检测值H₂、一混水管流量值W、第一配料室加水量c、第二配料室加水量d；

步骤b：混合料总量M的计算：实时下料量追踪，让一混入口的总料量对应着每一个配料室下料称的称量值。即分别考虑各物料从下料口至一混入口的运行时间T_i(共20个下料口i＝1,2,…20)，根据T_i倒推求得当前时间的下料量为前T_i时间所对应下料口的下料量，如图1所示。混合料总量M的计算公式为：

A_i为第i个下料口倒推时间的实际下料量；

步骤c：混合料原始水分含量值H₁的计算：根据步骤b得到的各下料口的下料量，和各物料的水分含量，计算出混合料总量的综合原始水分含量，混合料原始水分含量值H₁的计算公式为：

A_i为第i个下料口实际下料量，

x_i为第i个下料口物料水分含量值(分别考虑各原料从下料口到一混前的运行时间差)；

步骤d：计算加水量修正系数b。加水量修正系数b的计算公式为：

M为混合料总量，

H₁为混合料原始水分含量值，

H₂为一混后微波测水仪检测值，

W为一混水管流量值，

c为第一配料室加水量，

d为第二配料室加水量；

步骤e：将一混后微波测水仪检测值赋值给目标水分值。

步骤四：智能加水计算：综合考虑各混合料总量、混合料原始水分含量值、目标水分值、配料室加水量，同时根据一混后微波测水仪检测值与目标水分值的偏差e及偏差变化ec，运用模糊控制理论周期计算加水量调整值△Y，最终将计算的一混加水量X下发一级。智能加水计算实现的主要步骤包括：

步骤a：基础数据准备：读取目标水分值、加水量修正系数b、第一配料室加水量c、第二配料室加水量d；

Ai为第i个下料口实际下料量(分别考虑各原料从下料口到一混前的运行时间差)。

A_i为第i个下料口实际下料量，

x_i为第i个下料口物料水分含量值；

步骤d：加水量调整值△Y的计算：加水量调整值△Y以一混后微波测水仪检测值与目标水分值的偏差e、偏差变化ec为输入量、加水量调整值u为输出量的二维模糊控制。然后分别对一混后微波测水仪检测值与目标水分值的偏差e、偏差变化ec、加水量调节值u的论域及模糊语言变量词集和隶属度函数进行确定，制定出模糊控制查询表，根据模糊控制查询表计算求得加水量调整值△Y。实现步骤主要包括：

Step1：输入、输出量的确定：首先设定模糊控制基本参数，Y为目标水分(％)，D_max为调整死区(％)，e_max为偏差最大范围(％)，ec_max为偏差变化最大范围(％)，u_max为加水量调节值最大范围(t/h)，T为周期(min)，以一混后微波测水仪检测值与目标水分值的偏差e、偏差变化ec(本周期偏差e₁与上周期偏差e₀的差值)为输入量，u(加水量调整值△Y)为输出控制量。如果一混后微波测水仪检测值与目标水分值的偏差e在调整死区范围([-D_max，D_max])内，则不进行模糊控制计算。

Step2：模糊控制查询表的制定：

1)设e的论域：E＝{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6}

e折算规则：E＝偏差e*P₁(对求得的数据四舍五入)

P₁＝6/e_max

2)设ec的论域：EC＝{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6}

ec折算规则：EC＝偏差变化ec*P₂(对求得的数据四舍五入)

P₂＝6/ec_max

3)设u的论域：U＝{-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7}

4)模糊控制查询表的建立：根据模糊控制理论知识，同时结合烧结生产实际情况，本发明制定出符合烧结混合料加水闭环控制的模糊控制查询表，如表―1所示：

表―1模糊控制查询表

5)计算加水量调整值(△Y)：

△Y＝u；

u＝P₃*U；

P₃＝u_max/7；

步骤e：计算一混加水量X：一混加水量X计算公式为：

M为混合料总量；

H₁为混合料原始水分含量值；

Y为目标水分值；

c为第一配料室加水量；

d为第二配料室加水量；

△Y为加水量调节值。

步骤五：目标水分自动寻优模块：综合考虑烧结机机速V、左烟道温度T₁、右烟道温度T₂、终点温度T_BTP，周期计算混合料水分好坏评价指数K。当K值低于下限值K_min后开始自动寻优，通过最佳K值寻找到最优的目标水分值F。水分好坏评价指数K的计算公式为：

K＝0.5*200*V+0.15*2.5*T₁+0.15*2.5*T₂+0.2*T_BTP，

V为烧结机机速；

T₁为左烟道温度；

T₂为右烟道温度；

T_BTP为烧结终点温度。

目标水分寻优的判断逻辑：

步骤a：若K_n+1>K_n，正向搜索：

例如，如果K₂>K₁(K₁为前一周期数值)，目标水分调整为F₁+△F。等待一个周期时间，判断K₃>K₂(K₂为前一周期数值)，若成立，则目标水分调整为F₂+△F。等待一个周期时间，判断K₄>K₃，则继续往前找，直到满足条件：K_n>K_n+1且K_n>K_n-1，则K_n对应的水分值F_n即为最优的目标水分。如果目标水分F调整5次仍不满足K_n>K_n+1且K_n>K_n-1条件，则将5次判断中最大K值对应的F值作为最优的目标水分值。

步骤b：K_n+1<K_n，反向搜索：

例如，如果K₂<K₁(K₁为前一周期数值)，目标水分调整为F₁―△F。等待一个周期时间，判断K₃<K₂(K₂为前一周期数值)，若成立，目标水分调整为F₂―△F。等待一个周期时间，判断K₄<K₃，则继续往前找，直到满足条件：K_n>K_n+1且K_n>K_n-1，则K_n对应的水分值F_n即为最优的目标水分。如果目标水分F调整5次仍不满足K_n>K_n+1且K_n>K_n-1条件，则将5次判断中最大K值对应的F值作为最优的目标水分值。

本发明的有益效果是：实现烧结混合料水分闭环控制、节能降耗，提高烧结矿成品率、烧结生产自动化水平。

附图说明

图1为各物料从下料口至一混入口的运行时间示意图；

图2为烧结混合料水分闭环控制流程图。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更加明显易懂，以下结合具体实例对本发明作进一步详细说明：

Step1：数据采集：各原料仓下料口的实际下料量、目标水分值、各物料水分含量值、一混后微波测水仪检测值、一混水管流量值、配料室加水量、烧结机机速、左烟道温度、右烟道温度、终点温度，采数周期为1min。针对各数据数值的上、下限，对数据有效性进行判断。

Step2：开机调节：烧结机开机后，设定混合料目标水分值6.3，首先调节一混加水主阀门开度到18度，人工调节一混水管流量控制阀门的开度，直到一混后微波测水仪检测值调整到目标水分值的正常范围(±0.05)内。例如此时一混后微波测水仪检测值为6.25，满足±0.05的判断条件，则记录该值作为目标水分值，同时停止调节一混水管流量控制阀门。；

Step3：加水量修正系数计算：

Step a：基础数据准备：开机调节模块完成之后，将模型从手动状态切换到自动状态，记录切换瞬间的一混后微波测水仪检测值为6.25、一混水管流量值为17.5、配料室加水量的值分别为c＝1.5，d＝8.3；

Step b：混合料总料量的计算：实时下料量追踪，让一混入口的总料量对应着每一个配料室下料称的称量值。即分别考虑各物料从下料口至一混入口的运行时间T_i(i＝1,2,…20)，如表―3所示：

表―3物料从下料口至一混入口的运行时间

下料口	倒推延时时间	单位/秒
			1	T<sub>0</sub>	170
2	T<sub>1</sub>	167
			3	T<sub>2</sub>	160
4	T<sub>3</sub>	154
			5	T<sub>4</sub>	147
6	T<sub>5</sub>	140
			7	T<sub>6</sub>	132
8	T<sub>7</sub>	125
			9	T<sub>8</sub>	119
10	T<sub>9</sub>	112
			11	T<sub>10</sub>	106
12	T<sub>11</sub>	99
			13	T<sub>12</sub>	93
14	T<sub>13</sub>	86
			15	T<sub>14</sub>	81
16	T<sub>15</sub>	78
			17	T<sub>16</sub>	74
18	T<sub>17</sub>	70
			19	T<sub>18</sub>	62
20	T<sub>19</sub>	55

根据Ti倒推求得当前时间的混合料总量M为1050t。

Step c：混合料原始水分含量值的计算：根据Step b得到的混合料总量M，同时结合每种物料的水分含量，计算出混合料原始水分含量值H₁为4.48。

Step d：计算加水量修正系数b：

Step e：将一混后微波测水仪检测值和一混水管流量值分别赋值给目标水分和初始一混加水量，即得到目标水分值为6.25，初始一混加水量为17.5。

Step4：智能加水计算：由Step3可知，混合料原始水分含量值为4.48、目标水分值为6.25、加水量修正系数b＝1.06、配料室加水量c＝1.5，d＝8.3；假设在此期间内混合料总量不变，取值为1050，如果在此期间混合料总量变化则需要按照步骤三重新求解混合料总量。

设当前周期的一混后微波测水仪检测值为6.6，前一周期的一混后微波测水仪检测值为6.4，则本周期偏差e₁为0.35、前一周期偏差e₀为0.15，偏差变化ec为0.2。e₁>D_max，不在调整死区范围内，则需要进行模糊控制计算，求解加水量调整值△Y。

表―4模糊控制基本参数

模糊控制查询表的制定：

1)设e的论域：E＝{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6}

e折算规则：E＝e*P₁

P₁＝6/e_max＝6/0.6＝10

则：E＝0.35*10＝4(四舍五入)

2)设ec的论域：EC＝{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6}

ec折算规则：EC＝ec*P₂(对求得的数据四舍五入)

P₂＝6/ec_max＝6/0.6＝10

则：EC＝0.2*10＝2

3)计算加水量调整值(△Y)：通过表―2模糊控制查询表可知：

当E＝4,，EC＝2时，U＝－5，

则u＝(u_max/7)*U＝(0.5/7)*(－5)＝－0.357，即△Y＝－0.357

根据公式得到调整后的一混加水量

X＝17.5－0.357＝17.143

Step4：目标水分自动寻优模块：计算水分好坏评价指数K(每两分钟计算一次)：

K＝0.5*200*V+0.15*2.5*T₁+0.15*2.5*T₂+0.2*T_BTP

＝0.5*200*2+0.15*2.5*167.5+0.15*2.5*152.2+0.2*430

＝405.8875

K值低于下限值420，按照自动寻优的判断逻辑开始自动寻优，步骤如下：

步骤a：若K_n+1>K_n，正向搜索：

步骤b：K_n+1<K_n，反向搜索：

得到最优的目标水分值，下发一级。

Claims

1.一种烧结混合料水分的闭环控制方法，其特征在于：

步骤一、数据采集：各原料仓下料口的实际下料量、目标水分值、各物料水分含量值、一混后微波测水仪检测值、一混水管流量值、配料室加水量、烧结机机速、左烟道温度、右烟道温度、终点温度；采数周期为1min；

步骤二、开机调节：烧结机开机后，设定混合料目标水分值，根据实际下料量，人工调节一混水管流量控制阀门的开度，直到一混后微波测水仪检测值调整到目标水分值的正常范围内，停止调节一混水管流量控制阀门；

步骤三：加水量修正系数计算：

步骤a：基础数据准备：从手动状态切换到自动状态，记录切换瞬间的一混后微波测水仪检测值H₂、一混水管流量值W、第一配料室加水量c、第二配料室加水量d；

步骤b：混合料总量M的计算：实时下料量追踪，让一混入口的总料量对应着每一个配料室下料称的称量值；分别考虑各物料从下料口至一混入口的运行时间T_i，其中i＝1,2,…20，混合料总量M的计算公式为：

A_i为第i个下料口的实际下料量；

A_i为第i个下料口实际下料量，

x_i为第i个下料口物料水分含量值；

步骤d：计算加水量修正系数b：

M为混合料总量，H₁为混合料原始水分含量值，H₂为一混后微波测水仪检测值，

W为一混水管流量值，c为第一配料室加水量，d为第二配料室加水量；

步骤e：将一混后微波测水仪检测值赋值给目标水分值；

步骤四：智能加水计算：

步骤a、输入、输出量的确定：首先设定模糊控制基本参数，Y为目标水分，Dmax为调整死区，emax为偏差最大范围，ecmax为偏差变化最大范围，umax为加水量调节值最大范围，T为周期，以一混后微波测水仪检测值与目标水分值的偏差e、偏差变化ec为输入量，其中ec为本周期偏差e₁与上周期偏差e₀的差值，u为输出控制量，u等于加水量调整值△Y；如果一混后微波测水仪检测值与目标水分值的偏差e在调整死区范围[-D_max，D_max]内，则不进行模糊控制计算；

步骤b、模糊控制查询表的制定：

设e的论域：E＝{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6}，e折算规则：E＝偏差e*P₁，对求得的数据四舍五入；P₁＝6/e_max；

设ec的论域：EC＝{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6}，ec折算规则：EC＝偏差变化ec*P₂，对求得的数据四舍五入；P₂＝6/ec_max；

设u的论域：U＝{-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7}；

计算加水量调整值△Y：△Y＝u；u＝P₃*U；P₃＝u_max/7；

步骤c：计算一混加水量X：

M为混合料总量；H₁为混合料原始水分含量值；Y为目标水分值；c为第一配料室加水量；

d为第二配料室加水量；△Y为加水量调节值；

步骤五：目标水分自动寻优：综合考虑烧结机机速V、左烟道温度T₁、右烟道温度T₂、终点温度T_BTP，周期计算混合料水分好坏评价指数K；当K值低于下限值K_min后开始自动寻优，通过最佳K值寻找到最优的目标水分值F；水分好坏评价指数K的计算公式为：

K＝0.5*200*V+0.15*2.5*T₁+0.15*2.5*T₂+0.2*T_BTP，

V为烧结机机速；T₁为左烟道温度；T₂为右烟道温度；T_BTP为烧结终点温度；

目标水分寻优的判断方法：

步骤a：若K_n+1>K_n，正向搜索：

如果K₂>K₁，目标水分调整为F₁+△F；等待一个周期时间，判断K₃>K₂，若成立，则目标水分调整为F₂+△F；等待一个周期时间，判断K₄>K₃，则继续往前找，直到满足条件：K_n>K_n+1且K_n>K_n-1，则K_n对应的水分值F_n，F_n为最优的目标水分；如果目标水分F调整5次仍不满足K_n>K_n+1且K_n>K_n-1条件，则将5次判断中最大K值对应的F值作为最优的目标水分值；

步骤b：K_n+1<K_n，反向搜索：

如果K₂<K₁，目标水分调整为F₁―△F；等待一个周期时间，判断K₃<K₂，若成立，目标水分调整为F₂―△F；等待一个周期时间，判断K₄<K₃，则继续往前找，直到满足条件：K_n>K_n+1且K_n>K_n-1，则K_n对应的水分值F_n，F_n为最优的目标水分；如果目标水分F调整5次仍不满足K_n>K_n+1且K_n>K_n-1条件，则将5次判断中最大K值对应的F值作为最优的目标水分值。

2.如权利要求1所述的闭环控制方法，其特征在于：所述的目标水分值的正常范围为目标水分值±0.05。

3.如权利要求1所述的闭环控制方法，其特征在于：所述的模糊控制查询表为