技术领域
[0001] 本发明涉及自动控制技术领域，特别涉及一种高炉热风炉自动烧炉空气与煤气跟踪自动调节方法。
相关背景技术
[0002] 高炉热风炉是给高炉提供风温的设备，烧炉主要烧拱顶温度和废气温度，对于拱顶温度和废气温度主要是通过控制空气支管和煤气支管的流量，对空气和煤气混合燃烧提供热量，对于自动控制来说选择固定煤气还是固定空气控制是有一定的意义。
[0003] 因外界不确定因素干扰，比如空气压力低，煤气压力低，外界压力波动大等因素影响，使系统不能保持最佳的稳定燃烧，导致热风炉在自动烧炉过程中蓄热无法达到最佳状态。
[0004] 因大多数热风炉自动控制烧炉都是固定空气或者固定煤气，灵活性和适应性都比较单一且还存在煤气和空气在不够的情况下人工进行控制，这样不仅仅无法实现自动化，同时更无法实现智能化。
具体实施方式
[0055] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0056] 在本发明的描述中，术语“包括”、“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包括了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于已明确列出的那些步骤或单元，而是还可包含虽然并未明确列出的但对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元，或者基于本发明构思进一步的优化方案所增加的步骤或单元。
[0057] 本方法应用于冶金企业高炉热风炉上，主要针对现场高炉热风炉智能自动控制，目的在于解决在热风炉智能自动烧炉空气压力或煤气压力低以及空气煤气压力波动大，导致智能自动烧炉过程中空气与煤气合理跟踪控制，保证烧炉能够达到最大的蓄热量，保证提供给高炉的风温稳定。
[0058] 本方法主要是对智能自动烧炉过程中，对空气和煤气控制的一个方法后，通过对空气和煤气流量的信号处理后，防止流量计本身的波动以及管网煤气压力频繁，幅度大的波动，并在一定的约束条件下，得到空气和煤气的设定值，并以此设定值进行控制，该技术方案中，在正常情况下煤气跟踪空气，在约束条件下，通过此技术方案中的协调处理分析模块，最终得到空气、煤气的跟踪方式。具体地，请参考图1，其示出了本申请实施例提供的一种高炉热风炉自动烧炉空气与煤气跟踪自动调节方法的总体技术方案架构图，该方法可以包括以下步骤：
[0059] S1，获取高炉热风炉在烧炉过程中的空气和煤气的流量信号。
[0060] 在本申请实施例中，智能自动烧炉过程可以使用安装在热风炉上的空气和煤气流量计，实时测量并记录空气和煤气的流量信号。流量计可以是电子式的，能够输出连续的流量数据。数据采集系统定时或连续读取流量计的读数，并将其作为原始数据输入到控制系统中。
[0061] S2，对空气和煤气的流量信号进行处理得到稳定的空气和煤气流量数据。
[0062] 本步骤中具体是信号处理模块的处理过程，由于原始流量数据可能包含噪声或波动，因此需要进行信号处理以去除这些干扰。处理方法可能包括滤波、平滑处理或更复杂的算法。如图2给出了信号处理模块处理示意图。
[0063] 信号处理模块主要解决气体流量因自身存在的异常波动以及外界压力频繁大幅度波动导致气体流量完全不稳定的，影响空气和煤气设定值的稳定性，从而影响烧炉过程中，蓄热和控制存在的问题。
[0064] 模块的整体计算方法如下：
[0065] 令VC为处理后的流量，V为原始流量，P1为偏差，t跟踪轨迹时间常数，Vn处理信号流量n周期数据，Vn‑1处理流量信号n‑1周期数据，Vn′为处理信号流量n周期数据，Vn′‑1处理流量信号n‑1周期数据，α为振幅偏差，β为滤波系数，Vq内部运算变量；
[0066] Vn＝Vn‑1+(1‑α)(V‑Vn‑1)
[0067] Vn′＝βVn+(1‑β)Vn′‑1β＝2t
[0068] 如果|V‑Vn′|＞P1则认为信号存在问题或者信号波动剧烈信号进行，此时信号跟踪触发，并且保持t1时间输出信号前一时刻的数值Vq，且β＝1，则有；
[0069] Vc(n)＝Vq(n‑1)
[0070] V′＝V
[0071] n n
[0072] 触发信号经过保持t1或|V‑Vn′|＞P1时自动解除触发信号，此时恢复正常信号跟踪模式β＝2t，则有；
[0073] V＝V′
[0074] c n
[0075] Vn′＝βVn+(1‑β)Vn′‑1。
[0076] S3，根据预设的约束条件对处理后的空气和煤气流量数据进行检查，当检查出条件受限时，根据受限的条件释放对应的受限标识。
[0077] 本步骤中具体是条件约束模块的处理过程，条件约束模块是当气体量或者阀门以及达到规定的上下限时，对跟踪过程的控制会根据不同的情况进行限制进行的一个信号触发，传送给空气煤气协调分析模块。如图3给出了条件约束模块处理示意图。
[0078] 其中，约束条件具体包括：空气体流量上下限、煤气体流量上下限、空气阀门开度、煤气阀门开度、空气阀门上下限、煤气阀门上下限；
[0079] 受限标识具体包括：空气体流量受限标识、煤气体流量受限标识、空气阀门受限标识、煤气阀门受限标识。
[0080] 模块通过现场实际情况以及工艺参数要求对流量和阀门限制值设定，并且通过内部防抖时间，减少限制条件频繁波动，避免状态值处在临界点，导致热风炉系统控制不稳定，影响热风炉蓄热问题。
[0081] 在本申请可选的实施例中，根据预设的约束条件对处理后的空气和煤气流量数据进行检查，并释放对应受限标识的具体过程如下：
[0082] 控制系统首先会初始化所有受限标识，将它们设置为未触发状态(例如，设为0或False)。
[0083] 将处理后的空气流量数据与预设的空气体流量下限和上限进行比较。如果空气流量低于下限或高于上限，则触发“空气体流量受限标识”，并设置其状态为已触发(例如，设为1或True)。
[0084] 控制系统将处理后的煤气流量数据与预设的煤气体流量下限和上限进行比较。如果煤气流量低于下限或高于上限，则触发“煤气体流量受限标识”，并设置其状态为已触发。
[0085] 控制系统读取当前的空气阀门开度数据。将该数据与预设的空气阀门开度下限和上限进行比较。如果空气阀门开度低于下限或高于上限，则触发“空气阀门受限标识”，并设置其状态为已触发。
[0086] 检查煤气阀门开度：控制系统读取当前的煤气阀门开度数据。将该数据与预设的煤气阀门开度下限和上限进行比较。如果煤气阀门开度低于下限或高于上限，则触发“煤气阀门受限标识”，并设置其状态为已触发。
[0087] 一旦有任何一个受限标识被触发，将被触发的受限标识将作为输入传递给S4步骤中的空气煤气协调处理模块，用于确定最优的控制方式。
[0088] 另外，据预设的约束条件对处理后的空气和煤气流量数据进行检查，当检查出条件未受限时，进行煤气跟踪空气控制。
[0089] S4，根据受限标识进行空气煤气协调处理，确定出对应控制方式；其中，控制方式包括煤气跟踪空气控制或空气跟踪煤气控制。
[0090] 本步骤中具体是空气煤气协调处理分析模块的处理过程，空气煤气协调处理分析模块是该功能的核心部分，该功能主要解决了条件约束下，在选择固定空气调节煤气，还是固定煤气调节空气的内部计算，并且通过内部计算以最优的方式进行选择跟踪方式，该模块的功能流程图如下，如图4所示。
[0091] 通过图4的逻辑框架图，当空气流量、煤气流量，空气阀门、煤气阀门受限时，如果仅仅是空气受限，选择煤气跟踪空气控制，当仅仅煤气受限时，则控制跟踪煤气，如果空气和煤气同时存在受限，会通过实际空燃比与优化空燃比进行t时间内，判断如何选择；
[0092] 实际空燃比大于等于优化空燃比，则进行空气跟踪煤气；
[0093] 实际空燃比小于优化空燃比，则进行煤气跟踪空气；
[0094] 当受限状态变化或者受限未发生变化时，通过状态信号和时间t，进行内部循环判断，保证跟踪方式最优的，最稳定的。
[0095] 也即每当检测到受限状态变化时，控制系统会启动一个内部循环判断流程；其中，受限状态变化包括受限标识的状态从未触发变为已触发，或从已触发变为未触发；
[0096] 以及如果受限状态未发生变化时，根据预设的时间间隔启动内部循环判断流程；
[0097] 在内部循环判断中，首先检查当前的受限情况，并基于受限标识的状态来确定当前的跟踪方式。
[0098] 综上可以看出，本申请解决一种处理流量计数值瞬时丢失数据以及大幅度波动，影响控制的问题；同时解决了空气和煤气同时受限，选择最优的控制方式问题。
[0099] 本申请实施例还提供的一种高炉热风炉自动烧炉空气与煤气跟踪自动调节系统。系统包括：
[0100] 信号获取模块，用于获取高炉热风炉在烧炉过程中的空气和煤气的流量信号；
[0101] 信号处理模块，用于对空气和煤气的流量信号进行处理得到稳定的空气和煤气流量数据；
[0102] 条件约束模块，用于根据预设的约束条件对处理后的空气和煤气流量数据进行检查，当检查出条件受限时，根据受限的条件释放对应的受限标识；
[0103] 空气煤气协调处理分析模块，用于根据受限标识进行空气煤气协调处理，确定出对应控制方式；其中，控制方式包括煤气跟踪空气控制或空气跟踪煤气控制。
[0104] 本申请实施例提供的一种高炉热风炉自动烧炉空气与煤气跟踪自动调节系统用于实现上述一种高炉热风炉自动烧炉空气与煤气跟踪自动调节方法，关于一种高炉热风炉自动烧炉空气与煤气跟踪自动调节系统的具体限定可以参见上文中对于一种高炉热风炉自动烧炉空气与煤气跟踪自动调节方法的限定，在此不再赘述。上述一种高炉热风炉自动烧炉空气与煤气跟踪自动调节系统中的各个部分可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0105] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0106] 以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
