CN112926759A - 一种煤气柜自动调控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种煤气柜自动调控系统，钢铁企业煤气柜自动调控系统主要包括煤气系统预测模块、煤气平衡模块和煤气柜调控模块，三个模块相关关联实现煤气柜的自动调控，促进整个煤气系统在主线检修和正常生产期间都能稳定运行。该系统主要解决了目前多数冶金企业存在的人工过多干预煤气柜进出口阀门，导致煤气系统管网稳定性变差现象，实现气柜挂网运行状态下的气柜目标柜位自动控制，保证了煤气系统稳定性；煤气柜柜位调控与煤气消耗预测模型结合提升了煤气柜柜位调控精准性和及时性。
Description
技术领域
本发明涉及一种调控系统，具体涉及一种煤气柜自动调控系统，属于煤气柜自动调控系统技术领域。
背景技术
近年来，煤气预测平衡模型的开发和研究工作不断进步，煤气消耗预测的准确率的也不断提升，这对于提高企业煤气综合平衡灵活性、降低煤气放散起着重大作用。随着企业自动化水平的提升，煤气预测平衡模型的应用越来越广，如基于钢种牌号信息的转炉煤气发生量预测、基于轧制计划的轧钢工艺的煤气需求预测、高炉煤气发生量预测、煤气柜柜位预测的精准率不断提升，企业的高炉煤气、转炉煤气、转炉煤气放散量持续降低。
钢铁企业煤气柜按存储介质种类分为高炉煤气柜、焦炉煤气柜、转炉煤气柜，煤气柜在冶金企业煤气系统中扮演着存储剩余煤气、稳定系统压力的作用，就像人身体上的“肺”。但是在生产检修过程中，如高炉休风、热轧停机检修等情况，由于生产需要，须将煤气柜在某时间前调控至某固定柜位，例如在高炉休风前将高炉煤气柜做至高位，防止高炉煤气紧缺；在热轧停机检修前将煤气柜做至低位，防止发生煤气放散等。对于此类煤气柜的调整存在以下问题：
(1)气柜离线时间增长，导致煤气系统总管压力波动，影响用户生产；
(2)需要人工长时间关注煤气柜内外压差及系统变化，调节劳动强度大，且不同员工操作水平不一，造成的调控效果不一；
(3)煤气预测模型在生产过程中仅作参考，未发挥其作用，而人工调控精度差。
考虑到上述问题，本发明充分发挥煤气预测平衡模型作用，将模型煤气预测结果与煤气柜调节有效连接；煤气预测模块根据历史煤气发生量、用户用量、煤气柜位、轧钢单元轧制信息等数据，形成预测未来T小时的煤气系统发生量、使用量及富裕情况；煤气平衡模块则是根据设定目标柜位和目标时间以及煤气预测结果，形成使煤气柜达到目标柜位、煤气系统稳定的煤气平衡表；通过煤气调节用户的调节作用，为煤气柜吞吐气创造条件，煤气柜进出口管调节阀设置以活塞速度为对象的PID控制模型，煤气柜进出口管调节阀、切断阀、放散切断阀参与柜位的连锁控制，同时实时柜位信息反馈至煤气预测模块用于煤气预测结果的刷新，以此实现气柜的自动调控。
发明专利《一种煤气柜安全控制系统及控制方法》(申请号201510360258.7)所提出的煤气柜安全控制方法是通过检测活塞高度和活塞速度来调节煤气进出口管道阀门，达到控制活塞速度的目的，这是一种煤气柜安全运行控制方式，未考虑到此时煤气管网压力的变化，极易造成煤气管网压力的波动，严重时影响生产线能源供给，因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种煤气柜自动调控系统，该技术方案主要解决了目前多数钢铁企业在生产主线检修前后及期间存在的人工过多干预开关煤气柜进出口阀门，导致煤气系统管网稳定性变差现象，实现了煤气柜在线运行状态下的目标柜位自动调控，保证了煤气系统稳定性；煤气柜自动调控基于煤气平衡预测模块，数据实时刷新，进一步提升煤气柜柜位调控精准性。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种煤气柜自动调控系统，其特征在于，所述煤气柜自动调控系统由煤气预测模块、煤气平衡模块和煤气柜调控模块以及EMS动力实时数据库、关系型数据库和客户端组成，煤气预测模块主要功能是从EMS数据库抓取煤气发生量、用户煤气用量、轧钢单元轧制计划信息、炼钢单元冶炼计划、主线检修计划、煤气柜柜位等数据存储于关系型数据库，模型后台程序通过读取存储于关系型数据库中关于各个预测项的配置信息进行模型的训练及预测，形成未来T时间内的煤气预测结果存储在关系型数据库，并反馈各介质趋势至客户端；煤气平衡模块主要功能是根据煤气预测模块结果、人工给定的目标柜位H和时间T，对煤气调节用户煤气量适当调整，形成未来T时间内的煤气平衡表，达到既能保证煤气系统稳定(无煤气放散和影响主线情况)，又能实现煤气柜的目标柜位调整的目的。煤气柜调控模块主要功能是煤气柜根据柜内外压差及活塞速度自动调控煤气吞吐的过程，并通过连锁控制防止发生煤气柜冲顶和着床事故。
作为本发明的一种改进，所述煤气预测模块：由数据采集软件从EMS实时数据库内采集高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气发生量和各用户煤气使用量历史数据，高焦转炉煤气柜实时柜位，同时采集未来T时间各炼铁、炼钢、热轧和冷轧单元的生产停机计划信息：焦炉检修计划、高炉热风炉换炉及休风计划、炼钢转炉吹炼计划、热轧加热炉轧制计划等数据存储于关系型数据库，模型后台程序开始进行模型的训练及预测，其具体步骤如下：
1)模型后台服务程序自身配有Timer定时器，每分钟自动触发一次；
2)模型后台服务程序读取存储于关系型数据库中关于各个预测项的配置信息；
3)根据各预测项的配置信息，采用在线训练方式进行自回归移动平均模型训练生成预测模型；
4)根据当前时刻煤气发生量和已经生成的预测模型预测出未来T时段煤气发生量；
5)将预测出的煤气发生量数据存储于关系型数据库中供前台画面读取；
6)模型后台服务程序Timer重新进行触发，重新完成以上所有步骤。
作为本发明的一种改进，所述煤气平衡模块：在煤气平衡模块输入未来T时间内煤气柜要达到的柜位H并确认，根据煤气预测模块的结果和目标柜位H计算得到煤气调节量Q，煤气调节量Q根据预先给定的优先次序分配各调节用户的调节量Q1Q2～Qn，并将煤气平衡结果反馈至客户端显示。
作为本发明的一种改进，所述煤气柜调控模块：调节用户煤气调整后，为煤气柜吞吐煤气创造条件，同时煤气柜通过高低柜位的安全连锁和活塞速度的PID参数调控，使煤气柜运行在合适的柜位区间和活塞速度区间，最终使煤气柜在目标T时间内将柜位调整至H，实现气柜的自动调控。
煤气柜自动调控系统的自动调控控制方法，所述方法如下：
煤气预测模块从EMS数据库采集煤气发生量、用户煤气用量、轧钢单元轧制计划信息、炼钢单元冶炼计划、主线检修计划、煤气柜柜位等数据存储于关系型数据库，模型后台程序通过读取存储于关系型数据库中关于各个预测项的配置信息进行模型的训练及预测，形成未来T时间内的煤气预测结果存储在关系型数据库，并反馈各介质趋势至客户端；
煤气平衡模块主根据煤气预测模块结果、人工给定的目标柜位H和时间T，计算得到煤气调整量Q，煤气调节量Q根据预先给定的优先次序分配各调节用户的调节量Q1Q2～Qn，并将煤气平衡结果反馈至客户端显示；煤气柜调控模块根据柜内外压差及活塞速度自动调控煤气吞吐的过程，并通过连锁控制防止发生煤气柜冲顶和着床事故。此煤气柜自动调控方法将煤气预测与煤气柜自动控制结合起来，实现了煤气柜目标柜位调控的自动化水平、精准度，大大降低了人工调控煤气柜带来的系统波动，提升了煤气系统稳定性和煤气回收水平。
相对于现有技术，本发明具有如下优点，1)该系统主要解决了目前多数冶金企业存在的人工过多干预煤气柜进出口阀门，导致煤气系统管网稳定性变差现象，实现气柜挂网运行状态下的气柜目标柜位自动控制，避免了人工干预带来的波动，提升了煤气系统稳定性；2)此煤气柜自动调控方法基于煤气系统的预测和平衡，煤气柜实现了自动实时调控，煤气柜调控精准度大大提升，降低了人工调控煤气柜带来的系统波动，提升了煤气系统稳定性和煤气回收水平；3)该煤气柜自动调控系统主要通过柜内外压差控制进口阀门开度，使煤气柜在自动调控过程中保证了煤气管网压力的稳定，另外还通过活塞高度和活塞速度的连锁控制避免煤气柜发生极端事故；4)该煤气柜自动调控系统根据实时柜位自动调整系统煤气量，及时纠正，保证了煤气柜调控精准性。
附图说明
图1为煤气柜自动调控流程图；
图2为煤气平衡表示意图；
图3为煤气柜位自动控制逻辑图。
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
实施例1：参见图1，一种煤气柜自动调控系统，所述煤气柜自动调控系统由煤气预测模块、煤气平衡模块和煤气柜调控模块以及EMS动力实时数据库、关系型数据库和客户端组成，煤气预测模块主要功能是从EMS数据库抓取煤气发生量、用户煤气用量、轧钢单元轧制计划信息、炼钢单元冶炼计划、主线检修计划、煤气柜柜位等数据存储于关系型数据库，模型后台程序通过读取存储于关系型数据库中关于各个预测项的配置信息进行模型的训练及预测，形成未来T时间内的煤气预测结果存储在关系型数据库，并反馈各介质趋势至客户端；煤气平衡模块主要功能是根据煤气预测模块结果、人工给定的目标柜位H和时间T，对煤气调节用户煤气量适当调整，形成未来T时间内的煤气平衡表，达到既能保证煤气系统稳定(无煤气放散和影响主线情况)，又能实现煤气柜的目标柜位调整的目的。煤气柜调控模块主要功能是煤气柜根据柜内外压差及活塞速度自动调控煤气吞吐的过程，并通过连锁控制防止发生煤气柜冲顶和着床事故。
所述煤气预测模块：由数据采集软件从EMS实时数据库内采集高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气发生量和各用户煤气使用量历史数据，高焦转炉煤气柜实时柜位，同时采集未来T时间各炼铁、炼钢、热轧和冷轧单元的生产停机计划信息：焦炉检修计划、高炉热风炉换炉及休风计划、炼钢转炉吹炼计划、热轧加热炉轧制计划等数据存储于关系型数据库，模型后台程序开始进行模型的训练及预测，其具体步骤如下：
1)模型后台服务程序自身配有Timer定时器，每分钟自动触发一次；
2)模型后台服务程序读取存储于关系型数据库中关于各个预测项的配置信息；
3)根据各预测项的配置信息，采用在线训练方式进行自回归移动平均模型训练生成预测模型；
4)根据当前时刻煤气发生量和已经生成的预测模型预测出未来T时段煤气发生量；
5)将预测出的煤气发生量数据存储于关系型数据库中供前台画面读取；
6)模型后台服务程序Timer重新进行触发，重新完成以上所有步骤。
所述煤气平衡模块：在煤气平衡模块输入未来T时间内煤气柜要达到的柜位H并确认，根据煤气预测模块的结果和目标柜位H计算得到煤气调节量Q，煤气调节量Q根据预先给定的优先次序分配各调节用户的调节量Q1Q2～Qn，并将煤气平衡结果反馈至客户端显示。
所述煤气柜调控模块：调节用户煤气调整后，为煤气柜吞吐煤气创造条件，同时煤气柜通过高低柜位的安全连锁和活塞速度的PID参数调控，使煤气柜运行在合适的柜位区间和活塞速度区间，最终使煤气柜在目标T时间内将柜位调整至H，实现气柜的自动调控。
实施例2：参见图1，煤气柜自动调控系统的自动调控控制方法，所述方法如下：
煤气预测模块从EMS数据库采集煤气发生量、用户煤气用量、轧钢单元轧制计划信息、炼钢单元冶炼计划、主线检修计划、煤气柜柜位等数据存储于关系型数据库，模型后台程序通过读取存储于关系型数据库中关于各个预测项的配置信息进行模型的训练及预测，形成未来T时间内的煤气预测结果存储在关系型数据库，并反馈各介质趋势至客户端；
煤气平衡模块主根据煤气预测模块结果、人工给定的目标柜位H和时间T，计算得到煤气调整量Q，煤气调节量Q根据预先给定的优先次序分配各调节用户的调节量Q1Q2～Qn，并将煤气平衡结果反馈至客户端显示；
煤气柜调控模块根据柜内外压差及活塞速度自动调控煤气吞吐的过程，并通过连锁控制防止发生煤气柜冲顶和着床事故。此煤气柜自动调控方法将煤气预测与煤气柜自动控制结合起来，实现了煤气柜目标柜位调控的自动化水平、精准度，大大降低了人工调控煤气柜带来的系统波动，提升了煤气系统稳定性和煤气回收水平。
应用实施例：参照附图1-图3，如图1煤气柜自动调控流程图所示，调度员在客户端人工输入煤气柜调整设定值①，其中煤气柜调整设定值包括目标柜位H和目标时间T，客户端将煤气柜设定值①反馈至煤气平衡模块，煤气平衡模块计算得到煤气调整量Q，煤气调整量Q的计算公式如下：
Q＝(H-H0)*S/T
其中：
Q为煤气调整量，单位：m3/h；
H0为煤气柜实时柜位，单位：m；
S为煤气柜活塞面积，单位：m2；
T为煤气调整时间，单位：h；
煤气预测模块从EMS实时数据库采集煤气和各单元生产停机计划数据②存储在关系型数据库，数据包括：
(1)高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气发生量和各用户煤气使用量历史数据；
(2)高焦转炉煤气柜实时柜位；
(3)未来T时间各炼铁、炼钢、热轧和冷轧单元的生产停机计划信息：焦炉检修计划、高炉热风炉换炉及休风计划、炼钢转炉吹炼计划、热轧加热炉轧制计划等。
上述数据形成预测项的配置信息，模型后台服务程序读取存储于关系型数据库中关于各个预测项的配置信息，并进行自回归移动平均模型训练生成预测模型；根据当前时刻煤气发生量、各单元生产停机计划和已经生成的预测模型预测出未来T时段煤气发生量及消耗量等煤气预测数据③；将预测出的煤气预测数据③存储于关系型数据库中供前台画面读取以趋势显示。
客户端将煤气柜调整设定值①和煤气预测数据③发送至煤气平衡模块，煤气平衡模块计算得到煤气调整量Q，煤气调节量Q根据预先给定的优先次序分配各调节用户的调节量Q1Q2～Qn，并形成煤气平衡表④反馈至客户端显示；客户端显示的煤气平衡表④经调度员确认后执行，调节用户的煤气调整⑤为煤气柜吞吐煤气创造条件，使煤气柜的运行参数煤气吞吐流量不断接近煤气调整量Q，同时煤气柜调控模块还将实时柜位信号⑥反馈至煤气平衡模块，一旦实时柜位与目标柜位进度偏差超过10％系统会发出报警，则煤气平衡模块会根据事实柜位再次计算矫正煤气调整量Q，对调整用户调整。
图2为某时刻T时间内的煤气平衡表，如图所示发生源有3个，分别对应预测值为A1、A2和A3；用户有5个，分别对应预测值为B1、B2、B3、C1、C2；煤气柜预测值为D；平衡差异预测值为E。
其中：平衡差异E＝A1+A2+A3-B1-B2-B3-C1-C2-D＝0。
煤气平衡模块计算得到煤气调整值Q后根据设定调整次序分配调整量，设调整前调整用户煤气量分别为C1’和C2’，调整后调整用户煤气量分别为C1和C2，调整后调整用户煤气量为C1+C2＝C1’+C2’+Q，其中Q值为正数时，调整用户煤气增量，Q值为负数时，调整用户煤气减量。调整后煤气柜吞吐煤气量变为D＝A1+A2+A3-B1-B2-B3-C1-C2＝-Q，即当D值为正数时，煤气柜进气，D值为负数时，煤气柜吐气。煤气平衡模块输出煤气平衡表图2至客户端，经调度员确认后发送至用户执行煤气量调整。
调整用户煤气量调整后，煤气管网压力发生变化，为煤气柜进出煤气创造条件，调控期间为保证气柜安全稳定自动运行和煤气系统稳定，设置了相应的安全连锁控制，如图3煤气柜安全连锁控制逻辑图所示，①为煤气柜进出口调节阀，②为气柜柜前安全放散蝶阀，③为煤气柜活塞，活塞上设置有测定活塞高度H、活塞速度V、煤气管网压力Pa和煤气柜压力Pb的测量传感器，④为煤气柜本体。具体逻辑如下：
(一)煤气柜恒压调控逻辑
煤气管网压力为Pa，煤气柜压力为Pb，ΔP＝|Pa-Pb|：
(1)当0kpa＜ΔP＜0.5kpa时，煤气管网压力升高或下降，调节阀①保持原位；
(2)当ΔP＞0.5kpa且持续5s，此时煤气管网压力继续升高或下降，调节阀①以每秒1％的步进开阀；
另外为保证气柜安全，自动调控中限制最高活塞速度，不同类型煤气柜的极限活塞速度为Vmax，进出口调节阀①设定以活塞速度为对象的PID控制：
无论ΔP大小，一旦出现活塞速度V大于Vmax并持续10s后，进出口调节阀①以每秒1％的步进关阀；当活塞速度V小于0.9Vmax并持续5s后，进出口调节阀停止关阀动作。
通过上述调控方法使气柜活塞速度控制在0～Vmax之间自动运行。
(二)活塞高度的安全连锁
设定煤气柜的活塞总高度为H0，则活塞高度的安全连锁控制策略为：
(1)当活塞高度H大于0.9H0(活塞总高度H0的90％)时，连锁关闭进出口调节阀①，停止气柜进气；
(2)当活塞高度H大于0.95H0(活塞总高度H0的95％)时，连锁打开安全放散蝶阀②，气柜内煤气通过安全放散管放散，降低活塞高度防止活塞冲顶。
(3)安全放散蝶阀②开启后活塞高度逐渐下降，当活塞高度H小于0.9H0(活塞总高度H0的90％)时，连锁关闭安全放散蝶阀②。
(4)当活塞高度H小于0.1H0(活塞总高度H0的10％)时，连锁关闭进出口调节阀①，停止气柜吐气，防止活塞着床。
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。
Claims (5)
1.一种煤气柜自动调控系统，其特征在于，所述煤气柜自动调控系统由煤气预测模块、煤气平衡模块和煤气柜调控模块以及EMS动力实时数据库、关系型数据库和客户端组成，煤气预测模块主要功能是从EMS数据库抓取煤气发生量、用户煤气用量、轧钢单元轧制计划信息、炼钢单元冶炼计划、主线检修计划、煤气柜柜位等数据存储于关系型数据库，模型后台程序通过读取存储于关系型数据库中关于各个预测项的配置信息进行模型的训练及预测，形成未来T时间内的煤气预测结果存储在关系型数据库，并反馈各介质趋势至客户端；煤气平衡模块主要功能是根据煤气预测模块结果、人工给定的目标柜位H和时间T，对煤气调节用户煤气量适当调整，形成未来T时间内的煤气平衡表，煤气柜调控模块主要功能是煤气柜根据柜内外压差及活塞速度自动调控煤气吞吐的过程，并通过连锁控制防止发生煤气柜冲顶和着床事故。
2.根据权利要求1所述的煤气柜自动调控系统，其特征在于，所述煤气预测模块：由数据采集软件从EMS实时数据库内采集高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气发生量和各用户煤气使用量历史数据，高焦转炉煤气柜实时柜位，同时采集未来T时间各炼铁、炼钢、热轧和冷轧单元的生产停机计划信息：焦炉检修计划、高炉热风炉换炉及休风计划、炼钢转炉吹炼计划、热轧加热炉轧制计划等数据存储于关系型数据库，模型后台程序开始进行模型的训练及预测，其具体步骤如下：
1)模型后台服务程序自身配有Timer定时器，每分钟自动触发一次；
2)模型后台服务程序读取存储于关系型数据库中关于各个预测项的配置信息；
3)根据各预测项的配置信息，采用在线训练方式进行自回归移动平均模型训练生成预测模型；
4)根据当前时刻煤气发生量和已经生成的预测模型预测出未来T时段煤气发生量；
5)将预测出的煤气发生量数据存储于关系型数据库中供前台画面读取；
6)模型后台服务程序Timer重新进行触发，重新完成以上所有步骤。
3.根据权利要求2所述的煤气柜自动调控系统，其特征在于，所述煤气平衡模块：在煤气平衡模块输入未来T时间内煤气柜要达到的柜位H并确认，根据煤气预测模块的结果和目标柜位H计算得到煤气调节量Q，煤气调节量Q根据预先给定的优先次序分配各调节用户的调节量Q1Q2～Qn，并将煤气平衡结果反馈至客户端显示。
4.根据权利要求3所述的煤气柜自动调控系统，其特征在于，所述煤气柜调控模块：调节用户煤气调整后，为煤气柜吞吐煤气创造条件，同时煤气柜通过柜内外煤气压差、高低柜位和活塞速度的安全连锁，使煤气柜运行在合适的柜位区间和活塞速度区间，最终使煤气柜在目标T时间内将柜位调整至H，实现气柜的自动调控。
5.权利要求1-4任意一项所述煤气柜自动调控系统的自动调控控制方法，其特征在于，所述方法如下：
煤气预测模块从EMS数据库采集煤气发生量、用户煤气用量、轧钢单元轧制计划信息、炼钢单元冶炼计划、主线检修计划、煤气柜柜位等数据存储于关系型数据库，模型后台程序通过读取存储于关系型数据库中关于各个预测项的配置信息进行模型的训练及预测，形成未来T时间内的煤气预测结果存储在关系型数据库，并反馈各介质趋势至客户端；
煤气平衡模块主根据煤气预测模块结果、人工给定的目标柜位H和时间T，计算得到煤气调整量Q，煤气调节量Q根据预先给定的优先次序分配各调节用户的调节量Q1Q2～Qn，并将煤气平衡结果反馈至客户端显示；煤气柜调控模块根据柜内外压差及活塞速度自动调控煤气吞吐的过程，并通过连锁控制防止发生煤气柜冲顶和着床事故。
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