專利名稱：連續(xù)退火加熱爐爐溫控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及連續(xù)退火加熱爐爐溫控制方法。
背景技術(shù)：
連退加熱爐結(jié)構(gòu)如圖1所示，整個(gè)爐子分為若干個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)之間有隔熱墻，用于減少爐膛間熱氣相互干擾。每個(gè)爐區(qū)都有獨(dú)立的控制，如煤氣流量、電壓、功率等，和爐溫測(cè)量手段?，F(xiàn)有的連退加熱爐爐溫控制一般都采用單變量PID(比例積分微分運(yùn)算器)控制方法，參見(jiàn)圖2，即以設(shè)定爐溫與實(shí)測(cè)爐溫的差為輸入，控制變量設(shè)定值為輸出的PID調(diào)節(jié)器。由于爐子本身的大慣性、長(zhǎng)延時(shí)特性，加上連退的高速、連續(xù)、變規(guī)格工藝特性，使傳統(tǒng)的連退爐溫控制不能同時(shí)兼顧穩(wěn)定性與快速性的要求。日本專利03-277722[JP 3277722 A]，公開(kāi)了一種通過(guò)實(shí)際測(cè)量加熱段出口帶鋼的熱能來(lái)進(jìn)行爐溫控制的方法。日本專利PUB.NO.52-028409[JP 52028409 A]，公開(kāi)了一種改變加熱條件的爐溫控制方法，該方法只考慮帶鋼厚度變化對(duì)爐溫的影響。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)退火加熱爐爐溫控制方法，該控制方法通過(guò)模型計(jì)算每個(gè)爐區(qū)帶鋼的熱能，考慮了帶鋼厚度、寬度、速度和入口帶溫對(duì)爐溫的影響，提高了加熱爐段的爐溫控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種連續(xù)退火加熱爐爐溫控制方法，其特征是以爐區(qū)的入口帶溫、帶鋼秒流量和爐溫為輸入量，采用多變量預(yù)測(cè)控制算法來(lái)計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻最優(yōu)的燃?xì)饬髁吭隽?，通過(guò)調(diào)節(jié)燃?xì)饬髁吭隽?，?duì)連退加熱爐爐溫進(jìn)行控制，其步驟如下第一步，計(jì)算入口帶溫，入口帶溫就是前爐區(qū)的出口帶溫，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 Ts(0)＝Tsin式中，L[m]為前爐區(qū)中帶鋼的長(zhǎng)度，K為綜合吸熱系數(shù)，A3、A4、A5為與熱容相關(guān)的參數(shù)，Ts(x)為距入口x米處的帶溫，是積分計(jì)算中的中間變量，Tsin和Tsout[℃]分別為前爐區(qū)的入口和出口帶溫，h[mm]為前爐區(qū)出口處的帶鋼厚度，v[m/min]為帶鋼速度，Tf[℃]為前爐區(qū)的爐溫；第二步，計(jì)算帶鋼秒流量，入口帶鋼秒流量反映了帶鋼從前一個(gè)爐區(qū)帶到本爐區(qū)熱量的大小，帶鋼秒流量為進(jìn)入本爐區(qū)的帶鋼速度、寬度和厚度的乘積，即Vh＝v×w×h (2)式中，w[m]為帶鋼寬度；第三步，計(jì)算k時(shí)刻的爐溫Tf(k)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為Tf(k)＝s11ΔFl(k-1)+s12ΔFl(k-2)+…+s1nΔFll(k-n)+s1nFl(k-n-1)+s21ΔTsin(k-1)+s22ΔTsin(k-2)+…+s2nΔTsin(k-n)+s2nTsin(k-n-1) (3)+s31ΔVh(k-1)+s32ΔVh(k-2)+…+s3nΔVh(k-n)+s3nVh(k-n-1)式中，F(xiàn)l(k-1)[m3/min]為k-1時(shí)刻的燃?xì)饬髁?，Tsin(k-1)[℃]為k-1時(shí)刻的入口帶溫，由(1)式計(jì)算所得，Vh(k-1)為k-1時(shí)刻的入口秒流量，由(2)式計(jì)算所得，s11…s3n為模型參數(shù)；第四步，計(jì)算燃?xì)饬髁吭隽浚嘧兞款A(yù)測(cè)控制是根據(jù)設(shè)定的爐溫目標(biāo)曲線和預(yù)測(cè)的爐溫曲線來(lái)計(jì)算下一時(shí)刻的控制增量，假設(shè)將來(lái)時(shí)刻燃?xì)饬康淖兓癁榱?，即ΔFl(k)＝ΔFl(k+1)＝…＝0，Vk＞0 (4)根據(jù)(3)式可以預(yù)測(cè)到將來(lái)p時(shí)刻內(nèi)的爐溫值，從而也就能計(jì)算出將來(lái)p時(shí)刻內(nèi)的設(shè)定誤差，即E(1)＝r(1)-Tf(1)… (5)E(p)＝r(p)-Tf(p)這里，r(p)為p時(shí)刻的設(shè)定值，根據(jù)預(yù)測(cè)控制原理，下一時(shí)刻的燃?xì)饬髁吭隽繛棣l(1)＝k1E(1)+k2E(2)+…+kpE(p) (6)式中，k1…kp為預(yù)測(cè)控制增益。
上述的連續(xù)退火加熱爐爐溫控制方法，對(duì)于第一爐區(qū)的入口帶溫可通過(guò)爐子前的帶溫測(cè)量?jī)x測(cè)得；燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)為煤氣流量調(diào)節(jié)。
本發(fā)明是考慮了爐區(qū)的入口帶溫和帶鋼秒流量對(duì)爐溫的影響，并根據(jù)模型預(yù)測(cè)將來(lái)時(shí)刻的爐溫變化，用多變量預(yù)測(cè)控制理論計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻最優(yōu)的煤氣流量增量。本發(fā)明主要包括三個(gè)模塊入口帶溫計(jì)算、入口帶鋼秒流量計(jì)算和多變量預(yù)測(cè)控制算法。本發(fā)明通過(guò)模型計(jì)算每個(gè)爐區(qū)帶鋼的熱能，考慮了帶鋼厚度、寬度、速度和入口帶溫對(duì)爐溫的影響，提高了加熱爐段的爐溫控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1為連續(xù)退火加熱爐結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有的連退加熱爐爐溫控制方法框圖；圖3為本發(fā)明連續(xù)退火加熱爐爐溫控制方法框圖。
圖中1前爐區(qū)爐溫，2前爐區(qū)入口帶溫，3前爐區(qū)帶鋼厚度，4前爐區(qū)帶鋼寬度，5帶鋼速度，6入口帶溫，7帶鋼秒流量，8多變量預(yù)測(cè)控制。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1、圖3，一種連續(xù)退火加熱爐爐溫控制方法，是以爐區(qū)的入口帶溫6、帶鋼秒流量7和爐溫為輸入量，采用多變量預(yù)測(cè)控制8算法來(lái)計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻最優(yōu)的煤氣流量增量，通過(guò)調(diào)節(jié)煤氣流量增量，對(duì)連退加熱爐爐溫進(jìn)行控制，詳細(xì)描述如下1.入口帶溫6計(jì)算，對(duì)于第一爐區(qū)，入口帶溫6可以通過(guò)爐子前的帶溫測(cè)量?jī)x測(cè)得，參見(jiàn)圖1。對(duì)于后續(xù)爐區(qū)，由于在爐內(nèi)安裝帶鋼檢測(cè)儀非常困難，只能根據(jù)前爐區(qū)的運(yùn)行狀況經(jīng)過(guò)計(jì)算來(lái)估計(jì)。本爐區(qū)的入口帶溫6實(shí)際上就是前爐區(qū)的出口帶溫。而前爐區(qū)的出口帶溫可以通過(guò)前爐區(qū)的爐溫1、帶鋼入口溫度2、厚度3、速度5來(lái)求得 Ts(0)＝Tsin式中，L[m]為前爐區(qū)中帶鋼的長(zhǎng)度，K為綜合吸熱系數(shù)，A3、A4、A5為與熱容相關(guān)的參數(shù)，Ts(x)為距入口x米處的帶溫，是積分計(jì)算中的中間變量，Tsin和Tsout[℃]分別為前爐區(qū)的入口帶溫2和出口帶溫，h[mm]為前爐區(qū)出口處的帶鋼厚度3，v[m/min]為帶鋼速度5，Tf[℃]為前爐區(qū)的爐溫1。根據(jù)(1)式就可以用數(shù)值方法計(jì)算出前爐區(qū)的出口帶溫，也就是本爐區(qū)的入口帶溫6。
2.入口秒流量7計(jì)算，入口秒流量7反映了帶鋼從前一個(gè)爐區(qū)帶到本爐區(qū)熱量的大小，秒流量7越大，帶來(lái)的熱量越多，從而對(duì)本爐區(qū)爐溫的影響也越大。帶鋼秒流量7為進(jìn)入本爐區(qū)的帶鋼速度5、寬度4和厚度3的乘積，即，Vh＝v×w×h (2)式中，w[m]為帶鋼寬度4。
3.多變量預(yù)測(cè)控制8算法，多變量預(yù)測(cè)控制8是根據(jù)設(shè)定的爐溫目標(biāo)曲線和預(yù)測(cè)的爐溫曲線來(lái)計(jì)算下一時(shí)刻的控制增量。因此首先必須建立爐溫預(yù)測(cè)計(jì)算方法。根據(jù)加熱爐設(shè)備特性，影響爐溫變化的主要因素有煤氣流量、帶鋼厚度3、寬度4和速度5、入口帶溫6等。因此，k時(shí)刻的爐溫可以用前n時(shí)刻的煤氣流量、入口帶溫6和秒流量7的增量來(lái)計(jì)算，即Tf(k)＝s11ΔFl(k-1)+s12ΔFl(k-2)+…+s1nΔFl(k-n)+s1nFl(k-n-1)+s21ΔTsin(k-1)+s22ΔTsin(k-2)+…+s2nΔTsin(k-n)+s2nTsin(k-n-1) (3)+s31ΔVh(k-1)+s32ΔVh(k-2)+…+s3nΔVh(k-n)+s3nVh(k-n-1)式中，Tf(k)為k時(shí)刻的爐溫，F(xiàn)l(k-1)[m3/min]為k-1時(shí)刻的煤氣流量，Tsin(k-1)[℃]為k-1時(shí)刻的入口帶溫6，由(1)式計(jì)算所得，Vh(k-1)為k-1時(shí)刻的入口秒流量7，由(2)式計(jì)算所得，s11…s3n為模型參數(shù)。
(3)式的表達(dá)形式有利于進(jìn)行實(shí)時(shí)的爐溫預(yù)測(cè)計(jì)算，是預(yù)測(cè)控制算法8的基礎(chǔ)。假設(shè)將來(lái)時(shí)刻煤氣量的變化為零，即ΔFl(k)＝ΔFl(k+1)＝…＝0，k＞0 (4)根據(jù)(3)式可以預(yù)測(cè)到將來(lái)p時(shí)刻內(nèi)的爐溫值，從而也就能計(jì)算出將來(lái)p時(shí)刻內(nèi)的設(shè)定誤差，即E(1)＝r(1)-Tf(1)…(5)E(p)＝r(p)-Tf(p)這里，r(p)為p時(shí)刻的設(shè)定值。根據(jù)預(yù)測(cè)控制原理，下一時(shí)刻的煤氣流量增量為ΔFl(1)＝k1E(1)+k2E(2)+…+kpE(p) (6)式中，k1…kp為預(yù)測(cè)控制增益。
經(jīng)試驗(yàn)可得到(1)式中的參數(shù)值為K＝0.4×10-10A3＝0.16264A4＝-0.25416×10-3A5＝0.53943×10-6A6＝-0.28215×10-9(3)式中的參數(shù)為n＝83，sij共有83項(xiàng)，前10項(xiàng)系數(shù)為
(6)式中的控制增益為k1～10＝
。
本發(fā)明可以推廣到任何連續(xù)處理線的加熱爐和均熱爐上，包括熱鍍鋅和電鍍鋅處理線，尤其對(duì)于像電工鋼這種對(duì)溫度要求極高的連續(xù)處理線。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)退火加熱爐爐溫控制方法，其特征是以爐區(qū)的入口帶溫、帶鋼秒流量和爐溫為輸入量，采用多變量預(yù)測(cè)控制算法來(lái)計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻最優(yōu)的燃?xì)饬髁吭隽浚ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)燃?xì)饬髁吭隽?，?duì)連退加熱爐爐溫進(jìn)行控制，其步驟如下第一步，計(jì)算入口帶溫，入口帶溫就是前爐區(qū)的出口帶溫，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 Ts(0)＝Tsin式中，L[m]為前爐區(qū)中帶鋼的長(zhǎng)度，K為綜合吸熱系數(shù)，A3、A4、A5為與熱容相關(guān)的參數(shù)，Ts(x)為距入口x米處的帶溫，是積分計(jì)算中的中間變量，Tsin和Tsout[℃]分別為前爐區(qū)的入口和出口帶溫，h[mm]為前爐區(qū)出口處的帶鋼厚度，v[m/min]為帶鋼速度，Tf[℃]為前爐區(qū)的爐溫；第二步，計(jì)算帶鋼秒流量，入口帶鋼秒流量反映了帶鋼從前一個(gè)爐區(qū)帶到本爐區(qū)熱量的大小，帶鋼秒流量為進(jìn)入本爐區(qū)的帶鋼速度、寬度和厚度的乘積，即Vh＝v×w×h (2)式中，w[m]為帶鋼寬度；第三步，計(jì)算k時(shí)刻的爐溫Tf(k)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為Tf(k)＝s11ΔFl(k-1)+s12ΔFl(k-2)+…+s1nΔFl(k-n)+s1nFl(k-n-1)+s21ΔTsin(k-1)+s22ΔTsin(k-2)+…+s2nΔTsin(k-n)+s2nTsin(k-n-1) (3)+s31ΔVh(k-1)+s32ΔVh(k-2)+…+s3nΔVh(k-n)+s3nVh(k-n-1)式中，F(xiàn)l(k-1)[m3/min]為k-1時(shí)刻的燃?xì)饬髁浚琓sin(k-1)[℃]為k-1時(shí)刻的入口帶溫，由(1)式計(jì)算所得，Vh(k-1)為k-1時(shí)刻的入口秒流量，由(2)式計(jì)算所得，s11…s3n為模型參數(shù)；第四步，計(jì)算燃?xì)饬髁吭隽?，多變量預(yù)測(cè)控制是根據(jù)設(shè)定的爐溫目標(biāo)曲線和預(yù)測(cè)的爐溫曲線來(lái)計(jì)算下一時(shí)刻的控制增量，假設(shè)將來(lái)時(shí)刻燃?xì)饬康淖兓癁榱?，即ΔFl(k)＝ΔFl(k+1)＝…＝0，k＞0(4)根據(jù)(3)式可以預(yù)測(cè)到將來(lái)p時(shí)刻內(nèi)的爐溫值，從而也就能計(jì)算出將來(lái)p時(shí)刻內(nèi)的設(shè)定誤差，即E(1)＝r(1)-Tf(1)…(5)E(p)＝r(p)-Tf(p)這里，r(p)為p時(shí)刻的設(shè)定值，根據(jù)預(yù)測(cè)控制原理，下一時(shí)刻的燃?xì)饬髁吭隽繛棣l(1)＝k1E(1)+k2E(2)+…+kpE(p)(6)式中，k1…kp為預(yù)測(cè)控制增益。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)退火加熱爐爐溫控制方法，其特征是對(duì)于第一爐區(qū)的入口帶溫可通過(guò)爐子前的帶溫測(cè)量?jī)x測(cè)得。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)退火加熱爐爐溫控制方法，其特征是燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)為煤氣流量調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及連續(xù)退火加熱爐爐溫控制方法。一種連續(xù)退火加熱爐爐溫控制方法，其特征是以爐區(qū)的入口帶溫、帶鋼秒流量和爐溫為輸入量，采用多變量預(yù)測(cè)控制算法來(lái)計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻最優(yōu)的燃?xì)饬髁吭隽?，通過(guò)調(diào)節(jié)燃?xì)饬髁吭隽浚瑢?duì)連退加熱爐爐溫進(jìn)行控制。本發(fā)明通過(guò)模型計(jì)算每個(gè)爐區(qū)帶鋼的熱能，考慮了帶鋼厚度、寬度、速度和入口帶溫對(duì)爐溫的影響，提高了加熱爐段的爐溫控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。
文檔編號(hào)C21D1/26GK1873034SQ20051002632
公開(kāi)日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2005年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月31日
發(fā)明者周堅(jiān)剛, 胡廣魁, 王海英 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司