[发明专利]一种冶金加热炉炉内钢坯温度分布检测的软测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金、轧钢工业生产过程的检测和控制领域，特别地，涉及一种冶金加热炉炉内钢坯温度分布的软测量方法。

背景技术

冶金加热炉是钢材热轧生产线上的关键设备之一，其主要作用是把炉内钢坯加热到后续轧钢工艺所要求的范围内，以保证钢坯的正常轧制。因此，钢坯在炉内的温度分布尤其是在出炉口处钢坯表面和中心的温度对于实现加热炉的闭环最优控制和预测钢坯的轧制效果具有重要的意义，是加热炉运行中钢坯加热的主要质量指标。但是，至今在实际的工业生产中，人们还无法直接测量移动钢坯在炉内的温度分布，只能通过在出炉口安装红外温度传感器来测量出炉钢坯的表面温度。由于钢坯从入炉到出炉往往长达数小时，出炉口红外测温数据无法反映钢坯在炉内移动加热过程中钢坯温度分布，同时，炉内燃料燃烧产生了大量烟雾和灰尘以及高温、富氧的炉内燃烧环境使钢坯表面生成厚厚的氧化铁皮，红外传感器的非接触测温精度不高且故障频繁。目前，大部分的工业加热炉都留有较大的加热裕量以弥补这一缺陷，自然增加了能耗和钢坯加热损耗，提高了生产成本。

为克服以上加热炉内钢坯加热质量不可直接检测的问题，人们提出了通过合理的加热炉运行数学模型来在线估计和预测炉内钢坯温度分布(即软测量)，实现加热炉的最优闭环控制。基于这种思想，研究者们根据炉内热量传递机理，建立了许多用于炉内钢坯温度分布的软测量模型并在工业上应用。然而，由于加热炉燃烧和加热过程的复杂性，炉内温度场和传热机理非常难以建模，致使软测量精度和应用效果往往不能保证。

发明内容

本发明针对冶金加热炉炉内温度分布无法直接测量，从而难以实现加热炉的精确的先进控制和预测钢坯的轧制效果等问题，提供一种冶金加热炉炉内钢坯温度分布检测的软测量方法。

本发明的目的是通过以下技术方案和步骤来实现的：一种冶金加热炉炉内钢坯温度分布检测的软测量方法，包括以下步骤：

(1)选择对钢坯温度分布有直接影响的30个生产测量参数作为软测量模型的辅助变量，构成测量参数向量X_m；

(2)选择表征炉内移动钢坯温度分布的三个变量作为软测量变量，构成软测量参数向量Y_m；

(3)从加热炉中采集一组软测量建模样本集(X_mⁱ，Y_mⁱ)，i＝1，2…NN，构成建模样本矩阵XX和YY；

(4)对建模样本矩阵XX和YY进行标准化、归一化处理，使得各变量均值为0、方差为1；

(5)基于多元统计投影原理的偏最小二乘方法建立软测量模型，Y^=Xθ,]]>其中，θ为软测量模型参数矩阵，θ的值由一个能最大保持输出矩阵Y的主元和输入矩阵X的主元之间相关性的主元分解算法计算求取；

(6)将当前测量数据矩阵代入上述软测量模型进行预测计算，并把预测结果进行逆标准化、逆归一化处理，得到工程单位意义下的炉内钢坯温度分布预测数据矩阵或向量；

(7)每次得到新的辅助变量测量值，都按上述步骤1～6计算炉内钢坯温度分布预测值；

为保证长时间运行时软测量的精度，对上述软测量模型参数矩阵θ定期进行模型自动校正。

本发明的有益效果是：(1)本发明的方法避开了复杂的过程机理分析，现场实施方便，而且软测量精度高，尤其适用于类似冶金加热炉炉内温度分布检测这样的高维且过程数据非常丰富的工业场合；(2)本发明的方法能实现在尽可能保持T和U的相关性的前提下进行X和Y的主元分解，使得最大限度地用输入主元T来估计或预测输出主元U，模型精度较其它方法提高许多；(3)本发明的方法用于实时监控或指导实际生产，能使产品质量提高、产量增加，总体上实现冶金加热炉的节能降耗。

附图说明

图1为本发明实施中的硬件系统架构和网络连接示意图；

图2为本发明方法的硬件系统结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案细节逐一详细说明，本发明的目的和效果将更加明显。

本发明的冶金加热炉炉内钢坯温度分布检测的软测量方法，包括以下步骤：

(1)选择对钢坯温度分布有直接影响的30个生产测量参数作为软测量模型的辅助变量，构成测量参数向量X_m。