使用自學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)表優(yōu)化加熱爐二級(jí)模型計(jì)算溫度

摘 要：加熱爐二級(jí)系統(tǒng)包含坯料溫度計(jì)算、爐膛溫度曲線、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸?shù)裙δ苣K。伴隨著新坯料的開發(fā)，原有的二級(jí)坯料計(jì)算模型產(chǎn)生了較大的誤差。通過黑匣子試驗(yàn)，從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中證實(shí)這點(diǎn)。然而，重新開發(fā)坯料溫度模型代價(jià)較大，我們考慮建立自學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，以此來修正最終計(jì)算溫度值。

關(guān)鍵詞：加熱爐二級(jí)；修正；溫度模型

引言

高效蓄熱式加熱爐是國際上90年代迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)加熱爐燃燒技術(shù)，具有高效、優(yōu)質(zhì)、節(jié)能和低污染排放等諸多優(yōu)點(diǎn)。它可以充分利用低熱值的高爐煤氣加熱鋼坯，具有大幅度節(jié)能（節(jié)能30%～60%）和大幅度降低煙氣中氮氧化物排放量的雙重優(yōu)越性。爐子同時(shí)采用步進(jìn)梁式機(jī)械結(jié)構(gòu)，使?fàn)t長不受推鋼比的限制，生產(chǎn)能力加大，其次由于鋼坯之間不接觸，因此不會(huì)發(fā)生拱鋼、翻鋼、粘連事故，另外由于鋼坯下表面同一部分不會(huì)長時(shí)間與水梁接觸，因此減少鋼坯黑印的產(chǎn)生，并且步進(jìn)式送鋼可以有效地避免表面劃傷。首秦公司軋鋼部正是采用這種加熱爐。

加熱爐控制系統(tǒng)主要包括一級(jí)自動(dòng)化和二級(jí)自動(dòng)化兩個(gè)部分。一級(jí)自動(dòng)化即基礎(chǔ)自動(dòng)化，主要包括儀控PLC和電控PLC兩部分，分別控制溫度采集、爐膛加熱和機(jī)械動(dòng)作；二級(jí)自動(dòng)化即加熱爐二級(jí)系統(tǒng)，主要包含坯料溫度計(jì)算、爐膛溫度曲線、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸?shù)裙δ苣K。由于投產(chǎn)初期調(diào)試的成功，自適應(yīng)模型的缺陷并未顯現(xiàn)，而當(dāng)軋制鋼種多樣化、坯料類型多樣化之后，通過多次400mm厚坯料軋制不合格的事件后，我們開始懷疑加熱爐二級(jí)給出的坯料溫度比實(shí)際偏高較大。這種誤差，對(duì)某些特種鋼的質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生明顯影響。

1 坯料溫度計(jì)算模型存在的問題

埋偶實(shí)驗(yàn)是常用的一種坯料高溫?cái)?shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)方法。通過大量坯料高溫檢測實(shí)驗(yàn)，與二級(jí)模型計(jì)算溫度對(duì)比，得出某鋼種曲線溫度曲線對(duì)比，加熱3區(qū)計(jì)算溫差已達(dá)100攝氏度，之后的加熱4區(qū)和均熱區(qū)才將溫度逐漸拉近至60攝氏度左右。起先，我們懷疑現(xiàn)場儀表有測溫不準(zhǔn)的情況。在調(diào)整儀表后，這種情況并無明顯改變。于是，將眼光轉(zhuǎn)向二級(jí)溫度計(jì)算模型。在精讀程序后發(fā)現(xiàn)，加熱爐二級(jí)溫度計(jì)算模型的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)依賴于二級(jí)自動(dòng)控制模式。而現(xiàn)場采用手動(dòng)控制加熱，計(jì)算溫度的自學(xué)習(xí)功能也就隨著自動(dòng)模式的禁用而無效，僅僅提供坯料溫度的計(jì)算和參考溫度曲線。

2 問題分析和解決

2.1 建立經(jīng)驗(yàn)表

模型可修改的參數(shù)無問題，對(duì)于出爐平均70攝氏度左右的二級(jí)計(jì)算溫度差，改動(dòng)模型本身代價(jià)過大，于是我們采用了修正模型計(jì)算結(jié)果的方法。

首先對(duì)不同鋼種和厚度進(jìn)行黑匣子高溫實(shí)驗(yàn)，記錄鋼坯爐內(nèi)各采樣點(diǎn)的模型計(jì)算溫度與采集溫度的差。最終形成每個(gè)鋼種使用不同厚度坯料時(shí)，在各個(gè)測試點(diǎn)的差值表，類似于下表的形式，以此作為經(jīng)驗(yàn)表。在滿足條件時(shí)，就使用經(jīng)驗(yàn)表中對(duì)應(yīng)值與溫度模型計(jì)算值的和作為最終的坯料溫度。當(dāng)然，這個(gè)過程必須應(yīng)用于模型每次計(jì)算。

模型溫度修正功能加入后，模型的閉環(huán)結(jié)構(gòu)改變，另外，還有其他的條件需要考慮。比如參考值的合理性、在爐時(shí)間和調(diào)整經(jīng)驗(yàn)表。

2.2 使用經(jīng)驗(yàn)表的限制

在爐時(shí)間也要考慮，在保證質(zhì)量的前提下，足夠的在爐時(shí)間保證可以將鋼“燒透”。結(jié)合本公司工藝要求，再編制在爐時(shí)間表，記錄某鋼種使用不同厚度坯料時(shí)在爐時(shí)間的最大值和最小值。如果鋼坯在爐時(shí)間在合理范圍內(nèi)或超長，則并不修正溫度模型計(jì)算結(jié)果。

每次計(jì)算溫度前，儀表溫度要加上補(bǔ)償值，這由實(shí)驗(yàn)測得，也可以在一級(jí)程序中直接補(bǔ)償。

2.3 經(jīng)驗(yàn)表的自學(xué)習(xí)

我們還需要建了一個(gè)自學(xué)習(xí)功能來不斷調(diào)整經(jīng)驗(yàn)表中的值。自定一個(gè)或多個(gè)可做參考的儀表值。儀表值加上差值為參考值，與經(jīng)驗(yàn)表中對(duì)應(yīng)的值相減。如此累加若干次，取算數(shù)平均數(shù)。最后乘以調(diào)整系數(shù)替代到基礎(chǔ)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校?/p>

式中：M為修正值；d為參考值；x為經(jīng)驗(yàn)表對(duì)應(yīng)值；n為累計(jì)次數(shù)；？茲為調(diào)整系數(shù)。

由于算數(shù)平均數(shù)極易受極端值影響，因此還要設(shè)定兩個(gè)動(dòng)態(tài)閾值來限制，避免由于極端值導(dǎo)致錯(cuò)誤。同樣的，這兩個(gè)閾值也需要由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中統(tǒng)計(jì)產(chǎn)生。

3 結(jié)束語

在無法改動(dòng)模型本身或改動(dòng)代價(jià)過大的情況下，可以考慮使用文章中描述的自學(xué)習(xí)式經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠韺?shí)現(xiàn)溫度矯正。這種方式適合于有可參考溫度的情況，但是仍需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)來建立經(jīng)驗(yàn)表、在爐時(shí)間表和確定各個(gè)閾值。這種修正必須作用于每次計(jì)算。需要注意的是，現(xiàn)場儀表的安裝位置和準(zhǔn)確度是溫度計(jì)算模型的數(shù)據(jù)來源，定期對(duì)爐膛溫度、煙氣溫度采集儀表的校準(zhǔn)是非常必要的。修正后的坯料與實(shí)驗(yàn)獲得溫度的差平均小于15攝氏度，使操作工看到的溫度更接近實(shí)際。

參考文獻(xiàn)

[1]蔡喬方.加熱爐[M].冶金工業(yè)出版社，2007.

[2]Stein Heurty. Thermal model for Hot[M].France：Stein Heurty Com，1997.

作者簡介：李紅強(qiáng)（1981-），男，漢族，河北省石家莊市，本科，助理工程師，技術(shù)主管，主要從事于一級(jí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)研究。