CN114659369A - 一种基于透气性软测量的双闭环烧结布料控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于透气性软测量的双闭环烧结布料控制方法。包括以下步骤：第一步：根据烧结机当前生产状态，确定烧结料层透气性的目标值Pe0；第二步：根据透气性软测量模型和1～2#风箱的压力PF，计算机头料层的透气性Pe；第三步：根据机头料层的透气性当前值Pe和目标值Pe0，计算透气性指数的误差Peerr；第四步：根据透气性指数的误差Peerr，计算料层厚度设定值Hset；第五步：根据厚度的设定值与厚度检测值的偏差量，计算料层厚度误差Herr；第六步：根据料层厚度误差Herr，计算微调闸门设定值VLset；第七步：将检测得到的料层厚度值送至微调闸门控制器；第八步：检测得到的风箱压力值传输至透气性软测量模型；由此跳转至步骤2。本方法能提升烧结矿产品质量。
Description
技术领域：
本发明涉及一种基于透气性软测量的双闭环烧结布料控制方法。
背景技术：
铁矿石烧结是现代钢铁冶金流程中的重要环节，其最主要生产环节是在台车式烧结机上将混合均匀的小颗粒状原料点火燃烧，使其熔合成块状烧结矿。为保证烧结矿结结块的强度和化学成分，需要原料在烧结机上得到充分燃烧。混合搅拌均匀的小颗粒状原料通过布料装置，从机头的小矿仓落到烧结机台车上，然后以带状厚料层形式均匀分布的。为保证原料的充分燃烧，烧结机会在原料层下方设置风箱并连接烧结主抽风机，通过主抽风机产生的负压，将新鲜空气带入到燃烧的原料层中，新鲜空气和原料的充分接触，是烧结机高效生产的关键因素之一。料层比较薄时，空气比较容易与原料接触，所以燃烧比较充分，但是此时烧结台车上的物料比较少，会影响烧结机的产量。而增加烧结台车上的物料厚度，会增加烧结机产量，提升效益，但是较厚的物料就会影响空气和原料的接触，造成燃烧不充分等产品质量问题。为了在充分燃烧和增加产量上找到的平衡点，就有必要对烧结机的布料进行优化控制。
烧结生产中的透气性是指物料在台车上燃烧过程中，外部空气通过抽风系统透过物质的能力。烧结布料的透气性指数是影响烧结物料燃烧的重要参数，对烧结矿质量有直接的影响。该参数受烧结原料特性、混合制粒效果、料层厚度等多个参数的影响，但是不能直接测量，需要通过间接的方法获取。
烧结布料系统指的是从烧结机头混匀料小矿槽到烧结机进料口这一段的一系列生产装备。这些装备普遍采用变频调速控制，而且该速度与烧结机联动，以保证物料平衡。烧结机进料口有闸门对混匀的烧结原料进行平整和料层厚度控制，其主要设备包括主调闸门和微调闸门。主调闸门对烧结进料量进行粗调，一般不具备在线实时调节功能，而烧结料层的精确调节主要靠微调闸门实现。微调闸门由一组电动或液动的执行机构驱动，可以根据控制器指令，精确调节阀门开度，从而对烧结台车上的料层高度进行控制。
传统的烧结生产，烧结台车上的料层高度是预设的，通过雷达料位计对料层高度进行检测，通过调节微调闸门，使料层达到固定的计算高度即可。但是由于原料性状和混合制粒效果的波动，固定的料层厚度就不能完全适应各种工况下的烧结生产，从而造成烧结机燃烧趋势的变化，引起烧结矿产品质量波动。
目前烧结过程的料层厚度参数是由生产工艺管理人员通过计算得到，得到改参数后，将其下发到布料系统，以此为设定值，对阀门进行调节，确保料层厚度保持为该计算值。该方式存在以下一些问题:
1.烧结原料的物理特性变化，例如颗粒大小或粘度的波动，会对料层透气性造成一定的影响，而以固定的计算值作为料层厚度设定值，会导致原料状态发生变化时，系统无法及时响应，造成烧结矿质量波动；
2.烧结原料混合制粒工序中，由于加水量和混合参数等问题，会对制粒效果造成一定的影响，不同颗粒度的混匀料会对料层透气性造成一定的影响，而以固定的计算值作为料层厚度设定值，会导致混合制粒效果发生变化时，系统无法及时响应，造成烧结矿质量波动；
3.漏风现象是烧结机生产中的常见问题，随着生产工况及设备维护状况的不同，烧结机、风箱、大烟道等抽风系统设备可能会发生程度不等的漏风故障，而不严重的漏风故障一般会要求烧结机继续维持生产，但这会造成了有效风量的变化，而此时如果不及时对料层厚度进行修正，会造成烧结矿质量波动。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明的目的在于提出了一种基于透气性软测量的双闭环烧结布料控制方法，该方法通过透气性指标对料层厚度设定值进行优化，再通过料位检测和可调式闸门对布料厚度进行调节，构成了一种双闭环控制的烧结布料控制系统。该双闭环控制系统的内环对料层厚度进行精确调节，外环通过料层厚度的优化达到对烧结透气性进行控制的目的。
为达到上述目的，本发明提供一种基于透气性软测量的双闭环烧结布料控制方法包括以下步骤：
第一步：根据烧结机当前生产状态，确定烧结料层透气性的目标值Pe0。
第二步：根据透气性软测量模型和1～2#风箱的压力PF，计算机头料层的透气性Pe。一种可行的软测量模型表达式如下：
其中，Q为1#和2#风箱区域分配到的总风量，S为1#和2#风箱区域的总料面面积，H为料位雷达的检测值，rank(H)＝1×n，E(H)为n个料位检测值的均值，PF为1#和2#风箱的压力检测值，rank(PF)＝1×2，E(PF)为两个压力检测值的均值，τ为流动性系数。
第三步：根据机头料层的透气性当前值Pe和目标值Pe0，计算透气性指数的误差Peerr，Peerr＝Peerr-Pe。
第四步：根据透气性指数的误差Peerr，计算料层厚度设定值Hset，计算方法如下：
Hset＝G0(f(Peerr))
其中，透气性指数的误差Peerr即为外环控制器误差值，G0(s)为外环控制器传递函数，可以设计为满足性能要求的特定函数表达式，一种可行的函数表达式为
α0,α1,α2,α3为控制器参数，可以通过零极点配置或实验方法获得。f(x)为透气性-厚度转换函数，用于表征风箱状态与料层厚度值的关联性，一种可行的函数表达式为f(x)＝k(x-θ)，其中θ为x的激活阈值，k为量纲转换系数。以上仅为G0(s)和f(x)的一个实施例，其它形式的传递函数形式，也包含在本发明的权利要求内。
第五步：根据厚度的设定值与厚度检测值的偏差量，计算料层厚度误差Herr，计算方法如下：
Herr＝Hset-H
其中，rank(Herr)＝1×n，n为横向分布的雷达料位计数量，在图1所示的实施例中，n＝5。
第六步：根据料层厚度误差Herr，计算微调闸门设定值VLset，计算方法如下：
VLset＝G1(Herr)
其中，rank(VLset)＝1×n。料层厚度误差Herr即为微调闸门控制器误差值，G1(s)为微调闸门控制器传递函数组，可以设计为满足性能要求的特定函数表达式。在图1所示的实施例中n＝5的情况为例，一种可行的函数表达式为：
其中α10,α11,α12,α20,α21,α22,α30,α31,α32,α40,α41,α42,α50,,α51,α52为控制器参数组，可以通过零极点配置或实验方法获得。以上仅为G1(s)的一个实施例，其它形式的传递函数形式，也包含在本发明的权利要求内。
第七步：将微调闸门设定值VLset下达至微调闸门执行机构，使微调闸门调整至设定的开口度，混合料通过微调闸门平铺到烧结台车上，在微调闸门出口部位，通过雷达料位计对烧结台车上的料层厚度进行检测。检测得到的料层厚度值记为H，作为布料厚度控制子系统的反馈信号送至微调闸门控制器。
第八步：由烧结主抽风机通过大烟道和风箱入口支管，对烧结机风箱进行抽风，通过压力传感器对1～2#风箱的压力进行检测，再通过压力变送器将信号传输出来。检测得到的风箱压力值记为PF，传输至透气性软测量模型。由此跳转至步骤2.
通过以上八个步骤，就实现了基于透气性软测量的双闭环烧结布料控制方法。
本发明具有以下优点：
1.本来发明提出的控制系统和控制方法，可以有效降低原料物理状态，例如颗粒密度、颗粒大小、局部含水量等的波动对烧结燃烧过程带来的不利影响，提升烧结矿产品质量；
2.本来发明提出的控制系统和控制方法，可以有效降低原料混匀制粒效果波动对烧结燃烧过程带来的不利影响，提升烧结矿产品质量；
3.本来发明提出的控制系统和控制方法，可以有效降低烧结机漏风、大烟道漏风、风管漏风等意外情况对烧结燃烧过程带来的不利影响，提升烧结矿产品质量；
4.实时调节料层厚度，减少了原料性能波动、生产状况波动和设备状态波动对烧结生产造成的影响，在提高生产的稳定性的同时，优化了烧结料层厚度，提升了烧结矿单位时间产量；
5.通过软测量技术在线计算烧结机机头部位的透气性指数，以跟料层厚度关系紧密的透气性指数来在线指导和优化烧结生产参数，自动调节烧结料层厚度，在保证烧结机产品质量的同时，提升产量，使烧结生产得到综合优化。
附图说明
图1本发明的过程检测系统图
图2本发明的控制系统框图
图3本发明的控制方法流程图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明
实施例：
以国内典型的共18个风箱抽风的烧结机为例，对本发明进行说明：
本发明的过程检测系统见图1，图中的烧结机只截取了本发明涉及的头轮和前两个风箱这一段。头轮上方是烧结机的进料口，由布料装置下料到烧结机台车上。进料口处有一组微调闸门，由MV01～05这5个执行机构控制，可以按照给定信号调节阀门开度。LT01～05是雷达料位计，用于检测烧结机头台车上的料位高度。雷达料位计信号反馈至微调闸门控制器LIC01～05中，直接控制微调闸门的动作，构成了本控制系统的内环——料层厚度控制环。每个风箱安装有压力检测元器件PE01～02a/b、压力变送器PT01～02a/b和压力显示器PI01～02a/b，用于检测烧结机1～2#风箱的压力，该压力检测信号将传送到料层厚度控制器THC中。料层厚度控制器THC包含两部分功能，第一部分功能是通过料层透气性软测量模型计算当前的料层透气性指数，第二部分功能是根据透气性指数对料层厚度进行实时优化控制。
本发明的控制原理见图2。本控制方法的目标是在保证烧结机头部透气性指数稳定的情况下，实时调整料层厚度，使烧结机产量和质量综合优化。该系统由内外两个闭环的控制系统构成。其中，料层厚度调节环的控制对象为烧结机进料处的料层厚度，执行机构为微调闸门，检测机构为料位雷达，料位信号反馈至微调闸门控制器，构成一个闭环控制系统，微调闸门控制器可以采用任意满足性能条件的控制器，例如PID控制器、模糊控制器等。其中，料层厚度优化环的控制对象为烧结机头部的透气性指数，执行机构为作为内环的料层厚度调节环，检测机构为压力变送器，压力信号传送至透气性软测量模型，通过该软测量模型可以计算出透气性指数，而以透气性指数作为实际的反馈信号，构成一个闭环控制系统，料层厚度控制器可以采用任意满足性能条件的控制器，例如PID控制器、模糊控制器等。整个双闭环控制系统的通过精确控制布料行为和在线优化料层厚度设定值，实现了烧结布料过程中，以稳定透气性指标为目的料层厚度优化控制目标。
本发明的控制方法流程图见图3。可以分步描述如下：
第一步：根据烧结机当前生产状态，确定烧结料层透气性的目标值Pe0。
第二步：根据透气性软测量模型和1～2#风箱的压力PF，计算机头料层的透气性Pe。一种可行的软测量模型表达式如下：
其中，Q为1#和2#风箱区域分配到的总风量，S为1#和2#风箱区域的总料面面积，H为料位雷达的检测值，rank(H)＝1×n，E(H)为n个料位检测值的均值，PF为1#和2#风箱的压力检测值，rank(PF)＝1×2，E(PF)为两个压力检测值的均值，τ为流动性系数。
第三步：根据机头料层的透气性当前值Pe和目标值Pe0，计算透气性指数的误差Peerr，Peerr＝Peerr-Pe。
第四步：根据透气性指数的误差Peerr，计算料层厚度设定值Hset，计算方法如下：
Hset＝G0(f(Peerr))
其中，透气性指数的误差Peerr即为外环控制器误差值，G0(s)为外环控制器传递函数，可以设计为满足性能要求的特定函数表达式，一种可行的函数表达式为
α0,α1,α2,α3为控制器参数，可以通过零极点配置或实验方法获得。f(x)为透气性-厚度转换函数，用于表征风箱状态与料层厚度值的关联性，一种可行的函数表达式为f(x)＝k(x-θ)，其中θ为x的激活阈值，k为量纲转换系数。以上仅为G0(s)和f(x)的一个实施例，其它形式的传递函数形式，也包含在本发明的权利要求内。
第五步：根据厚度的设定值与厚度检测值的偏差量，计算料层厚度误差Herr，计算方法如下：
Herr＝Hset-H
其中，rank(Herr)＝1×n，n为横向分布的雷达料位计数量，在图1所示的实施例中，n＝5。
第六步：根据料层厚度误差Herr，计算微调闸门设定值VLset，计算方法如下：
VLset＝G1(Herr)
其中，rank(VLset)＝1×n。料层厚度误差Herr即为微调闸门控制器误差值，G1(s)为微调闸门控制器传递函数组，可以设计为满足性能要求的特定函数表达式。在图1所示的实施例中n＝5的情况为例，一种可行的函数表达式为：
其中α10,α11,α12,α20,α21,α22,α30,α31,α32,α40,α41,α42,α50,,α51,α52为控制器参数组，可以通过零极点配置或实验方法获得。以上仅为G1(s)的一个实施例，其它形式的传递函数形式，也包含在本发明的权利要求内。
第七步：将微调闸门设定值VLset下达至微调闸门执行机构，使微调闸门调整至设定的开口度，混合料通过微调闸门平铺到烧结台车上，在微调闸门出口部位，通过雷达料位计对烧结台车上的料层厚度进行检测。检测得到的料层厚度值记为H，作为布料厚度控制子系统的反馈信号送至微调闸门控制器。
第八步：由烧结主抽风机通过大烟道和风箱入口支管，对烧结机风箱进行抽风，通过压力传感器对1～2#风箱的压力进行检测，再通过压力变送器将信号传输出来。检测得到的风箱压力值记为PF，传输至透气性软测量模型。由此跳转至步骤2.
通过以上八个步骤，就实现了基于透气性软测量的双闭环烧结布料控制方法。
综上可以看出，通过本发明提出的烧结料层控制方法，可以实现：
1.通过料层优化，实现对烧结矿透气性的控制，稳定了烧结机料层中的空气流速，使燃烧过程更加稳定；
2.实时调节料层厚度，极大的降低原料性能波动、生产状况波动和设备状态波动对烧结生产造成的影响，提高生产的稳定性，提升产品质量；
3.通过稳定烧结料层透气性和调节料层厚度的方式，在线优化烧结生产参数，自动调节烧结料层厚度，在保证烧结机产品质量的同时，提升产量，使烧结生产得到综合优化。
Claims (1)
1.本发明提供一种基于透气性软测量的双闭环烧结布料控制方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
第一步：根据烧结机当前生产状态，确定烧结料层透气性的目标值Pe0；
第二步：根据透气性软测量模型和1～2#风箱的压力PF，计算机头料层的透气性Pe：
其中，Q为1#和2#风箱区域分配到的总风量，S为1#和2#风箱区域的总料面面积，H为料位雷达的检测值，rank(H)＝1×n，E(H)为n个料位检测值的均值，PF为1#和2#风箱的压力检测值，rank(PF)＝1×2，E(PF)为两个压力检测值的均值，τ为流动性系数；
第三步：根据机头料层的透气性当前值Pe和目标值Pe0，计算透气性指数的误差Peerr，Peerr＝Peerr-Pe；
第四步：根据透气性指数的误差Peerr，计算料层厚度设定值Hset，计算方法如下：
Hset＝G0(f(Peerr))
其中，透气性指数的误差Peerr即为外环控制器误差值，G0(s)为外环控制器传递函数，其函数表达式为
α0，α1，α2，α3为控制器参数，可以通过零极点配置或实验方法获得；f(x)为透气性-厚度转换函数，用于表征风箱状态与料层厚度值的关联性，一种可行的函数表达式为f(x)＝k(x-θ)，其中θ为x的激活阈值，k为量纲转换系数；
第五步：根据厚度的设定值与厚度检测值的偏差量，计算料层厚度误差Herr，计算方法如下：
Herr＝Uset-H
其中，rank(Herr)＝1×n，n为横向分布的雷达料位计数量；
第六步：根据料层厚度误差Herr，计算微调闸门设定值VLset，计算方法如下：
VLset＝G1(Herr)
其中，rank(VLset)＝1×n。料层厚度误差Herr即为微调闸门控制器误差值，G1(s)为微调闸门控制器传递函数组，当n＝5时，可行的函数表达式为：
其中α10，α11，α12，α20，α21，α22，α30，α31，α32，α40，α41，α42，α50，α51，α52为控制器参数组，可以通过零极点配置或实验方法获得；
第七步：将微调闸门设定值VLset下达至微调闸门执行机构，使微调闸门调整至设定的开口度，混合料通过微调闸门平铺到烧结台车上，在微调闸门出口部位，通过雷达料位计对烧结台车上的料层厚度进行检测；检测得到的料层厚度值记为H，作为布料厚度控制子系统的反馈信号送至微调闸门控制器；
第八步：由烧结主抽风机通过大烟道和风箱入口支管，对烧结机风箱进行抽风，通过压力传感器对1～2#风箱的压力进行检测，再通过压力变送器将信号传输出来；检测得到的风箱压力值记为PF，传输至透气性软测量模型；由此跳转至步骤2。
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- 2022-03-30 CN CN202210335722.7A patent/CN114659369B/zh active Active
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