本實用新型屬于自動控制技術領域，特別涉及了一種高爐熱風爐優(yōu)化控制系統(tǒng)。

背景技術：

高爐是鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)生鐵的機組，它需要熱風來燃燒焦炭以把鐵礦石還原成鐵水，熱風爐的作用是把鼓風加熱到要求的溫度，它是按“蓄熱”原理工作的熱交換器。在燃燒室里燃燒煤氣，高溫廢氣通過格子磚并使之蓄熱，當格子磚充分加熱后，熱風爐就可改為送風，冷風經(jīng)格子磚被加熱并送出。高爐一般裝有3~4座熱風爐，每個熱風爐的工作過程就是燃燒、送風的重復過程。在“單爐送風”時，一座在送風，其余在加熱（又稱燃燒或燒爐），輪流更換；在“并聯(lián)送風”時，兩座在加熱。由于剛送風的熱風爐，輸出的熱風溫度較高，然后逐漸下降，為保持輸出的熱風溫度恒定，故利用旁通的熱風溫度調(diào)節(jié)閥，控制混入的冷風量以使熱風溫度恒定，對于熱并聯(lián)的“并聯(lián)送風”，其熱風溫度恒定是借助于控制先行爐和后行爐的風量比例（控制其冷風調(diào)節(jié)閥開度）來達到的。

熱風爐的操作主要包括兩大部分，即燃燒控制和自動換爐。這兩部分操作，國內(nèi)外的大中型高爐的熱風爐都已部分自動化了，但主要是基礎自動化，還沒實現(xiàn)自動控制，即只有煤氣總管壓力控制和煤氣及空氣調(diào)節(jié)閥位或流量自動控制，然后人工控制閥位或流量的設定值或開度。

熱風爐燒爐操作的好壞直接影響風溫的高低，由于煤氣壓力和熱值是不斷變化，為了達到最佳燃燒狀態(tài)需不斷調(diào)整空氣和煤氣的供給量，這樣給熱風爐燒爐操作帶來一定的難度和較大的勞動強度，同時如果空氣量不足、燃燒不充分，其燃燒效率肯定是不高的，也直接關系熱風爐煤煙的排放質(zhì)量，對環(huán)境造成嚴重污染；但空氣過多也會使排煙帶走的熱量增加，同樣也是不經(jīng)濟的。目前熱風爐的燃燒優(yōu)化主要依靠調(diào)試人員不斷觀察拱頂溫度的變化，如果當前拱頂溫度上升較快，根據(jù)經(jīng)驗判斷認為目前配比合適，則不作調(diào)整；如果拱頂上升緩慢或下降，根據(jù)經(jīng)驗判斷認為配比失調(diào)，這時操作人員便會調(diào)整空氣或煤氣量的大小，以獲得最佳風煤比運行方式，這種控制方式費時費力，同時這種燃燒調(diào)整方法不能根據(jù)運行條件的變化，進行實時自動調(diào)整控制方案使熱風爐處于最佳運行狀況，從而造成了資源浪費。

首先，由于高爐的操作或者爐況等種種原因，造成總管網(wǎng)的煤氣壓力、熱值波動，另外，預熱煤氣的溫度和壓力、預熱空氣的溫度和壓力也會波動，熱風爐蓄熱量可能有富裕，都需要修正煤氣和空氣閥位開度。其次，拱頂溫度過低是影響我國熱風溫度進一步提高的一大障礙。另外，熱風爐拱頂溫度管理期的拱頂溫度和煙氣溫度上升速率的控制是一對矛盾，如何確定合適的空燃比，在穩(wěn)定拱頂溫度的同時，使煙氣溫度迅速上升，從而使熱風爐處于最優(yōu)的燃燒狀態(tài)，是熱風爐燃燒控制的關鍵。

目前，國內(nèi)外熱風爐的空燃比控制主要有傳統(tǒng)控制方法、數(shù)學模型方法、人工智能方法。傳統(tǒng)控制方法主要有比例極值調(diào)節(jié)法和煙氣氧含量串級比例控制法，但是由于不能及時改變空燃比，不易實現(xiàn)熱風爐的最佳燃燒，且測氧儀器成本高、難以維護，因此，實際使用效果不太理想；數(shù)學模型法能將換爐、送風結合為一體，實現(xiàn)全閉環(huán)自動控制，但由于檢測點多，在生產(chǎn)條件不夠穩(wěn)定、裝備水平較低的熱風爐中不易實現(xiàn)；人工智能方法主要有神經(jīng)網(wǎng)絡和模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡控制對熱風爐燃燒過程有極強的自學習能力，但抗干擾能力較弱，而模糊控制不需數(shù)學模型，且有較強的抗干擾能力，但模糊規(guī)則表及比例因子不可變，因此難以同時保證穩(wěn)定拱頂溫度的需要和煙氣溫度控制的要求。

至于設定的數(shù)學模型，除了相當復雜外，更需設置自動分析加熱煤氣各種成分的分析器，這種儀器除了昂貴以外，還需良好的維護，很多工廠難以實現(xiàn)。要使數(shù)學模型有效，還要求良好的完善基礎自動化。當然，人工控制，不但需要專人操作，且難以在熱風爐整個燃燒時期各個階段及時設定煤氣和助燃空氣流量（鞍鋼10號大型高爐的熱風爐在整個燃燒時期煤氣和助燃空氣流量均不變），也難以在預熱煤氣和空氣溫度變化時、高爐所需鼓風溫度和流量變化時、助燃空氣壓力變化時、熱風爐蓄熱量尚有富裕時，一一及時修正熱風爐加熱的煤氣和空氣量，因而達不到節(jié)能和優(yōu)化熱風爐操作的目的。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述背景技術提出的技術問題，本實用新型旨在提供一種高爐熱風爐優(yōu)化控制系統(tǒng)，能夠在不同煤氣壓力和熱值變化下自動運行，改變了熱風爐長期以來基本處于人工操作的局面，提高了熱風爐的運行效率，節(jié)省了人力資源。

為了實現(xiàn)上述技術目的，本實用新型的技術方案為：

一種高爐熱風爐優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括后臺工控機、調(diào)試PC機、交換機、PLC控制系統(tǒng)和N個優(yōu)化控制器，所述優(yōu)化控制系統(tǒng)采用總線連接，后臺工控機、調(diào)試PC機、交換機、PLC控制系統(tǒng)和N個優(yōu)化控制器分別連接在總線上，所述PLC控制系統(tǒng)采集熱風爐的運行參數(shù)并通過交換機發(fā)送給各優(yōu)化控制器，各優(yōu)化控制器內(nèi)存儲了各類優(yōu)化策略，后臺工控機和調(diào)試PC機根據(jù)熱風爐的運行情況組合各類優(yōu)化策略，生成優(yōu)化控制指令，并通過交換機將優(yōu)化控制指令發(fā)送給PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對熱風爐的優(yōu)化控制。

基于上述技術方案的優(yōu)選方案，所述優(yōu)化控制系統(tǒng)中包含的優(yōu)化控制器的數(shù)量N≤5。

基于上述技術方案的優(yōu)選方案，所述優(yōu)化控制器采用嵌入式多核中央處理器。

基于上述技術方案的優(yōu)選方案，所述嵌入式多核中央處理器的防塵等級為IP40。

基于上述技術方案的優(yōu)選方案，所述嵌入式多核中央處理器的防震等級為5g。

采用上述技術方案帶來的有益效果：

本實用新型克服了煤氣、空氣壓力頻繁波動的和煤氣熱值變化這些不利因素對熱風爐的影響，使熱風爐的拱頂溫度穩(wěn)定到設定值，實現(xiàn)了熱風爐的穩(wěn)定運行與經(jīng)濟燃燒。

本實用新型能夠在不同煤氣壓力和熱值變化下自動運行，它改變了熱風爐長期以來基本處于人工操作的局面，提高了熱風爐的運行效率和送風溫度，節(jié)省了人力資源，且系統(tǒng)自動化程度高、可靠性好。

本實用新型采用多個優(yōu)化控制器進行優(yōu)化控制，每個優(yōu)化控制器之間支持負載分擔，從而降低了所有優(yōu)化進程和安全進程在同一個優(yōu)化控制器上運行的概率，有利于降低各個優(yōu)化控制器的CPU負荷的差別。

附圖說明

圖1是本實用新型的系統(tǒng)組成框圖。

圖2是本實用新型多優(yōu)化控制器的多進程、負載分攤示意圖。

具體實施方式

以下將結合附圖，對本實用新型的技術方案進行詳細說明。

如圖1所示本實用新型的系統(tǒng)組成框圖，一種高爐熱風爐優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括后臺工控機、調(diào)試PC機、交換機、PLC控制系統(tǒng)和N個優(yōu)化控制器，所述優(yōu)化控制系統(tǒng)采用總線連接，后臺工控機、調(diào)試PC機、交換機、PLC控制系統(tǒng)和N個優(yōu)化控制器分別連接在總線上，所述PLC控制系統(tǒng)采集熱風爐的運行參數(shù)并通過交換機發(fā)送給各優(yōu)化控制器，各優(yōu)化控制器內(nèi)存儲了各類優(yōu)化策略，后臺工控機和調(diào)試PC機根據(jù)熱風爐的運行情況組合各類優(yōu)化策略，生成優(yōu)化控制指令，并通過交換機將優(yōu)化控制指令發(fā)送給PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對熱風爐的優(yōu)化控制。

在優(yōu)化控制系統(tǒng)中包含的優(yōu)化控制器的數(shù)量N≤5。

優(yōu)化控制器支持N重冗余（N<=5），以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

優(yōu)化控制器支持多進程技術和負載分攤技術，如圖2所示，只要存在一個可正常工作的優(yōu)化控制器，系統(tǒng)就可以提供服務。一個優(yōu)化控制器支持多個控制進程同時運行，分多個優(yōu)化進程和安全進程，假設有3個熱風爐，其中優(yōu)化進程包含共用的熱風爐優(yōu)化進程、1#熱風爐優(yōu)化進程、2#熱風爐優(yōu)化進程、3#熱風爐優(yōu)化進程以及安全進程，各熱風爐優(yōu)化進程實現(xiàn)對本熱風爐的優(yōu)化控制，共用的熱風爐優(yōu)化進程對共用部分進行優(yōu)化控制，如煤氣總管網(wǎng)壓力控制。

各熱風爐優(yōu)化進程相互不干擾，有利于組態(tài)在“在線調(diào)試”的狀態(tài)下下載。如對1#熱風爐控制優(yōu)化組態(tài)修改不會影響2#熱風爐控制優(yōu)化的運行，一個程序升級時也沒必要停止所有的優(yōu)化進程。

各優(yōu)化控制器之間支持負載分攤，從而降低了所有優(yōu)化進程和安全進程在同一個優(yōu)化控制器上運行的概率，有利于降低各個優(yōu)化控制器的CPU負荷的差別。

在本實施例中，所述優(yōu)化控制器采用嵌入式多核中央處理器，性能不應低于 Intel?Celeron?847/807UE/Corei7-2655LE,1.1GHz/1GHz/2.2GHz處理器，且能在-10-50攝氏度下穩(wěn)定運行，防塵滿足IP40標準，防震性能滿足5g（重力加速度）。

以上實施例僅為說明本實用新型的技術思想，不能以此限定本實用新型的保護范圍，凡是按照本實用新型提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本實用新型保護范圍之內(nèi)。