本發(fā)明涉及改進的aod爐，具體來說是一種aod爐。

背景技術：

目前，氬氧脫碳法(aod法)是生產(chǎn)不銹鋼的主要工藝，aod法以其成本低、易操作、效率高等特點而受青睞，但是耐火材料消耗高，爐襯壽命低，一直困擾著aod法的生產(chǎn)，爐襯壽命是一個綜合性的指標，它不僅與爐型結(jié)構(gòu)設計、耐火材料的性能和使用工藝有關，而且與冶煉工藝水平、各操作參數(shù)的控制、設備維護狀況等密切相關。

在aod冶煉過程中，由于供氣系統(tǒng)的供氣強度、流量隨著不同冶煉時期的變化而變化，使得噴吹氣體在冶煉過程中對爐襯的蝕損和鋼液的攪拌等方面起著重要的作用，影響爐體背向傾斜的因素主要有供氣壓力、流量和冶煉工藝，在爐體背向傾斜過程中，傾斜角度的適宜與否，往往可以通過風口周圍爐襯磚的侵蝕情況和爐襯壽命來反映出來，不良的傾斜角度可能會加速風口周邊爐襯的侵蝕，盡管爐體背向傾斜的角度與冶煉工藝的很多方面都有著復雜的關系，但是爐體傾斜的角度在供氣系統(tǒng)壓力一定、冶煉過程中鐵水流動性良好的情況下主要與供氣系統(tǒng)的流量和噴槍的出口速度之間存在著自己特定的變化及關聯(lián)關系，了解這些變化規(guī)律，采用科學的調(diào)控方法，依據(jù)冶煉過程中各個階段對供氣壓力、流量等的要求進行各相關設備的有效動作，保證爐體背向傾斜角度的準確性，從而有效的減少氣體及鋼液機械沖刷對爐襯壽命的影響。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供一種aod爐，采用可靠性高、抗干擾能力強的plc作為控制系統(tǒng)主體，其上位機采用工控機，構(gòu)成爐體背向傾斜專家控制系統(tǒng)，上位機通過專家控制器確定aod爐該不該傾動、何時傾動、傾斜多大角度等，從而達到減小鋼液對aod爐襯的沖刷，延長爐襯壽命。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用技術方案是：一種aod爐，包括控制柜、plc系統(tǒng)、顯示報警模塊、專家控制系統(tǒng)、工控機，采用分層控制和現(xiàn)場總線相結(jié)合的控制方式；

plc系統(tǒng)包括plc、傾動執(zhí)行器、位置傳感器、壓力變送器、流量傳感器、故障輸出模塊，對現(xiàn)場設備進行控制；

顯示報警模塊采用lcd顯示，能實時顯示線路信息及設備的運行狀態(tài)，并且通過gprs進行遠程監(jiān)控；

專家控制系統(tǒng)包括aod爐傾角設定專家模塊和aod爐傾動模塊；

plc輸出端一連接控制傾動執(zhí)行器、plc輸出端二連接位置傳感器、plc輸出端三連接壓力變送器、plc輸出端四連接流量傳感器、plc輸出端五連接故障輸出，plc的輸入端通過總線與上位機相連進行實時通訊，plc向上位機傳遞現(xiàn)場設備的實時狀態(tài)，接受并執(zhí)行上位機的實時控制指令，上位機將報警信號輸入顯示報警模塊顯示系統(tǒng)故障，專家控制系統(tǒng)連接上位機，將aod爐傾角信息反饋給上位機；

分層控制方式用于控制柜和plc系統(tǒng)；

profibus現(xiàn)場總線通信方式用于plc和上位機之間；

工控機ipc-610p4h為上位機，以圖形和表格方式顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)，發(fā)出控制命令并完成記錄、存檔和打印等消息處理。

優(yōu)選的，plc為下位機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制執(zhí)行機構(gòu)的功能。

優(yōu)選的，流量傳感器為lugb-99。

優(yōu)選的，壓力變送器為pmc71。

優(yōu)選的，位置傳感器為roq425。

優(yōu)選的，傾動執(zhí)行器為37.3kw的交流異步電機。

優(yōu)選的，現(xiàn)場總線通信方式用于plc和上位機之間，用于現(xiàn)場通訊。

優(yōu)選的，上位機通過cp5611與plc通訊。

優(yōu)選的，plc為simatics7300。

優(yōu)選的，所選的plc為下位機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制執(zhí)行機構(gòu)的功能。

優(yōu)選的，所選的plc向上位機傳遞設備的實時狀態(tài)，接受并執(zhí)行上位機的實時控制指令。

優(yōu)選的，所選的plc通過控制繼電器、接觸器、變頻器、電磁閥等電氣元件實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的控制。

本發(fā)明采用可靠性高、抗干擾能力強的plc作為控制系統(tǒng)主體，其上位機采用工控機，構(gòu)成爐體背向傾斜專家控制系統(tǒng)，上位機通過專家控制器確定aod爐該不該傾動、何時傾動、傾斜多大角度等，從而達到減小鋼液對aod爐襯的沖刷，延長爐襯壽命。本發(fā)明爐體背向傾斜專家控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，解決了aod爐爐襯風口處(侵蝕最嚴重部位)的壽命問題，提高了爐襯的整體壽命。

附圖說明

圖1為爐體系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖；

圖2為爐體背向傾斜專家控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為爐體背向傾斜專家控制器結(jié)構(gòu)圖；

圖4plc控制流程圖；

圖5plc傾角設定程序設計流程圖；

圖6位控器調(diào)節(jié)原理圖；

圖7速度給定曲線與位置偏差曲線圖；

圖8為數(shù)據(jù)庫屬性表；

圖9為冶煉工藝子集表；

圖10為供氣調(diào)節(jié)子集表；

圖11為傾角設定子集表；

圖12為緊急事故與故障子集。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，本發(fā)明的實施方式包括但不限于下列實施例。

本發(fā)明提供一種aod爐，該aod爐的機械設備主要由爐本體、爐體傾動機構(gòu)、活動煙罩系統(tǒng)、供氣及合金上料系統(tǒng)等部分組成，蓄熱式鋼包烘烤裝置主要由蓄熱式燒嘴、爐蓋、鼓風機、引風機、換向閥及調(diào)節(jié)閥等部分組成，四個蓄熱室的大小都為600*600*600mm，空氣噴嘴的出口尺寸為280*150mm，煤氣噴嘴的出口尺寸為220*100mm，空氣與煤氣噴嘴間距離為500mm，交互換向的兩對燒嘴間距離為800mm。為了保證爐襯烘烤器的穩(wěn)定運行，燃燒系統(tǒng)可采用數(shù)字調(diào)節(jié)器實現(xiàn)溫度和空燃比例調(diào)節(jié)控制。換向閥的換向可由一套專門控制系統(tǒng)來實現(xiàn)，具有定時換向、煙氣超溫報警、程序動作自動保護等一系列功能。爐體傾動機構(gòu)控制器采用pid控制，具有數(shù)據(jù)采集及閉環(huán)控制功能專家控制部分是基礎控制部分的上級機構(gòu)，根據(jù)控制的具體要求，對基礎控制過程作修正和調(diào)整，以實現(xiàn)控制系統(tǒng)的目標，在具體的實現(xiàn)過程中，可通過把專家控制系統(tǒng)嵌入到常規(guī)控制中來達到對控制對象的控制，系統(tǒng)采用可靠性高、抗干擾能力強的plc作為控制系統(tǒng)主體，其上位機采用工控機，構(gòu)成爐體背向傾斜專家控制系統(tǒng)，上位機通過專家控制器確定aod爐該不該傾動、何時傾動、傾斜多大角度等，從而達到減小鋼液對aod爐襯的沖刷，延長爐襯壽命。

該aod爐，包括控制柜、plc系統(tǒng)、顯示報警模塊、專家控制系統(tǒng)、工控機，采用分層控制和現(xiàn)場總線相結(jié)合的控制方式；plc系統(tǒng)包括plc、傾動執(zhí)行器、位置傳感器、壓力變送器、流量傳感器、故障輸出模塊，對現(xiàn)場設備進行控制；顯示報警模塊采用lcd顯示，能實時顯示線路信息及設備的運行狀態(tài)，并且通過gprs進行遠程監(jiān)控；專家控制系統(tǒng)包括aod爐傾角設定專家模塊和aod爐傾動模塊；plc輸出端一連接控制傾動執(zhí)行器、plc輸出端二連接位置傳感器、plc輸出端三連接壓力變送器、plc輸出端四連接流量傳感器、plc輸出端五連接故障輸出，plc的輸入端通過總線與上位機相連進行實時通訊，plc向上位機傳遞現(xiàn)場設備的實時狀態(tài)，接受并執(zhí)行上位機的實時控制指令，上位機將報警信號輸入顯示報警模塊顯示系統(tǒng)故障，專家控制系統(tǒng)連接上位機，將aod爐傾角信息反饋給上位機；分層控制方式用于控制柜和plc系統(tǒng)；profibus現(xiàn)場總線通信方式用于plc和上位機之間；工控機ipc-610p4h為上位機，以圖形和表格方式顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)，發(fā)出控制命令并完成記錄、存檔和打印等消息處理。

優(yōu)選的，plc為下位機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制執(zhí)行機構(gòu)的功能。優(yōu)選的，流量傳感器為lugb-99。優(yōu)選的，壓力變送器為pmc71。優(yōu)選的，位置傳感器為roq425。優(yōu)選的，傾動執(zhí)行器為37.3kw的交流異步電機。優(yōu)選的，現(xiàn)場總線通信方式用于plc和上位機之間，用于現(xiàn)場通訊。優(yōu)選的，上位機通過cp5611與plc通訊。優(yōu)選的，plc為simatics7300。優(yōu)選的，所選的plc為下位機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制執(zhí)行機構(gòu)的功能。優(yōu)選的，所選的plc向上位機傳遞設備的實時狀態(tài)，接受并執(zhí)行上位機的實時控制指令。優(yōu)選的，所選的plc通過控制繼電器、接觸器、變頻器、電磁閥等電氣元件實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的控制。

如圖1所示，一種aod爐，包括現(xiàn)場設備、控制柜、plc系統(tǒng)、顯示報警模塊、專家系統(tǒng)模塊、工控機，采用分層控制和現(xiàn)場總線相結(jié)合的控制方式，其中現(xiàn)場設備、控制柜和plc系統(tǒng)采用分層控制方式，plc和上位機之間采用profibus現(xiàn)場總線通信方式。

如圖2所示系統(tǒng)采用工控機ipc-610p4h用來作上位機，以圖形和表格方式顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)，發(fā)出控制命令并完成記錄、存檔和打印等消息處理通過cp5611與plc通訊，plc通過底層設備對外部信息進行采集，然后系統(tǒng)外部輸入信息進入特征識別與信息管理單元，信息處理后分別送入知識庫與推理機，知識庫根據(jù)輸入信息對知識庫中的規(guī)則進行修改，推理機從知識庫中搜索求解到相應的控制規(guī)則，一方面將專家給出的設定值送到參考控制輸入端，另一方面將專家指定的動作控制傾動機構(gòu)。

如圖3所示爐體背向傾斜專家控制系統(tǒng)主要由兩部分組成：第一部分是aod爐傾角設定專家系統(tǒng)，確定不同冶煉時期aod爐傾角的設定值與側(cè)吹氣體壓力、流量之間的對應關系，構(gòu)建一個傾角設定專家系統(tǒng)，根據(jù)專家規(guī)則來確定目標傾角的值，第二部分是aod爐傾動系統(tǒng)，專家控制器由于其知識庫、控制規(guī)則庫的規(guī)模小，且推理機構(gòu)簡單，由plc采完成。

如圖4所示專家系統(tǒng)中采用的是以數(shù)據(jù)驅(qū)動的前向推理方法，根據(jù)側(cè)吹氣體壓力和流量變化量的特征逐次判別各規(guī)則的條件，若滿足條件就執(zhí)行該規(guī)則，否則繼續(xù)搜索，整個過程可描述為plc每個周期從檢測變送機構(gòu)取得條件變量，然后進行推理，得出控制量并把該控制量寫入到數(shù)據(jù)塊db1，作為下一步傾角控制的期望角度值，圖5中描述的當供氣壓力保持1mpa不變時，在不同的供氣流量范圍內(nèi)，按照專家控制規(guī)則，對aod爐傾角設定值的賦值過程。其中存儲字mw10存放供氣壓力值，mw20存儲字存放供氣流量值，而db1數(shù)據(jù)塊用于存放aod爐傾角設定值，當供氣流量小于300m3/h或大于1500m3/h時，系統(tǒng)發(fā)出超限報警提示操作工進行處理。

vt為速度預設定時間變量，st為位置預設定時間變量，st＝∫vtdt；ksp為比例放大器的放大系數(shù)；ω為輸出速度，調(diào)節(jié)過程如下：控制器根據(jù)傳動的機器參數(shù)預設定的位置和速度值，計算出速度時間特性曲線vt和與之相關的st，在每一周期的開始時的速度值vt預設定到傳動裝置上進行速度預控制，同時反饋回來的實際值sf與st進行比較算，得出當時偏差值δs，此偏差值乘以比例系數(shù)ksp得到vk疊加在vt上得出asr應具有的速度控制信號。

圖6的定位過程中，0～t1為加速起動段，其加速率為am；t1～t2為最高速度運轉(zhuǎn)段，其速度為vm；t2～t3為減速制動段，減速率為am；t3時刻為調(diào)整機械速度為零的時刻，在此時刻撤掉速度給定，同時起動電磁抱閘。定位過程如下：s′t＝∫vtdt，

1)0≤t≤t1，因為vt＝amt，所以

2)t1＜t≤t2，因為vt＝vm，所以

3)t2＜t≤t3，因為vt＝vm-am(t-t2)，所以

所以st＝0.00125*s′t；

所以st＝0.00125*s′t即為aod爐爐體在時間0到t3內(nèi)所旋轉(zhuǎn)的角度。

爐體背向傾斜專家控制系統(tǒng)的是建立在傾動系統(tǒng)的基礎之上，aod爐的傾動系統(tǒng)采用位置、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)速度環(huán)的采用矢量控制，矢量控制是基于電機的動態(tài)模型對電機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，外環(huán)位置環(huán)的類型和參數(shù)決定了位置隨動系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差和動態(tài)跟隨性能，兩者都運用經(jīng)典控制論中的pid控制算法，速度內(nèi)環(huán)的控制器采用pi即比例積分控制算法，這樣可以實現(xiàn)速度無靜差，還可以保持系統(tǒng)所要求的相應時間。

專家系統(tǒng)的知識表示是基于數(shù)據(jù)庫技術的，外部輸入描述供氣系統(tǒng)和aod爐運行狀況的各種參數(shù)及專家推理規(guī)則等，都存放在數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫是采用sqlserver2000設計開發(fā)的，在設計數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)前，首先要創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)庫，本系統(tǒng)創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫為[expertcontrol]。采用在企業(yè)管理器中創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫的方式。

在使用sqlserver2000的企業(yè)管理器之前，必須要注冊一個本地或遠程的服務器，注冊服務器的步驟如下：

a)右擊一個服務器或服務器組，然后選擇“新建sqlserver組”選項，出現(xiàn)服務器對話框，在名稱內(nèi)填入“專家控制系統(tǒng)”，建立專家控制系統(tǒng)服務器；

b)右擊專家控制系統(tǒng)服務器組，然后選擇“新建sqlserver注冊”選項，在出現(xiàn)“sqlserver注冊向?qū)А睂υ捒蛑袉螕粝乱徊剑?/p>

c)在“可用的服務器名”文本框內(nèi)輸入服務器名，選擇“cdan”服務器，單擊下一步；

d)選擇身份驗證模式，單擊下一步；

e)指定將注冊的sqlserver添加到已有的sqlserver組中，還是新建sqlserver組。選擇新建sqlserver組，在組名對話框中輸入“專家控制系統(tǒng)”，單擊下一步，完成注冊；

雙擊“專家控制系統(tǒng)服務器組”，右擊“數(shù)據(jù)庫”文件夾，“新建數(shù)據(jù)庫”，設置“數(shù)據(jù)庫屬性”對話框如圖8所示。

在數(shù)據(jù)庫中，各類信息的存儲載體主要是表，由于本系統(tǒng)系將控制規(guī)則集分為4個子集，因此將數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫表的形式展現(xiàn)，相應定義了4個表，各表由相關字段組成。

冶煉工藝子集用數(shù)據(jù)庫表的形式表示，其結(jié)構(gòu)如圖9所示。

供氣系統(tǒng)子集用數(shù)據(jù)庫表的形式表示，其結(jié)構(gòu)如圖10所示。

傾角設定子集用數(shù)據(jù)庫表的形式表示，其結(jié)構(gòu)如圖11所示。

緊急事故與故障子集用數(shù)據(jù)庫表的形式表示，其結(jié)構(gòu)如圖12所示。

在氣流干燥專家控制系統(tǒng)的產(chǎn)生式系統(tǒng)中，每一個推理循環(huán)中的觸發(fā)規(guī)則往往不止一條，這就需要按某種準則從中選擇一條規(guī)則作為啟用規(guī)則，在爐體背向傾斜專家控制系統(tǒng)中選用的準則有：

(1)按規(guī)則的優(yōu)先級別選取優(yōu)先權(quán)最高者；

(2)將所有規(guī)則進行線性排序，選取最先匹配成功的一條規(guī)則；

(3)將規(guī)則按執(zhí)行過的次序排序，選取最近執(zhí)行過的規(guī)則；

(4)選取條件描述復雜性高的規(guī)則；

(5)選取一個原來沒有用過的新規(guī)則；

(6)agenda方法，該法規(guī)定一條規(guī)則僅可執(zhí)行一次；

(7)用隨機數(shù)發(fā)生來決定啟用規(guī)則的序號；

在爐體背向傾斜專家知識庫內(nèi)，根據(jù)生產(chǎn)機理和長期積累的專家經(jīng)驗，對規(guī)則進行了優(yōu)先級排序，把優(yōu)先級別高的排在知識庫的前面，低的排在后面。這樣在選取的時候就會按照優(yōu)先級別選取最高者。

如圖7所示plc作為下位機采用simatics7300，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制執(zhí)行機構(gòu)，利用plc實現(xiàn)基于aod傾角設定專家系統(tǒng)的pid控制策略，在進行控制算法編程之前，先要通過step7對plc硬件模塊進行組態(tài)，其過程如下：以ipc-610p4h作為編程裝置，運行step7軟件，在軟件中進行相應參數(shù)設置，如通信端口設置，mpi(multipnintinterface)地址設定，選擇數(shù)據(jù)傳輸速率等，然后通過mpi端口對plc進行硬件組態(tài)，即對s7-300的機架、電源、cpu、i/o模塊等按其實際配置類型和物理地址進行組態(tài)，其中在cpu的組態(tài)中設置mpi地址，最后將組態(tài)程序下載到plc以確認，step7軟件進行plc硬件組態(tài)就是模擬真實的plc硬件系統(tǒng)，將cpu、電源和信號模塊等設備安裝到相應的機架上，并對plc硬件模塊的參數(shù)進行設置和修改的過程，向上位機傳遞設備的實時狀態(tài)，接受并執(zhí)行上位機的實時控制指令，同時，plc通過控制繼電器、接觸器、變頻器、電磁閥等電氣元件實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的控制。

按照上述實施例，便可很好地實現(xiàn)發(fā)明。

顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術方案的各種非實質(zhì)性的改進，或未經(jīng)改進將本發(fā)明的構(gòu)思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。