專利名稱：高爐供料自動控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及工業(yè)高爐冶煉自動化控制領域及仿真領域。
背景技術：
大型高爐配、上料系統(tǒng)設備眾多，狀態(tài)復雜，是高爐生產(chǎn)的關鍵環(huán)節(jié)，高爐供料、布料 控制作為高爐自動化的核心，其能否穩(wěn)定高效地運行，直接影響到整個高爐的鐵水品質(zhì)、生 產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。
目前，在工控領域，均通過可編程邏輯控制器(PLC)實現(xiàn)對該系統(tǒng)的基礎自動化控制 ，由操作人員通過操作站進行操作，而PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試都是通過現(xiàn)場設備進行空載試車 和熱負荷試車來調(diào)校和完善自動控制系統(tǒng)。但高爐生產(chǎn)的特殊性決定了在點火前不能將物料 送入高爐，即該自動系統(tǒng)在點火前無法熱負荷試車，也無法對操作人員進行實際生產(chǎn)操作的 培訓，但是一旦高爐點火開爐，就必須確保整個系統(tǒng)按照配方穩(wěn)定高效地運行，而且開爐時 的配方最為復雜而變化頻繁，此時也是操作人員對自動控制系統(tǒng)最為生疏的時候。這種固有 的矛盾往往影響了高爐的順利投產(chǎn)和迅速達產(chǎn)，造成開爐點火期間的混亂，嚴重影響開爐初 期的正常生產(chǎn)，造成焦炭、礦石等資源的浪費的問題，

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種高爐供料自動控制系統(tǒng)，它具備高爐供料仿真控 制功能，既能夠完全脫離實際的工藝設備，完整地模擬高爐實際的供料工藝系統(tǒng)生產(chǎn)狀態(tài)
為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種高爐供料自動控制系統(tǒng)，其技術方案為通過其 外部I/0端口緩存數(shù)據(jù)區(qū)向高爐供料設備發(fā)出控制指令并接受高爐供料設備的狀態(tài)反饋，其 特征在于，還通過其外部數(shù)據(jù)交換儲存區(qū)連接高爐供料自動控制仿真系統(tǒng)，并向高爐供料自 動控制仿真系統(tǒng)發(fā)出控制指令，所述高爐供料自動控制仿真系統(tǒng)模擬出該控制指令下的包括 高爐供料設備運行狀態(tài)、物料運動位置狀態(tài)的狀態(tài)反饋信號，向高爐供料自動控制系統(tǒng)反饋 ;所述外部I/0端口緩存數(shù)據(jù)區(qū)與外部數(shù)據(jù)交換儲存區(qū)的訪問由高爐供料自動控制系統(tǒng)進行 數(shù)據(jù)訪問切換控制，實現(xiàn)實際生產(chǎn)過程控制和仿真生產(chǎn)過程控制之間的切換。進一步優(yōu)選的，所述高爐供料自動控制仿真系統(tǒng)運行包括以下步驟 步驟一、建立所有高爐供料設備的反饋狀態(tài)模型，具體包括
步驟l-l、對所有高爐供料設備，逐一枚舉出其包括運行狀態(tài)、停止狀態(tài)、各種故障狀 態(tài)在內(nèi)的全部可能狀態(tài)，記作條件A1;
步驟l-2、對所有高爐供料設備，逐一枚舉出包括運行、停止在內(nèi)的高爐供料自動控制 系統(tǒng)可能對其發(fā)出的全部指令，記作條件A2;
步驟l-3、將條件A1和條件A2的各種可能性進行組合，并逐一推算在實際生產(chǎn)過程控制
中高爐供料設備在同等狀態(tài)下對高爐供料自動控制系統(tǒng)做出的反饋狀態(tài)，記作反饋模型
A1A2。
步驟二、建立高爐供料設備上的物料狀態(tài)模型，包括
其一、在稱量斗配料時段，物料在各稱量斗中的重量W (tB1) i=WtB2+GiXt1;其中，i 表示各稱量斗的編號，Gi表示各給料機的給料速率，WtB2表示放料過程結束后稱量斗內(nèi)物料的 重量，^表示配料時間；
其二、在稱量斗向皮帶上放料的時段，物料在各稱量斗中的重量w (tB2) i=WtB1-PiX
t2;其中i表示各稱量斗的編號；Pi:表示各稱量斗的放料速度；WtB1:表示配料過程結束后
稱量斗內(nèi)物料的重量；t2表示放料時間；
其三、物料在皮帶上的運行時段，物料頭部在皮帶上運行位置與時間的關系函數(shù)及物料
尾部在皮帶上運行的位置與時間的關系函數(shù)
Sj (theadj) =VjXtheadj; Sj (tendj) =VjXtendj;上述Sj (theadj)表示物料的頭部在皮帶j上的運行距離；
theadj表示物料的頭部在皮帶j上的運行時間；
Sj (tendj)表示物料的尾部在皮帶j上的運行距離；
tendj表示物料的尾部在皮帶j上的運行時間；
Vj表示皮帶j的運行速度。
步驟三、高爐供料自動控制仿真系統(tǒng)接收到高爐供料自動控制系統(tǒng)的控制指令， 步驟四、根據(jù)控制指令參數(shù)，査找出反饋模型A1A2相應的反饋狀態(tài)，向高爐供料自動控 制系統(tǒng)反饋；
步驟五、根據(jù)控制指令參數(shù)及其高爐供料設備反饋狀態(tài)、時間參數(shù)，按上述步驟二的模 型，仿真計算物料狀態(tài)，向高爐供料自動控制系統(tǒng)反饋。進一步的，本發(fā)明還包括以下步驟
高爐供料自動控制系統(tǒng)收到所述高爐供料自動控制仿真系統(tǒng)的狀態(tài)反饋后，向所述高爐 供料自動控制仿真系統(tǒng)再次發(fā)出控制指令，
所述高爐供料自動控制仿真系統(tǒng)重復執(zhí)行所述步驟四、步驟五。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下主要的優(yōu)點
其一、目前還沒有針對高爐供料過程的仿真，各大高爐的供料自動控制系統(tǒng)均在實際生 產(chǎn)過程中進行調(diào)校、改進、完善和分析。受生產(chǎn)工況的影響，自動控制系統(tǒng)沒有機會進行充 分的分析和完善，造成自動控制系統(tǒng)穩(wěn)定性、精準度不夠，性能不完善。反過來，控制系統(tǒng) 的不完善大大影響了生產(chǎn)效率的提高，品質(zhì)的提升和資源的節(jié)約。本仿真方法提供了一種脫 離實際高爐生產(chǎn)的仿真方式，可方便地測試自動控制系統(tǒng)，不斷完善、提升控制系統(tǒng)和控制 水平。
其二、不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對具體設備運行狀態(tài)的仿真，還可實現(xiàn)對整個工藝過程，料流狀態(tài) 的仿真?？蓪μ囟ǖ墓に囘^程和狀態(tài)進行深入地分析，改進、提高工藝水平和生產(chǎn)水平。
其三、可以通過仿真方式對操作人員進行培訓。與目前各大鋼鐵企業(yè)將操作人員送往其 他高爐進行培訓的方式相比，費用大為減少，因各個高爐的工藝和控制系統(tǒng)不可能完全相同 ，采用所使用的控制系統(tǒng)的仿真方式進行培訓，針對性更強，可以人為和隨機地模擬各種故 障狀態(tài)，培訓操作人員的高效處理能力而不受實際生產(chǎn)狀態(tài)的影響，培訓效果更好。
其四、本發(fā)明可既能夠通過仿真，完全脫離實際的工藝設備，完整地模擬高爐實際的供 料工藝系統(tǒng)生產(chǎn)狀態(tài)；也能夠?qū)嶋H工藝生產(chǎn)過程進行控制，并能夠方便地在運行仿真和進 行實際工藝生產(chǎn)過程控制之間進行切換。


圖l是本發(fā)明系統(tǒng)結構圖。
圖2是本發(fā)明的高爐供料自動控制仿真系統(tǒng)構建圖。 圖3是本發(fā)明高爐供料系統(tǒng)仿真方法步驟流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。
如圖1所示，高爐供料自動控制系統(tǒng)設置外部數(shù)據(jù)交換存儲區(qū)，和外部i/o端口緩存數(shù)據(jù)
區(qū)。外部i/o端口緩存數(shù)據(jù)區(qū)用于存放高爐供料生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)和實際物理設備間的交換信號，包括高爐供料生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)向?qū)嶋H物理設備發(fā)送指令、實際物理設備向高爐供料 生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)反饋的狀態(tài)信號；外部數(shù)據(jù)交換存儲區(qū)用于存放高爐供料生產(chǎn)過程控制系 統(tǒng)和仿真系統(tǒng)間的交換信號，包括生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)向仿真系統(tǒng)發(fā)送指令、仿真系統(tǒng)向生產(chǎn) 過程控制系統(tǒng)反饋的狀態(tài)信號、模型計算出的各稱量斗的物料重量、模型計算出的料頭/料 尾的位置等各種模擬實際狀態(tài)的有關參數(shù)。
高爐供料自動控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)訪問控制功能，數(shù)據(jù)訪問控制功能，可以控制對數(shù)據(jù)存 儲區(qū)的訪問，可訪問外部I/0端口緩存數(shù)據(jù)區(qū)，或者訪問外部數(shù)據(jù)交換儲存區(qū)。當生產(chǎn)過程 控制系統(tǒng)訪問外部I/0端口緩存數(shù)據(jù)區(qū)時，即通過外部I/0端口緩存數(shù)據(jù)區(qū)向?qū)嶋H工藝設備發(fā) 送指令，并接受實際工藝設備反饋的狀態(tài)信號，可實現(xiàn)對實際工藝生產(chǎn)過程的控制；當生產(chǎn) 過程控制系統(tǒng)訪問外部數(shù)據(jù)交換儲存區(qū)時，即生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)通過外部數(shù)據(jù)交換儲存區(qū)向 仿真系統(tǒng)發(fā)送指令，并接受仿真系統(tǒng)模擬實際工藝設備反饋的狀態(tài)信號，可完全脫離實際的 工藝設備，完整地模擬高爐供料系統(tǒng)生產(chǎn)狀態(tài)。實際的高爐供料控制和進行仿真時，生產(chǎn)過 程控制功能相同的。只需通過數(shù)據(jù)訪問控制功能，訪問不同的存儲區(qū)，即可方便地實現(xiàn)生產(chǎn) 過程控制和仿真之間的切換。訪問控制調(diào)度通過可編程邏輯控制器切換數(shù)據(jù)訪問通道來實現(xiàn) ，不需要增加額外的硬件。
如圖2所示，高爐供料自動控制仿真系統(tǒng)的構建包括
(一) 建立對高爐供料設備反饋狀態(tài)模型構建
對所有高爐供料設備，逐一枚舉出其包括運行狀態(tài)、停止狀態(tài)、各種故障狀態(tài)在內(nèi)的全 部可能狀態(tài)，記作條件A1;
對所有高爐供料設備，逐一枚舉出包括運行、停止在內(nèi)的高爐供料自動控制系統(tǒng)可能對
其發(fā)出的全部指令，記作條件A2;
將條件A1和條件A2的各種可能性進行組合，并逐一推算在實際生產(chǎn)過程控制中高爐供料 設備在同等狀態(tài)下對高爐供料自動控制系統(tǒng)做出的反饋狀態(tài)，記作反饋模型A1A2。
(二) 建立高爐供料設備上的物料狀態(tài)模型，包括
其一、在稱量斗配料時段，物料在各稱量斗中的重量W (tB1) i=WtB2+GiXt1;其中，i 表示各稱量斗的編號，Gi表示各給料機的給料速率，WtB2表示放料過程結束后稱量斗內(nèi)物料的 重量，^表示配料時間；
其二、在稱量斗向皮帶上放料的時段，物料在各稱量斗中的重量w (tB2) i=WtB1-PiX
t2;其中i表示各稱量斗的編號；Pi:表示各稱量斗的放料速度；WtB1:表示配料過程結束后
稱量斗內(nèi)物料的重量；t2表示放料時間；其三、物料在皮帶上的運行時段，物料頭部在皮帶上運行位置與時間的關系函數(shù)及物料 尾部在皮帶上運行的位置與時間的關系函數(shù)
Sj (theadj) =VjXtheadj; Sj (tendj) =VjXtendj;
上述Sj (theadj)表示物料的頭部在皮帶j上的運行距離；
theadj表示物料的頭部在皮帶j上的運行時間；
Sj (tendj)表示物料的尾部在皮帶j上的運行距離；
tendj表示物料的尾部在皮帶j上的運行時間；
Vj表示皮帶j的運行速度。
如圖3所示的高爐供料系統(tǒng)仿真方法步驟流程，包括 步驟IOO、建立所有高爐供料設備的反饋狀態(tài)模型，具體包括
步驟IOI、對所有高爐供料設備，逐一枚舉出其包括運行狀態(tài)、停止狀態(tài)、各種故障狀 態(tài)在內(nèi)的全部可能狀態(tài)，記作條件Al;
步驟102、對所有高爐供料設備，逐一枚舉出包括運行、停止在內(nèi)的高爐供料自動控制 系統(tǒng)可能對其發(fā)出的全部指令，記作條件A2;
步驟103、將條件A1和條件A2的各種可能性進行組合，并逐一推算在實際生產(chǎn)過程控制 中高爐供料設備在同等狀態(tài)下對高爐供料自動控制系統(tǒng)做出的反饋狀態(tài)，記作反饋模型 A1A2。
步驟IIO、建立高爐供料設備上的物料狀態(tài)模型，包括在稱量斗配料時段，物料在各稱 量斗中的重量W (tB1) i、在稱量斗向皮帶上放料的時段，物料在各稱量斗中的重量W (tB2) i、物料在皮帶上的運行時段，物料頭部在皮帶上運行位置與時間的關系函數(shù)及物料尾部在
皮帶上運行的位置與時間的關系函數(shù):Sj (theadj) 、 Sj (tendj);
步驟120、高爐供料自動控制仿真系統(tǒng)接收到高爐供料自動控制系統(tǒng)的控制指令， 步驟130、根據(jù)控制指令參數(shù)，査找出反饋模型A1A2相應的反饋狀態(tài)，向高爐供料自動 控制系統(tǒng)反饋；
步驟140、根據(jù)控制指令參數(shù)及其高爐供料設備反饋狀態(tài)、時間參數(shù)，按上述步驟110的 模型，仿真計算物料狀態(tài)，向高爐供料自動控制系統(tǒng)反饋；然后返回步驟120。 本發(fā)明高爐供料自動控制系統(tǒng)的整體工作過程如下
操作人員通過高爐控制系統(tǒng)終端上的操作界面預先在畫面上設置供料參數(shù)，并通過畫面 上的選擇按鈕選擇是采用仿真模式還是采用生產(chǎn)模式。如果操作人員選擇仿真模式，高爐供料生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)不會對實際供料設備發(fā)出任何 指令也不接受實際的供料設備反饋的任何信號。供料過程可分為四個部分稱量、放料、上 料、裝料。
稱量生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)會根據(jù)供料參數(shù)向相應的給料機模塊發(fā)出指令啟動模擬給料機 向稱量斗內(nèi)加料；仿真系統(tǒng)根據(jù)計算模型模擬稱量斗內(nèi)重量不斷增加的過程；當達到計算值 后過程控制系統(tǒng)發(fā)出指令使仿真給料機停止運行；給料機模型仿真給料機的慣性余震，給料 機在延時一小段時間后才完全停止給料，相應的稱量斗內(nèi)重量在給料機完全停止后才停止增 加；
放料當仿真的爐頂模型發(fā)出要料信號后，仿真系統(tǒng)發(fā)出指令使相應的皮帶機模型開始 運行，相應的稱量斗閘門模型模擬閘門打開；仿真系統(tǒng)根據(jù)計算模型模擬稱量斗內(nèi)重量不斷 減少的過程，和實際過程一樣，當稱量斗內(nèi)剩有少量物料時，計算模型模擬稱量斗內(nèi)重量不 再減少，即有少量余料留在稱量斗內(nèi)。
上料當物料開始從稱量斗放到皮帶上時，仿真系統(tǒng)根據(jù)計算模型模擬相應的物料頭部 和尾部從該稱量斗所在位置開始在皮帶上運行至爐頂?shù)倪^程，中間會經(jīng)過多條轉(zhuǎn)運皮帶，仿 真系統(tǒng)計算物料在各條皮帶上的運動距離，并將數(shù)據(jù)傳給生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，最終在供料控 制系統(tǒng)終端上顯示出物料頭、尾所在位置；
裝料當物料頭部到達爐頂時，仿真系統(tǒng)根據(jù)計算模型模擬物料離開皮帶進入爐頂料罐 的過程，爐頂料罐模型模擬爐頂料罐內(nèi)物料的重量不斷增加，直到該料批全部進入爐頂料罐 ，同時仿真系統(tǒng)計算出該料批的料尾離開皮帶的尾端，并將相關數(shù)據(jù)傳給高爐供料自動控制 系統(tǒng)，在高爐供料控制系統(tǒng)終端上顯示出物料進入爐頂?shù)倪^程；
所有過程都可通過供料控制系統(tǒng)終端進行監(jiān)控，當一批物料完成稱量、放料、上料、裝 料的過程后，下一料批繼續(xù)重復稱量、放料、上料、裝料的過程。
如果操作人員選擇生產(chǎn)模式，高爐供料生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)不會對仿真系統(tǒng)發(fā)出任何指令 也不接受仿真系統(tǒng)反饋的任何信號，高爐供料生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)只對實際的供料設備發(fā)出指 令并接受實際的供料設備反饋的信號。該過程屬于現(xiàn)有技術的內(nèi)容，故不再贅述。
最后所應說明的是，以上實施方式僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較 佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術 方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明 的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種高爐供料自動控制系統(tǒng)，通過其外部I/O端口緩存數(shù)據(jù)區(qū)向高爐供料設備發(fā)出控制指令并接受高爐供料設備的狀態(tài)反饋，其特征在于，還通過其外部數(shù)據(jù)交換儲存區(qū)連接高爐供料自動控制仿真系統(tǒng)，并向高爐供料自動控制仿真系統(tǒng)發(fā)出控制指令，所述高爐供料自動控制仿真系統(tǒng)模擬出該控制指令下的包括高爐供料設備運行狀態(tài)、物料運動位置狀態(tài)的狀態(tài)反饋信號，向高爐供料自動控制系統(tǒng)反饋；所述外部I/O端口緩存數(shù)據(jù)區(qū)與外部數(shù)據(jù)交換儲存區(qū)的訪問由高爐供料自動控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)訪問切換控制，實現(xiàn)實際生產(chǎn)過程控制和仿真生產(chǎn)過程控制之間的切換。
2 根據(jù)權利要求l所述的高爐供料自動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述 高爐供料自動控制仿真系統(tǒng)運行包括以下步驟步驟一、建立所有高爐供料設備的反饋狀態(tài)模型，具體包括步驟l-l、對所有高爐供料設備，逐一枚舉出其包括運行狀態(tài)、停止狀態(tài)、各種故障狀態(tài)在內(nèi)的全部可能狀態(tài)，記作條件A1;步驟l-2、對所有高爐供料設備，逐一枚舉出包括運行、停止在內(nèi)的高爐供料自動控制系統(tǒng)可能對其發(fā)出的全部指令，記作條件A2;步驟l-3、將條件A1和條件A2的各種可能性進行組合，并逐一推算在實際生產(chǎn)過程控制 中高爐供料設備在同等狀態(tài)下對高爐供料自動控制系統(tǒng)做出的反饋狀態(tài)，記作反饋模型A1A2步驟二、建立高爐供料設備上的物料狀態(tài)模型，包括其一、在稱量斗配料時段，物料在各稱量斗中的重量W (tBl) i=WtB2+GiXtl;其中，i 表示各稱量斗的編號，Gi表示各給料機的給料速率，WtB2表示放料過程結束后稱量斗內(nèi)物料的 重量，tl表示配料時間；其二、在稱量斗向皮帶上放料的時段，物料在各稱量斗中的重量W (tB2) i=WtBl-PiXt2 ;其中i表示各稱量斗的編號；Pi:表示各稱量斗的放料速度；WtBl表示配料過程結束后稱量斗內(nèi)物料的重量；t2表示放料時間；其三、物料在皮帶上的運行時段，物料頭部在皮帶上運行位置與時間的關系函數(shù)及物 料尾部在皮帶上運行的位置與時間的關系函數(shù)Sj (theadj) =VjXtheadj;Sj (tendj) =VjXtendj;上述Sj (theadj)表示物料的頭部在皮帶j上的運行距離；theadj表示物料的頭部在皮帶j上的運行時間；Sj (tendj)表示物料的尾部在皮帶j上的運行距離；tendj表示物料的尾部在皮帶j上的運行時間；Vj表示皮帶j的運行速度。步驟三、高爐供料自動控制仿真系統(tǒng)接收到高爐供料自動控制系統(tǒng)的控制指令， 步驟四、根據(jù)控制指令參數(shù)，査找出反饋模型A1A2相應的反饋狀態(tài)，向高爐供料自動 控制系統(tǒng)反饋；步驟五、根據(jù)控制指令參數(shù)及其高爐供料設備反饋狀態(tài)、時間參數(shù)，按上述步驟二的 模型，仿真計算物料狀態(tài)，向高爐供料自動控制系統(tǒng)反饋。
3.根據(jù)權利要求2所述的高爐供料自動控制系統(tǒng)，其特征在于，還包 括以下步驟高爐供料自動控制系統(tǒng)收到所述高爐供料自動控制仿真系統(tǒng)的狀態(tài)反饋后，向所述高 爐供料自動控制仿真系統(tǒng)再次發(fā)出控制指令，所述高爐供料自動控制仿真系統(tǒng)重復執(zhí)行所述步驟四、步驟五。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高爐供料自動控制系統(tǒng)，通過其外部I/O端口緩存數(shù)據(jù)區(qū)向高爐供料設備發(fā)出控制指令并接受高爐供料設備的狀態(tài)反饋，其特征在于，還通過其外部數(shù)據(jù)交換儲存區(qū)連接高爐供料自動控制仿真系統(tǒng)，并向高爐供料自動控制仿真系統(tǒng)發(fā)出控制指令，所述高爐供料自動控制仿真系統(tǒng)模擬出該控制指令下的包括高爐供料設備運行狀態(tài)、物料運動位置狀態(tài)的狀態(tài)反饋信號，向高爐供料自動控制系統(tǒng)反饋；本發(fā)明可既能夠通過仿真，完全脫離實際的工藝設備，完整地模擬高爐實際的供料工藝系統(tǒng)生產(chǎn)狀態(tài)；也能夠?qū)嶋H工藝生產(chǎn)過程進行控制，并能夠方便地在運行仿真和進行實際工藝生產(chǎn)過程控制之間進行切換。
文檔編號C21B5/00GK101604146SQ20091030437
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月15日 優(yōu)先權日2009年7月15日
發(fā)明者葉理德, 周衛(wèi)東, 周登科, 張騁杰, 徐岸非, 菁 趙 申請人:中冶南方工程技術有限公司