一种基于加热炉钢坯加热二级控制方法及系统与流程

1.本发明属于加热炉加热技术领域，具体涉及一种基于加热炉钢坯加热二级控制方法及系统。
2.

背景技术：

3.目前，加热炉是将物料或工件加热到轧制成锻造温度的设备，在热轧带钢厂加热炉，一般均采用加热炉内钢坯温度数学模型来计算钢坯温度，钢坯温度模型计算的准确性通过埋偶实验验证，然后依据实验结果修正模型计算偏差，校正了模型计算钢温的偏差，增强的计算温度的准确性。
4.但是在现有技术中，在轧钢加热炉加热钢坯过程中，无法实现如何控制钢坯加热温度已到达最佳温度将其出炉时，同时又不产生加热过程的过度加热问题，从而达到减少燃料浪费和烧损。
5.也就是说，现目前而言，加热炉工作效率低，钢坯在加热炉的内部加热不均匀，热效率低，而且容易产生燃料浪费和以及钢坯的烧损问题。
6.因此，针对以上无法实现如何控制钢坯加热温度已到达最佳温度将其出炉时，同时又不产生加热过程的过度加热问题，从而达到减少燃料浪费和烧损。以及加热炉工作效率低，钢坯在加热炉的内部加热不均匀，热效率低，而且容易产生燃料浪费和以及钢坯的烧损问题技术问题缺陷，急需设计和开发一种基于加热炉钢坯加热二级控制方法及系统。
7.

技术实现要素：

8.本发明的第一目的在于提供一种基于加热炉钢坯加热二级控制方法；本发明的第二目的在于提供一种基于加热炉钢坯加热二级控制系统；本发明的第一目的是这样实现的：所述方法具体包括如下步骤：实时获取入炉钢坯的数据信息以及加热炉内状态数据信息；根据获取到的数据信息，实时创建在线热模拟数学模型；结合所述在线热模拟数学模型，实时调整控制加热炉内的供热温度；根据供热质量，实时生成并发送温度允许出钢信号。
9.本发明的第二目的是这样实现的：所述系统具体包括：获取单元，用于实时获取入炉钢坯的数据信息以及加热炉内状态数据信息；模型创建单元，用于根据获取到的数据信息，实时创建在线热模拟数学模型；温度调控单元，用于结合所述在线热模拟数学模型，实时调整控制加热炉内的供热温度；生成单元，用于根据供热质量，实时生成并发送温度允许出钢信号。
10.本发明通过方法实时获取入炉钢坯的数据信息以及加热炉内状态数据信息；根据
获取到的数据信息，实时创建在线热模拟数学模型；结合所述在线热模拟数学模型，实时调整控制加热炉内的供热温度；根据供热质量，实时生成并发送温度允许出钢信号，以及与所述方法相应的系统；可以实现加热炉视过程变化并确定炉子各段的最佳温度设定值，根据轧机要求，向轧机提供加热质量合格的钢坯，即用最有效的方法操作炉子，使燃料消耗最小，如此有效提高工作效率，提高安全性，同时还减少燃料浪费和减少烧损量。
11.附图说明
12.图1为本发明一种基于加热炉钢坯加热二级控制方法流程示意图；图2为本发明一种基于加热炉钢坯加热二级控制系统架构示意图。
13.具体实施方式
14.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，以便所属领域技术人员详细了解本发明，但不以任何方式对本发明加以限制。依据本发明的技术启示所做的任何变换或改进均属于本发明的保护范围。
15.以下结合附图对本发明作进一步阐述。
16.如图1所示，本发明提供了一种基于加热炉钢坯加热二级控制方法，所述方法具体包括如下步骤：s1、实时获取入炉钢坯的数据信息以及加热炉内状态数据信息；s2、根据获取到的数据信息，实时创建在线热模拟数学模型；s3、结合所述在线热模拟数学模型，实时调整控制加热炉内的供热温度；s4、根据供热质量，实时生成并发送温度允许出钢信号。
17.所述步骤实时获取入炉钢坯的数据信息以及加热炉内状态数据信息之中，还包括如下步骤：s11、预置临界钢坯数据信息和时间数据信息。
18.所述步骤根据获取到的数据信息，实时创建在线热模拟数学模型之中，还包括如下步骤：s21、生成数学模型运行周期；s22、实时计算钢坯沿加热炉长度方向运行时的断面温度。
19.所述步骤根据获取到的数据信息，实时创建在线热模拟数学模型之中，还包括如下步骤：s23、计算每一段有热量输入到炉内的控制段上烟气流量和成分。
20.所述步骤结合所述在线热模拟数学模型，实时调整控制加热炉内的供热温度之中，还包括如下步骤：s31、对钢坯的实际温度与所需最佳温度进行比较；s32、对炉子各段的设定值进行计算，并实时消除钢温曲线间的偏差；所述步骤结合所述在线热模拟数学模型，实时调整控制加热炉内的供热温度之中，还包括如下步骤：
s33、判定各段温度在设定点上的温度变化实际钢坯加热曲线与计算出来的最佳钢坯加热曲线是否相符。
21.所述各段温度在设定点上的温度变化与通过计算公式计算出来的最佳钢坯加热曲线的公式如下：
△
t=k1*e k2*
△
e k3*
△
v k4*tave k5*ez
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）其中，
△
t为各段温度在设定点上的温度变化，e为产品加权平均温度误差；
△
e为参数e从最后到过程计算周期内的变化值；
△
v为从最后到过程计算周期内，炉子实际生产率的变化值；tave 为从最后到过程计算周期内，各控制段内所有钢坯的实际平均温度的变化值；ez为沿炉子长度上所求得的最大实际误差；k1、k2、k3、k4、k5分别为常数。
22.为实现本发明方案目的，还提供一种基于加热炉钢坯加热二级控制系统，所述系统具体包括：获取单元，用于实时获取入炉钢坯的数据信息以及加热炉内状态数据信息；模型创建单元，用于根据获取到的数据信息，实时创建在线热模拟数学模型；温度调控单元，用于结合所述在线热模拟数学模型，实时调整控制加热炉内的供热温度；生成单元，用于根据供热质量，实时生成并发送温度允许出钢信号。
23.所述获取单元中，还设置有：预设模块，用于预置临界钢坯数据信息和时间数据信息；所述模型创建单元中，还设置有：第一生成模块，用于生成数学模型运行周期；第一计算模块，用于实时计算钢坯沿加热炉长度方向运行时的断面温度；第二计算模块，用于计算每一段有热量输入到炉内的控制段上烟气流量和成分；所述温度调控单元中，还设置有：第一判定模块，用于对钢坯的实际温度与所需最佳温度进行比较；计算消除模块，用于对炉子各段的设定值进行计算，并实时消除钢温曲线间的偏差。
24.所述温度调控单元中，还设置有：第二判定模块，用于判定各段温度在设定点上的温度变化实际钢坯加热曲线与计算出来的最佳钢坯加热曲线是否相符。
25.具体地，在本发明实施例中，涉及2级超级控制系统的主要功能，加热炉2级超级控制系统（rhfl2）的首要功能是视过程变化并确定炉子各段的最佳温度设定值，根据轧机要求，向轧机提供加热质量合格的钢坯。即用最有效的方法操作炉子，使燃料消耗最小。
26.加热炉2级超级控制系统的其它功能包括：提供炉内状态的实时变化图；提供炉内热工状态的实时信息；热工历史数据的记录和报告；历史报警和事件与其它计算机系统的数据交换。
27.系统功能：轧制数据输入；产品跟踪；数学模型在线热模拟；炉内各段供热量的控制；延时自动控制；出料请求和步距功能；系统事件和报告记录；历史数据的储存和报告；与其它计算机的数据交换；系统管理功能；操作接口。
28.轧机数据输入：每一块入炉钢坯的pdi信息都是从轧机2级系统输送到加热炉2级
系统，在轧机系统中由操作工手动输入这些数据。轧机操作工在一个独立的钢坯画面上输入这些信息。包含的传输数据列在接口设计说明中。
29.这些数据在钢坯入炉时由跟踪功能给定且钢坯在炉内的整个过程一直保存此数据。
30.产品跟踪：跟踪程序负责炉内状态的实时显示,装料时预置临界钢坯信息和时间数据。这些数据用于显示目标和提供给其它2级系统。
31.跟踪功能保持由1级物料处理系统（l1mhs）接收到的信息。
32.钢坯数据信息的获取：每块入炉钢坯的pdi信息都是通过轧机数据输入功能进行处理。这些数据在钢坯入炉时由跟踪系统给出并一直保存到钢坯出炉为止。
33.自动跟踪操作：跟踪事件是在l1mhs中形成的且被制作成表格形式以适应rhfl2。每个跟踪事件都用统一代号加以定义，当故障发生时，l1mhs将事件代号储存在表格中，用最新的故障代替最老的。对具有相关数值的事件保存在相对应的数据表中。配置一台指示器用于显示表格中大部份最近事件的储存位置。指示器由rhfl2定期读取-指示器指示值的变化显示有跟踪事件发生。
34.与每个跟踪故障相对应的数据在下面加以描述。可分为下列几种不同的跟踪事件：预装料操作；装料操作；步进梁操作；出料操作；异常操作；rhfl1mcs用每块钢坯唯一的顺序号保持对钢坯的跟踪。
35.预-装料操作：钢坯通过轧机控制系统被放置到将料炉门外的装料辊道上。有关这些预装料事件是从轧机系统传送到rhfl1mcs且最终到达rhfl2系统。
36.预装料用于：预装料定位；预装料修改；预装料删除。
37.预装料定位：轧机系统有一个空位以将两块短坯（4210-5230mm）定位在装料辊道上，一块在北侧，另一块在南侧。装料辊道上只可以放一块长坯（6000-10400mm）。根据钢坯长度，可以定位在中心或向北或向南侧定位。与此相关的数值是钢坯的顺序号。
38.短坯定位在南侧；短坯定位在北侧；长坯定位在南侧；长坯定位在中心；长坯定位在北侧。
39.预装料修改：一旦钢坯已经定位在装料辊道上，其数据就可以通过轧机系统进行修改。修改南侧短坯；修改北侧短坯；修改南侧长坯；修改中心长坯；修改北侧长坯。
40.预装料删除：如果一块钢坯已经从装料辊道上移走，相应的事件代号数据也将从炉子系统移走。
41.删除南侧短坯；删除北侧短坯；删除南侧长坯；删除中心长坯；删除北侧长坯。
42.装料操作：打开装料炉门，推钢机将装料辊道上的钢坯推到炉内然后关闭炉门。
43.钢坯入炉：与此事件相关的数据是推钢机前进到炉内的距离。它表明钢坯或刚才入炉钢坯的前沿位置。在接收到一个装料事件信号后，跟踪功能开始钢坯在炉内位置的跟踪。此时，热模型也将开始计算钢坯温度且钢坯在炉内整个过程中的热工数据将被定时更新。
44.步进梁操作：步进梁操作包括与钢坯在炉内运行相关的事件。包括：步进梁正循环；步进梁正循环：当步进梁机械完成一个正循环时,l1mhs就发出一个信号给rhfl2跟踪功能就根据前进距离为每块炉内钢坯增加位置。
45.步进梁逆循环：当步进梁机械完成一个逆循环时,l1mhs就发出一个信号给rhfl2。跟踪功能就根据后退距离为每块炉内钢坯减少位置。
46.出炉操作：出炉操作包括与从炉子出料区域内出钢相关的事件。对下列3种情况中的每一种都产生一个出钢事件信号：一块短钢坯从炉子北侧出炉-北侧出料；一块短钢坯从炉子南侧出炉-南侧出料；一块长钢坯从炉子双排出炉-北侧和南侧出料。
47.北侧出料：当接到一个北列出料信号时,跟踪功能将核对1级系统中出炉钢坯的序号是否与它在炉内相对应侧跟踪图中的序号相一致。若序号一致，则钢坯从炉内出炉。否则，将产生报警且无法出钢。
48.数值:plc顺序号南列出料：当接到一个南侧出料信号时,跟踪功能将核对1级系统中出炉钢坯的序号是否与钢坯在炉内南侧跟踪图中的序号一致。若序号一致，则钢坯从炉内出炉。否则，将产生报警且无法出钢。
49.北侧和南侧出料：当接到一个北侧/南侧出料信号时,跟踪功能将核对1级系统中出炉钢坯的序号是否与它在炉内北侧/南侧跟踪图中的序号相一致。若序号一致，则钢坯从炉内出炉。否则，将产生报警且无法出钢。
50.操作行为：操作工可以通过1级hmi数据输入屏幕进行手动修正。此类操作总结如下：炉内钢坯删除；炉内分布图擦掉；炉内钢坯修改；炉内钢坯插入。
51.炉内钢坯删除：此操作在1级屏幕上选择一块钢坯并将其从图中消除。2级系统也将数据从2级图中消去。
52.炉内分布图擦掉：此操作从1级图中消除所有钢坯。当2级系统接收到此事件代号时，它也清空其分布图。
53.炉内钢坯修改：此操作允许1级操作工对一块钢坯被选择的数据进行修改。2级系统也将对钢坯的存储数据作相应改变，但将对钢坯数据标上不可靠记号因此该钢坯只可手动出炉。
54.炉内钢坯插入：此操作允许1级操作工将一块全新的钢坯插到1级图中。rhfl2系统将在其分布图中作相应插入，但将对钢坯数据标上不可靠记号因此该钢坯只可手动出炉。
55.2级/1级控制系统跟踪图一致： rhfl2跟踪功能将定期核对2级控制系统图中的内容和储存于l1mhs中的分布图。l1mhs图在有偏差存在的地方被认为是控制对象。rhfl2图将被自动修正并且所作任何改变都将被记录。
56.数学模型在线热模拟：数学模型的主要目的是将炉内产品计算出的温度提供给控制逻辑功能。当炉子控制系统正在适当执行各种控制方式时，便可利用此模型。
57.通过对钢坯的实际温度与所需最佳温度进行比较，控制逻辑对炉子各段的设定值进行计算以消除该两条钢温曲线间的偏差。
58.数学模型功能的另一个目的是做适合于每块钢坯的加热记录，包括温度分布和平均温度。这些数据用于报告产品的热工状态。
59.概述：钢坯加热过程通过一个在线的直角坐标系数学模型形象地进行模拟，此数学模型计算钢坯沿加热炉长度方向运行时的断面温度。此温度分布是通过傅里叶不等式系
列对热传导用差分法求解获得的。
60.对每块钢坯，都对炉子和坯料间的热交换进行计算，它被看成是一个炉温和钢温的函数。
61.该模型理论上认为在炉子不同部件(钢坯、墙、顶、炉膛、烧嘴、烟气)间进行着热量和质量传递现象。
62.模型运行周期：除初始值系数设定工作外,整个数学模型由控制系统每150秒周期性地运行一次，该周期是与整个控制系统所选定的周期相一致的。
63.在每次计算时，模型确定从最后一次计算周期起有多少热量传到钢坯上。
64.为了确保下列条件，选择150秒的模拟时间周期：当对计算周期用平均值代替连续趋势值时，在计算循环过程中所涉及到的模拟变量最大变化不至于太大以产生严重误差。
65.计算周期时间间隔超过计算机要求完成模型运行的过程时间且在同一周期的安全极限内执行其它任务。
66.钢坯性能确定：加热炉沿炉子长度方向采用两列进行模型化。每块钢坯的温度将取决于它在炉内的位置和炉温。
67.每块钢坯加热计算所需的性能参数如下：产品尺寸；炉内位置；在计算周期前所确定的钢坯内部温度分布；最后循环结束时，钢坯中间位置处的炉温；钢坯的化学成分；装炉温度；数学模型用钢坯化学成分确定下列钢坯特性：密度；热辐射系数；碳的百分重量；依附热传导的温度图表；与焓相关的温度图表。
68.炉温分布的确定：模型用从沿炉长方向布置的热电偶读数来编制炉子热工分布图，根据此图就可计算出炉子与钢坯间的热交换。因此，对每块钢坯都能找到一个相关的炉温。
69.沿着炉长方向上计算各处炉顶和炉底的温度。在任一给定点上的温度是其周围最近的两只热电偶读数的函数。为了热电偶无信号故障引起仪表装置控制级的转变而设计此系统。任何热电偶信号的丢失都会产生报警，且在该点纵向和垂直位置上从最近的热电偶上所读取的温度将被认为是炉子两侧的代表温度。炉内同一纵向和垂直位置上两个热电偶信号都丢失将会引起仪表级的控制转变。
70.通过数学模型所作的计算：煤气理想配比计算计算每一段有热量输入到炉内的控制段上烟气流量和成分。输入到计算式的有实际空气流量，燃料流量，燃料种类和从燃料化学成分表中得出的化学计量成分数据。
71.废气资源平衡：对各个控制段所做的平衡考虑通过加热炉的烟气流量。该平衡必须结合各段当烟气从均热段向装料炉门附近的烟道移动时所测定的烟气流量。
72.氧化和脱碳冶金动力学：钢坯氧化和脱碳现象通常用氧化铁皮厚度和钢坯上下表面脱碳深度定量表示。脱碳深度定义为钢坯内部碳含量达原有碳成分95%时的厚度。
73.两个现象都是由扩散运动控制的：氧化是指在氧化层中金属粒子的扩散，脱碳是指在脱碳层内金属粒子的扩散。用一组描述氧化和脱碳扩散冶金动力学的微分方程式可近似地求出氧化和脱碳深度。氧化和脱碳的计算式是炉内气氛和钢坯成分的函数。它假定钢坯在炉子装料端的氧化和脱碳深度等于零。
74.炉子-钢坯间的热交换：模型研究模拟钢坯表面与在模拟钢坯纵向位置上内插炉温间的热交换。实际上，炉内有不同的温度要素，它们相互间以及其与钢坯间都有要进行热
交换。然而，从各段热电偶上读到的炉温代表的是火焰、炉顶、炉膛、烟气和该处钢坯间进行热交换的综合结果，它是炉子热状态的真实反应。在模型中用辐射热交换s-b法则代表从炉子到钢坯间的热交换，为了使模型较精确而采用一个恒量系数。
75.更重要的是，记住辐射不仅仅是通过机械装置进行热交换是很必要的。事实上,传递和传导现象也存在于炉子和钢坯间,尽管很少。这些次要现象对传入钢坯有效热量影响可采用适当的系数加以修正。这些值在系统启动数学模型标定时加以确定。
76.内部温度的计算：根据傅里叶方程式，钢坯内部的热扩散可分为几类，此处，钢坯的热传导率和比热是温度和钢种的函数。这些方程式必须解决边界条件如外形尺寸、钢坯入炉温度以及钢坯在模型中的起始位置，即钢坯在炉外的装料位置。以上面所提到的边界条件为前提条件，将其分解成有限的不等式，可用数字化方式求解方程式。
77.数字化求解：通过一个直角坐标系差分模型来接近钢坯内部的连续温度分布。
78.因为热传导率和比热不是常数，故由有限差分模型组成的方程组不是线性的，但它们是温度自身的函数。因此，传入表面中心点的热流是这些点表面温度的函数。
79.在经过验证的可能解决问题的方法中，选择了一种可行方法，因为它具有良好的计算稳定性和快速的特性及简单性。
80.该方法由下列基本计算步骤构成：a.计算周期的初始瞬时温度假定为在给定时间内钢温的估算值。
81.b.做燃烧计算和烟气物资平衡。
82.c.进行包括中心温度在内的计算，特别是：i.炉子-钢坯间全部热交换率的计算。
83.ii.炉子和每块钢坯各表面元素间的热流计算。
84.d.计算中心模型不同点间的平均温度下的钢坯热传导率和比热。
85.e.用gauss-seidel迭代方式解方程系。通常4次迭代就足够了。
86.f.这样计算出的结果被作为整块钢坯的新温度值并通过将其与先前的温度值加以比较进行收剑试验。
87.g.若仍未得到收剑，则回到原点重新计算是必要的，通常反复计算6或7次就可得到收剑。
88.初始值：当加热炉控制系统首次启动时，数学模型对炉内任何钢坯还没有一个详细的位置/时间/温度的历史数据。从该点起，在每个计算周期内，当这些钢坯在炉内运行且被跟踪物理和热工性能时，数学模型计算所有钢坯的修正温度。当炉子从起始处通过一个完整的钢坯热交换时，数学模型具有一个所有炉内钢坯温度的精确计算值。
89.数学模型的热态重新启动：如果重新启动模型及模型停止和恢复运行之间的任务不太大，则必须具备一个“热恢复运行”数学模型的特点。从最后的模型计算中得出的钢坯位置和温度保存到模型重新启动时为止。此特点在系统调试过程中非常有用，它很好地避免了在控制恢复前等待“炉膛装料”。
90.装料温度：钢坯装炉温度在钢坯入炉时被测定，并由位于装料辊道附近的一只光学测温仪进行测量。装料温度的测定假定整块钢坯上的温度分布一致且等于光学高温计的测量值。
91.炉内各段供热控制：“控制逻辑”功能为炉子的最佳热工控制确定出各控制段的设
定值。这是通过首次确定的炉内最佳钢温断面分布来完成的，并将其与从数学模型中得出的实际钢温断面分布进行比较，并调整设定值以消除实际和最佳加热曲线间的任何偏差以达到供热控制的目的。
92.加热炉热控制系统的任务是：向轧机提供热工和力学性能符合要求的钢坯，降低燃料消耗和氧化/脱碳损失，并且防止设备非正常起动或与炉子热状态有关的缺陷（例氧化铁皮过多、耐火材料烧坏、钢坯过热和过烧）。
93.执行这样一个控制模式的首要困难是炉内钢坯内部温度变化相当大且无法直接测量。因此，传统的控制系统是以替代参数的控制为基础，通常用各段温度和某些情况下光学测温仪测量出的钢坯表面温度来代替。
94.然而，当加热条件变化时（如装料钢坯种类，产量等）与各段炉温相关的入炉钢坯内部温度均会发生变化，因此，对于正确的设备控制，频繁调整设定值是必要的。况且，在没有长期操作数据的收集和统计分析的情况下，要确定设定值调整的多少和频率是很困难的。
95.一个非常可靠的可模拟不断变化的加热过程
ꢀ“
在线”数学模型将可以克服这些首要困难并且通过提供反馈值到实际钢坯内部温度进行闭环回路控制。
96.连续加热炉控制的第二类典型困难是在不同的控制策略间达到一个合理的平衡以将产量增加到最大，燃料消耗减到最小，提供加热合格的产品，保护预热器，减少脱碳和氧化损失等。超级控制系统所采用的控制原理包括根据特定燃料消耗采用最佳加热曲线加热钢坯，该加热曲线是离线的且受这些约束条件的限制。
97.概述：在超级加热控制下，控制逻辑功能确定炉子设定值，以最小的燃料消耗和氧化铁皮生成量为前提将入炉钢坯加热到所需的出炉温度。这是通过对特殊产品的混合，钢号和所需出炉温度等因素考虑后完成的。
98.这些最佳加热曲线以表格的形式储存在计算机内，它作为钢号，装料温度，产品尺寸和产量的函数来确定沿炉子长度方向上所需的钢坯温度。
99.当超级计算机运行时，它估计炉内钢坯的混合情况、出钢速度及所需的最终出钢温度并为每块炉内钢坯选择一条最适当的加热曲线。
100.一个在线数学模型确定炉内钢坯沿炉长方向的实际热状态。模型根据从热电偶读取的钢坯实际温度和当钢坯在炉内运行时每块钢坯的位置/时间历史记录进行计算。该“跟踪”功能同时用于核对钢号及给定区域内钢坯混合情况以便选择一条合适的最佳加热曲线。
101.一旦实际钢温和最佳钢温被确定，控制逻辑功能就调整各段设定值以消除钢坯实际温度和入炉钢坯所需热状态间的任何偏差。设定值的调整考虑：计划产量；计划与非计划延时；实际产量；实际钢温；所需钢温；最大的安全炉温梯度；这就确保炉子在最大热效率下既无过热钢坯也无低温钢坯。因为这是全在线，适时控制系统，它对操作中的任何变化都能快速反应并用最精确和有效的方式加以调整。
102.最佳加热曲线的确定：通过对各控制段设定值的适当控制，可以采用许多种加热方法来完成钢坯加热是可行的。问题在于如何从许多种可能性中选择一条最佳的钢坯加热曲线。
103.为简单起见，我们假定加热炉最佳热控制的唯一重要因素是降低燃料消耗，而不
考虑其它制约因素。据此，所采取的对策是在保证出炉钢坯温度达到加热要求的同时保持炉内钢坯温度尽可能低。
104.按此方法操作，沿炉长方向的供热几何中心将移到炉子出料末端，采用一个比较合理的煤气供热方案，从根本上降低燃料消耗。
105.此外，此操作方法将各种不希望产生的冶金现象降到最小，其动力性能受长期高温的强烈影响（例脱碳和氧化）。另外，还可确保钢坯表面温度与中心温度间温度梯度最小。这就降低了因内部温度梯度引起的热应力。因此，多数情况下，可以采用与降低燃料消耗一样的方法来减少不必要的冶金现象及因氧化而引起的烧损量。
106.对每种钢种，通过离线计算机根据产量等因素进行计算以确定最佳钢坯加热曲线。
107.最佳钢坯加热曲线以表格形式储存于数据库中。对各个控制段，桌面显示的最佳末段平均温度是作为下列因素的一个函数：钢坯尺寸；最终产品尺寸；钢坯装炉温度；产量；这些最佳温度伴随不同钢种，装炉温度及最终产品一起作为加热操作的一部份进到数据库中。它们是参考加热操作表格中所给定的一个详细的下降温度。下降温度值可以按下列描述进行调整。所作的任何调整都要加到末端目标钢坯温度上。
108.计算机控制区域的位置：上预热段；下预热段；上加热段；下加热段；上均热段北侧；上均热段南侧；火封段；下均热段北侧；下均热段中部；下均热段南侧；控制逻辑功能将炉子沿长度方向上分为3个计算机控制段；预热段；加热段；均热段；为控制目的，炉子上未点火的段被认为是预热段的一部份。
109.在沿炉子计算机控制区段上的各点，由控制逻辑功能确定最佳钢坯目标温度曲线。
110.计划产量原理：为了确保在产量改变前系统达到新的热状态，“理想”的炉子热控制应事先估计产量的变化。因此，所需最佳钢温必须通过考虑钢坯在炉内运行的速度以确保得到不同运行条件下正确加热钢坯。在该方法中，由于炉内加热不同钢种或改变轧制品种引起炉内钢坯的突然改变可以通过控制逻辑功能预测，且相应的炉子热控制可先于钢坯实际变化之前改变。
111.两组钢坯间的标准延迟时间也进入到从原始钢坯数据库中所接收到的装料信息中。
112.计划产量是根据每块钢坯在炉内运行的时间来确定的。计划步距将设定为能满足轧机限定的最低产量或加热炉限定产量（该产量是由加热炉控制系统从内在的表格中确定的）。
113.对一定数量的周期如果实际产量超过计划产量，则用实际产量确定目标钢温。如果实际产量低于计划产量，则用计划产量确定目标钢温。此方法确保了各种产量下钢坯的最终加热质量。
114.显然，当实际产量等于计划产量时，炉子热控制将是最佳的。然而，当延迟信息与轧机运行情况相符合时，该方法在满足所需最终加热质量的情况下燃料消耗最少。
115.应该注意的是计划产量仅用于确定钢坯的目标温度。在这些信息的基础上确定炉子设定值的控制方程式将与实际产量相符。
116.供热控制：如先前所提到的，供热控制涉及到实际钢坯温度分布与最佳温度的对
比和通过控制各段设定值以减少它们间的差异。
117.由控制逻辑完成的操作以下列内容为基础：由现场仪表装置直接采集的信息；由跟踪功能提供的钢坯在炉内的位置；由数学模型提供的钢坯热工和冶金条件；炉内钢坯目前的特性参数（物理性能和特定的轧制性能）；由该功能执行的任务在下列章节中有详细描述。
118.每段上产品规格的确定：这是通过检查由跟踪功能提供的炉内成份分布图来完成的。该图包括与炉内每块钢坯相对应的钢种、尺寸、温度装料、最后的产品规格等内容。每个钢种都是一组在加热过程中具有相同热工-物理特性的钢坯组成的。每块钢坯的最佳加热曲线和所需的最终加热质量都是通过检索该钢种相应的装料温度、成品规格和产量来确定。由数学模型和控制逻辑所规定的每个混合体数据都储存在磁盘中。
119.实际和计划速度的计算：加热炉计划速度是根据钢坯数据库所提供的信息确定的。实际速度用一个平均计算法则确定，该计算法是取几个运行周期内出钢速度的平均值。
120.额定生产率的确定：根据实际和计划生产率，“额定”生产率是通过计算炉内每块钢坯的大概出炉时间来确定的，优先取决于目标产品的数量和规格。当确定所需的钢坯温度的目标加热曲线时必须考虑此生产率。
121.有利的产品平均温度误差计算：最佳产品平均温度是根据以下因素来计算的，即：炉内钢坯的额定生产率、目前各段钢坯钢号、入炉温度、成品规格以及出炉时所要求的额定钢坯出炉温度以使达到出炉温度时所消耗的燃料最少。
122.各段产品加权平均温度误差（e）是通过目前各段所有钢坯的温度误差的一个平均误差来确定的。在这个关系中，每块钢坯的负载率是由其预先的加热方式确定的。
123.e=∑加热操作负载率*（最佳钢温-实际钢温）/∑加热操作负载率要求各段温度在设定点上的温度变化
△
t要使实际钢坯加热曲线与下式计算出来的最佳钢坯加热曲线相符：
△
t=k1*e k2*
△
e k3*
△
v k4*tave k5*ez
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（1）此处：e=产品加权平均温度误差（对各控制段进行估算）；
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e=参数e从最后到过程计算周期内的变化值；
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v=从最后到过程计算周期内，炉子实际生产率的变化值；tave =从最后到过程计算周期内，各控制段内所有钢坯的实际平均温度的变化值；ez=沿炉子长度上所求得的最大实际误差（所需平均温度-实际平均温度）；k1、k2、k3、k4、k5=常数。
124.对每个控制段，对包含在控制段内的每个调节段必须确定设定值的变化。每段包含两个控制段（顶部和底部）。对在特定控制段内的每个调节段的设定值的确定要考虑控制段间的所需温度差。（底部和顶部的温差）炉内每个控制段设定值的变化每150秒计算一次。对每个控制段，调整被限制在最大和最小允许设定值间，以及限制在每个计算周期内设定值所允许的最大变化内。
125.供热控制操作约束条件：这类可能发生的条件如下：控制段设定值外部特性限制；各段温度最大梯度。
126.各段设定值外部特性约束：该约束将确保各段所需设定值在规定范围内。如果控制逻辑要求的设定值大于最大允许值，为了达到炉子和钢坯的热工特性需要限制设定值。
127.同样，也要限制各段最小温度以确保炉子温度维持在一个最小的安全温度上，并与钢坯目标温度相符。
128.各段温度梯度：由控制逻辑完成的一个附加控制效果是控制各段温度允许的最大温度梯度。该控制功能用于防止炉温剧烈上升和下降而损坏炉体耐火材料。
129.延时自动控制：“延时对策”被定义为因任何原因引起炉内钢坯停止运行时对钢坯温度采取的特殊控制。该控制功能是通过控制炉子各段设定值来完成的，以降低燃料消耗和减少延时过程中氧化铁皮量。
130.启动延时策略有两种方式：计划延时或非计划延时。计划延时是指已经计划好的或出完规定的钢坯后将要发生的延时。它们通常是由计划检修工作（如换辊）组成的。非计划延时是指那些因意外事故而引起的，该意外故障已引起停炉操作。
131.计划/非计划延时：如概述中所定义，有两种基本的延时类型：计划/非计划延时。
132.在计划延时中，何时开始延时是预先确定了的（例：特定钢坯出炉前的计划换辊）。计划延时信息（产品的id代码和时间）可输入钢坯数据库或在装料信息库中接收到。对一块特定的钢坏，由加热炉控制系统收到的最后延时信息将被认为是最主要的计划。对非计划延时，不可预见的因素将会引起突然性延时（停炉）。控制逻辑检测出在规定时间内没有钢坯出炉，根据该信息控制逻辑将通知操作工即将发生非计划延时并请求所需延时时间。
133.对计划和非计划延时而言，所需延时时间的长短无法精确规定。为了适应此情况，当延时时间快结束时，系统将通知操作工延时时间很快结束。
134.操作：加热炉控制逻辑是根据正常操作设定相同的基本原理来运行的。但是，所需钢温与正常操作时的计算值相比较要低些。
135.对计划延时情况，设定值的调整是事先已知的。在延时发生前，控制逻辑通过降低加热段的目标钢温以便从预热段起逐步减少各段供热量。
136.对非计划延时情况，是在延时发生时才知道延时信息的。由于这个原因，目标钢温只有在人为输入延时信息后才会降低。然而即使延时信息未输入，逻辑控制系统也将会降低炉温设定值，因为如果炉子供热量不减少，按照正常加热曲线运行钢坯温度就会过高。炉子将进入一个“保温”模型，一旦恢复正常生产它就立即退出此模型。
137.对计划和非计划延时而言，钢温设定值的降低取决于延时时间长短和当炉子恢复到工作温度时钢坯和耐火材料所能承受的最大温度梯度。此温降是在现场调节的且可设定对目标钢坯温度产生最大或最小影响，并不断调整各段温度设定值。
138.在规定的恢复时间之前，炉子自动回到“正常操作”条件下。延时结束时，钢温已升高到所需的出钢温度。
139.出料请求/速度功能：当产品在出钢位置上已达到所需加热质量并准备好出钢时，出钢请求功能就发出一个温度允许出钢的信号。该功能也决定炉子的最大生产率，在此生产率下，在保证炉内钢坯所需加热质量的同时炉子能正常运行。最大生产率显示在hmi上以便炉子操作工察看。
140.当炉子在自动出钢方式下运行时，出钢允许信号可连结到1级出钢逻辑上。
141.系统事件/报警记录：加热炉控制系统将保存一份已经被软件系统检测到的报警情况历史记录。这些状态将包括相关过程的问题和状态如“2级系统可用于3段”。故障发生的日期和时间在发出信息任务名称之前就已被打印。一个预计的最大数量的故障/报警极限将由rhf2进行储存。
142.rhf2级hmi提供报警显示功能的部份将在下文中加以描述：c-1091-a02人-机接口
功能说明。
143.历史数据的储存和报告：tot累计仪的任务是负责那些用于编制生产报告的数据存档。
144.下列报告由2级控制系统rhf提供：钢坯资料报告；主题图形报告；逐月燃料用量和生产总结；当日生产报告；月度生产报告；年度生产报告；每班加热质量报告。
145.与其它计算机系统的数据交换：2级超级控制系统与其它计算机系统进行数据交换。这些系统包括：加热炉1级物料控制系统（rhfl1mcs）；加热炉1级燃烧控制系统（rhfl1ccs）；2级轧机计算机系统（其它方供）；2级超级控制系统与其它计算机系统相关的详细信息可在下文中找到。
146.c-1091-a03接口设计功能说明系统管理功能：用于软件开发和控制的系统管理设备是与系统一起由itam提供的。用于启动和停止系统任务和观看系统状态的设备和程序是与rhfl2一起提供。所有用于正常操作的rhfl2程序将根据清除和存入到计算机中的情况自动启动。监视功能也将自动恢复已停止的系统任务。
147.在正常系统运行条件下不要求操作工介入以维持系统任务执行状态。提供一个允许对参数进行调整的系统维护设施和其它功能。
148.维护和调准设施：下列设施仅由系统著作者个人使用。
149.维护和调准设施程序是通过运行mtc.exe或通过从桌面“mtc”上移动图标来调用的。维护显示菜单屏包括对下列每个显示内容的一套选择控制。操作者可用鼠标选择一个控制。
150.系统管理：加热操作数据；控制逻辑调整；热工分布调节；这些显示中的每一个内容都在下面加以描述。
151.系统管理：系统管理显示器能使系统自身改变2级rhf系统用户信息。该显示用于修改hmi用户名和密码。
152.加热操作数据：加热操作显示能使系统自身进行查看和编制200种可能的加热操作方法中的一种。一种加热操作包含下列数据：在不同生产率下，产品在出料端的目标温度。为便于索引的一种加热操作号码。用于确定钢坯在块定一段温度时重要性的优先号码（1到100）。通过自适应反馈功能达到初轧目标温度。将钢坯加热到所需出钢温度所需的最短停留时间；一份描述加热操作的说明。
153.控制逻辑调节：控制逻辑显示器能使系统自身查看和通过控制逻辑功能编制可调变量。这些值将影响炉子各段的加热情况。
154.比例常数——用于根据有利的钢坯平均偏差计算各段温度设定值的变化。
155.导数常数——用于根据当前的比例值和以前的比例值之间的差值计算各段温度设定值的变化。
156.速率常数——用于根据目前炉子速率和以前的速率间的差值计算各段温度设定值的变化。
157.冷态波动常数——用于根据各段内温度最低的钢坯的温度偏差值计算各段温度设定值的变化。
158.最大sp增量——各段温度设定值允许的最大上升速度。
159.最大sp减量——各段温度设定值允许的最大下降速度。
160.最大延时斜率——当计划延时对各段产生影响时，各段温度设定值变化的速率。
161.热量分布调整：模型调整显示器使操作工可以根据热电偶读数来观察和编辑用于确定沿炉子长度方向温度分布的变量。
162.操作接口：2级rhfl2操作接口是在一个pc键盘上实现的并包括所有用来操作和护2级控制系统的显示器和所需数据输入功能。
163.硬件：下面是包含在2级超级控制系统计算机中的主要硬件部件的一份清单：带512kb存储器的500-mhz pentium
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cpu；128mb ram；20-gbyte 硬驱；19
″
svga彩色监视器；用于备份文件的250mb zip驱动器；1.44mb 软驱；键盘，鼠标48xcd-rom；10/100 以太网卡。
164.软件：下面是包含在2级超级控制系统计算机中的一份软件清单：microsoft visual studio 6.0,professional edition；1级接口软件—由技术员编写的opc 客户软件；轧机接口软件—由技术员编写的tcp/ip 客户软件；2级超级控制系统在microsoft nt workstation 4.0版的操作系统下运行。初级软件开发是用microsoft visual c/c 编写的；hmi软件开发是用microsoft visual basic professional edition编写的。