本发明专利技术公开了一种用于硅钢退火的加湿混合控制系统及其控制方法。控制系统包括加湿混合系统和控制模块两大部分，控制模块包括数据处理单元与工业PLC控制单元，数据处理单元包括数据预处理模块和LS-SVM预测模型模块。控制方法是在蒸汽加湿系统的平台上，利用最小二乘支持向量机模型对退火炉炉内露点进行预测，以此作为露点前馈控制的依据，并建立露点与蒸汽加热、湿干气流量的串级控制回路，最终实现加湿混合系统的自动闭环控制。本发明专利技术能很好地实现蒸汽加湿混合系统对硅钢退火炉炉内露点的自动闭环控制，大大提高了退火炉的自动化水平，减少能源消耗，促进硅钢退火产品质量的提升，并能最终创造可观的经济效益。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于在线监控
，尤其是涉及一种用于硅钢退火的加湿混合控制系 统及其控制方法。
技术介绍
在硅钢连续退火生产线上，氮氢混合加湿系统是硅钢退火不可或缺的设备。硅钢 板带对于退火炉炉内气氛要求严格，既要满足脱碳需要，又要防止板带表面氧化，因而需要 采用湿的氮氢混合气作为保护气体。 现有的氮氢混合加湿系统是将干的氮氢混合气鼓入一定温度的脱盐水中，然后于 水面上方收集湿润的混合气再送入炉内。整个系统是通过电加热器控制水温进而控制混合 气的湿度。但这种加湿的方式不仅设备较多，对电能和脱盐水的消耗很大，经济性差，而且 加热和加湿效率很低，对混合气目标露点控制的响应速度也慢，进而影响炉内露点控制，特 别是炉段露点的自动控制。 由于不同规格硅钢的退火，特别是取向硅钢退火对炉段露点的要求差异很大，所 以国内生产线在进行板带规格切换时，常常需要花费很长时间对炉段露点进行调整，且完 全通过人工完成，其调整精度和响应速度均不理想，因而造成了能源和资源的大量浪费。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有的氮氢混合加湿系统所存在的问题和弊 端，提供，利用最小二乘支持向量机 的模型预测和串级控制实现对炉内露点的前馈和串级控制，实现硅钢退火炉炉内露点的自 动闭环控制。 本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是： -种用于硅钢退火的加湿混合控制系统，包括加湿混合系统和控制模块两大部 分： 所述的加湿混合系统，至少包括氮氢混合系统、干混合气流通通道、湿混合气流通 通道、干湿混合流通通道、湿混合气加湿系统、加湿罐和退火炉，所述氮氢混合系统的输出 端分别与干混合气流通通道的一端、湿混合气流通通道的一端连接，湿混合气流通通道经 加湿罐后与干混合气流通通道的另一端共同接至干湿混合流通通道后再与退火炉连接； 所述氮氢混合系统包括由纯氮气和纯氢气组成的混合室；所述干混合气流通通道 设置有干混合气流量计、干气流量调节阀，所述湿混合气流通通道依次设置有湿混合气流 量计、湿气流量调节阀、混合气喷入口、填料、湿混合气输出管、湿混合气输出温度计和电加 热器，混合气喷入口设置在加湿罐的侧壁，填料设置在加湿罐内部，湿混合气输出管一端伸 入加湿罐内、另一端与湿混合气输出温度计连接，湿混合气流量计、湿气流量调节阀用于控 制湿混合气流量；混合室内的混合气通过混合气喷入口进入加湿罐内，加湿罐用于对混合 气进行蒸汽加湿，并通过湿混合气输出温度计测量湿混合气输出温度，进而监测湿混合气 输出露点，电加热器用于防止湿混合气在流通管道中结露而影响炉内加湿效果；所述湿混 合气加湿系统包括蒸汽调节阀、蒸汽喷入管，蒸汽调节阀通过蒸汽喷入管通入加湿罐，蒸汽 调节阀用于通过控制蒸汽通入量来控制湿混合气的露点；所述退火炉内设置有露点分析 仪，露点分析仪用于测量得到退火炉内的露点； 所述的控制模块包括数据处理单元与工业PLC控制单元，数据处理单元包括数据 预处理模块和LS-SVM预测模型模块；工业PLC控制单元至少包括露点PID控制器、串级逻 辑运算器、蒸汽加热PID控制器、湿气流量PID控制器和干气流量PID控制器，干混合气流 量计、湿混合气流量计、湿混合气输出温度计与数据预处理模块的输入端连接，数据预处理 模块的输出端依次与LS-SVM预测模型模块、露点PID控制器、串级逻辑运算器连接，串级逻 辑运算器的输出端分别与蒸汽加热PID控制器、湿气流量PID控制器和干气流量PID控制 器连接，蒸汽加热PID控制器、湿气流量PID控制器和干气流量PID控制器，蒸汽加热PID 控制器、湿气流量PID控制器和干气流量PID控制器分别与蒸汽调节阀、湿气流量调节阀和 干气流量调节阀连接。 本专利技术还提供了一种上述用于硅钢退火的加湿混合控制系统的控制方法，包括如 下步骤： S1、通过加湿混合系统和控制模块建立干湿混合气流量的闭环调节回路，建立加 湿混合系统的蒸汽加热加湿调节回路，向退火炉通入干湿混合气，并启动露点分析仪实时 分析炉内露点；在人工干预下进行混合气的加湿及干湿混合控制，并记录数据； S2、人工设定LS-SVM预测模型模块的惩罚系数和核宽度，数据预处理模块将炉内 的露点DP、通入炉内的干湿混合气的流量比Kf、湿混合气输出温度Ts和带钢运行的线速度 Vf数据进行归一化预处理，并由人工选定训练集和测试集； S3、由LS-SVM预测模型模块建立预测模型，并利用最小二乘支持向量机对预测模 型进行训练； S4、将预测模型计算数据与实际测量数据比较测试，并进行误差评价；如果误差评 价合格，表示预测模型建立成功，暂停训练；但LS-SVM预测模型模块仍持续监测和评价预 测误差，如出现差异，提示人工启动训练流程（即步骤S3); S5、利用成熟的预测模型计算下一时刻的露点DP预测值，并由露点PID控制器根 据露点DP预测值和DP设定值计算露点PID控制器输出MV dp; S6、由串级逻辑运算器根据露点PID控制器输出MVDP，按串级控制逻辑运算器的运 算规则计算得到流量比Kf，并得到湿气流量PID控制器的设定流量、干气流量PID控制器的 设定流量和蒸汽加热PID控制器设定温度SV ts; S7、湿气流量PID控制器、干气流量PID控制器和蒸汽加热PID控制器分别实现湿 气流量调节阀、干气流量调节阀和蒸汽调节阀动作，控制湿干气和蒸汽流量，并最终实现对 炉内露点的调节。 按上述方案，所述步骤S2中，数据预处理模块对数据进行归一化预处理，具体为： 设定（Kf，Ts，Vf，DP) = (X1，X2, X3, y); 式⑴中，为采集的原始数据，max W和mfc #分别是采集数据中的最大和最 小值，归一化后，x/ e 作为LS-SVM预测模型模块的输入向量，输出向量y进行类似的 归一化，得到Y1作为LS-SVM预测模型模块的输出向量； 由数据处理单元在数据库中建立样本集并在样 本集中输入输出向量随时间存在一定变化的过程中选取连续的大量样本作为训练集，少量 样本作为测试集； 所述步骤S3中，数据处理单元根据训练集构建预测模型，具体为：建立非线性回 归函数其中ω为权向量，b为偏差量，0(X^是将原始空间映射到一 个高维特征空间的核空间映射函数； 根据结构风险最小化准则，建立预测模型 式（2)中，ε i为误差变量；c彡O为惩罚系数，用于在训练误差和模型复杂度之间 取一个折中； 构造 Lagrange函数进行求解：式（3)中，aji = 1，2，···，N)为 Lagrange 乘子，优化 Lagrange 函数得到： 消去式⑷中的变量ω和ε i，并根据Mercer条件，设定K?x/)= 0(4)T0W) k，1 = 1,2,…,N，并采用径向基函数作为预测机的核函数，其中σ为核宽度，得到如下线性方程组： 人工设定惩罚系数c和核宽度σ，并用方程组（5)求解&1和b，最后得到非线性 回归函数作为输出向量71的预测公式： 预测模型建立后，将测试集代入到模型中进行性能评价。 按上述方案，所述步骤S4中误差评价采用平均误差计算公式式中，Q1S实际测量值，f i为预测值，m为验证次数。 按上述方案，所述控制模块对湿混合气输出温度的控制采取选择性控制，当通入 炉内的干湿混合气的流量比小于1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于硅钢退火的加湿混合控制系统，其特征在于，包括加湿混合系统和控制模块两大部分：所述的加湿混合系统，至少包括氮氢混合系统、干混合气流通通道、湿混合气流通通道、干湿混合流通通道、湿混合气加湿系统、加湿罐和退火炉，所述氮氢混合系统的输出端分别与干混合气流通通道的一端、湿混合气流通通道的一端连接，湿混合气流通通道经加湿罐后与干混合气流通通道的另一端共同接至干湿混合流通通道后再与退火炉连接；所述氮氢混合系统包括由纯氮气和纯氢气组成的混合室；所述干混合气流通通道设置有干混合气流量计、干气流量调节阀，所述湿混合气流通通道依次设置有湿混合气流量计、湿气流量调节阀、混合气喷入口、填料、湿混合气输出管、湿混合气输出温度计和电加热器，混合气喷入口设置在加湿罐的侧壁，填料设置在加湿罐内部，湿混合气输出管一端伸入加湿罐内、另一端与湿混合气输出温度计连接，湿混合气流量计、湿气流量调节阀用于控制湿混合气流量；混合室内的混合气通过混合气喷入口进入加湿罐内，加湿罐用于对混合气进行蒸汽加湿，并通过湿混合气输出温度计测量湿混合气输出温度，进而监测湿混合气输出露点，电加热器用于防止湿混合气在流通管道中结露而影响炉内加湿效果；所述湿混合气加湿系统包括蒸汽调节阀、蒸汽喷入管，蒸汽调节阀通过蒸汽喷入管通入加湿罐，蒸汽调节阀用于通过控制蒸汽通入量来控制湿混合气的露点；所述退火炉内设置有露点分析仪，露点分析仪用于测量得到退火炉内的露点；所述的控制模块包括数据处理单元与工业PLC控制单元，数据处理单元包括数据预处理模块和LS‑SVM预测模型模块；工业PLC控制单元至少包括露点PID控制器、串级逻辑运算器、蒸汽加热PID控制器、湿气流量PID控制器和干气流量PID控制器，干混合气流量计、湿混合气流量计、湿混合气输出温度计与数据预处理模块的输入端连接，数据预处理模块的输出端依次与LS‑SVM预测模型模块、露点PID控制器、串级逻辑运算器连接，串级逻辑运算器的输出端分别与蒸汽加热PID控制器、湿气流量PID控制器和干气流量PID控制器连接，蒸汽加热PID控制器、湿气流量PID控制器和干气流量PID控制器，蒸汽加热PID控制器、湿气流量PID控制器和干气流量PID控制器分别与蒸汽调节阀、湿气流量调节阀和干气流量调节阀连接。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张凯，
申请(专利权)人：中冶南方工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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