一种基于传感器网络的自动化热处理设备能耗优化方法与流程

本发明涉及设备能耗优化，具体涉及一种基于传感器网络的自动化热处理设备能耗优化方法。

背景技术：

1、渗碳炉、渗氮炉等自动化热化学热处理设备是装备制造领域的核心工艺装备，同时也是工业领域典型的高能耗长周期运行设备，其能效水平直接影响热处理行业的绿色低碳转型进程。

2、当前行业内热处理设备的余热回收利用存在突出短板：渗碳、渗氮炉尾气、炉壁散热的余热回收系统行业应用率极低，大量中高温余热未经回收直接排放，能源浪费问题显著；而已部署余热回收装置的设备，普遍存在工况匹配度低的技术缺陷，实际热回收效率不足，远低于设计标称值，回收热量的品质与稳定性不足，无法有效应用于工件预热、工艺气体预热或厂区供热等场景，设备的节能潜力未能得到充分释放。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于传感器网络的自动化热处理设备能耗优化方法，解决以下技术问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种基于传感器网络的自动化热处理设备能耗优化方法，包括以下步骤：

4、步骤s1：在各个热处理设备之间建立温度传感网络，所述温度传感网络实时获取各热处理设备的炉膛温度、尾气排放温度，得到设备温度数据；

5、步骤s2：获取待处理工件的全部工序，并获取各工序所需的温度区间，将两两之间温度区间的重叠度高于预设重叠度阈值的若干工序，记为一组温度等级工序，并建立工序温度映射表；基于所述工序温度映射表，生成初始设备调度计划；

6、步骤s3：各热处理设备运行所述初始设备调度计划，根据所述设备温度数据，实时获得炉温波动指数和尾气温度波动指数，将所述炉温波动指数和尾气温度波动指数与预设的炉温波动阈值和尾气温度波动阈值进行对比，根据对比结果，生成修正后的设备调度计划；

7、步骤s4：根据所述设备温度数据，生成余热回收控制参数，各个热处理设备执行所述余热回收控制参数和设备调度计划，以完成余热回收。

8、作为本发明进一步的方案：所述热处理设备包括渗碳炉、渗氮炉和高温回火炉，所述待处理工件为需要被热处理设备进行加热处理的工件。

9、作为本发明进一步的方案：两个温度区间的重叠度的获得过程包括：

10、对于任意两个温度区间，将两个温度区间分别记为[t1min，t1max]和[t2min，t2max]，获取t1min和t2min之间的较大者作为重叠下限，并获取t1max和t2max之间的较小者作为重叠上限；当所述重叠上限大于所述重叠下限时，获取所述重叠上限与重叠下限的差值，并将所述差值除以较小区间跨度，得到比值，将所述比值记为两个温度区间之间的重叠度，其中，所述较小区间跨度为|t1min-t1max|与|t2min-t2max|之间的较小者；当所述重叠上限小于或等于所述重叠下限时，将两个温度区间之间的重叠度直接0。

11、作为本发明进一步的方案：所述工序温度映射表的建立过程包括：

12、创建一个空白的工序温度映射表，遍历待处理工件的全部工序，对于遍历的任一工序，判断所述工序是否被标记为属于任一组温度等级工序；若所述工序已被标记为属于任一组温度等级工序，则将所述工序与其所属的温度等级工序相关联；若所述工序未被标记为属于任一组温度等级工序，则新建一组温度等级工序，将所述工序加入新建的温度等级工序，并将所述工序与新建的温度等级工序相关联；由各工序及其关联的温度等级工序，得到工序温度映射表。

13、作为本发明进一步的方案：所述初始设备调度计划的生成过程包括：

14、将属于同一组温度等级工序的若干待处理工件分配至同一个生产批次，并获取同一组温度等级工序的各待处理工件的温度区间，获取全部温度区间的交集，作为生产批次的运行温度区间；则在生产批次内，各热处理设备投入的待处理工件均属于同一温度等级工序，且各热处理设备的炉膛温度维持在所述运行温度区间内。

15、作为本发明进一步的方案：所述炉温波动指数和尾气温度波动指数的获得过程包括：

16、设定时间段阈值，根据所述设备温度数据，得到在时间段阈值内的炉膛温度序列和尾气排放温度序列；分别获取所述炉膛温度序列和尾气排放温度序列的标准差，并分别记为炉温波动指数和尾气温度波动指数。

17、作为本发明进一步的方案：修正后的设备调度计划的生成过程包括：

18、当所述炉温波动指数超过预设的炉温波动阈值，或所述尾气温度波动指数超过预设的尾气温度波动阈值时，确定热处理设备正在运行的温度等级工序，记为当前运行温度等级；从所述初始设备调度计划中提取尚未入炉的待处理工件，并根据所述初始设备调度计划，得到各待处理工件的入炉顺序，得到待入炉工件序列；在所述待入炉工件序列内检索是否存在属于所述当前运行温度等级的待处理工件，若存在，则将待处理工件记为提前入炉工件，并将提前入炉工件的入炉时间提前至当前时刻；则将提前入炉工件插入所述初始设备调度计划中，并相应的顺延后续的待处理工件的入炉时间，得到修正后的设备调度计划；若不存在提前入炉工件，则维持当前的炉膛温度不变。

19、作为本发明进一步的方案：所述余热回收控制参数的生成过程包括：

20、在所述设备温度数据中，提取各热处理设备在当前正在运行的温度等级工序所对应的炉膛温度值和尾气排放温度值，并将所述炉膛温度值和尾气排放温度值，记为当前余热表征参数；根据所述当前余热表征参数，得到换热介质目标流量和换热器目标运行频率，将所述换热介质目标流量和换热器目标运行频率记为余热回收控制参数。

21、本发明的有益效果：

22、针对现有热处理炉群余热回收普及率低、工况匹配度差、实际回收效率不足的行业痛点，本发明通过同温度等级工序集中排产，从源头减少炉体因工序切换产生的大幅升降温过程，显著降低升降温阶段的无效热损耗；同时使炉温长期维持在稳定温度窗口，为余热回收提供品位恒定的热源基础，从根源改善余热回收的工况适配性；本发明还依托温度传感网络实现全炉群热状态实时感知，结合炉温与尾气温度波动指数动态监测，通过调度计划动态修正抑制温度趋势性漂移，既保障工艺温度稳定性、降低产品质量波动风险，又持续维持余热输出平稳，避免余热参数大幅波动导致的换热效率衰减；基于实时温度数据联动调节余热回收系统运行参数，使换热工作点与当前余热品位精准匹配，有效提升余热回收系统实际运行效率；回收热量可直接用于工件预热、工艺气体预热与厂区供热，实现能源梯级利用，显著降低炉群综合能耗与生产用能成本；此外，本发明方案无需对设备本体与余热回收装置进行硬件升级，仅通过调度优化与控制逻辑联动即可落地，改造成本低、适配性强，可广泛应用于渗碳炉、渗氮炉、高温回火炉组成的热处理产线。

1.一种基于传感器网络的自动化热处理设备能耗优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于传感器网络的自动化热处理设备能耗优化方法，其特征在于，在步骤s1中，所述热处理设备包括渗碳炉、渗氮炉和高温回火炉，所述待处理工件为需要被热处理设备进行加热处理的工件。

3.根据权利要求1所述的一种基于传感器网络的自动化热处理设备能耗优化方法，其特征在于，在步骤s2中，两个温度区间的重叠度的获得过程包括：

4.根据权利要求1所述的一种基于传感器网络的自动化热处理设备能耗优化方法，其特征在于，在步骤s2中，所述工序温度映射表的建立过程包括：

5.根据权利要求1所述的一种基于传感器网络的自动化热处理设备能耗优化方法，其特征在于，在步骤s2中，所述初始设备调度计划的生成过程包括：

6.根据权利要求1所述的一种基于传感器网络的自动化热处理设备能耗优化方法，其特征在于，在步骤s3中，所述炉温波动指数和尾气温度波动指数的获得过程包括：

7.根据权利要求1所述的一种基于传感器网络的自动化热处理设备能耗优化方法，其特征在于，在步骤s3中，修正后的设备调度计划的生成过程包括：

8.根据权利要求1所述的一种基于传感器网络的自动化热处理设备能耗优化方法，其特征在于，在步骤s4中，所述余四热回收控制参数的生成过程包括：