CN107201440B - 一种加热炉炉温制度设定方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加热炉炉温制度设定方法与系统，它包括一台服务器和一台工程师站，在服务其内，安装有数据库、钢坯加热模拟计算模块、炉温制度寻优设定模块、工程师维护界面、生产计划通讯接口等组成模块，其中生产计划通讯接口与上位机系统（例如生产计划管理系统）进行数据通讯。在工程师站内安装工程师维护界面。服务器与工程师、上位机系统（即生产计划管理系统）均通过工业以太网相联。可实现计算计自动设定炉温制度和计算钢坯升温曲线，满足钢坯加出炉温度和加热质量要求，降低加热炉能耗，提高技术管理和自动化控制水平。

Description

一种加热炉炉温制度设定方法与系统

技术领域

本发明用于热轧加热炉炉温和钢温控制领域，尤其是加热炉炉温制度设定方法和钢坯标准加热曲线计算方法。

背景技术

加热炉作为轧钢厂中的重要热能设备，其功能主要把钢坯加热成温度均匀的热坯，且能满足高质量轧制要求。随着信息技术、计算机技术、网络技术的不断发展，轧钢工业自动化控制水平也相应地不断提高。

目前钢坯加热炉的炉温制度，又称加热制度，一般由工艺技术人员根据生产经验进行设计，设定范围比较宽泛，实际生产上主要依靠人工在该范围内手动调节，需要频繁查找工艺文件，工作劳动强度大，难以适应不同钢种和规格的加热工艺频繁切换需求，精度及灵活性差，加热质量受限于工人经验水平，无法实现计算机的自动设定。

目前，工程上在解决这种问题一般采用数学模型寻优法，例如《加热炉炉内坯料优化加热曲线计算系统及方法》（专利申请号CN201210507501），以钢坯升温过程的温度积分替代目标函数来表征该加热制度的燃耗的大小，从中选出积分最小的一个作为该尺寸规格坯料的优化加热曲线。但是这种方面无法考虑加热炉的实际各段加热能力限制和特殊钢种对升温速度的限制，偏向理论，实际应用价值不大。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了针对现有技术缺陷，本发明提供一种加热炉炉温制度的设定方法和系统，实现计算机自动设定炉温制度和计算钢坯升温曲线，满足钢坯加出炉温度和加热质量要求，降低加热炉能耗，提高技术管理和自动化控制水平。该方法不受钢坯规格、钢种限制，自动适应出炉目标温度要求，可在钢坯入炉前即可获取加热制度，并利用数学模型计算升温曲线，计算速度快，维护简单方便，有利于实现加热炉的加热工艺计算机自动控制。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种加热炉炉温制度的设定系统包括一台服务器，一台工程师站，数据库，钢坯加热模拟计算模块，炉温制度寻优设定模块，工程师维护界面、生产计划通讯接口等部分组成，其中生产计划通讯接口与上位机系统（例如生产计划管理系统）进行数据通讯，获取对象钢坯的钢种、类型、规格尺寸、目前出炉温度、入炉温度、计划在炉时间等数据。本系统中，数据库、钢坯加热模拟计算模块、炉温制度寻优设定模块、生产计划通讯接口均安装在服务器内，工程师维护界面安装在工程师站内，服务器与工程师、上位机系统（丽日生产计划管理系统）均通过工业以太网相联。数据库内包含有炉温制度组合表、钢种分类表、加热制度表等。

一种规格钢种的炉温制度的设定方法是一种查表试算法，从低温到高温依次从该钢种类别的炉温制度组合表中调出一行炉温组合（即各段炉温），通过钢坯加热模拟计算模块计算该钢坯的出炉温度，对比该出炉温度和目标出炉温度偏差。若偏差低于设定允许值则当前炉温组合即为该规格钢坯的炉温制度，否则重新查询炉温制度组合表或用插值法计算出另一套炉温组合重新进行试算。该设定方法的工作流程如下：

（1）工程师在工程师站上通过工程师维护界面设计炉温制度组合表，该表按照加热工艺要求严格程度分为甲类钢、乙类钢、丙类钢等不同大类，其中甲类钢适用于无特殊加热要求的普通钢，乙类钢适用于一种加热要求（例如要求入炉加热速度缓慢）的部分特殊钢，丙类钢适用于另一种加热要求（例如要求入炉加热速度适中）的部分特殊钢。每种类型的炉温制度组合表为M行N列的数据表格，其中N为加热炉控制段数，一般取4（对应预热段、加热一段、加热二段、均热段这4段）或5（对应预热段、加热一段、加热二段、加热三段、均热段这5段）。M为组合行数，按照从低温到高温一般取5～20，表示不同目标出炉温度下的各段炉温基础设定值。

（2）工程师在工程师站上通过工程师维护界面在钢种分类表内对所有钢种进行分类，分别将每种钢种按照加热工艺要求等级划分到甲类钢、乙类钢或丙类钢等类型里。

（3）服务器内的炉温制度寻优设定模块通过生产计划通讯接口向上位机系统（即生产计划管理系统）获取入炉钢坯的钢种、规格尺寸、目前出炉温度、入炉温度、计划在炉时间等数据。炉温制度寻优设定模块接收到入炉钢坯数据后，将钢坯的钢种、规格尺寸、目标出炉钢温Ts0、入炉温度、计划在炉时间等数据输入到钢坯加热模拟计算模块内进行初时化。同时根据钢种从钢种分类表中查找出该钢种的类别，判定其是甲类钢、乙类钢还是丙类钢，并获取该类别钢的炉温制度组合表。

（4）炉温制度寻优设定模块从上述类别钢的炉温制度组合表中，按照从低温到高温的排序获取炉温制度，首先获取第1行的各段炉温基础设定值Tf(i)（i取0～4，分别对应预热段、加热一段、加热二段、加热三段、均热段）。

（5）炉温制度寻优设定模块将各段炉温基础设定值Tf(i)输入到钢坯加热模拟计算模块内，模拟计算出钢坯在这种炉温制度下的升温曲线和钢坯出炉温度Ts。

（6）对比钢坯出炉温度模拟计算值Ts和目标出炉钢温Ts0偏差dTs：

dTs=Ts- Ts0

设定dTs的寻优结束判断偏差为dTs_Min，一般dTs_Min取1～5。若dTs<－dTs_Min，则将当前炉温制度Tf(i)记录为Tf0(i)，即Tf0(i)=Tf(i)；并转到炉温制度组合表中的下一行，获取该行的各段炉温基础设定值Tf(i)（i取0～4，分别对应预热段、加热一段、加热二段、加热三段、均热段），重新执行步骤（5）、（6）。

若dTs>＝dTs_Min，如果当前炉温制度是炉温制度组合表的第一行则结束计算，如果当前炉温制度不是炉温制度组合表的第一行，则对上一行炉温制度Tf0(i)和当前炉温制度Tf (i)进行插值计算，得出新的炉温制度Tf_1 (i)。

Tf_1 (i)= Tf0(i)＋dTs/10*( Tf (i)- Tf0 (i))

然后将新的炉温制度Tf_1 (i)赋值给下一次模拟计算的炉温制度Tf(i):

Tf(i)= Tf_1 (i)

然后重新执行步骤（5）、（6）。

若dTs>＝－dTs_Min且dTs< dTs_Min，则认为该种入炉钢坯的炉温制度寻找结束，其各段的标准炉温设定值为Tf(i)，i取0～4，分别对应预热段、加热一段、加热二段、加热三段、均热段。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的加热炉炉温制度的设定方法和系统，可实现计算计自动设定炉温制度和计算钢坯升温曲线，满足钢坯加出炉温度和加热质量要求，降低加热炉能耗，提高技术管理和自动化控制水平。该方法不受钢坯规格、钢种限制，自动适应出炉目标温度要求，可在钢坯入炉前即可获取加热制度，并利用数学模型计算得出升温曲线作为后期炉温动态调整的依据，该方法计算速度快，维护简单方便，有利于实现加热炉的加热工艺计算机全自动控制。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：本发明按照附图1布置控制系统，它配置一台服务器和一台工程师站，在服务其内，安装有数据库、钢坯加热模拟计算模块、炉温制度寻优设定模块、工程师维护界面、生产计划通讯接口等组成模块，其中生产计划通讯接口与上位机系统（例如生产计划管理系统）进行数据通讯，获取对象钢坯的钢种、类型、规格尺寸、目前出炉温度、入炉温度、计划在炉时间等数据。在工程师站内安装工程师维护界面。服务器与工程师、上位机系统（即生产计划管理系统）均通过工业以太网相联。

数据库采用Oracle 10g，内设有炉温制度组合表、钢种分类表、加热制度表等。其中炉温制度组合表的主要数据列有：钢种分类（分为甲类钢、乙类钢、丙类钢三种）、编号、预热段炉温、加一段炉温、加二段炉温、均热段炉温等，如下表一。钢种分类表的主要数据列有编号、钢种、钢种分类等。加热制度表的主要数据列有：编号、钢种、厚度、产品类型、入炉温度、出炉目标温度、计划在炉时间、计划均热时间、预热段炉温、加一段炉温、加二段炉温、均热段炉温、预热段中端钢温、预热段末端钢温、加一段中端钢温、加一段末端钢温、加二段中端钢温、加二段末端钢温、均热段中端钢温、均热段末端钢温等。

表一 炉温制度组合表

钢坯加热模拟计算模块、炉温制度寻优设定模块、工程师维护界面、生产计划通讯接口等由计算机高级语言Microsoft Visual Basic .Net 2008编写。这些模块安装在服务器内，其中炉温制度寻优设定模块设置为开机启动，成功运行后程序等待2秒钟，重新运行。

炉温制度寻优设定模块运行时，首先通过生产计划通讯接口向上位机系统（即生产计划管理系统）获取入炉钢坯的基本数据信息，包括钢种、规格尺寸、目前出炉温度Ts0、入炉温度、计划在炉时间等数据。若接收到入炉钢坯数据后，炉温制度寻优设定模块将调用钢坯加热模拟计算模块，并将上述入炉钢坯的基本数据信息输入到钢坯加热模拟计算模块进行初始化，同时根据钢种从钢种分类表中查找出该钢种的类别，判定其是甲类钢、乙类钢还是丙类钢，并获取该类别钢的炉温制度组合表。

炉温制度寻优设定模块获取到炉温制度组合表后，按照从低温到高温的排序获取炉温制度，首先获取“编号”为1的一行各段炉温基础设定值Tf(i)（i取0～3，分别对应预热段炉温、加热一段炉温、加热二段炉温、均热段炉温），然后程序将按照下列步骤进行运行：

（1）炉温制度寻优设定模块将各段炉温基础设定值Tf(i)输入到钢坯加热模拟计算模块内，模拟计算出钢坯在这种炉温制度下的升温曲线和钢坯出炉温度Ts。

（2）炉温制度寻优设定模块对比钢坯出炉温度模拟计算值Ts和目标出炉钢温Ts0偏差dTs：

dTs=Ts- Ts0

若dTs<－2，则将当前炉温制度Tf(i)记录为Tf0(i)，即Tf0(i)=Tf(i)；并转到炉温制度组合表中的下一行，获取新的各段炉温基础设定值Tf(i)（i取0～3，分别对应预热段炉温、加热一段炉温、加热二段炉温、均热段炉温），重新执行步骤（1）、（2）。

若dTs>＝2，如果当前炉温制度是炉温制度组合表的第一行则结束计算，如果当前炉温制度不是炉温制度组合表的第一行，则对上一行炉温制度Tf0(i)和当前炉温制度Tf(i)进行插值计算，得出新的炉温制度Tf_1 (i)。

Tf_1 (i)= Tf0(i)＋dTs/10*( Tf (i)- Tf0 (i))

然后将新的炉温制度Tf_1 (i)赋值给下一次模拟计算的炉温制度Tf(i):

Tf(i)= Tf_1 (i)

然后重新执行步骤（1）、（2）。

若dTs>＝－2且dTs<2，则认为该种入炉钢坯的炉温制度寻找结束，其各段的标准炉温设定值为Tf(i)，i取0～3，分别对应预热段炉温、加热一段炉温、加热二段炉温、均热段炉温。

（3）炉温制度寻优设定模块将该入炉钢坯的基本信息数据、寻好的加热制度Tf(i)、过程钢温等数据保存到加热制度表中，包括编号、钢种、厚度、产品类型、入炉温度、出炉目标温度、计划在炉时间、计划均热时间、预热段炉温、加一段炉温、加二段炉温、均热段炉温、预热段中端钢温、预热段末端钢温、加一段中端钢温、加一段末端钢温、加二段中端钢温、加二段末端钢温、均热段中端钢温、均热段末端钢温等。

其中，炉温制度设定过程流程：

1.查找下一条制度，i=i+1；

2.钢种分类，设计各钢种类别的炉温制度组合表，获取钢坯信息，调出炉温制度组合表，i=1，调用钢坯加热模拟模块试算；

3.dTs>-dTs_Min dTs<dTs_Min ，记录炉温制度，结束；

4.炉温制度插值计算；

5.从组合表中调用第i条炉温制度，是/否。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种加热炉炉温制度设定系统，该加热炉炉温制度设定系统包括一台服务器和一个工程师站，所述服务器中安装有数据库、钢坯加热模拟计算模块、炉温制度寻优设定模块、工程师维护界面和生产计划通讯接口，其特征在于，

所述服务器通过所述生产计划通讯接口与上位机系统中的生产计划管理系统连接进行数据通讯，所述工程师站中安装有工程师维护界面以在所述数据库中设计炉温制度组合表，该炉温制度组合表包括钢种类型、编号、预热段炉温、加热一段炉温、加热二段炉温和均热段炉温；

所述炉温制度寻优设定模块通过所述生产计划通讯接口与所述生产计划管理系统连接并从所述生产计划管理系统中获取入炉钢坯的基本数据信息，所述基本数据信息包括钢种类型、规格尺寸、目标出炉温度Ts0、入炉温度以及计划在炉时间，所述炉温制度寻优设定模块在接收到所述入炉钢坯的基本数据信息后调用所述钢坯加热模拟计算模块并将所述入炉钢坯的基本数据信息输入到所述钢坯加热模拟计算模块进行初始化，同时根据所述入炉钢坯的钢种类型从所述数据库中查找并获取所述入炉钢坯对应钢种类型的炉温制度组合表；

所述炉温制度寻优设定模块在获取到所述入炉钢坯对应钢种类型的炉温制度组合表后，按照从低温到高温的编号排序获取所述入炉钢坯的炉温制度，并获取第1行的各段炉温基础设定值Tf(i)，其中，i＝0、1、2、3，依次对应预热段炉温、加热一段炉温、加热二段炉温和均热段炉温；

所述炉温制度寻优设定模块将各段炉温基础设定值Tf(i)输入到所述钢坯加热模拟计算模块内，模拟计算出所述入炉钢坯在该炉温制度下的升温曲线和钢坯出炉温度Ts，并对比所述入炉钢坯的Ts和目标出炉温度Ts0得出偏差dTs，且dTs＝Ts-Ts0，设定寻优结束判断偏差dTs_Min；

当dTs＞＝-dTs_Min且dTs＜dTs_Min时，所述炉温制度即为所述入炉钢坯的加热炉温制度；

当dTs＜-dTs_Min时，将当前炉温制度Tf(i)记为Tf0(i)，并转到所述入炉钢坯的炉温制度组合表的下一行，获取该行中各段炉温基础设定值Tf(i)，重新进行模拟计算和比较，直至dTs＞＝-dTs_Min且dTs＜dTs_Min，得到所述入炉钢坯的加热炉温制度；

当dTs＞dTs_Min时，若当前炉温制度是所述炉温制度组合表中的第一行则结束计算，否则对上一行炉温制度Tf0(i)和当前炉温制度Tf(i)进行插值计算，得出新的炉温制度Tf_1(i)，且Tf_1(i)＝Tf0(i)+dTs/10*(Tf(i)-Tf0(i))，并将该新的炉温制度Tf_1(i)赋值给下一次模拟计算的炉温制度Tf(i)，使Tf(i)＝Tf_1(i)，重新进行模拟计算和比较，直至dTs＞＝-dTs_Min且dTs＜dTs_Min，得到所述入炉钢坯的加热炉温制度。

2.根据权利要求1所述的加热炉炉温制度设定系统，其特征在于：所述数据库中，所述钢种类型包括甲类钢、乙类钢和丙类钢，所述甲类钢指无特殊加热要求的普通钢，所述乙类钢指要求入炉加热速度缓慢的特殊钢，所述丙类钢指要求入炉加热速度适中的特殊钢。

3.根据权利要求1所述的加热炉炉温制度设定系统，其特征在于，所述寻优结束判断偏差dTs_Min的取值范围为1～5。