專利名稱：一種基于鋼坯優(yōu)化加熱曲線的加熱爐爐溫決策方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加熱爐數(shù)學(xué)模型開(kāi)發(fā)及加熱爐優(yōu)化控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于鋼坯優(yōu)化加熱曲線的加熱爐爐溫決策方法。
背景技術(shù)：
加熱爐是熱軋生產(chǎn)中的重要設(shè)備，也是熱軋產(chǎn)線耗能較大的設(shè)備之一，隨著能源供應(yīng)短缺與能源需求增長(zhǎng)、過(guò)量的資源能源消耗量與有限的資源環(huán)境承載力的矛盾的突出，加之熱軋產(chǎn)品和工藝裝備的快速升級(jí)、高附加值鋼板對(duì)加熱爐加熱工藝要求的不斷提高，使加熱爐面臨節(jié)能降耗及提高自身控制水平的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員，針對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行了大量的研究工作，尤其在加熱爐優(yōu)化控制數(shù)學(xué)模型開(kāi)發(fā)方面，最典型的主要有兩種:一是，基于數(shù)據(jù)挖掘及統(tǒng)計(jì)理論開(kāi)發(fā)的加熱爐爐溫設(shè)定值優(yōu)化模型，其主要包括數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)挖掘分析兩個(gè)模塊。數(shù)據(jù)處理主要完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集獲取加熱爐當(dāng)前溫?zé)嶂贫?，然后通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘分析模塊將采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理成分析樣本并按照一定的規(guī)則存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中，生產(chǎn)時(shí)從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取加熱爐當(dāng)前狀態(tài)的最優(yōu)爐溫設(shè)定值；二是，基于熱工專業(yè)理論開(kāi)發(fā)的加熱爐爐溫決策數(shù)學(xué)模型及加熱爐內(nèi)鋼坯溫度預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型。前者撇開(kāi)了熱工專業(yè)理論，樣本的優(yōu)劣直接影響爐溫決策及鋼溫預(yù)報(bào)，從而影響加熱爐控制效果，其用于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)顯然無(wú)法合理實(shí)現(xiàn)加熱爐最優(yōu)控制及節(jié)能降耗宗旨；后者更注重加熱爐爐溫決策及鋼溫預(yù)報(bào)，其主要基于熱工專業(yè)理論通過(guò)數(shù)學(xué)模型完成加熱爐最優(yōu)爐溫設(shè)定值的計(jì)算。但其爐溫設(shè)定值生成主要以達(dá)到鋼坯出爐溫度為目標(biāo)，并通過(guò)數(shù)學(xué)模型所計(jì)算的鋼 坯出爐溫度與目標(biāo)出爐溫度的偏差來(lái)不斷修正爐溫設(shè)定值，并未完善考慮加熱爐能耗及鋼坯中間升溫狀況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，從加熱爐爐膛內(nèi)的傳熱機(jī)理出發(fā)，提出一種基于鋼坯優(yōu)化加熱曲線的加熱爐爐溫決策方法，通過(guò)虛擬加熱以鋼坯優(yōu)化加熱曲線為依據(jù)對(duì)一塊鋼坯當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)爐溫進(jìn)行修正，然后對(duì)加熱爐每個(gè)控制段內(nèi)所有鋼坯所對(duì)應(yīng)爐溫進(jìn)行加權(quán)平均，從而計(jì)算獲得加熱爐各控制段的決策爐溫。本發(fā)明綜合考慮了加熱爐內(nèi)所有鋼坯的影響，利于實(shí)現(xiàn)加熱爐優(yōu)化控制。對(duì)一塊鋼坯所對(duì)應(yīng)爐溫進(jìn)行修正，是基于該鋼坯當(dāng)前位置模型的計(jì)算溫度與當(dāng)前位置的優(yōu)化加熱曲線目標(biāo)溫度之偏差，且修正算法簡(jiǎn)單，計(jì)算速度快、效率高，利于實(shí)現(xiàn)加熱爐在線控制。同時(shí)，將以鋼坯在加熱爐內(nèi)加熱至目標(biāo)溫度所需的最小燃料消耗量為目標(biāo)函數(shù)所建立的鋼坯優(yōu)化加熱曲線引入至加熱爐爐溫決策算法中，利于實(shí)現(xiàn)加熱爐節(jié)能降耗。本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題主要采取如下技術(shù)方案:一種基于鋼坯優(yōu)化加熱曲線的加熱爐爐溫決策方法，包括以下步驟:SI)計(jì)算參數(shù)初始化；
S2)對(duì)加熱爐進(jìn)行計(jì)算段的劃分；S3)對(duì)加熱爐內(nèi)所有鋼坯進(jìn)行位置跟蹤及溫度跟蹤；S4)判斷是否完成加熱爐內(nèi)所有鋼坯的位置跟蹤及溫度跟蹤，若未完成則返回步驟S3 ;若完成則進(jìn)入下一步；S5)判斷是否到達(dá)爐溫決策周期，若未到達(dá)爐溫決策周期，則返回步驟S3 ;如到達(dá)爐溫決策周期，則進(jìn)行爐溫決策。所述的方法，步驟SI初始化的參數(shù)包括:加熱爐結(jié)構(gòu)參數(shù)、加加熱爐內(nèi)鋼坯位置及溫度場(chǎng)、加熱爐各控制段爐溫、鋼坯計(jì)數(shù)器初始化、加熱爐內(nèi)鋼坯總數(shù)、計(jì)時(shí)器參數(shù)。所述的方法，步驟S2劃分的方法包括:根據(jù)加熱爐內(nèi)熱電偶的數(shù)目及其在加熱爐內(nèi)的布置，將加熱爐每個(gè)控制段劃分為若干個(gè)計(jì)算段。所述的方法，步驟S3溫度跟蹤的方法包括:求解鋼坯導(dǎo)熱控制方程，計(jì)算獲得鋼坯內(nèi)部溫度分布，其導(dǎo)熱控制方程如下:
權(quán)利要求
1.一種基于鋼坯優(yōu)化加熱曲線的加熱爐爐溫決策方法，其特征在于，包括以下步驟: 51)計(jì)算參數(shù)初始化； 52)對(duì)加熱爐進(jìn)行計(jì)算段的劃分； 53)對(duì)加熱爐內(nèi)所有鋼坯進(jìn)行位置跟蹤及溫度跟蹤； 54)判斷是否完成加熱爐內(nèi)所有鋼坯的位置跟蹤及溫度跟蹤，若未完成則返回步驟S3；若完成則進(jìn)入下一步； 55)判斷是否到達(dá)爐溫決策周期，若未到達(dá)爐溫決策周期，則返回步驟S3;如到達(dá)爐溫決策周期，則進(jìn)行爐溫決策。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟SI初始化的參數(shù)包括:加熱爐結(jié)構(gòu)參數(shù)、加加熱爐內(nèi)鋼坯位置及溫度場(chǎng)、加熱爐各控制段爐溫、鋼坯計(jì)數(shù)器初始化、加熱爐內(nèi)鋼坯總數(shù)、計(jì)時(shí)器參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S2劃分的方法包括:根據(jù)加熱爐內(nèi)熱電偶的數(shù)目及其在加熱爐內(nèi)的布置，將加熱爐每個(gè)控制段劃分為若干個(gè)計(jì)算段。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S3溫度跟蹤的方法包括: 求解鋼坯導(dǎo)熱控制方程，計(jì)算獲得鋼坯內(nèi)部溫度分布，其導(dǎo)熱控制方程如下:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S5爐溫決策的方法包括: 551)鋼坯計(jì)數(shù)器j初始為I; 552)加熱爐內(nèi)第j塊鋼坯的計(jì)時(shí)器τj初始化為零，生成第j塊鋼坯的優(yōu)化加熱曲線，一塊鋼坯所對(duì)應(yīng)爐溫的修正次數(shù)計(jì)數(shù)器i初始化為I ; 553)計(jì)算第j塊鋼坯當(dāng)前溫度與其優(yōu)化加熱曲線目標(biāo)溫度的偏差ΛTj,根據(jù)該偏差對(duì)鋼坯j所對(duì)應(yīng)的爐溫進(jìn)行修正，獲得修正后的爐溫Tf^k ； 554)以爐溫Tf^k對(duì)鋼坯j進(jìn)行虛擬加熱，計(jì)算鋼坯j第i次虛擬加熱后的溫度與其優(yōu)化加熱曲線目標(biāo)溫度的偏差Λ IVj ； 555)判斷ΛTijj是否小于等于許用值ξ，若大于許用值ξ，則將Λ Tijj賦值給Λ Tj回到步驟S53繼續(xù)計(jì)算；若厶Ti, j小于等于許用值ξ，則將爐溫Tfu, k作為鋼坯j所對(duì)應(yīng)的決策爐溫；556)判斷鋼坯計(jì)數(shù)器j是否等于加熱爐內(nèi)鋼坯總數(shù)目N，若j不等于N，則鋼坯計(jì)數(shù)器j加1，然后回到步驟S52繼續(xù)計(jì)算；若鋼坯計(jì)數(shù)器j等于加熱爐內(nèi)鋼坯總數(shù)目N，則繼續(xù)以下步驟； 557)根據(jù)加熱爐內(nèi)每塊鋼坯的爐溫決策值Tfi,&計(jì)算獲得加熱爐各控制段的爐溫決策值Tfk。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于: 步驟S53獲得修正后的爐溫Tf^k的方法是按下式得到的:
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟S54虛擬加熱的方法包括: 5541)以鋼坯j的初始溫度場(chǎng)Tchj及鋼坯j所對(duì)應(yīng)的爐溫Tf^k對(duì)鋼坯進(jìn)行位置跟蹤及溫度跟蹤； 5542)計(jì)算溫度跟蹤后鋼坯j的溫度與其優(yōu)化加熱曲線目標(biāo)溫度的偏差A(yù)Ty ； 5543)判斷AIVj是否小于等于許用值I: 55431)若ATijj小于等于許用值I，則結(jié)束對(duì)鋼坯j的虛擬加熱并將Tf^,k作為鋼坯j所對(duì)應(yīng)的決策爐溫； 55432)若大于許用值I，則根據(jù)ATi, j對(duì)Tfi, 進(jìn)行修正，得到修正后鋼坯j所對(duì)應(yīng)的爐溫Tfi^k,回到步驟S541仍以Tchj作為鋼坯j的初始溫度場(chǎng)，但以修正后的鋼坯j所對(duì)應(yīng)的爐溫Tfi+1,繼續(xù)計(jì)算。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟S57得到爐溫決策值Tfk的方法包括: 按下式計(jì)算獲得加熱爐第k控制段的爐溫決策值Tfk:
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于鋼坯優(yōu)化加熱曲線的加熱爐爐溫決策方法，其包括以下步驟S1)計(jì)算參數(shù)初始化；S2)對(duì)加熱爐進(jìn)行計(jì)算段的劃分；S3)對(duì)加熱爐內(nèi)所有鋼坯進(jìn)行位置跟蹤及溫度跟蹤；S4)判斷是否完成加熱爐內(nèi)所有鋼坯的位置跟蹤及溫度跟蹤，若未完成則返回步驟S3；若完成則進(jìn)入下一步；S5)判斷是否到達(dá)爐溫決策周期，若未到達(dá)爐溫決策周期，則返回步驟S3；如到達(dá)爐溫決策周期，則進(jìn)行爐溫決策。本發(fā)明修正算法簡(jiǎn)單，計(jì)算速度快、效率高，利于實(shí)現(xiàn)加熱爐在線控制和節(jié)能降耗。
文檔編號(hào)C21D9/70GK103146905SQ201210506379
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者段廣東, 李衛(wèi)杰, 張榮明, 李繼釗 申請(qǐng)人:中冶南方(武漢)威仕工業(yè)爐有限公司