CN104805242A - 无料钟炉顶料流调节阀自学习控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无料钟炉顶料流调节阀的自学***均流量计算；根据开炉数据和原燃料的种类，测量料流速度与开度的对照数据；拟合料流调节阀料流/开度原始曲线；根据Qc/γ原始曲线，获得料流调节阀Qc/γ原始曲线数据对照表；对于Qc/γ曲线中相邻两点进行线性化处理，并计算相邻两点间的γ角；实时修正对应原燃料种类的Qc/γ数据和Qc/γ曲线；根据修正后的Qc/γ曲线的二次方程，获得对应原燃料种类料流调节阀Qc/γ修正后曲线数据对照表。本发明方法基于质量流速/开度曲线对料流调节阀进行自学习控制，从而根据炉况的变化进行自我调整更新，进而保证料流调节阀开度的准确性。

Description

无料钟炉顶料流调节阀自学习控制方法

技术领域

本发明属于高炉炉顶***控制领域，特别涉及一种无料钟炉顶料流调节阀的自学习控制方法。

背景技术

高炉炉顶的布料控制是整个高炉控制的核心部分，合理的料流调节阀开度可以保证炉料在炉喉的均匀分布，解决布料偏差和布料不到位的问题，实现高炉最佳的布料效果，达到煤气流分布合理，提高煤气利用率，实现增产节能和炉况顺行。因此，在高炉布料过程中，炉顶料流调节阀开度的优化控制对于高炉生产起着至关重要的作用。

料流调节阀开度控制的本质是对下料罐布料过程中料流大小的控制，通过料批重量和目标布料时间来计算料流速度，通过料流速度计算料流调节阀的恒定开度，主要有如下3种方法：(1)根据矩阵查表得出料流调节阀恒定开度方法，正常生产中，料流调节阀会根据设定好的矩阵表查找相应的开度，但是，两个相邻档位之间的开度还是存在一定的死区，对料流调节阀开度的准确性也会产生影响，此外，这种方法对操作人员的自身素质和经验要求也比较高，所以，实现起来有一定的难度；(2)基于有限元料流开度数据折线法获得料流调节阀恒定开度，并实时对该折线图进行局部修正。即：根据有限元料流调节阀料流和开度数据，采用分段线性化的方式进行，根据上一次的开度误差修正此区间内的开度和料流数据，该自学习方法较矩阵查表法而言，料流阀开度覆盖所有开度范围，同时，具有自学习功能，且易于实现，但是，对局部折线的自学习修正将对相邻的两段折线产生不良影响，一旦取得毛刺数据，这种影响将越发突出；(3)质量流速和开度曲线方法，通过实际测量数据拟合出合适的二次或多次曲线，并用于指导生产，该方法涵盖了料流阀的所有开度行程，但是随着炉况的变化，该料流曲线会偏离实际料流曲线，无法保证料流调节阀开度的准确性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种无料钟炉顶料流调节阀的自学习控制方法，能够实现对料流调节阀的料流/开度(Qc/γ)曲线的实时拟合，根据Qc/γ实时曲线获取料流调节阀开度设定值，指导下一次的布料。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种无料钟炉顶料流调节阀的自学习控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、根据原燃料的种类，进行布料平均流量计算；

S2、根据开炉数据和原燃料的种类，分别测量焦炭料流速度与开度的对照数据、矿石料流速度与开度对照数据；

S3、拟合料流调节阀料流/开度原始曲线：

根据S2中料流速度与开度的对照数据，拟合出最原始的焦炭质量流速和料流调节阀开度之间的函数关系、矿石质量流速与料流调节阀开度之间的函数关系，即：焦炭Qc/γ原始曲线和矿石Qc/γ曲线；Qc为料流速度，γ为对应的料流调节阀开度；

S4、根据Qc/γ原始曲线的二次方程，分别获得焦炭和矿石的料流调节阀Qc/γ原始曲线数据对照表；

S5、对于Qc/γ曲线中相邻两点进行线性化处理，并计算相邻两点间的γ角；

S6、Qc/γ的自学习：在实际布料过程中，实时修正对应原燃料种类的Qc/γ数据和Qc/γ曲线，完成Qc/γ的自学习；

S7、根据修正后的Qc/γ曲线的二次方程，获得对应原燃料种类料流调节阀Qc/γ修正后曲线数据对照表。

按上述方法，每次布料前进行S5，每次布料后进行S6和S7。

本发明的有益效果为：本发明方法基于质量流速/开度曲线对料流调节阀进行自学习控制，实现对料流调节阀的料流/开度(Qc/γ)曲线的实时拟合，根据Qc/γ实时曲线获取料流调节阀开度设定值，指导下一次的布料，从而能够根据炉况的变化进行自我调整更新，使得料流/开度曲线不偏离实际料流曲线，进而保证料流调节阀开度的准确性。

附图说明

图1是本发明一实施例中布焦炭时料流调节阀的Qc/γ原始曲线。

图2是本发明一实施例中布焦炭时料流调节阀的Qc/γ实时修正曲线。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

本发明提供一种无料钟炉顶料流调节阀的自学习控制方法，包括以下步骤：

S1、根据原燃料的种类，进行布料平均流量计算；

S2、根据开炉数据和原燃料的种类，分别测量焦炭燃料流速度与开度的对照数据、矿石料流速度与开度对照数据；

S3、拟合料流调节阀料流/开度原始曲线：

根据S2中料流速度与开度的对照数据，拟合出最原始的焦炭质量流速和料流调节阀开度之间的函数关系、矿石质量流速与料流调节阀开度之间的函数关系，即：焦炭Qc/γ原始曲线和矿石Qc/γ曲线；Qc为料流速度，γ为对应的料流调节阀开度；

S4、根据Qc/γ原始曲线的二次方程，分别获得焦炭和矿石的料流调节阀Qc/γ原始曲线数据对照表；

S5、对于Qc/γ曲线中相邻两点进行线性化处理，并计算相邻两点间的γ角；

S6、Qc/γ的自学习：在实际布料过程中，实时修正对应原燃料种类的Qc/γ数据和Qc/γ曲线，完成Qc/γ的自学习；

S7、根据修正后的Qc/γ曲线的二次方程，获得对应原燃料种类料流调节阀Qc/γ修正后曲线数据对照表。

每次布料前进行S5，每次布料后进行S6和S7。

原燃料分为焦炭和矿石两种，本实施例以焦炭布料时，料流调节阀自学习控制为例，对无料钟炉顶料流调节阀开度自学习控制的具体实施方式进行详细说明。

S1、进行布料平均流量计算。

料流调节阀在某恒定开度下，从开始布料至料罐料空的整个布料过程中布焦炭的平均料流速度，计算公式为：

Q_c＝W/T        (公式1)，

其中，Q_c为计算布料平均流量(kg/s)；W为本批料重(kg)；T为布料时间(s)。

S2、根据开炉数据，测量焦炭料流速度与开度的对照数据。

测量料流调节阀料流/开度(Qc/γ)原始数据：焦炭布料时，料流调节阀的常用开度范围为28°-45°，测量32组数据，每组数据包括：料流调节阀开度γ，本批料重W，布料时间T，并根据公式1计算布料平均料流Q_c。

测量的Qc/γ原始数据见表1。

表1料流调节阀Qc/γ原始数据对照表

      

      

S3、拟合料流调节阀料流/开度原始曲线：

根据S2中料流速度与开度的对照数据，拟合出最原始的焦炭质量流速和料流调节阀开度之间的函数关系，即：焦炭Qc/γ原始曲线；Qc为料流速度，γ为对应的料流调节阀开度。

若直接拟合γ/Qc原始曲线，存在计算量大、精度低等缺点，故拟合Qc/γ原始曲线。

根据表1中的数据，对Qc/γ曲线进行拟合，Qc/γ曲线为较为明显的二项式曲线，计算下述均方误差：

       $F(a_0,a_1,a_2)=\underset{i-1}{\overset{32}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{Qc}\left({\mathrm{\γ}}_i\right)-{\mathrm{Qc}}_i)}^2=\underset{i=1}{\overset{32}{\mathrm{\Σ}}}{(a_0+a_1{\mathrm{\γ}}_i+a_2{{\mathrm{\γ}}_i}^2-{\mathrm{Qc}}_i)}^2$   (公式2)，

采用最小二乘法对Qc/γ曲线进行二次拟合，获得较好的Qc/γ曲线，相关系数R＝0.994，如图1所示，焦炭Qc/γ原始曲线的二次方程为：

Q_c＝0.263γ²-10.30γ+126.8        (公式3)。

S4、根据Qc/γ原始曲线的二次方程，获得料流调节阀Qc/γ原始曲线数据对照表。

本实施例见表2。

表2料流调节阀Qc/γ原始曲线数据对照表

      

S5、对于Qc/γ曲线中相邻两点进行线性化处理，并计算相邻两点间的γ角。

相邻两点间γ角的计算方法为：

       $\mathrm{\γ}=\frac{{\mathrm{\γ}}_{i+1}-{\mathrm{\γ}}_i}{{\mathrm{Qc}}_{i+1}-{\mathrm{Qc}}_i}\×(\mathrm{Qc}-{\mathrm{Qc}}_i)+{\mathrm{\γ}}_i$   (公式4)，

其中，Qc为表2中第i点至第i+1之间的料流值；γ为对应的开度值；γ_i和γ_i+1分别为表格2中第i点和第i+1点的γ角度值；Qc_i和Qc_i+1分别为表格2中第i点和第i+1点的Qc角度值。

举例：假设目标平均料流计算值Qc＝51.8(根据公式1计算得到)，来计算γ角，具体步骤为：

1)根据Qc值获得区间位置，即：i＝7；

2)查表获得γ₇＝29.0，γ₈＝30.0，Qc₇＝49.3，Qc₈＝54.5；

3)根据γ角计算公式，计算该区间内的γ角度，为：

       $\begin{array}{c}\mathrm{\γ}=\frac{{\mathrm{\γ}}_{i+1}-{\mathrm{\γ}}_i}{{\mathrm{Qc}}_{i+1}-{\mathrm{Qc}}_i}\×(\mathrm{Qc}-{\mathrm{Qc}}_i)+{\mathrm{\γ}}_i=\frac{{\mathrm{\γ}}_8-{\mathrm{\γ}}_7}{{\mathrm{Qc}}_8-{\mathrm{Qc}}_7}\×(\mathrm{Qc}-Q{c}_7)+{\mathrm{\γ}}_7\\ =\frac{30.0-29.0}{54.5-49.3}\×(51.8-49.7)+29.0=29.4\end{array}$

即，γ角度设定值为29.4°。

S6、Qc/γ的自学习：在实际布料过程中，实时修正焦炭的Qc/γ数据和Qc/γ曲线，完成Qc/γ的自学习。

举例：一罐焦炭布料结束，料流阀实际开度γ＝39.9，本批实际布料料重W＝11990；实际布料时间T＝189，则根据公式1：

平均料流计算值:Q_c＝W/T＝11990/189＝63.3；

根据公式2，采用最小二乘法进行对料流开度曲线进行二次拟合，获得相关系数R＝1的Qc/γ曲线，如图2所示，修正后的Qc/γ曲线的二次方程为：

Q_c＝0.263γ²-10.33γ+127.1        (公式5)。

S7、根据修正后的Qc/γ曲线的二次方程，获得焦炭料流调节阀Qc/γ修正后曲线数据对照表。

本实施例详见表3。

表3料流调节阀Qc/γ修正后曲线数据对照表

      

为了达到更好的自学习效果，每次布料前进行S5，每次布料后进行S6和S7。

每次布焦炭前，根据公式4，计算γ角；每次布焦炭结束，顺序执行S6和S7，实时更新公式5和表3，为下一次布焦炭的提供修正后的Qc/γ曲线和数据，保留表3中32组Qc/γ数据，并对过期的Qc/γ数据进行替换，即可实时修正Qc/γ曲线和数据。

矿石布料时，料流调节阀自学习控制与焦炭相同，只是具体数据不同，在此不再复述。

综上，料流调节阀自学习控制方法，通过料批重量和目标布料时间来计算目标料流速度，通过Qc/γ曲线数据，分段线性化计算获得料流调节阀的恒定开度，在每一次布料结束后，均根据新的一组Qc/γ数据，拟合新的Qc/γ曲线，产生新的Qc/γ曲线数据对照表，为下一次布料时的γ角的控制提供数据支撑，实现料流阀开度的自学习，确保证料流调节阀开度控制的准确性。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种无料钟炉顶料流调节阀的自学习控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、根据原燃料的种类，进行布料平均流量计算；

S2、根据开炉数据和原燃料的种类，分别测量焦炭料流速度与开度的对照数据、矿石料流速度与开度对照数据；

S3、拟合料流调节阀料流/开度原始曲线：

根据S2中料流速度与开度的对照数据，拟合出最原始的焦炭质量流速和料流调节阀开度之间的函数关系、矿石质量流速与料流调节阀开度之间的函数关系，即：焦炭Qc/γ原始曲线和矿石Qc/γ曲线；Qc为料流速度，γ为对应的料流调节阀开度；

S4、根据Qc/γ原始曲线的二次方程，分别获得焦炭和矿石的料流调节阀Qc/γ原始曲线数据对照表；

S5、对于Qc/γ曲线中相邻两点进行线性化处理，并计算相邻两点间的γ角；

S6、Qc/γ的自学习：在实际布料过程中，实时修正对应原燃料种类的Qc/γ数据和Qc/γ曲线，完成Qc/γ的自学习；

S7、根据修正后的Qc/γ曲线的二次方程，获得对应原燃料种类料流调节阀Qc/γ修正后曲线数据对照表。

2.根据权利要求1所述的一种无料钟炉顶料流调节阀的自学习控制方法，其特征在于：每次布料前进行S5，每次布料后进行S6和S7。