本发明涉及一种控制系统，具体涉及一种提高副枪插入精度的控制系统及控制方法，属于电气自动化控制技术领域。
背景技术：
现代转炉一般采用顶底复吹，副枪测温采样技术。在冶炼过程中，需要采用副枪测量钢水的温度、成分，这就需要将副枪插入到钢水一定的深度，确保副枪测量的成功；然而转炉在冶炼过程中，钢水对炉衬的侵蚀而导致转炉容积的变化，以及每次出钢量的不同，从而使每炉钢水在转炉内的液面也不尽相同。通用的做法是每间隔一定炉数，用副枪测定一次钢水液面高度，并以此作为以后炉次副枪插入钢水深度的依据，由此带来以下问题：一是转炉在冶炼过程中，随着钢水对炉衬的侵蚀而导致转炉容积的变化，从而导致液面高度的变化，二是每炉冶炼过程中，装入转炉钢铁料的多少，导致出钢量的不同，从而液面高度也发生变化，准确预测钢水液面高度显得非常重要。在实际生产中，不可能每炉都利用副枪测量液面高度(成本高，花费额外的时间)，如果钢水液面高度预测不准，必将影响副枪测量成功的几率。
现有技术中的方案没有副枪测量液面高度的炉次的钢水液面的高度，也无法实现自动控制从而无法实现副枪控制的自动控制，因此，迫切的需要一种新的方案解决该技术问题。
技术实现要素：
本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种提高副枪插入精度的控制系统及控制方法，该技术方案采用每隔一定炉次测量一次钢水液面高度，在两次测量液面高度之间的炉次，采用计算液面高度的方法进行控制副枪插入液面深度，控制方法由人工控制向智能控制的转变。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种提高副枪插入精度的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括炉龄判断模块、液面高度测量模块、出钢量计算模块、标准出钢量液面高度计算模块、炉次液面高度计算模块、PLC通信模块、PLC副枪控制模块、炉均钢水液面下降高度计算模块以及副枪插入深度计算模块；
所述的炉龄判断模块，用于判断当前转炉的炉龄；
所述的液面高度测量模块，用于用于测量转炉钢水液面的高度，
所述的出钢量计算模块，用于计算炉次钢水的重量；
所述的标准出钢量液面高度计算模块，用于当前炉次标准出钢量下的钢水液面高度，通用技术中没有本模块技术功能；
所述的炉次液面高度计算模块，用于计算当前炉次钢水液面的高度，通用技术中一般采用人工经验预测的方法；
所述的PLC通信模块，用于与PLC之间的通信；
所述的PLC副枪控制模块，用于控制副枪操作的PLC控制模块；
所述的炉均钢水液面下降高度计算模块，用于当前炉次标准出钢量下的钢水液面高度，通用技术中没有本模块技术功能；
所述的副枪插入深度计算模块，用于据液面高度计算副枪插入深度；该技术方案提高副枪测量成功的几率，无需人工根据经验判断，提高副枪插入深度的精度，自动计算钢水液面的高度，根据计算的钢水液面高度，自动控制副枪插入的深度。
一种提高副枪插入精度的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1，炉龄判断模块判断炉龄执行相应的操作；
步骤2、液面高度测量模块测量液面高度；
转炉副枪下枪测量钢水液面高度，设为HSteel；
步骤3、出钢量计算模块计算本炉出钢量；
步骤4、标准出钢量液面高度计算模块计算本炉次标准出钢量对应的液面高度；
步骤5、炉龄判断模块判断炉次的炉龄判断炉龄是否为0(新炉)，如果为0时，转步骤8；
步骤6、炉均钢水液面下降高度计算模块计算标准出钢量下平均每炉钢水液面下降高度；
步骤7、炉次液面高度计算模块计算本炉次液面高度HSteel；
步骤8、副枪插入深度计算模块计算副枪插入深度
步骤9、PLC通信模块进行信息交换
PLC通信模块将计算的副枪插入深度信息下发PLC副枪控制模块；
步骤10、PLC副枪控制模块控制副枪操作
PLC副枪控制模块按照副枪插入深度来控制相关操作；
步骤11、结束。
作为本发明的一种改进，所述步骤1中具体如下，炉次开始时，炉龄判断模块判断炉龄(新炉炉龄为0，每冶炼一炉，炉龄加1)是否为n的整数倍(n表示循环周期，即每n炉采用副枪测量一次液面高度，n取值一般在8-15，梅钢取值为10)，如果不是n的整数倍，转步骤7。
作为本发明的一种改进，所述步骤3中，具体如下，
计算模块计算本炉出钢量WeiSteel；
WeiSteel＝k1*(WeiIron+WeiScrap+WeiPigIron+k2*WeiRoe)
其中，WeiIron为兑入转炉的铁水重量；
WeiScrap为加入转炉的废钢重量；
WeiPigIron为加入转炉的生铁块重量；
WeiRoe为加入转炉的铁矿石重量；
k1，k2为常量，k1表示收得率，取值范围在0.9-0.98之间；根据铁矿石的品位不同，k2取值范围一般在0.45-0.55之间。
作为本发明的一种改进，所述步骤4中具体如下，
标准出钢量指的是转炉的公称容积下钢水的重量，如300t的转炉的标准出钢量为300t，不同公称容积的转炉是不一样的；根据钢水液面高度和钢水重量WeiSteel计算出钢量对应的液面高度HStandard；
HStandard＝HSteel+(WeiSteelStandard-WeiSteel)/(π*ρ*r*r)
其中，WeiSteelStandard标准出钢量指的是转炉的公称容积下钢水的重量，如300t的转炉的标准出钢量为300t，不同公称容积的转炉是不一样的；ρ为钢水的密度，取7.0kg/cm3；r为转炉内圆周的半径，与转炉形状有关，取定值。
作为本发明的一种改进，所述步骤6中具体如下，根据上一个循环周期和本次循环周期计算的标准出钢量对应的液面高度，计算出平均标准出钢量下每炉钢水液面下降高度HFall；转步骤8；
HFall＝(HStandard1-HStandard2)/n；
其中，HStandard1为上次循环周期计算的标准出钢量对应的液面高度；HStandard2为本次循环周期计算的标准出钢量对应的液面高度；n为循环周期.
作为本发明的一种改进，所述步骤7中具体如下，71)出钢量计算模块计算本炉预计出钢的钢水重量WeiSteel；
WeiSteel＝k1*(WeiIron+WeiScrap+WeiPigIron+k2*WeiRoe)
其中，WeiIron为兑入转炉的铁水重量；
WeiScrap为加入转炉的废钢重量；
WeiPigIron为加入转炉的生铁块重量；
WeiRoe为加入转炉的铁矿石重量；
k1，k2为常量，k1表示收得率，取值范围在0.9-0.98之间；根据铁矿石的品位不同，k2取值范围在0.45-0.55之间；
72)计算本炉次钢水液面高度；
HSteel＝HStandard+(WeiSteelStandard-WeiSteel)/(π*ρ*r*r)+HFall*m；
其中，m为本次循环周期内的冶炼炉次计数。
作为本发明的一种改进，所述步骤,8中具体如下，DepthSublance＝HSteel1+K3；
其中，K3为常数指副枪探头需要插入钢水的深度，取500—700mm。各个厂家的副枪及其探头不同，其取值也不同；
本发明中的有关术语解释：
钢水液面高度：副枪最高点到炉中钢水液面之间的距离，钢水液面距离地面距离越大，其钢水液面高度越小，
副枪：是一种测量钢水温度、成分的装置，其头部可以安装不同类型的探头(如TSC探头用于测温取样定碳，TSO探头用于测温取样定氧)，在其头部安装测液位探头就可以测量钢水液面高度；
炉衬：转炉内部的耐火材料组成内衬，用于保护转炉的炉壳以及减少炉内温度损失，出钢量：预测的转炉中钢水的重量。
相对于现有技术，本发明具有如下优点，1)该技术方案实现炉次钢水液面高度的精确计算，原有技术液面高度凭人工经验估算，本发明是根据炉次装入量和初始炉次钢水液面高度，实现其精确计算；2)该技术方案自动控制副枪插入深度，原有技术是根据人工经验，在操作画面上，人工设定副枪插入深度，本发明是根据科学计算得出液面高度，根据科学计算而得的液面高度来自动控制副枪插入深度，实现了副枪插入深度由人工控制向自动控制乃至智能控制的转变；3)该技术方案提高了副枪的测量精度及副枪寿命，原有技术是凭人工经验控制副枪插入深度，难免保证副枪插入钢水深度不一致，则存在以下不足，一是如副枪插入钢水深度不够，副枪探头接触到的钢水不能代表钢水的有效成分及温度，导致副枪测量精度的下降；二是如插入钢水过深，副枪枪身插入钢水，枪身受到高温钢水侵蚀相对严重，降低副枪的寿命。
附图说明
图1为转炉及副抢结构示意图；
图2为控制装置各个模块逻辑关系示意图；
图3为控制方法流程示意图。
图中：1、转炉炉壳以及内部的炉衬；2、副枪；3、副枪探头；4、炉渣液面；5、钢水；6、钢水液面；7、HSteel钢水液面高度；8、高度基准面。
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
实施例1：参见图1、图2，一种提高副枪插入精度的控制系统，所述控制系统包括炉龄判断模块、液面高度测量模块、出钢量计算模块、标准出钢量液面高度计算模块、炉次液面高度计算模块、PLC通信模块、PLC副枪控制模块、炉均钢水液面下降高度计算模块以及副枪插入深度计算模块；
所述的炉龄判断模块，用于判断当前转炉的炉龄；
所述的液面高度测量模块，用于用于测量转炉钢水液面的高度，
所述的出钢量计算模块，用于计算炉次钢水的重量；
所述的标准出钢量液面高度计算模块，用于当前炉次标准出钢量下的钢水液面高度，通用技术中没有本模块技术功能；
所述的炉次液面高度计算模块，用于计算当前炉次钢水液面的高度，通用技术中一般采用人工经验预测的方法；
所述的PLC通信模块，用于与PLC之间的通信；
所述的PLC副枪控制模块，用于控制副枪操作的PLC控制模块；
所述的炉均钢水液面下降高度计算模块，用于当前炉次标准出钢量下的钢水液面高度，通用技术中没有本模块技术功能；
所述的副枪插入深度计算模块，用于据液面高度计算副枪插入深度；该技术方案提高副枪测量成功的几率，无需人工根据经验判断，提高副枪插入深度的精度，自动计算钢水液面的高度，根据计算的钢水液面高度，自动控制副枪插入的深度。
实施例2：参见图1、图2，一种提高副枪插入精度的控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1，炉龄判断模块判断炉龄执行相应的操作；所述步骤1中具体如下，炉次开始时，炉龄判断模块判断炉龄(新炉炉龄为0，每冶炼一炉，炉龄加1)是否为n的整数倍(n表示循环周期，即每n炉采用副枪测量一次液面高度，n取值一般在8-15，梅钢取值为10)，如果不是n的整数倍，转步骤7。
步骤2、液面高度测量模块测量液面高度；
转炉副枪下枪测量钢水液面高度，设为HSteel；
步骤3、出钢量计算模块计算本炉出钢量；所述步骤3中，具体如下，
计算模块计算本炉出钢量WeiSteel；
WeiSteel＝k1*(WeiIron+WeiScrap+WeiPigIron+k2*WeiRoe)
其中，WeiIron为兑入转炉的铁水重量；
WeiScrap为加入转炉的废钢重量；
WeiPigIron为加入转炉的生铁块重量；
WeiRoe为加入转炉的铁矿石重量；
k1，k2为常量，k1表示收得率，取值范围在0.9-0.98之间；根据铁矿石的品位不同，k2取值范围一般在0.45-0.55之间。
步骤4、标准出钢量液面高度计算模块计算本炉次标准出钢量对应的液面高度；所述步骤4中具体如下，
标准出钢量指的是转炉的公称容积下钢水的重量，如300t的转炉的标准出钢量为300t，不同公称容积的转炉是不一样的；根据钢水液面高度和钢水重量WeiSteel计算出钢量对应的液面高度HStandard；
HStandard＝HSteel+(WeiSteelStandard-WeiSteel)/(π*ρ*r*r)
其中，WeiSteelStandard标准出钢量指的是转炉的公称容积下钢水的重量，如300t的转炉的标准出钢量为300t，不同公称容积的转炉是不一样的；ρ为钢水的密度，取7.0kg/cm3；r为转炉内圆周的半径，与转炉形状有关，取定值。
步骤5、炉龄判断模块判断炉次的炉龄判断炉龄是否为0(新炉)，如果为0时，转
步骤8；
步骤6、炉均钢水液面下降高度计算模块计算标准出钢量下平均每炉钢水液面下降高度；具体如下，根据上一个循环周期和本次循环周期计算的标准出钢量对应的液面高度，计算出平均标准出钢量下每炉钢水液面下降高度HFall；转步骤8；
HFall＝(HStandard1-HStandard2)/n；
其中，HStandard1为上次循环周期计算的标准出钢量对应的液面高度；HStandard2为本次循环周期计算的标准出钢量对应的液面高度；n为循环周期.
步骤7、炉次液面高度计算模块计算本炉次液面高度HSteel；具体如下，71)出钢量计算模块计算本炉预计出钢的钢水重量WeiSteel；
WeiSteel＝k1*(WeiIron+WeiScrap+WeiPigIron+k2*WeiRoe)
其中，WeiIron为兑入转炉的铁水重量；
WeiScrap为加入转炉的废钢重量；
WeiPigIron为加入转炉的生铁块重量；
WeiRoe为加入转炉的铁矿石重量；
k1，k2为常量，k1表示收得率，取值范围在0.9-0.98之间；根据铁矿石的品位不同，k2取值范围在0.45-0.55之间；
72)计算本炉次钢水液面高度；
HSteel＝HStandard+(WeiSteelStandard-WeiSteel)/(π*ρ*r*r)+HFall*m；
其中，m为本次循环周期内的冶炼炉次计数。
步骤8、副枪插入深度计算模块计算副枪插入深度；具体如下，DepthSublance＝HSteel1+K3；
其中，K3为常数指副枪探头需要插入钢水的深度，取500—700mm。各个厂家的副枪及其探头不同，其取值也不同；
步骤9、PLC通信模块进行信息交换
PLC通信模块将计算的副枪插入深度信息下发PLC副枪控制模块；
步骤10、PLC副枪控制模块控制副枪操作
PLC副枪控制模块按照副枪插入深度来控制相关操作；
步骤11、结束。
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。