溫度場模型在加熱爐過程控制系統(tǒng)中的開發(fā)與應(yīng)用

王孝敏

【摘要】 隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步，過程控制系統(tǒng)在加熱爐過程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用日漸廣泛，本系統(tǒng)解決了人為憑經(jīng)驗(yàn)控制鋼坯溫度，帶來的加熱質(zhì)量問題，實(shí)現(xiàn)了透明加熱爐。

【關(guān)鍵詞】 溫度場模型 加熱爐 開發(fā)與應(yīng)用

一、背景

對(duì)于鋼鐵企業(yè)來說，如何控制好鋼坯在加熱爐內(nèi)加熱過程中的表面溫度和芯部溫度是非常重要的，直接影響到后續(xù)的加工質(zhì)量，如軋制工序等。加熱質(zhì)量是所有質(zhì)量的源頭，加熱質(zhì)量不好，如加熱未燒透、加熱不均勻、過燒等，不光會(huì)帶來能耗的浪費(fèi)，過多的燒損，更會(huì)直接導(dǎo)致后續(xù)軋制時(shí)軋制力過大，厚度不穩(wěn)定，軋制泄壓，麻面等等各種問題。因此，對(duì)于鋼鐵企業(yè)來說，將溫度場模型融入日常生產(chǎn)管理中是很有必要的。以往生產(chǎn)中，由于各種因素，未采用溫度場指導(dǎo)生產(chǎn)，對(duì)鋼坯溫度的監(jiān)控主要是以L1的爐溫值結(jié)合人的現(xiàn)場觀測經(jīng)驗(yàn)為主，存在不直觀、工作量大、且效率過低的問題。人的經(jīng)驗(yàn)起著決定性作用，有的班加熱質(zhì)量好，有的班加熱質(zhì)量不理想，總體加熱質(zhì)量不穩(wěn)定。通過溫度場模型的有效引入生產(chǎn)，很好的指導(dǎo)了生產(chǎn)的操作，穩(wěn)定了加熱質(zhì)量，從源頭上把控了生產(chǎn)的整體質(zhì)量。

二、溫度場模型的建立

2.1建立傳熱模型微分方程

導(dǎo)入微元體的總熱流量 + 微元體內(nèi)熱源的生成熱 = 導(dǎo)出微元體的總熱流量 + 微元體熱力學(xué)能（即內(nèi)能）的增量

三、溫度場模型的應(yīng)用

1、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。加熱爐在線過程控制系統(tǒng)采用C/S體系結(jié)構(gòu)，即控制軟件系統(tǒng)分為前臺(tái)和后臺(tái)兩個(gè)子系統(tǒng)，前臺(tái)系統(tǒng)為客戶端系統(tǒng)。后臺(tái)系統(tǒng)為服務(wù)器端系統(tǒng)，由多個(gè)進(jìn)程組成。前后臺(tái)系統(tǒng)之間，后臺(tái)系統(tǒng)的不同進(jìn)程之間，通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行信息交互。

2、服務(wù)器端系統(tǒng)組成。服務(wù)器端系統(tǒng)有5個(gè)獨(dú)立進(jìn)程組成，鋼坯加熱流程跟蹤系統(tǒng)（簡稱流程跟蹤系統(tǒng)）、鋼坯溫度狀態(tài)跟蹤系統(tǒng)（簡稱鋼溫跟蹤系統(tǒng)）、加熱爐爐溫優(yōu)化設(shè)定系統(tǒng)（優(yōu)化設(shè)定系統(tǒng)）、與三級(jí)系統(tǒng)通信系統(tǒng)（簡稱三級(jí)通信系統(tǒng)）、與軋鋼系統(tǒng)通信系統(tǒng)（簡稱軋鋼通信系統(tǒng)）。1）流程跟蹤系統(tǒng)的基本任務(wù)。承擔(dān)著加熱爐生產(chǎn)過程工藝流程的跟蹤任務(wù)，是過程控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)承上啟下，收集過程信息，組織鋼坯記錄，發(fā)送生產(chǎn)指令，為其它子系統(tǒng)提供所需的各類過程服務(wù)。2）鋼溫跟蹤系統(tǒng)的基本任務(wù)。在其它子系統(tǒng)的支持下，“鋼溫跟蹤系統(tǒng)”使用溫度場模型，跟蹤鋼坯溫度狀態(tài)的變化過程。3）優(yōu)化設(shè)定系統(tǒng)的基本任務(wù)。在其它子系統(tǒng)的支持下，使用鋼坯速度跟蹤模型和溫度場模型，預(yù)判鋼坯燒透時(shí)間。同時(shí)，通過計(jì)算鋼坯預(yù)期爐溫的方式，確定當(dāng)前最佳爐段溫度。4）軋鋼通信系統(tǒng)的基本任務(wù)。承擔(dān)著整個(gè)加熱爐過程控制系統(tǒng)與軋鋼過程控制系統(tǒng)的信息交互任務(wù)。該任務(wù)由兩部分組成：向軋鋼控制系統(tǒng)發(fā)送鋼坯出爐溫度、從軋鋼控制系統(tǒng)讀取鋼坯開軋溫度。5）三級(jí)通信系統(tǒng)的基本任務(wù)。承擔(dān)著整個(gè)系統(tǒng)與三級(jí)控制系統(tǒng)（又稱MES）的信息交互任務(wù)。該任務(wù)由兩部分組成：從MES獲取鋼坯計(jì)劃信息、向MES發(fā)送MES需要的鋼坯加熱過程信息。

3、服務(wù)器端子系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在后臺(tái)系統(tǒng)中，屬于應(yīng)用系統(tǒng)范疇的子系統(tǒng)共有5個(gè)，分別是：鋼坯加熱流程跟蹤系統(tǒng)、鋼坯溫度狀態(tài)跟蹤系統(tǒng)、軋鋼通信系統(tǒng)、三級(jí)通信系統(tǒng)。由于每個(gè)子系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，彼此之間的信息交互均通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，因此在設(shè)計(jì)上，每個(gè)子系統(tǒng)作為獨(dú)立系統(tǒng)考慮。

四、實(shí)現(xiàn)效果

本系統(tǒng)自上線以來，穩(wěn)定、高效、直觀。提供了很好的人機(jī)界面，直觀反映了爐內(nèi)的鋼坯實(shí)時(shí)狀況。利用加熱模型、速度模型、結(jié)合黑匣子數(shù)據(jù)及加熱代碼信息將鋼坯所在位置的爐溫轉(zhuǎn)換為鋼坯實(shí)時(shí)溫度，計(jì)算目標(biāo)出爐溫度，指導(dǎo)爐溫設(shè)定，控制加熱節(jié)奏，同時(shí)將鋼坯21層出爐溫度發(fā)送給軋機(jī)二級(jí)，幫助軋機(jī)二級(jí)優(yōu)化軋機(jī)模型。加熱爐過程控制系統(tǒng)的投用，實(shí)現(xiàn)了加熱爐的透明，直觀反映了爐況，扭轉(zhuǎn)了由于鋼坯溫度不可預(yù)知而造成的鋼坯“燒不透”，“燒不勻”，“燒過頭”的現(xiàn)象，指導(dǎo)了生產(chǎn)，從源頭保證了鋼板的質(zhì)量。