全氫罩式爐加熱過程智能模糊控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種全氫罩式爐加熱過程智能模糊控制方法，其特征在于所述方法包括以下步驟：步驟一、樣本數(shù)據(jù)建立；步驟二、構建神經(jīng)網(wǎng)絡模型；步驟三、主要參數(shù)預估；步驟四、主要參數(shù)優(yōu)化。本發(fā)明是以神經(jīng)網(wǎng)絡智能控制為手段、以降低全氫罩式爐生產(chǎn)過程中能耗為目標，利用神經(jīng)網(wǎng)絡建立最小能耗狀態(tài)下退火鋼材品種、規(guī)格和全氫罩式爐生產(chǎn)過程主要參數(shù)之間映射模型，進行全氫罩式爐最小能耗狀態(tài)生產(chǎn)主要參數(shù)預估；在此基礎上進行全氫罩式爐生產(chǎn)過程的智能模糊控制，從而實現(xiàn)減小全氫罩式爐生產(chǎn)過程能耗的目標。
【專利說明】全氫罩式爐加熱過程智能模糊控制方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種全氫罩式爐加熱過程的智能模糊控制方法。屬于全氫罩式爐控制 相關領域。

【背景技術】
[0002] 全氫罩式退火爐是高質(zhì)量冷軋產(chǎn)品退火設備，主要用于冷軋板卷成品前的退火， 通過退火使鋼板顯微組織結構、機械性能和工藝性能達到要求的指標。全氫罩式爐充分利 用氫氣氛還原作用使得鋼卷退火過程中內(nèi)部和外部的溫度分布更加均勻、鋼卷表面更加清 潔，因此在鋼鐵行業(yè)獲得了廣泛的應用。
[0003] 全氫罩式爐生產(chǎn)過程主要包括爐臺裝料、放置內(nèi)罩、氫氣閥密封測試、鎖緊內(nèi)罩、 爐臺系統(tǒng)冷態(tài)密封測試、氮氣預吹掃、點火和升溫保溫、氫氣吹掃、吊離加熱罩、輻射冷卻、 吊扣冷卻罩、風冷和噴淋冷卻、氮氣后吹掃、爐臺卸料等。全氫罩式爐生產(chǎn)過程復雜，需要 利用控制系統(tǒng)進行生產(chǎn)過程的自動控制。例如梁楚榮應用SIEMENS S7 300可編程控制 器（PLC)開發(fā)了冷軋帶鋼全氫罩式爐自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由全氫罩式爐控制系統(tǒng)由現(xiàn)場 自動控制系統(tǒng)和上位機監(jiān)控系統(tǒng)組成，具有冷軋帶鋼全氫罩式爐退火自動控制和安全保護 功能；熊斐等人采用具有擴展性的分布式體系結構，開發(fā)了全氫罩式爐控制系統(tǒng)，該系統(tǒng) 與數(shù)據(jù)采集工作站之間通過以太網(wǎng)相聯(lián)接，使系統(tǒng)具備遠程監(jiān)控能力，能同時處理和監(jiān)控 200個爐臺的數(shù)據(jù)；尹曉青、陸繼東等人研究了罩式爐退火自適應控制方法，該方法包括在 線計算啟動前退火過程再現(xiàn)、在線計算啟動后退火過程預測步驟，在在線計算啟動前退火 過程再現(xiàn)步驟中，利用可編程控制器存儲的數(shù)據(jù)，進行具體退火過程鋼卷溫度場的重現(xiàn)，并 獲得在線計算啟動時刻的溫度場及為區(qū)分退火階段而設定的系列標志信號，正在在線計算 啟動后退火過程預測步驟中，利用在線計算啟動時刻的溫度場進行退火過程的預測，進而 得到新的退火工藝制度，傳遞給可編程控制器進行后續(xù)退火過程的控制；該方法具有依據(jù) 罩式爐的設備結構和設備性能等進行自適應修正的優(yōu)點。但是上述方法在全氫罩式爐生產(chǎn) 過程的能耗較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種全氫罩式爐加熱過程智能模糊控制方 法，可降低全氫罩式爐生產(chǎn)過程的能耗，為全氫罩式爐的高效低能耗運行提供有效控制手 段。
[0005] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：一種全氫罩式爐加熱過程智能模糊控制方法，所述 方法包括以下步驟： 步驟一、樣本數(shù)據(jù)建立 確定與全氫罩式爐能耗直接相關的主要操作參數(shù)：燃料流量、助燃空氣流量和氫氣補 充量，對這三個參數(shù)進行樣本數(shù)據(jù)建立； 步驟二、構建神經(jīng)網(wǎng)絡模型 以建立的全氫罩式爐生產(chǎn)過程樣本數(shù)據(jù)為基礎進行神經(jīng)網(wǎng)絡模型的構建，具體操作如 下： 具體操作如下： 1)確定輸入輸出變量 將在全氫罩式爐的加熱過程中的加溫和保溫時間、燃料流量、退火鋼材品種、鋼材厚 度、鋼材重量、加溫環(huán)節(jié)的燃料流量、助燃空氣流量、氫氣補充參量和保溫環(huán)節(jié)的燃料流量、 助燃空氣流量、氫氣補充參量以及退火鋼材的品種、厚度、重量一起作為神經(jīng)網(wǎng)絡模型的輸 入，將全氫罩式爐的加溫和保溫時間二個變量作為全氫罩式爐神經(jīng)網(wǎng)絡模型的輸出變量。
[0006] 2)網(wǎng)絡結構描述 本發(fā)明涉及的神經(jīng)網(wǎng)絡模型包含輸入層、中間層和輸出層，神經(jīng)網(wǎng)絡模型的輸入層所 包含的神經(jīng)元個數(shù)為21，分別對應全氫罩式爐的退火鋼材的品種、厚度、重量以及加溫保溫 各階段的燃料流量、助燃空氣流量、氫氣補充參量。神經(jīng)網(wǎng)絡模型的隱含層包含43個神經(jīng) 元，神經(jīng)網(wǎng)絡模型的輸出層所包含的神經(jīng)元個數(shù)為2個，分別對應全氫罩式爐加溫、保溫時 間參量。
[0007] 本發(fā)明涉及的三層神經(jīng)網(wǎng)絡模型上下層之間各神經(jīng)元實現(xiàn)連接，同層之間無連 接，隱含層的激活函數(shù)均采用Sigmoid函數(shù)（S型函數(shù)），函數(shù)描述如下：

【權利要求】
1. 一種全氫罩式爐加熱過程智能模糊控制方法，其特征在于所述方法包括以下步驟： 步驟一、樣本數(shù)據(jù)建立 確定與全氫罩式爐能耗直接相關的主要操作參數(shù)：燃料流量、助燃空氣流量和氫氣補 充量，對這三個參數(shù)進行樣本數(shù)據(jù)建立； 步驟二、構建神經(jīng)網(wǎng)絡模型 以建立的全氫罩式爐生產(chǎn)過程樣本數(shù)據(jù)為基礎進行神經(jīng)網(wǎng)絡模型的構建，具體操作如 下： 具體操作如下： 1)確定輸入輸出變量 將在全氫罩式爐的加熱過程中的加溫和保溫時間、燃料流量、退火鋼材品種、鋼材厚 度、鋼材重量、加溫環(huán)節(jié)的燃料流量、助燃空氣流量、氫氣補充參量和保溫環(huán)節(jié)的燃料流量、 助燃空氣流量、氫氣補充參量以及退火鋼材的品種、厚度、重量一起作為神經(jīng)網(wǎng)絡模型的輸 入，將全氫罩式爐的加溫和保溫時間二個變量作為全氫罩式爐神經(jīng)網(wǎng)絡模型的輸出變量； 2)網(wǎng)絡結構描述 本發(fā)明涉及的神經(jīng)網(wǎng)絡模型包含輸入層、中間層和輸出層，神經(jīng)網(wǎng)絡模型的輸入層所 包含的神經(jīng)元個數(shù)為21，分別對應全氫罩式爐的退火鋼材的品種、厚度、重量以及加溫保溫 各階段的燃料流量、助燃空氣流量、氫氣補充參量； 神經(jīng)網(wǎng)絡模型的隱含層包含43個神經(jīng)元，神經(jīng)網(wǎng)絡模型的輸出層所包含的神經(jīng)元個 數(shù)為2個，分別對應全氫罩式爐加溫、保溫時間參量； 本發(fā)明涉及的三層神經(jīng)網(wǎng)絡模型上下層之間各神經(jīng)元實現(xiàn)連接，同層之間無連接，隱 含層的激活函數(shù)均采用Sigmoid函數(shù)（S型函數(shù)），函數(shù)描述如下：
式中，a為Sigmoid函數(shù)的斜率參數(shù)，通過改變參數(shù)a，可以獲取不同斜率的Sigmoid函 數(shù)； 3)網(wǎng)絡訓練 采用誤差反向傳播算法，首先將輸入信息通過輸入層經(jīng)隱含層逐層處理并計算每個單 元的實際輸出值，然后根據(jù)期望輸出與實際輸出的差值，由輸出端開始逐層調(diào)節(jié)權值； 步驟三、主要參數(shù)預估 以構建的全氫罩式爐最小能耗狀態(tài)下全氫罩式爐燃料流量等主要操作參數(shù)和全氫罩 式爐退火鋼材類型等參數(shù)之間的神經(jīng)網(wǎng)絡模型為基礎，進行最小能耗狀態(tài)下全氫罩式爐燃 料流量等主要操作參數(shù)的預估； 步驟四、主要參數(shù)優(yōu)化 1) 設計變量 將步驟二中涉及的輸入變量用相應的字母表示； 2) 設計模糊控制目標函數(shù) 全氫罩式爐加熱過程能耗優(yōu)化目標函數(shù)描述如下： F= A [(R7 + + RJ ) Tl/3 + ( BR7 + BR^ + BRJ ) T2/3 ] 其中A為綜合考慮燃料比重等因素得到的常數(shù)，T1和T2是全氫罩式爐加熱過程中加 溫和保溫時間，其它參量是加溫和保溫環(huán)節(jié)各階段的燃料流量量； 3) 設計模糊控制約束函數(shù) 在全氫罩式爐加熱過程中，全氫罩式爐的燃料流量、助燃空氣流量、氫氣補充參量不能 超過規(guī)定的上下限； 4) 模糊控制計算 在全氫罩式爐加熱過程參數(shù)優(yōu)化過程中，調(diào)用遺傳算法優(yōu)化程序進行設計變量的優(yōu)化 計算，最終獲得加溫和保溫環(huán)節(jié)分成的三個階段的燃料流量、助燃空氣流量、氫氣補充參量 優(yōu)化值。
【文檔編號】G05B13/04GK104281054SQ201310291980
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月12日 優(yōu)先權日:2013年7月12日
【發(fā)明者】耿凱, 倪志榮 申請人:靖江市托日自動化設備有限公司