[發(fā)明專利]一種軋鋼加熱爐優(yōu)化控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210495126.1
• 申請日: 2012-11-29
• 公開（公告）號: CN103019097A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設計）人: 于現(xiàn)軍;李鵬
• 申請（專利權）人: 北京和隆優(yōu)化控制技術有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種軋鋼加熱爐優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于設有爐溫在線設定器，熱負荷估計器，均熱段上、下部及加熱段上、下部的爐溫調節(jié)器、爐溫前饋調節(jié)器、煤氣流量調節(jié)器、空氣流量調節(jié)器，空燃比優(yōu)化控制器，爐溫、鋼坯溫度、鋼坯位置、煤氣流量、空氣流量等測量儀表以及煤氣流量調節(jié)閥、空氣流量調節(jié)閥等執(zhí)行器；

爐溫在線設定器的輸出作為爐溫調節(jié)器的給定值，該調節(jié)器采用PID控制算法；熱負荷估計器的輸出乘以負荷分配系數(shù)作為各爐溫前饋調節(jié)器的測量，該調節(jié)器采用PD控制算法，其中負荷分配系數(shù)根據(jù)各部分熱負荷大小比例按照操作經(jīng)驗給出；爐溫調節(jié)器的輸出與爐溫前饋調節(jié)器的輸出之和作為煤氣流量調節(jié)器的設定值，煤氣流量調節(jié)器采用PID控制算法實現(xiàn)燃氣流量的閉環(huán)控制；空燃比優(yōu)化控制器的輸出與煤氣流量測量值的乘積作為空氣流量調節(jié)器的設定值，空氣流量調節(jié)器采用PID控制算法實現(xiàn)空氣流量的閉環(huán)控制；

（1）爐溫在線設定器

采用最近鄰聚類RBF神經(jīng)網(wǎng)絡辨識系統(tǒng)模型在線計算爐溫設定值；模型輸入變量包括入爐鋼坯溫度????????????????????????????????????????????????，出爐鋼坯溫度，生產節(jié)奏，鋼坯類型；模型輸出變量包括均熱段上、下部爐溫設定值、，加熱段上、下部爐溫設定值、，通過采集工業(yè)現(xiàn)場過程中的模型輸入變量以及均熱段上、下部溫度、，加熱段上、下部溫度、在內的訓練樣本數(shù)據(jù)，根據(jù)模型輸出的爐溫設定值與實際爐溫的偏差，對神經(jīng)網(wǎng)絡進行離線訓練，調整神經(jīng)網(wǎng)路各層的權值，得到加熱爐爐溫設定值神經(jīng)網(wǎng)絡模型；通過采集入爐鋼坯溫度，出爐鋼坯溫度，生產節(jié)奏，鋼坯類型實時數(shù)據(jù)，模型就可輸出加熱爐爐溫設定值；

其中生產節(jié)奏是表征單位時間內的出鋼量，單位為“根或件/時”，依據(jù)用于檢測鋼坯出爐的光電開關測量信號，實時計算兩根鋼坯的出爐間隔，計算出每小時鋼坯的出爐量R3；

（2）熱負荷估計器

熱負荷估計器基于加熱爐熱效率計算當前負荷下需要的煤氣流量，熱效率采用最近鄰聚類RBF神經(jīng)網(wǎng)絡模型，基于熱效率模型計算熱負荷，熱負荷估計器的輸出為煤氣流量；

熱效率神經(jīng)網(wǎng)絡模型的輸入變量包括入爐鋼坯溫度，出爐鋼坯溫度，生產節(jié)奏，鋼坯類型，模型輸出變量為加熱爐熱效率，通過采集工業(yè)現(xiàn)場過程中的模型輸入變量以及加熱爐熱實際效率計算值在內的訓練樣本數(shù)據(jù)，根據(jù)模型輸出加熱爐熱效率與加熱爐實際熱效率的偏差，對神經(jīng)網(wǎng)絡進行離線訓練，調整神經(jīng)網(wǎng)路各層的權值，得到加熱爐熱效率神經(jīng)網(wǎng)絡模型；通過采集入爐鋼坯溫度，出爐鋼坯溫度，生產節(jié)奏，鋼坯類型實時數(shù)據(jù)，模型就可輸出加熱爐熱效率值；

1）實際熱效率計算如下：

其中，?為煤氣總流量，為煤氣發(fā)熱值，分別為鋼坯進入和離開加熱爐時的焓值；

2）熱負荷估計器輸出計算如下：

其中是鋼坯的比熱，是加工處理能力，?、分別是鋼坯進爐的初始溫度和出爐的要求溫度，為生產節(jié)奏，為單根鋼坯質量；

(3)?空燃比優(yōu)化控制器

1）優(yōu)化目標函數(shù)為：??

其中，為加權系數(shù)，分別為均熱段上、下部的爐溫和加熱段上、下部的爐溫；

2）設定優(yōu)化步長

設定,，，

其中，分別為均熱段上、下部和加熱段上、下部的燃氣流量，分別為均熱段上、下部和加熱段上、下部的空氣流量，分別是均熱段上、下部和加熱段上、下部的空燃比;

設定?，，，其中為人工調整的系數(shù)，按照此關系，每次給出一個總空氣量調整量時，則對應一個空燃比增量；

計算出每次優(yōu)化時對應的均熱段上、下部和加熱段上、下部空氣流量增量,即步長，分別為：

3）采用進退法自尋優(yōu)算法，計算優(yōu)化空燃比；

在恒定煤氣流量條件下，通過增加（或減少）空氣流量，待系統(tǒng)響應后，比較前后工況下優(yōu)化目標值J的變化，如果優(yōu)化目標值J變化量增加且顯著，說明這種調整是有益的，繼續(xù)按原有的方向調整空氣流量；如果優(yōu)化目標值J變化量是減少且顯著，按原有空氣流量調整方向的反方向調整空氣流量；當優(yōu)化目標值J變化不明顯時，則停止調整空氣流量，表明當前實際的空燃比即為最佳空燃比。