專利名稱：明火加熱爐爐溫控制方法及控制設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶煉設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及明火加熱爐爐溫控制方法及控制設(shè)備。
背景技術(shù)：
連續(xù)退火的臥式爐一種比較常見的加熱爐，爐內(nèi)沿帶鋼行進(jìn)方向劃分為若干區(qū)， 分區(qū)控制爐溫。爐溫測量的準(zhǔn)確性嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，對于產(chǎn)品性能來說爐溫精度至關(guān)重要，爐溫精度下降會直接導(dǎo)致產(chǎn)品性能不合格。一般的溫度控制系統(tǒng)因?yàn)闊斓墓β试O(shè)計(jì)較大，導(dǎo)致溫度調(diào)節(jié)時(shí)熱滯后和熱慣性較大，使穩(wěn)態(tài)時(shí)爐溫曲線呈等幅振蕩，非穩(wěn)態(tài)時(shí)過渡時(shí)間長，這些都嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的性能和成材率。通常的爐溫控制方法為雙交叉 PID控制，這種方法通過煤氣和空氣的比例以及比例的互相牽制來達(dá)到控制爐溫的目的。這種控制方法對熱滯后較小的系統(tǒng)效果較好，但退火爐一般爐內(nèi)的熱慣性和熱滯后較大，爐溫控制難度較大；此外對于PID控制方法來講，一種是追求快速響應(yīng)，還有一種就是追求穩(wěn)定。如果追求快速響應(yīng)，過渡時(shí)間是會縮短，但是超調(diào)會變大，爐溫很難穩(wěn)定下來；如果追求穩(wěn)定，穩(wěn)態(tài)爐溫精度雖然好，但是爐溫過渡時(shí)間勢必很長，使控制陷入一種兩難境地。另外 PID調(diào)節(jié)畢竟是一種穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)方法，對來料情況以及溫度設(shè)定值變化的前瞻性缺乏預(yù)判，對非穩(wěn)態(tài)滯后的情況調(diào)節(jié)手段不多，調(diào)節(jié)效果也不太好，需要前饋控制對非穩(wěn)態(tài)滯后控制進(jìn)行補(bǔ)償。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在克服上述爐溫控制中存在的問題，提供一種明火加熱爐爐溫控制方法及控制設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出一種明火加熱爐爐溫控制方法，包括 監(jiān)測爐溫，獲得爐溫反饋值；
根據(jù)爐溫反饋值和爐溫設(shè)定值計(jì)算爐溫設(shè)定值與爐溫反饋值的差值，將該差值作為偏差值DV1;
計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)爐溫設(shè)定值與爐溫反饋值的差值，即爐溫變化值的斜率作為偏差值
DV2;
從明火加熱爐機(jī)組的速度調(diào)節(jié)器獲取明火加熱爐機(jī)組速度V，根據(jù)明火加熱爐機(jī)組速度V獲得第一多前饋輸出分量FFv ；
根據(jù)爐溫設(shè)定值與爐溫反饋值的差值，偏差值DV1獲得第二多前饋輸出分量FFt ； 根據(jù)偏差值DV1和DV2，基于模糊控制規(guī)則查找PID控制參數(shù)，并根據(jù)PID控制參數(shù)產(chǎn)生調(diào)節(jié)控制參數(shù)OP1 ；
6由調(diào)節(jié)控制參數(shù)OP1結(jié)合第一多前饋輸出分量FFv和第二多前饋輸出分量FFt作為最終的控制輸出值對到煤氣流量調(diào)節(jié)閥和空氣流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出一種明火加熱爐爐溫控制設(shè)備，包括
熱電偶，靠近燒嘴設(shè)置，熱電偶用于監(jiān)測爐溫，熱電偶具有模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出爐溫反饋
值；
爐溫差值計(jì)算模塊，連接到熱電偶的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，爐溫差值計(jì)算模塊保存爐溫設(shè)定值，爐溫差值計(jì)算模塊根據(jù)爐溫反饋值和爐溫設(shè)定值計(jì)算爐溫設(shè)定值與爐溫反饋值的差值并將該差值作為偏差值DV1;
爐溫變化斜率計(jì)算模塊，連接到爐溫差值計(jì)算模塊，計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)爐溫設(shè)定值與爐溫反饋值的差值，即爐溫變化值的斜率作為偏差值DV2 ；
明火加熱爐機(jī)組的速度調(diào)節(jié)器，用于獲取明火加熱爐機(jī)組速度V ； 第一多前饋模塊，連接到速度調(diào)節(jié)器，根據(jù)明火加熱爐機(jī)組速度V獲得第一多前饋輸出分量FFv;
第二多前饋模塊，連接到爐溫差值計(jì)算模塊，根據(jù)爐溫設(shè)定值與爐溫反饋值的差值，偏差值DV1獲得第二多前饋輸出分量FFt ；
調(diào)節(jié)控制參數(shù)產(chǎn)生模塊，連接到爐溫差值計(jì)算模塊和爐溫變化斜率計(jì)算模塊，根據(jù)偏差值DV1和DV2,基于模糊控制規(guī)則查找PID控制參數(shù)，并根據(jù)PID控制參數(shù)產(chǎn)生調(diào)節(jié)控制參數(shù)OP1 ；
流量控制器，連接到調(diào)節(jié)控制參數(shù)產(chǎn)生模塊、第一多前饋模塊和第二多前饋模塊，由調(diào)節(jié)控制參數(shù)OP1結(jié)合第一多前饋輸出分量FFv和第二多前饋輸出分量FFt產(chǎn)生最終的控制輸出值；
煤氣流量調(diào)節(jié)閥，連接到流量控制器，根據(jù)最終的控制輸出值調(diào)節(jié)煤氣流量； 煤氣流量檢測器，連接到流量控制器，檢測當(dāng)前煤氣流量并反饋； 空氣流量調(diào)節(jié)閥，連接到流量控制器，根據(jù)最終的控制輸出值調(diào)節(jié)空氣流量； 空氣流量檢測器，連接到流量控制器，檢測當(dāng)前空氣流量并反饋。本發(fā)明的控制方法及控制設(shè)備采用模糊控制算法，無需建立前向通道的傳遞函數(shù)，對非線性、時(shí)變性以及規(guī)律性不是非常明確的系統(tǒng)具有一定的適應(yīng)能力及快速性好的優(yōu)點(diǎn)，對機(jī)組穩(wěn)態(tài)控制效果較好；多前饋控制對來料情況以及溫度設(shè)定值變化前瞻性預(yù)判效果較好，本發(fā)明針對連續(xù)退火爐爐溫控制的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了模糊控制算法，利用模糊控制擅長穩(wěn)態(tài)控制和多前饋控制擅長非穩(wěn)態(tài)控制的特點(diǎn)，將模糊控制與多前饋控制及PID控制結(jié)合，構(gòu)建多前饋模糊控制系統(tǒng)。本發(fā)明的明火加熱爐爐溫控制方法和控制設(shè)備的基本思想是通過爐溫變化量和爐溫變化率得到爐溫偏差的數(shù)值以及爐溫變化的趨勢，設(shè)計(jì)模糊控制算法和模糊控制規(guī)貝1J，利用模糊控制擅長穩(wěn)態(tài)控制和前饋控制擅長非穩(wěn)態(tài)控制的特點(diǎn)，針對不同情況采用不同的多前饋補(bǔ)償值和模糊控制規(guī)則，采取不同的PID參數(shù)組合，做到大偏差時(shí)能夠快速響應(yīng)，迅速調(diào)節(jié)，縮小過渡時(shí)間。小偏差時(shí)調(diào)節(jié)趨勢趨緩，超調(diào)變小，爐溫能夠很快穩(wěn)定下來， 提高爐溫控制精度。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的明火加熱爐爐溫控制方法的流程圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的明火加熱爐爐溫控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。圖3揭示了本發(fā)明的明火加熱爐爐溫控制方法的基本控制邏輯。
具體實(shí)施例方式參考圖1所示，本發(fā)明揭示了一種明火加熱爐爐溫控制方法，包括如下的步驟 S101.監(jiān)測爐溫，獲得爐溫反饋值。S102.根據(jù)爐溫反饋值和爐溫設(shè)定值計(jì)算爐溫設(shè)定值與爐溫反饋值的差值， 將該差值作為偏差值DV115在一個(gè)實(shí)施例中，爐溫設(shè)定值與爐溫反饋值的偏差值DV1 被設(shè)定為一個(gè)模糊控制子集，模糊控制子集E ={NB，W，NSJE，PS，PM，PB} = {負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大} = {-18，-12，-6，0，6，12，18}。即根據(jù)偏差值DV1與集合 {-18，-12，-6，0，6，12，18}的大小比較將偏差值DV1劃入到集合{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大}中，并使用集合{NB，匪，NS，觀，PS，PM，PB}表示。S103.計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)爐溫設(shè)定值與爐溫反饋值的差值，即爐溫變化值的斜率作為偏差值DV2。在一個(gè)實(shí)施例中，爐溫變化值的斜率作為偏差值DV2被設(shè)定為一個(gè)模糊控制子集，模糊控制子集EC ={NM，NSJE，PS，PM} = {負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中} = {-1. 5，-1，0，1，1. 5}。即根據(jù)偏差值DV2與集合{-1. 5，-1，0，1，1. 5}的大小比較將偏差值DV2劃入到集合{負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中}中，并使用集合{ ，NS，觀，PS，PM}表示。S104.從明火加熱爐機(jī)組的速度調(diào)節(jié)器獲取明火加熱爐機(jī)組速度V，根據(jù)明火加熱爐機(jī)組速度V獲得第一多前饋輸出分量FFV。在一個(gè)實(shí)施例中，該步驟S104實(shí)現(xiàn)如下根據(jù)明火加熱爐機(jī)組速度V，基于下述的表1獲得第一多前饋輸出分量FFv
表權(quán)利要求
1.一種明火加熱爐爐溫控制方法，其特征在于，包括 監(jiān)測爐溫，獲得爐溫反饋值；根據(jù)爐溫反饋值和爐溫設(shè)定值計(jì)算爐溫設(shè)定值與爐溫反饋值的差值，將該差值作為偏差值DV1;計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)爐溫設(shè)定值與爐溫反饋值的差值，即爐溫變化值的斜率作為偏差值DV2;從明火加熱爐機(jī)組的速度調(diào)節(jié)器獲取明火加熱爐機(jī)組速度V，根據(jù)明火加熱爐機(jī)組速度V獲得第一多前饋輸出分量FFv ；根據(jù)爐溫設(shè)定值與爐溫反饋值的差值，偏差值DV1獲得第二多前饋輸出分量FFt ； 根據(jù)偏差值DV1和DV2，基于模糊控制規(guī)則查找PID控制參數(shù)，并根據(jù)PID控制參數(shù)產(chǎn)生調(diào)節(jié)控制參數(shù)OP1 ；由調(diào)節(jié)控制參數(shù)OP1結(jié)合第一多前饋輸出分量FFv和第二多前饋輸出分量FFt作為最終的控制輸出值對到煤氣流量調(diào)節(jié)閥和空氣流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制。
2.如權(quán)利要求1所述的明火加熱爐爐溫控制方法，其特征在于，所述模糊控制規(guī)則包括偏差值DV1的模糊控制子集設(shè)定為E= {NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB} = {負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小， 零，正小，正中，正大} = {-18，-12，-6，0，6，12，18}；偏差值DV2的模糊控制子集設(shè)定為EC={NM，NS, ZE, PS, PM} = {負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中} = {-1.5，-1，0，1，1.5}0
3.如權(quán)利要求2所述的明火加熱爐爐溫控制方法，其特征在于，所述模糊控制規(guī)則進(jìn)一步包括根據(jù)DV1和DV2的子集，基于下述的表格獲取模糊規(guī)則結(jié)果
4.如權(quán)利要求1所述的明火加熱爐爐溫控制方法，其特征在于，根據(jù)明火加熱爐機(jī)組速度V獲得第一多前饋輸出分量FFv包括根據(jù)明火加熱爐機(jī)組速度V，基于下述的表格獲得第一多前饋輸出分量FFv ^
5.如權(quán)利要求1所述的明火加熱爐爐溫控制方法，其特征在于，根據(jù)爐溫設(shè)定值與爐溫反饋值的差值，偏差值DV1獲得第二多前饋輸出分量FFt包括根據(jù)爐溫設(shè)定值與爐溫反饋值的差值DV1基于下述的表格獲得第二多前饋輸出分量FFT ιDV1I_ , . . , . , a ,, j-18 -12 ^ 0 6 2 18FFy FFfi FFf^ FFy3 FFf4 FFj5 I FFj§ FF77其中，F(xiàn)Ft 的取值為 FFT1=6 ；FFT2=3 ；FFt3=L 5 ；FF14=O. 2 ；FF15=-L 6 ； FFT6=-3. 5 ；FFT7=_6。
6.一種明火加熱爐爐溫控制設(shè)備，其特征在于，包括熱電偶，靠近燒嘴設(shè)置，熱電偶用于監(jiān)測爐溫，熱電偶具有模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出爐溫反饋值；爐溫差值計(jì)算模塊，連接到熱電偶的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，爐溫差值計(jì)算模塊保存爐溫設(shè)定值，爐溫差值計(jì)算模塊根據(jù)爐溫反饋值和爐溫設(shè)定值計(jì)算爐溫設(shè)定值與爐溫反饋值的差值并將該差值作為偏差值DV1;爐溫變化斜率計(jì)算模塊，連接到爐溫差值計(jì)算模塊，計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)爐溫設(shè)定值與爐溫反饋值的差值，即爐溫變化值的斜率作為偏差值DV2 ；明火加熱爐機(jī)組的速度調(diào)節(jié)器，用于獲取明火加熱爐機(jī)組速度V ； 第一多前饋模塊，連接到速度調(diào)節(jié)器，根據(jù)明火加熱爐機(jī)組速度V獲得第一多前饋輸出分量FFv;第二多前饋模塊，連接到爐溫差值計(jì)算模塊，根據(jù)爐溫設(shè)定值與爐溫反饋值的差值，偏差值DV1獲得第二多前饋輸出分量FFt ；調(diào)節(jié)控制參數(shù)產(chǎn)生模塊，連接到爐溫差值計(jì)算模塊和爐溫變化斜率計(jì)算模塊，根據(jù)偏差值DV1和DV2,基于模糊控制規(guī)則查找PID控制參數(shù)，并根據(jù)PID控制參數(shù)產(chǎn)生調(diào)節(jié)控制參數(shù)OP1 ；流量控制器，連接到調(diào)節(jié)控制參數(shù)產(chǎn)生模塊、第一多前饋模塊和第二多前饋模塊，由調(diào)節(jié)控制參數(shù)OP1結(jié)合第一多前饋輸出分量FFv和第二多前饋輸出分量FFt產(chǎn)生最終的控制輸出值；煤氣流量調(diào)節(jié)閥，連接到流量控制器，根據(jù)最終的控制輸出值調(diào)節(jié)煤氣流量； 煤氣流量檢測器，連接到流量控制器，檢測當(dāng)前煤氣流量并反饋； 空氣流量調(diào)節(jié)閥，連接到流量控制器，根據(jù)最終的控制輸出值調(diào)節(jié)空氣流量； 空氣流量檢測器，連接到流量控制器，檢測當(dāng)前空氣流量并反饋。
7.如權(quán)利要求6所述的明火加熱爐爐溫控制設(shè)備，其特征在于，所述模糊控制規(guī)則包括偏差值DV1的模糊控制子集設(shè)定為E= {NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB} = {負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小， 零，正小，正中，正大} = {-18，-12，-6，0，6，12，18}；偏差值DV2的模糊控制子集設(shè)定為EC={NM，NS, ZE, PS, PM} = {負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中} = {-1.5，-1，0，1，1.5}0
8.如權(quán)利要求7所述的明火加熱爐爐溫控制設(shè)備，其特征在于，所述模糊控制規(guī)則進(jìn)一步包括根據(jù)DV1和DV2的子集，基于下述的表格獲取模糊規(guī)則結(jié)果
9.如權(quán)利要求6所述的明火加熱爐爐溫控制設(shè)備，其特征在于，第一多前饋模塊根據(jù)明火加熱爐機(jī)組速度V，基于下述的表格獲得第一多前饋輸出分量FFv
10.如權(quán)利要求6所述的明火加熱爐爐溫控制設(shè)備，其特征在于，第二多前饋模塊根據(jù)爐溫設(shè)定值與爐溫反饋值的差值DV1基于下述的表格獲得第二多前饋輸出分量FFt
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種明火加熱爐爐溫控制方法，包括監(jiān)測爐溫，獲得爐溫反饋值；根據(jù)爐溫反饋值和爐溫設(shè)定值計(jì)算爐溫設(shè)定值與爐溫反饋值的差值，作為偏差值DV1；計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)爐溫設(shè)定值與爐溫反饋值的差值，即爐溫變化值的斜率作為偏差值DV2；從明火加熱爐機(jī)組的速度調(diào)節(jié)器獲取明火加熱爐機(jī)組速度V，根據(jù)機(jī)組速度V獲得第一多前饋輸出分量FFV；根據(jù)爐溫設(shè)定值與爐溫反饋值的差值，偏差值DV1獲得第二多前饋輸出分量FFT；根據(jù)偏差值DV1和DV2，基于模糊控制規(guī)則查找PID控制參數(shù)，并根據(jù)PID控制參數(shù)產(chǎn)生調(diào)節(jié)控制參數(shù)OP1；由調(diào)節(jié)控制參數(shù)OP1結(jié)合第一多前饋輸出分量FFV和第二多前饋輸出分量FFT作為最終的控制輸出值對到煤氣流量調(diào)節(jié)閥和空氣流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制。
文檔編號F27D19/00GK102455135SQ20101052157
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者劉永鋒, 呂春國, 文德建, 王志成, 章培莉, 錢國強(qiáng), 陳嶸, 顧華中 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司