加热炉炉温智能控制系统及控制方法与流程

本发明涉及轧钢加热炉智能控制
技术领域：
，尤其涉及一种加热炉炉温智能控制系统及控制方法。
背景技术：
：在钢坯轧制工艺中，钢坯表面温度场的检测和控制对于钢铁在整个轧制过程中保持良好的轧制特性是非常重要的。温度过低会增加轧机的负担，导致轧机使用寿命下降；温度过高会造成资源的浪费以及轧制质量的下降。为实时监测轧钢过程中钢坯表面温度情况，在加热炉控制系统里面一般会在加热炉设置温度传感器，利用温度传感器来检测炉内温度。但温度传感器只能布设在加热炉内壁的局部点位，只能检测布设点周围小范围区域的温度，而且距离钢坯位置较远，检测的温度并不能体现钢坯表面的实际温度。随着红外测温技术的发展，其应用范围已越来越广泛。红外测温技术能通过收集物体的红外辐射能量，分析并得到物体的表面温度。而红外视频测温技术更是在红外测温技术的基础上，融合光电成像技术、计算机技术、图像处理技术，通过采集目标物体的红外视频，分析得到其温度场情况，具有准确、实时、快速的特点。因此，可考虑将红外视频测温技术应用到加热炉炉温检测上，以便能更准确地检测钢坯表面温度。技术实现要素：为实现上述目的，本发明提供了一种加热炉炉温智能控制系统及控制方法，利用位于加热炉内地红外摄像头准确检测钢坯表面温度，同时利用模糊控制法实现了加热炉炉温的精确控制。本发明采样的技术方案如下：一种加热炉炉温智能控制系统，包括在线式红外视频测温仪、监控计算机及安装于加热炉输气管道上的天然气流量调节阀和流量传感器；所述在线式红外视频测温仪包括红外摄像头和微处理器，红外摄像头安装在加热炉内侧炉壁上，用于采集炉膛内的红外视频图像并发送给微处理器；微处理器位于加热炉外部，用于处理红外摄像头拍摄的红外视频，得出炉内视场范围内的钢坯表面温度；在线式红外视频测温仪与监控计算机连接，将拍摄的炉内视频图像以及得出的钢坯表面温度发送给监控计算机；流量传感器与监控计算机输入端连接，用于采集输气管道内的天然气流量并发送给监控计算机；监控计算机输出端与天然气流量调节阀连接，用于根据钢坯表面温度情况控制天然气流量调节阀调节管道内的天然气流量。进一步，所述的在线式红外视频测温仪采用双光路比色测温方法获得钢坯表面温度。本发明采用红外比色和辐射测温技术相结合的技术措施，克服了炉膛气氛及几何因素对测温的影响，测温精度高。为避免车间现场线缆过多导致安全事故，所述的在线式红外视频测温仪与监控计算机无线连接。一种加热炉炉温智能控制方法，包括以下步骤：步骤1.在线式红外视频测温仪利用加热炉内的红外摄像头实时拍摄炉内钢坯周围的红外视频图像，经微处理器处理获得炉内视场范围内的钢坯实时温度，将视频图像和钢坯实时温度传输给监控计算机；步骤2.监控计算机将钢坯实时温度与设定温度比较，若大于等于设定温度，则执行步骤3.1；若小于设定温度，则执行步骤3.2；步骤3.1.监控计算机向天然气流量调节阀发出控制信号，将其关闭，停止输气调节，继续执行步骤1；步骤3.2.监控计算机计算钢坯实时温度与设定温度的差值并将该差值作为偏差值dv1，同时计算单位时间内钢坯实时温度与设定温度的差值，即温差变化率作为偏差值dv2；根据偏差值dv1和dv2，基于模糊控制规则查找pid控制参数，并根据pid控制参数产生调节控制参数op1，执行步骤4；步骤4.监控计算机根据调节控制参数op1及流量传感器发送的天然气流量信号产生控制输出值，输出给天然气流量调节阀；步骤5.天然气流量调节阀按控制输出值调节天然气流量，并继续执行步骤1。进一步，步骤1中微处理器采用双光路比色测温方法计算钢坯实时温度。步骤3.2中模糊控制规则包括：偏差值dv1的模糊控制子集设定为e＝{nb，nm，ns，ze，ps，pm，pb}＝{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}＝{-18，-12，-6，0，6，12，18}；偏差值dv2的模糊控制子集设定为ec＝{nm，ns，ze，ps，pm}＝{负中，负小，零，正小，正中}＝{-1.5，-1，0，1，1。5}。模糊控制规则进一步包括：根据偏差值dv1和dv2的子集，基于下述的表格获取模糊规则结果：根据模糊规则结果，基于下表获取pid参数基本值：其中，pid参数基本值的取值为：pp1＝40p2＝50p3＝55p4＝60p5＝55p6＝45p7＝40ii1＝50i2＝55i3＝60i4＝90i5＝65i6＝50i7＝45dd1＝30d2＝40d3＝40d4＝40d5＝45d6＝40d7＝35根据pid参数基本值，计算pid控制参数：pid(k)＝kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+(k-2)]，其中k是第k次采样周期，kp是比例环节，e(k)是第k次采样周期的偏差值，ki＝kpt/ti，kd＝kptd/t，t为采样周期，ti为积分时间，td为微分时间。本发明的有益效果：1、本发明利用红外摄像头拍摄炉内视频图像，能同时完成炉内工况监视及钢坯表面温度分布实时检测，温度测量范围广，更能针对性测量钢坯表面温度。2、本发明利用双光路比色测温方法计算钢坯表面温度，可减少炉膛气氛及几何因素对测温的影响，使测温精度更高。3、本发明根据测得的钢坯实时温度判断决定对输入天然气流量的控制，以实现对钢坯温度的修正，使钢坯温度处于最恰当的水平，既保证轧机的使用寿命和轧制质量，又节约了能源。附图说明图1是本发明系统的组成框图；图2是本发明方法的流程图；图中，1、在线式红外视频测温仪，11、红外摄像头，12、微处理器，2、监控计算机，3、天然气流量调节阀，4、流量传感器。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细说明。一种加热炉炉温智能控制系统，如图1所示，包括在线式红外视频测温仪1、监控计算机2及安装于加热炉输气管道上的天然气流量调节阀3和流量传感器4。所述在线式红外视频测温仪1包括红外摄像头11和微处理器12，红外摄像头11安装在加热炉内侧炉壁上，用于采集炉膛内的红外视频图像并发送给微处理器；微处理器12位于加热炉外部，采用双光路比色测温方法处理红外摄像头拍摄的红外视频，得出炉内视场范围内的钢坯表面温度；在线式红外视频测温仪1与监控计算机2无线连接，将拍摄的炉内视频图像以及得出的钢坯表面温度发送给监控计算机；流量传感器4与监控计算机2输入端连接，用于采集输气管道内的天然气流量并发送给监控计算机；监控计算机2输出端与天然气流量调节阀3连接，用于根据钢坯表面温度情况控制天然气流量调节阀调节管道内的天然气流量。应用上述系统进行加热炉炉温智能控制的方法，如图2所示，包括以下步骤：s1.在线式红外视频测温仪利用加热炉内的红外摄像头实时拍摄炉内钢坯周围的红外视频图像，经微处理器处理获得炉内视场范围内的钢坯实时温度，将视频图像和钢坯实时温度传输给监控计算机。s2.监控计算机保存视频图像供监视炉内工况情况，而将反馈的钢坯实时温度t与设定温度ts(最优的钢坯轧制温度)比较，若大于等于设定温度，则执行s3；若小于设定温度，则执行s4。s3.监控计算机向天然气流量调节阀发出控制信号，将其关闭，停止输气调节，继续执行s1。s4.监控计算机计算钢坯实时温度与设定温度的差值并将该差值作为偏差值dv1；在一个实施例中，钢坯实时温度与设定温度的偏差值dv1被设定为一个模糊控制子集，模糊控制子集e＝{nb，nm，ns，ze，ps，pm，pb}＝{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}＝{-18，-12，-6，0，6，12，18}。使用时，根据实际计算得出的偏差值dv1与集合{-18，-12，-6，0，6，12，18}的大小比较，将偏差值dv1划入到集合{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}中，并使用集合{nb，nm，ns，ze，ps，pm，pb}表示。s5.监控计算机计算单位时间内钢坯实时温度与设定温度的差值，即温差变化率作为偏差值；在一个实施例中，偏差值dv2也被设定为一个模糊控制子集，模糊控制子集ec＝{nm，ns，ze，ps，pm}＝{负中，负小，零，正小，正中}＝{-1.5，-1，0，1，1。5}。使用时，根据实际计算得出的偏差值dv2与集合{-1.5，-1，0，1，1。5}的大小比较，将偏差值dv2划入到集合{负中，负小，零，正小，正中}中，并使用集合{nm，ns，ze，ps，pm}表示。s5.根据偏差值dv1和dv2，基于模糊控制规则查找pid控制参数，在一个实施例中，模糊控制规则如下：根据偏差值dv1和dv2的子集，基于表1获取模糊规则结果：表1模糊规则结果包括nb、nm、ns、ze、ps、pm、pb几种，根据模糊规则结果，基于表2获取pid参数基本值：表2每个模糊规则结果对应了参数p、i、d的一组取值，即参数基本值，其中，p1-p7、i1-i7、d1-d7都是预定的参数基本值，在一个实施例中，pid参数基本值的取值为：pp1＝40p2＝50p3＝55p4＝60p5＝55p6＝45p7＝40ii1＝50i2＝55i3＝60i4＝90i5＝65i6＝50i7＝45dd1＝30d2＝40d3＝40d4＝40d5＝45d6＝40d7＝35根据pid参数基本值，计算pid控制参数：pid(k)＝kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+(k-2)]，其中k是第k次采样周期，kp是比例环节，e(k)是第k次采样周期的偏差值，ki＝kpt/ti，kd＝kptd/t，t为采样周期，ti为积分时间，td为微分时间。根据pid控制参数得到调节控制参数op1。s6.监控计算机根据调节控制参数op1及流量传感器发送的天然气流量信号产生控制输出值，输出给天然气流量调节阀。s7.天然气流量调节阀按控制输出值调节天然气流量，并继续执行s1。本发明通过炉温变化量和炉温变化率得到炉温偏差的数值以及炉温变化的趋势，利用模糊控制规则，采取不同的pid控制参数，做到大偏差时能够快速响应，迅速调节，缩小过渡时间。小偏差时调节趋势放缓，提高炉温控制精度。当前第1页12