【正文】 人工給定。 SIEMENS VAI公司的加熱爐二級系統(tǒng)也被廣泛地使用在國內(nèi)馬鋼 2250、酒鋼 1800不銹鋼爐卷軋鋼廠等企業(yè)。意大利 Italimpianti公司(目前為意大利 Techint＜德興＞公司的子公司 ） 成功開發(fā)的“靈活技術(shù)”（ FlexyTech）的加熱爐，其核心技術(shù)就是計算機二級控制系統(tǒng)。 1981年 9月，意大利 Italimpianti公司首次在意大利的 Acciarierie di Piombino 110t/h步進爐上使用在線數(shù)模控制系統(tǒng)。國外學(xué)者對加熱爐二級控制系統(tǒng)的研究始于上世紀 70年代中后期，隨之，國內(nèi)學(xué)者對加熱爐數(shù)學(xué)模型及相應(yīng)的優(yōu)化控制策略的研究也日益活躍。在實際應(yīng)用當(dāng)中，將模糊控制同其它控制技術(shù)相結(jié)合，對爐溫進行控制的情況也比較普遍，如將模糊控制同比例控制、 PID 控制相結(jié)合的分區(qū)控制策略，以模糊規(guī)則實時調(diào)節(jié) PID 參數(shù)的模糊 PID 控制技術(shù)等。爐溫優(yōu)化設(shè)定的智能控制技術(shù)也在快速發(fā)展，模糊邏輯控制技術(shù)能夠有效地利用人工控制所取得的操作經(jīng)驗，把人工經(jīng)驗變換成模糊控制規(guī)則，在加熱爐這樣非線性、大慣性、純滯后、耦合嚴重的復(fù)雜系統(tǒng)的控制中獲得了很多應(yīng)用 [39]。 安月明，溫治 [38]系統(tǒng)總結(jié)了爐溫優(yōu)化設(shè)定時各種優(yōu)化目標函數(shù)的 進展，對加熱爐優(yōu)化控制領(lǐng)域中目標函數(shù)的選取、約束條件的確定、尋優(yōu)方法的選取進行了詳細的分析和綜述，評價了各類目標函數(shù)的優(yōu)點和不足。該法以控制段 (加熱段或均熱段 )內(nèi)的某處鋼坯的平均溫度和表面溫度與設(shè)定值的偏差最小為控制目標，決策出優(yōu)化的爐溫設(shè)定值。該方法采用前饋、安徽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 5 反饋、 自適應(yīng)、智能及軟測量等多種先進控制技術(shù)和建模方法實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的建模與控制一體化，并通過多級閉環(huán)實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的滾動優(yōu)化，解決了基于 DCS的加熱爐各回路的優(yōu)化設(shè)定問題。在加熱爐對象的建模中，應(yīng)用最為廣泛的是 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[30, 31]，它有結(jié)構(gòu)簡單、抑制樣本噪聲等優(yōu)點，但也有 學(xué)習(xí)速度較慢、容易陷入局部極小點等缺點，因此，近年來也出現(xiàn)了一些改進的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，如 RBF 網(wǎng)絡(luò)模型僅在輸入空間的局部范圍內(nèi)非零 (即只有當(dāng)輸入落入輸入空間的一個很小的局部范圍時，基函數(shù)才產(chǎn)生一個有效的非零響應(yīng) )，其參數(shù)調(diào)整律可采用線性調(diào)整技術(shù)，因而有更快的學(xué)習(xí)速度，逼近能力很強，在鋼坯溫度預(yù)報方面得到了很好的應(yīng)用 [32, 33]。智能技術(shù)在鋼鐵冶金工業(yè)中的應(yīng)用主要包括將專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)的控制方法相結(jié)合的專家控制方法；將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于建模的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法；將模糊集合結(jié)合模糊推理決策進行控制的模糊控制方法；將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制相結(jié)合的智能控制方法等。 近年來隨著計算機技術(shù)和智能控制理論的迅速發(fā)展，智能控制得到了廣泛應(yīng)用。三維導(dǎo)熱數(shù)學(xué)模型計算結(jié)果精度高，真實反映了鋼坯在加熱過程中的瞬時溫度分布和變化，但由于數(shù)值計算求解過程計算工作量大，目前還很難將其應(yīng)用到加熱爐在線控制系統(tǒng)中 ，主要應(yīng)用于實驗室理論計算和分析。爐內(nèi)鋼坯溫升數(shù)學(xué)模型大體上分為用于加熱爐在線控制的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱數(shù)學(xué)模型，以及用于加熱爐離線計算機模擬的三維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱數(shù)學(xué)模型。 國內(nèi)這方面的研究起步較晚，上世紀七十年代末，隨著計算機控制系統(tǒng)的普及和自動控制技術(shù)在鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用日趨廣泛，加熱爐溫度優(yōu)化控制理論的研究開始日漸深入，成為自動控制技術(shù)工業(yè)應(yīng)用研究的重要領(lǐng)域。 [16]基于爐 內(nèi)熱量傳導(dǎo)的物理機制，推導(dǎo)了一類時空離散化的狀態(tài)空間模型。這種方法目前在一些鋼廠的加熱爐控制還在使用，但是目前生產(chǎn)現(xiàn)場采用的基本上都是簡化的一維模型，多維模型因為計算量巨大目前還不能在線應(yīng)用，在一定程度上降低了模型的準確性。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，爐內(nèi)鋼坯加熱過程的數(shù)學(xué)模型也被廣泛地應(yīng)用在計算機控制上。法國斯坦恩 霍特公司開發(fā)的 數(shù)字化時序脈沖燃燒系統(tǒng) [9]，其溫度控制是通過控制燒嘴的燃燒時間，而不是控制空氣和煤氣的流量，當(dāng)空煤氣燒嘴前的壓力恒定時，通過控制空煤氣切斷閥的開啟時間和工作周期，可以實現(xiàn)爐溫的控制，從而克服了流量 PID 閉環(huán)控制的不足，達到了較好的效果。文獻 [5， 6]提出的專家模糊溫度控制器，文獻[7， 8]提出的加熱爐神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)燃燒控制等，還停留在理論研究和仿真研究階段。 張晶濤等人 [4]針對常規(guī)交叉限幅控制方法負荷跟蹤速度低的缺點，采用了具有快速補償響應(yīng)功能和抗積分飽和功能的改進交 叉限幅燃燒控制方法，針對爐溫過程具有時變非線性的特性，應(yīng)用了自整定 PID 控制算法，針對加熱爐下加熱段與上加熱段爐溫對象耦合干擾嚴重的現(xiàn)象，應(yīng)用了智能解耦控制方法。目前，爐溫自動安徽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 控制絕大多數(shù)還是采用帶交叉限幅的溫度流量串級 PID控制器，但控制精度差，超調(diào)嚴重，升降溫速度慢。 加熱爐燃燒控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是：提高加熱爐各段爐溫的控制精度，獲得滿足開軋所要 求的鋼坯溫度，同時保證經(jīng)濟燃燒和安全運行。 順序控制系統(tǒng)和物料跟蹤 順控系統(tǒng)的主要功能是完成整個加熱爐區(qū)域的設(shè)備邏輯控制，完成裝料側(cè)的輥道邏輯控制、加熱爐液壓站的控制、裝鋼機的速度曲線控制 ，步進梁的速度曲線控制和出鋼機的控制，同時完成 L1級的板坯物料跟蹤，實現(xiàn)鋼坯的裝料，步進和出料控制，以及相應(yīng)的輔助設(shè)備的動作控制。由于加熱爐燃燒過程具有非線性、強耦合、不確定性、分布參數(shù)特性，是一個高度復(fù)雜的工業(yè)過程，加熱爐計算機過程控制技術(shù)成為鋼鐵企業(yè)研究的重要課題之一，在國內(nèi)外都得到了廣泛的重視。 安徽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 第一章 文獻綜述 加熱爐是軋鋼生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備之一，也是主要耗能設(shè)備，其作用是將鋼坯加熱后送往軋機進行軋制 [1]， 其中鋼坯加熱爐能耗就占冶金能耗的 25%[2]，因此，提高加熱爐的熱效率，對整個冶金行業(yè)的節(jié)能降耗具有重要意義。 （ 3）系統(tǒng)研究了鋼坯傳熱數(shù)學(xué)模型、鋼坯溫度預(yù)報模型和算法，并利用爐區(qū)分段的 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行了鋼溫的預(yù)測，離線仿真效果良好。 描述了基于傳熱學(xué)原理的鋼坯加熱數(shù)學(xué)模型。 本文的主要內(nèi)容如下： （ 1）文獻檢索。 LEVEL2系統(tǒng)主要分為應(yīng)用部分和模型部分，應(yīng)用部分包括物料跟蹤和通訊等，模型部分主要是鋼坯的溫度預(yù)測，主要包括裝爐溫度處理、出爐溫度處理、爐溫沿爐長方向的曲線擬合，周期計算等。順控系統(tǒng)的主要功能是完成整個加熱爐區(qū)域的設(shè)備動作控制，實現(xiàn)鋼坯的裝料，步進和出料控制，以及相應(yīng)的輔助設(shè)備的動作控制。燃控系統(tǒng)的 主要功能是根據(jù)鋼坯鋼種和規(guī)格的需要，控制各個區(qū)域的溫度，實現(xiàn)鋼坯的理想升溫曲線控制。 加熱爐的計算機控制系統(tǒng)通常被分為一級（ LEVEL1）和二級（ LEVEL2）控制系統(tǒng)。但是，我國鋼鐵工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟指標 (包括能源消耗、勞動生產(chǎn)率、設(shè)備壽命及設(shè)備作業(yè)率等 )、對環(huán)境的污染等方面與世界先進水平相比較，差距仍很大。 model 安徽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 目 錄 加熱爐計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) .......................................................................... 1 摘 要 ........................................................................................................................ 1 Abstract 2 引 言 ........................................................................................................................ 1 第一章 文獻綜述 .......................................................................................................... 2 加熱爐計算機控制概述 ......................................................................... 2 順序控制系統(tǒng)和物料跟蹤 ........................................................... 2 鋼坯溫度預(yù)報模型 ....................................................................... 3 爐溫優(yōu)化設(shè)定模型 ....................................................................... 4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ................................................................. 5 課題背景 ................................................................................................ 6 本論文的研究內(nèi)容及意義 ..................................................................... 7 第二章 加熱爐工藝流程及結(jié)構(gòu)簡介 .......................................................................... 8 加熱爐區(qū)工藝流程 ................................................................................ 8 加熱爐基本尺寸和參數(shù) ......................................................................... 8 加熱爐基本尺寸 .......................................................................... 8 加熱爐基本參數(shù) .......................................................................... 9 爐型結(jié)構(gòu)特點 ...................................................................................... 10 第三章 加熱爐基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng) ........................................................................ 11 雙交叉限幅燃燒控制系統(tǒng) ................................................................... 12 爐溫模糊控制系統(tǒng) .............................................................................. 13 模糊控制器結(jié)構(gòu) ........................................................................ 13 爐溫模糊控制器的設(shè)計 .............................................................. 14 實際應(yīng)用及效果 ........................................................................ 16 步進梁速度優(yōu)化控制 ........................................................................... 16 安徽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 速度曲線控制原理 ..................................................................... 16 速度曲線優(yōu)化控制及分析 ......................................................... 17 實際應(yīng)用 ..................................................................................... 19 第四章 加熱爐數(shù)學(xué)模型的研究與仿真 ...................................................................... 20 數(shù)學(xué)模型概述 ...................................................................................... 20 模型參數(shù)的 建立 .................................................................................. 20 沿爐長方向爐溫的線性插值 ...................................