[发明专利]高炉串罐自动喷煤控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于高炉串罐自动喷煤控制领域，特别涉及一种高炉串罐自动喷煤控制系统及方法，基于模型自学习和模糊控制相结合的串罐自动喷煤的专用控制系统及方法。

背景技术

高炉喷煤系统是高炉冶炼系统重要的组成部分，它承担着高炉降低焦比、改善能耗结构、降低燃料消耗和生铁成本的重要任务。由于高炉喷煤系统采用串联罐方式，系统的工艺过程的复杂性以及工艺设备的局限性，串罐自动喷煤控制一直没有得到解决。

串罐喷煤系统的控制过程主要包括煤粉倒罐控制和煤粉的喷吹控制。煤粉的倒罐控制技术已经非常成熟，且在生产实际中已经得到了非常广泛的应用。煤粉的喷吹控制主要包括煤粉实时喷吹量的计量、控制煤粉喷吹量的最优组合几个关键的控制技术。

现有的高炉串罐喷煤的控制方法主要是解决的问题是喷吹量的精确测量或计算以及煤粉喷吹量的控制。主要的解决方法有基于计量方法，基于数学模型和人工智能的方法。自动喷煤技术的研究处于测试或仿真状态，没有真正意义的应用。

基于计量方法主要包括：基于称重传感器补偿的方法，基于软连接连续计量的方法，基于煤粉流量计的方法。

基于数学模型和人工智能的方法主要包括：基于模糊神经网络的方法，基于非线性回归的数学模型的方法，基于传质三维数学模型的方法，基于模糊控制理论的方法。

叶才彦等提出的高炉喷煤串联罐连续计量技术，参见钢铁1994年7月第29卷第7期13-14页，他分析了串联罐各个罐称量值不准确原因和软连接变硬对上、下罐的推力作用，提出了不同工艺过程下的连续计量方法，解决串罐喷煤过程的计量问题，进而保证煤粉喷吹率的稳定。

赵光宇提出的串联罐式喷煤系统称重传感器的补偿方法，参见冶金设备2005年4月第2期总第150期15-18页，他的核心思想是对喷煤过程中分阶段对喷煤罐电子秤进行补偿，同时运行回归分析法建立喷煤量控制的数学模型。

谢建民提出的煤粉流量基在高炉喷煤系统中的应用方法，参见河南冶金2005年2月第13卷第1期33-35页，他提出以煤粉流量计为核心的煤粉连续计量方法，精确控制煤粉喷吹。

孔凡朔等提出的高炉喷煤精确控制技术的方法，参见钢铁2006年6月第41卷第6期9-12页，他的核心思想是基于模糊神经网络的学习和处理功能，实现喷煤量精确控制技术。

张发勇等提出的高炉喷煤量的非线性回归模型控制方法，参见机械工程与自动化2007年12月第6期总第145期28-30页，他的核心思想是控制喷吹罐的罐压和给煤器的开度来实现对喷煤量的控制。

以上这些控制方法都是按照一定的策略寻找煤粉喷吹量的最优控制，利用计量方法和数学模型的方法对串罐喷煤系统进行控制。而寻找最优煤粉喷吹量控制的依据主要是一定的控制规则，或者依赖于煤粉喷吹量的检测。而控制规则的总结首要的问题就是规则的完整性和科学性，制约了系统的适应性。基于实例库的煤粉喷吹量检测的方法面临着工艺情况变化复杂，实例库的完整性和代表性很难保证等问题。同时，上述控制方法主要研究了煤粉喷吹量检测和控制的方法，而没有将整个串罐喷煤系统的煤粉自动喷吹真正投入喷煤生产中应用，系统处于研究和仿真状态，因而没有申请自动喷煤相关技术专利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高炉串罐自动喷煤控制系统及方法，克服串罐系统软连接硬化造成煤粉在各个罐充压、放散过程中，以及煤粉在上、中、下罐倒罐过程中，各个罐的电子秤显示不准确，而无法准确计量喷吹过程中煤粉的实际喷吹量等技术不足，充分考虑了喷煤生产的各个工艺过程，能够真正意义上实现高炉串罐自动喷煤控制，保证喷煤的均匀性和准确性。

本发明的控制系统包括在线监控的硬件系统和软件处理模块；在线监控的硬件系统通过Profibus网络连接西门子PLC控制系统和上位监控系统，监控喷煤各个过程的状态。数学模型的建立及调节机制的实施硬件包括喷煤罐的电子秤、喷煤罐压力控制的补压阀和流化阀、给煤器、压力罐的压力及流量控制阀等，通过以太网实现了模型计算及自动调节与喷煤实时数据的通讯。软件处理模块包括数据采集模块、样本数据有效性判断模块、样本数据更新模块、数学模型系数修正模块、多元线性回归算法模块、比较模块、模糊调节模块、快速调节模块、数据库、历史数据查询模块；软件处理模块都运行在工控机上。