面向焙烧炉群的温度协同控制系统的制作方法
本发明涉及焙烧炉控制，更具体地，本发明涉及面向焙烧炉群的温度协同控制系统。
背景技术：
1、碳素制品的品质高度依赖于焙烧工序中沥青挥发、聚合与炭化的温度历程曲线。现代碳素企业通常采用环式焙烧炉群进行连续化生产，一组炉群由数十个炉室按火焰系统串联，通过火道内燃气燃烧对填充在料箱中的生坯进行梯度升温，形成预热、加热、保温、冷却的移动火焰段，整个工艺周期长达数百小时。
2、现有焙烧炉群的温度控制通常采用分布式pid回路，即每个炉室或每个火道独立部署温度采集点与燃气阀门执行器，控制器根据当前测点温度与工艺曲线设定值之间的偏差调节燃气流量与负压，从而使各火道温度沿工艺曲线稳步爬升；上位机通过scada系统汇总各炉室实时温度并按预设的换火周期整体推进火焰系统，实现火焰段在炉群中的顺序移动。
3、然而，相邻炉室共用火道墙与烟道，上游炉室释放的挥发分可直接沿火道气流进入下游炉室并在其中二次燃烧放热，各炉室之间存在不可忽视的热量窜流影响。当上游预热段炉室因生坯含沥青量偏高而在某一升温窗口内爆发性析出挥发分时，这些挥发分会随火道气流进入下游加热段炉室并二次燃烧放热，使下游炉室火道温度在极短时间内出现远超pid可调节速率的正向温升脉冲；而下游炉室的独立pid回路在感知到超温后只能被动关小本炉室燃气阀，无法反向抑制真正的热源，最终导致下游料箱局部出现超过工艺上限的温度尖峰，造成阳极块表面裂纹、体积密度不均等废品缺陷。这一挥发分窜流引发的跨炉室热扰动在传统单炉独立pid架构下始终无法被提前识别与协同压制。
技术实现思路
1、为了解决现有分布式pid控制架构无法提前识别并协同压制上游挥发分窜流引发的下游炉室温度脉冲的现有技术问题，本发明提供一种面向焙烧炉群的温度协同控制系统。
2、本发明提供一种面向焙烧炉群的温度协同控制系统，包括：热力场重构模块，用于采集焙烧炉群各炉室的火道温度与含氧量，在炉室维度上沿火焰推进方向排列，重构随火道气流方向展开的热力场剖面，并在热力场剖面上识别火焰锋面以获取各炉室当前的温度偏差；窜流前馈模块，用于基于上游炉室的火道温度与含氧量，计算上游炉室的挥发分释放指示量，并将各上游炉室的挥发分释放指示量沿气流方向按炉室间距加权累加，推演作用于下游炉室的窜流热扰动前馈量；协同控制模块，用于将窜流热扰动前馈量通过折算系数注入比例项与积分项的偏差计算中，并保持微分项对温度偏差的依赖，构建前馈补偿型串级协同控制律，以计算下游炉室的燃气阀开度；参数更新模块，用于在每次换火动作触发时，将挥发分释放指示量与折算系数沿炉室编号进行滚动移位，以随换火周期滚动更新协同参数。
3、通过将同一火焰系统内各炉室的实测温度统一纳入热力场剖面框架，在下游炉室温度测点尚未响应之前定量估算即将抵达的窜流热量规模，进而从控制结构层面实现对窜流热扰动的提前压制，使下游料箱温度尖峰在超出工艺上限之前得到有效抑制。
4、优选的，所述热力场重构模块包括：矩阵构建单元，用于按固定采样周期读取各炉室的火道温度与含氧量，形成以炉室编号为行、以火道深度为列的二维温度矩阵；剖面生成单元，用于将当前处于同一火焰系统内的至少两个相邻炉室视为一个整体，把二维温度矩阵在炉室维度上沿火焰推进方向排列，最终得到随火道气流方向展开的热力场剖面。
5、优选的，所述热力场重构模块还包括：锋面识别单元，用于在热力场剖面上识别出温度梯度最大的位置作为火焰锋面；偏差获取单元，用于将火焰锋面上下游各炉室的实测温度与工艺曲线在对应火焰段位置的设定值进行逐点比对，最终得到各炉室当前的温度偏差。
6、优选的，所述窜流前馈模块包括：裕量计算单元，用于判断上游炉室的火道温度是否处于析出敏感窗口内，获取火道温度超出析出敏感窗口下沿的超出量作为温度裕量；耗氧强度单元，用于计算含氧量相对于空烧标定基线的下降量作为烟道耗氧强度；指示量生成单元，用于将温度裕量与烟道耗氧强度相乘，最终得到上游炉室的挥发分释放指示量。
7、通过构造仅依赖火道温度与烟道含氧量两类客观可测量的挥发分释放指示量，在下游炉室温度测点尚未响应之前就能定量估算出即将抵达的窜流热量规模，为后续控制律的前馈补偿提供了物理上有据可查的输入信号。
8、优选的，所述窜流前馈模块还包括：距离获取单元，用于获取上游炉室到下游炉室沿火道的物理距离前馈推演单元，用于根据火焰系统当前的火道气流走向，将各上游炉室的挥发分释放指示量除以物理距离进行加权累加，最终得到作用于下游炉室的窜流热扰动前馈量。
9、优选的，所述协同控制模块包括：虚拟偏差单元，用于将温度偏差减去折算系数与窜流热扰动前馈量的乘积，得到虚拟正向温度偏差；控制律构建单元，用于将虚拟正向温度偏差作为比例项与积分项的输入，并将原始的温度偏差作为微分项的输入，最终构建前馈补偿型串级协同控制律。
10、通过将窜流热扰动前馈量嵌入比例项与积分项的偏差计算，等效于让控制器预先感知到一个虚拟的正向温度偏差，从而在真实温升脉冲抵达前就主动关小本炉室燃气阀，为即将注入的窜流热量预留吸收空间。
11、优选的，所述协同控制模块还包括：回归样本单元，用于以截至当前换火动作之前最近连续个已完成换火周期的上游挥发分释放指示量峰值与对应下游温度偏差峰值的配对记录作为回归样本，其中，为预设正整数；系数更新单元，用于采用滑动窗口最小二乘法计算当前回归斜率，并赋值给折算系数。
12、优选的，所述协同控制模块还包括：窜流上限判断单元，用于判断下游炉室的窜流热扰动前馈量是否超过预先根据对应炉室当前所处火焰段的工艺曲线设定的窜流热扰动前馈上限；协同约束单元，用于若超过窜流热扰动前馈上限，则以窜流热扰动前馈量超出窜流热扰动前馈上限的超出量与窜流热扰动前馈上限之比作为回收比例，将上游炉室的燃气增量按回收比例削减，以对上游炉室的燃气阀开度施加协同约束。
13、优选的，所述参数更新模块包括：窗口修正单元，用于对于新加入火焰系统的预热段炉室，读取生坯批次与沥青含量信息以调取析出敏感窗口初值，并以实测烟道含氧量开始持续下降时对应的炉室温度修正析出敏感窗口下沿、以含氧量下降速率回落至判定阈值时对应的炉室温度修正析出敏感窗口上沿，完成窗口边界的自适应修正；台账归档单元，用于对于退出火焰系统的冷却段炉室，将其记录的挥发分释放指示量峰值与对应下游温度偏差峰值配对存入历史台账；滚动移位单元，用于将维护的挥发分释放指示量与折算系数沿炉室编号进行滚动移位，最终随换火周期滚动更新协同参数。
14、通过在每次换火动作时同步完成协同参数的滚动移位以及新入炉室析出窗口的批次自适应修正，使协同控制律能够随当前炉室组合及生坯批次特性进行适应性调整，提高对连续生产工况变化的适配性，从而降低静态参数配置在多批次连续生产中因工况漂移而逐渐失效的风险。
15、优选的，面向焙烧炉群的温度协同控制系统还包括协同控制主机、现场总线、多支铠装热电偶、负压传感器与烟气含氧量传感器；
16、铠装热电偶沿各炉室火道的深度方向布置，负压传感器与烟气含氧量传感器设置于共用烟道汇入口，协同控制主机通过现场总线与铠装热电偶、负压传感器及烟气含氧量传感器相连，并按固定采样周期读取各炉室的火道温度、烟道负压与含氧量。
17、通过采用上述技术方案，本发明将热力场重构模块、窜流前馈模块、协同控制模块与参数更新模块部署于协同控制主机中，由协同控制主机加载并执行各模块对应的处理逻辑，从而构成一套可直接应用于焙烧炉群现场的温度协同控制系统，方便使用。
18、本发明具有如下有益效果：
19、本发明将焙烧炉群相邻炉室的火道温度重构为随火焰段展开的热力场剖面，识别出上游预热段挥发分析出后随气流窜入下游并二次燃烧放热的规律，构造出仅依赖火道温度与烟道含氧量客观量的挥发分释放指示量与前馈热扰动量。
20、进一步地，本发明在传统pid控制律中引入前馈补偿项并对上游炉室施加协同约束，使下游炉室能够在窜流热量抵达之前主动关小燃气阀预留吸收空间，实现了针对上游挥发分窜流引发下游温度脉冲这一核心痛点的有效控制。