高炉串罐自动喷煤控制系统及方法技术方案

一种高炉串罐自动喷煤控制系统及方法，属于高炉串罐自动喷煤技术领域。该系统包括硬件监控系统和软件处理模块，其特征在于：通过Ｐｒｏｆｉｂｕｓ网络连接西门子ＰＬＣ控制系统和上位监控系统，监控喷煤各个过程的状态；通过以太网实现了模型计算及自动调节与喷煤实时数据的通讯；软件处理模块主要包括数据采集模块、样本数据更新模块、数学模型系数修正模块、数学模型计算模块、模糊调节模块、快速调节模块；软件处理模块都运行在工控机上。控制系统及方法克服了串罐喷煤系统称重值受众多因素影响的困难，对喷煤罐的称重值采用多种数学方法处理，结合了数学模型和模糊控制，实现了高炉串罐自动喷煤控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高炉串罐自动喷煤控制领域，特别涉及一种高炉串罐自动喷煤控制系 统及方法，基于模型自学习和模糊控制相结合的串罐自动喷煤的专用控制系统及方法。
技术介绍
高炉喷煤系统是高炉冶炼系统重要的组成部分，它承担着高炉降低焦比、改善能 耗结构、降低燃料消耗和生铁成本的重要任务。由于高炉喷煤系统采用串联罐方式， 系统的工艺过程的复杂性以及工艺设备的局限性，串罐自动喷煤控制一直没有得到解 决。串罐喷煤系统的控制过程主要包括煤粉倒罐控制和煤粉的喷吹控制。煤粉的倒罐 控制技术已经非常成熟，且在生产实际中已经得到了非常广泛的应用。煤粉的喷吹控 制主要包括煤粉实时喷吹量的计量、控制煤粉喷吹量的最优组合几个关键的控制技术。现有的高炉串罐喷煤的控制方法主要是解决的问题是喷吹量的精确测量或计算以 及煤粉喷吹量的控制。主要的解决方法有基于计量方法，基于数学模型和人工智能的 方法。自动喷煤技术的研究处于测试或仿真状态，没有真正意义的应用。基于计量方法主要包括基于称重传感器补偿的方法，基于软连接连续计量的方 法，基于煤粉流量计的方法。基于数学模型和人工智能的方法主要包括基于模糊神经网络的方法，基于非线 性回归的数学模型的方法，基于传质三维数学模型的方法，基于模糊控制理论的方法。叶才彦等提出的高炉喷煤串联罐连续计量技术，参见钢铁1994年7月第29巻第 7期13-14页，他分析了串联罐各个罐称量值不准确原因和软连接变硬对上、下罐的 推力作用，提出了不同工艺过程下的连续计量方法，解决串罐喷煤过程的计量问题， 进而保证煤粉喷吹率的稳定。赵光宇提出的串联罐式喷煤系统称重传感器的补偿方法，参见冶金设备2005年4 月第2期总第150期15-18页，他的核心思想是对喷煤过程中分阶段对喷煤罐电子秤 进行补偿，同时运行回归分析法建立喷煤量控制的数学模型。谢建民提出的煤粉流量基在高炉喷煤系统中的应用方法，参见河南冶金2005年2 月第13巻第1期33-35页，他提出以煤粉流量计为核心的煤粉连续计量方法，精确控 制煤粉喷吹。孔凡朔等提出的高炉喷煤精确控制技术的方法，参见钢铁2006年6月第41巻第 6期9-12页，他的核心思想是基于模糊神经网络的学习和处理功能，实现喷煤量精确 控制技术。张发勇等提出的高炉喷煤量的非线性回归模型控制方法，参见机械工程与自动化 2007年12月第6期总第145期28-30页，他的核心思想是控制喷吹罐的罐压和给煤5器的开度来实现对喷煤量的控制。以上这些控制方法都是按照一定的策略寻找煤粉喷吹量的最优控制，利用计量方法和数学模型的方法对串罐喷煤系统进行控制。而寻找最优煤粉喷吹量控制的依据主要是一定的控制规则，或者依赖于煤粉喷吹量的检测。而控制规则的总结首要的问题就是规则的完整性和科学性，制约了系统的适应性。基于实例库的煤粉喷吹量检测的方法面临着工艺情况变化复杂，实例库的完整性和代表性很难保证等问题。同时，上述控制方法主要研究了煤粉喷吹量检测和控制的方法，而没有将整个串罐喷煤系统的煤粉自动喷吹真正投入喷煤生产中应用，系统处于研究和仿真状态，因而没有申请自动喷煤相关技术专利。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，克服串罐系统软连接硬化造成煤粉在各个罐充压、放散过程中，以及煤粉在上、中、下罐倒罐过程中，各个罐的电子秤显示不准确，而无法准确计量喷吹过程中煤粉的实际喷吹量等技术不足，充分考虑了喷煤生产的各个工艺过程，能够真正意义上实现高炉串罐自动喷煤控制，保证喷煤的均匀性和准确性。本专利技术的控制系统包括在线监控的硬件系统和软件处理模块；在线监控的硬件系统通过Profibus网络连接西门子PLC控制系统和上位监控系统，监控喷煤各个过程的状态。数学模型的建立及调节机制的实施硬件包括喷煤罐的电子秤、喷煤罐压力控制的补压阀和流化阀、给煤器、压力罐的压力及流量控制阀等，通过以太网实现了模型计算及自动调节与喷煤实时数据的通讯。软件处理模块包括数据采集模块、样本数据有效性判断模块、样本数据更新模块、数学模型系数修正模块、多元线性回归算法模块、比较模块、模糊调节模块、快速调节模块、数据库、历史数据査询模块；软件处理模块都运行在工控机上。本专利技术所述的在线监控的硬件系统包括煤粉收集器、压力罐、压力罐的电子秤、压力罐的压力检测设备、电磁阀、气动阀、软连接设备、调节阀、手动阀、氮气包、喷吹气包、防爆气包、给煤器、煤粉分配器、检测温度的热电偶、管路流量检测设备、管路压力检测设备，其中压力罐包括煤粉仓、储煤罐、喷煤罐；在线监控的硬件系统由两个相同的硬件系列组成，煤粉收集器、氮气包、喷吹气包、防爆气包为两个系列共用部分，其它部分是相同的设备分别应用，每个系列整体结构为上下分层式构成。每个系列煤粉收集器位于最顶端，煤粉收集器通过一个由电磁阀控制的气动阀连接到下端的煤粉仓，煤粉收集器通过管路连接到防爆气包的电磁阀和放散气体的电磁阀上；煤粉仓的上端连接煤粉收集器，煤粉仓下端通过两个由电磁阀控制的气动阀连接到储煤罐上，煤粉仓通过管路分别连接到防爆气包的电磁阀上和起流化作用的电磁阀上，整个煤粉仓配有电子秤显示重量和压力测量设备显示压力，并有温度检测设备检测罐内温度值；储煤罐的上端连接煤粉仓，储煤罐下端通过一个由电磁阀控制的气动阀和一个软连接设备连接到喷煤罐，储煤罐通过管路分别连接到起充压作用的电磁阀和上下两个起流化作用的电磁阀上，并由管路连接到起放散作用的电磁阀上，并由管路将放散作用的电磁阀连接到煤粉收集器上，整个储煤罐配有电子秤显示重量和压力测量设备显示压力，并有温度检测设备检测罐内温度值；喷煤罐的上端连接储煤罐，喷煤罐下端通过一个由电磁阀控制的气动阀连接到给煤器上，喷煤罐通过管路分别连接起补压作用的调节阔和起流化作用的手动阔，并由管路连接到起放散作用的电磁阀上，并由管路将放散作用的电磁阀连接到煤粉收集器上，整个喷煤罐配有电子秤显示重量和压力测量设备显示压力，并有温度检测设备检测罐内温度值；给煤器上端连接喷煤罐，给煤器左端通过管路连接由电磁阀控制的气动阀到喷吹气包上，并且管路上有管路压力检测设备和流量检测设备，给煤器右端通过管路连接到由电磁阀控制的气动阀到煤粉分配器上，并且管路上有管路压力检测设备，给煤器具有开度控制和显示功能；煤粉分配器一端连接到给煤器的管路上，另一端连接到高炉的各个风口上，并且管路上有管路压力检测设备；每个系列起流化作用的电磁阀、起充压作用的电磁阀、起补压作用的调节阀、起流化作用的手动阀都通过管路连接到氮气包上。本专利技术基于数值分析方法、多元线性回归算法、模糊控制、快速调节方法等提供了 一种高炉串罐自动喷煤控制方法，本专利技术从解决了高炉串罐煤粉喷吹量的精确计算入手，以多元线性回归计算为基础，采用了回归系数动态修正处理，建立了动态的线性回归计算模型，以现场检测的实时数据为依据，采用模型自学习和模糊控制相结合的方法，实现了串罐自动喷煤控制系统及方法在高炉喷煤生产的应用，保证了高炉喷煤的均匀性和准确性。本专利技术所采用的技术方案是，可应用于高炉串联罐式喷煤系统，采用了模型自学习、模糊控制和小范围快速压力调节相结合的方法，主要控制模块包括样本数据更新模块、数学模型系数修正模块、多元线性回归算法模块、比较模块、模糊调节模块、快速调节模块。样本数据有效性判断本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高炉串罐自动喷煤控制系统，该系统包括在线监控硬件系统和软件处理模块；其特征在于：在线监控的硬件系统通过Ｐｒｏｆｉｂｕｓ网络连接西门子ＰＬＣ控制系统和上位监控系统，监控喷煤各个过程的状态；数学模型的建立及调节机制的实施硬件包括喷煤罐的电子秤、喷煤罐压力控制的补压阀和流化阀、给煤器、压力罐的压力及流量控制阀等，通过以太网实现了模型计算及自动调节与Ｐｒｏｆｉｂｕｓ网络上的喷煤实时数据的通讯，完成动态数学模型建立及调节机制的实施；软件处理模块包括数据采集模块、样本数据有效性判断模块、样本数据更新模块、数学模型系数修正模块、数学模型计算模块、比较模块、模糊调节模块、快速调节模块、数据库、历史数据查询模块；软件处理模块都运行在工控机上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张贺顺，李新，胡丕俊，王胜，周德谋，凌杰，马利友，王绪，隋海杰，陈军，张进福，张劲草，刘佳瑜，闫秀萍，
申请(专利权)人：北京首钢自动化信息技术有限公司，首钢总公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]