黄磷炉电极的控制方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种黄磷炉电极的控制方法及装置，所述黄磷炉电极的控制方法首先能够获取黄磷炉的电极的运行参数，然后根据获取得到的电极的运行参数以及预设的电极升降模糊控制算法确定所述电极的控制输出量，最后根据确定的电极的控制输出量对所述电极进行自动的升降控制，从而实现了对黄磷炉的电极升降的自动控制。而且，该控制过程依据的控制输出量是基于黄磷炉的电极在运行过程中的实时运行参数确定的，不受相关运行人员的操作经验影响，因此，能够保证较高的实时性和准确性。
【专利说明】黄磷炉电极的控制方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及自动控制【技术领域】，更具体的说，是涉及一种黄磷炉电极的控制方法
及装置。
【背景技术】
[0002]电热法生产黄磷的三相黄磷炉，通过三相六根电极做功将电能转化为热能为黄磷生产的化学反应提供能量。
[0003]黄磷炉的电极系统是一个不对称的三相负载，该电极系统存在零点漂移的现象，其中任何一相的阻抗发生变化，不仅会对本相的电流产生影响，而且会对其他两相的电流产生影响。在黄磷炉的电极系统中，三相电流之间存在非线性的耦合关系。工作过程中，各个电极之间的回路阻抗不仅取决于电极在黄磷炉中的深度位置，而且还与黄磷炉中的炉料的物理化学性质相关，且炉料的物理化学性质在冶炼过程中也会不断的变化。因此，为了保证黄磷的生产效率及质量，在黄磷炉工作过程中，需要根据黄磷炉内电极的实际运行参数对各个电极进行升降调节。
[0004]现有技术中，仍采用人工手动调节电极升降的方法来调节黄磷炉中的各个电极。操作人员在调节黄磷炉的电极升降的过程中，也是根据以往的经验做出对黄磷炉的电极的升降以及变化量的调整的决定。但是，采用人工方式调节黄磷炉的电极升降，经常会发生因电极调节不及时或调节幅度不合适而导致的电极做功不稳定、黄磷生产能耗高且黄磷成品质量差的问题。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供了一种黄磷炉电极的控制方法及装置，以克服现有技术中由于采用人工方式调节黄磷炉电极而导致的黄磷生产能耗高且成品质量差的问题。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0007]一种黄磷炉电极的控制方法，包括:
[0008]获取黄磷炉的电极的运行参数；所述运行参数包括电极电流和/或电极电压；
[0009]根据所述运行参数以及预设的电极升降模糊控制算法确定所述电极的控制输出量;
[0010]根据所述电极的控制输出量对所述电极进行升降控制。
[0011]可选的，所述根据所述运行参数以及预设的电极升降模糊控制算法确定所述电极的控制输出量，包括:
[0012]根据所述运行参数以及电极参数设定值确定所述电极的电流偏差和电流偏差变化率；
[0013]分别对所述电流偏差、所述电流偏差变化率以及设定的控制输出量进行模糊化处理，得到模糊变量偏差、模糊变量偏差变化率和模糊变量控制输出量；
[0014]分别确定所述模糊变量偏差、模糊变量偏差变化率和模糊变量控制输出量的隶属度函数；
[0015]根据所述模糊变量偏差的隶属度函数和所述模糊变量偏差变化率的隶属度函数确定所述电极的控制规则；
[0016]根据所述控制规则确定所述控制输出量的量化等级；
[0017]将所述控制输出量的量化等级转换为实际的控制输出量。
[0018]可选的，在所述根据所述运行参数以及预设的电极升降模糊控制算法确定所述电极的控制输出量后，还包括:
[0019]对所述电极的输出控制量进行补偿修正。
[0020]可选的，所述对所述输出控制量进行补偿修正，包括:
[0021]根据与所述电极存在耦合关系的其他电极的输出控制量对所述电极的输出控制量进行补偿修正。
[0022]可选的，在对所述电极进行升降控制的过程中，还包括:
[0023]监控系统中的异常情况，并在系统中存在异常情况时，根据异常情况类型进行相应的控制处理。
[0024]可选的，所述在系统中存在异常情况时，根据异常情况类型进行相应的控制处理，包括:
[0025]在所述异常情况为电极的电压或电流超过设定上限或下限时，控制所述电极停止执行升降控制指令；
[0026]在所述异常情况为电极的位置已达到最高位移位置时，控制所述电极停止执行上升控制指令；在电极的位置已达到最低位移位置时，控制所述电极停止执行下降控制指令；
[0027]在所述异常情况为电极不满足执行升降控制指令的条件时，对与所述电极具有耦合关系的电极进行相应的升降控制。
[0028]一种黄磷炉电极的控制装置，包括:
[0029]参数获取模块，用于获取黄磷炉的电极的运行参数；所述运行参数包括电极电流和/或电极电压；
[0030]输出量确定模块，用于根据所述运行参数以及预设的电极升降模糊控制算法确定所述电极的控制输出量；
[0031 ] 电极控制模块，用于根据所述电极的控制输出量对所述电极进行升降控制。
[0032]可选的，所述输出量确定模块包括:
[0033]基础量获取模块，用于根据所述运行参数以及电极参数设定值确定所述电极的电流偏差和电流偏差变化率；
[0034]模糊处理模块，用于分别对所述电流偏差、所述电流偏差变化率以及设定的控制输出量进行模糊化处理，得到模糊变量偏差、模糊变量偏差变化率和模糊变量控制输出量;
[0035]隶属度函数确定模块，用于分别确定所述模糊变量偏差、模糊变量偏差变化率和模糊变量控制输出量的隶属度函数；
[0036]规则确定模块，用于根据所述模糊变量偏差的隶属度函数和所述模糊变量偏差变化率的隶属度函数确定所述电极的控制规则；[0037]量化等级确定模块，用于根据所述控制规则确定所述控制输出量的量化等级；
[0038]输出量确定子模块，用于将所述控制输出量的量化等级转换为实际的控制输出量。
[0039]可选的，还包括:
[0040]补偿修正模块，用于在所述输出量确定模块确定了所述电极的控制输出量后，对所述电极的输出控制量进行补偿修正。
[0041]可选的，还包括:
[0042]监控模块，用于监控系统中的异常情况，并在系统中存在异常情况时，根据异常情况类型进行相应的控制处理。
[0043]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明实施例公开了一种黄磷炉电极的控制方法及装置，所述黄磷炉电极的控制方法首先能够获取黄磷炉的电极的运行参数，然后根据获取得到的电极的运行参数以及预设的电极升降模糊控制算法确定所述电极的控制输出量，最后根据确定的电极的控制输出量对所述电极进行自动的升降控制，从而实现了对黄磷炉的电极升降的自动控制。而且，该控制过程依据的控制输出量是基于黄磷炉的电极在运行过程中的实时运行参数确定的，不受相关运行人员的操作经验影响，因此，能够保证较高的实时性和准确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0044]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0045]图1为本发明实施例公开的黄磷炉电极的控制方法的流程图；
[0046]图2为本发明实施例公开的确定电极的控制输出量的流程图；
[0047]图3为本发明实施例公开的另一个黄磷炉电极的控制方法的流程图；
[0048]图4为本发明实施例公开的黄磷炉电极的控制装置的结构示意图；
[0049]图5为本发明实施例公开的输出量确定模块的结构示意图；
[0050]图6为本发明实施例公开的另一个黄磷炉电极的控制装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0051]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0052]图1为本发明实施例公开的黄磷炉电极的控制方法的流程图，参见图1所示，所述方法可以包括:
[0053]步骤101:获取黄磷炉的电极的运行参数；
[0054]其中，所述运行参数可以包括但不限定为电极电流和/或电极电压，例如，所述运行参数还可以包括电极位置信息，所述电极位置信息能够直接体现所述电极当前所处的位置，确定所述电极在所述黄磷炉中的炉料里的插入深度。由于一般情况下，电极在运行过程中的功率是稳定不变的，因此，在确定了所述电极上的电流后，就能够确定所述电极上的电压，同理，如果确定了所述电极上的电压，就能够确定所述电极上的电流。
[0055]需要说明的是，黄磷炉中包括三相共六个电极，本发明实施例公开的黄磷炉的电极控制方法是针对黄磷炉中六个电极中的一个来实现的，但是，对于每一个电极，都可以采用本发明实施例公开的黄磷炉电极的控制方法来实现自动升降控制。黄磷炉中的六个电极在炉料中的深浅位置也可以是不同的。
[0056]步骤102:根据所述运行参数以及预设的电极升降模糊控制算法确定所述电极的控制输出量；
[0057]其中，所述预设的电极升降控制模糊算法可以依据黄磷炉电极电流的动态影响关系设定。步骤102中，可以将所述运行参数，例如电极电流，作为基础量，引入所述预设的电极升降模糊控制算法中，并经过计算得到所述电极的控制输出量。
[0058]步骤103:根据所述电极的控制输出量对所述电极进行升降控制。
[0059]可以通过所述黄磷炉原有的控制系统对所述电极进行升降控制。
[0060]本发明实施例公开的黄磷炉电极的控制方法，可以通过一台连接黄磷炉DCS(集散控制系统)系统的上位机实现。上位机可以通过OPC标准化接口读取黄磷炉DCS系统上电极的实时运行参数，并将所述预设的电极升降模糊控制算法的输出量发送至所述DCS系统执行控制。所述预设的电极升降模糊控制算法可以在上位机上实现和运算。当然，所述预设的电极升降模糊控制算法也可以预先通过上位机写入所述黄磷炉的DCS系统中，这样的话，其实现就可以在所述黄磷炉的控制系统中实现。
[0061]在所述黄磷炉电极的控制方法实施前，需要在黄磷炉的电极控制系统上创建实现电极自动升降控制的中间变量，如电极电压和电流的设定值、上限、下限、开关等。还可以在黄磷炉的电极控制系统上组态配置电极升降控制的操作画面，实现相关参数的显示和设定、电极升降控制开关等。
[0062]本实施例中，所述黄磷炉电极的控制方法首先能够获取黄磷炉的电极的运行参数，然后根据获取得到的电极的运行参数以及预设的电极升降模糊控制算法确定所述电极的控制输出量，最后根据确定的电极的控制输出量对所述电极进行自动的升降控制，从而实现了对黄磷炉的电极升降的自动控制。而且，该控制过程依据的控制输出量是基于黄磷炉的电极在运行过程中的实时运行参数确定的，不受相关运行人员的操作经验影响，因此，能够保证较高的实时性和准确性。
[0063]在上述实施例中，步骤102的具体实现过程参见图2，图2为本发明实施例公开的确定电极的控制输出量的流程图，如图2所示，确定电极的控制输出量的流程可以包括:
[0064]步骤201:根据所述运行参数以及电极参数设定值确定所述电极的电流偏差和电
流偏差变化率；
[0065]所述运行参数可以包括电极电流。假设所述电极的电流设定值为ISP，获取到的运行过程中所述电极的电极电流为I，则所述电极电流的偏差为:
[0066]e (n) =I (n)-1sp (I)
[0067]由于所述黄磷炉电极的调整需要实时进行，因此，通常会在系统中设定一个控制周期，每一个控制周期内，都会对一个电极执行本发明实施例公开的黄磷炉电极的控制方法的流程。这样，所述电极电流的偏差在不同周期的值就可能不一样，所述电极电流的电流偏差变化率为:
[0068]Δ e (n) =e (n) -e (n-1) (2)
[0069]其中，n表示采样周期，e (η)表示在第η个周期中，所述电极的电流偏差，e (n-1)表示在第n-Ι个周期中，所述电极的电流偏差。
[0070]步骤202:分别对所述电流偏差、所述电流偏差变化率以及设定的控制输出量进行模糊化处理，得到模糊变量偏差、模糊变量偏差变化率和模糊变量控制输出量；
[0071]具体的，设电流偏差、电流偏差变化率以及输出控制量模糊化所对应的语言变量分别为E、EC和U。
[0072]对于模糊变量偏差E:
[0073]电流偏差E的基本论域为[_3000A，3000A]，在算法中如果实际的电极电流变化超过这个范围，被认可为-3000A或+3000A。为提高控制精度，需要根据电极电流变化幅度实时修改输入E的论域。
[0074]定义模糊输入论域:Ε= α X，a =0~I (3)
[0075]X = [-6，+6] (4)[0076]即模糊输入论域:ΧΕ=[α*-6，α*6](5)
[0077]其中，α为收缩因子，根据电极电流的变化幅度e可以决定其值大小。通过总结电极电流变化的规律，得到α的计算公式:
[0078]a = 1-C^ke2n-(6)
[0079]系统可以通过上述公式确定模糊输入E的论域。其中，K为比例常数。
[0080]电极电流变化的量化因子为:
[0081]Ke=6/3000=1/500 (7)
[0082]对于模糊变量偏差变化率EC:
[0083]输入语言变量EC的基本论域为[_90A，90A]；
[0084]输入语言变量EC的论域为:XEC=[-6，+6] (8)
[0085]其量化因子为:
[0086]Kec=6/90=1/15 (9)
[0087]对于模糊变量控制输出量U:
[0088]控制输出U的基本论域为[-0.6,0.6]；
[0089]输入语言变量EC论域为:Xec= [-6，+6] (10)
[0090]其量化因子为:
[0091]1^=6/0.6=10 (11)
[0092]对模糊变量偏差E、模糊变量偏差变化率EC和模糊变量控制输出量U的论域定义如下:
[0093]E、EC 和 U 的模糊集为:{NB, NM, NS, O, PS, PM, PB}
[0094]其中的标识分别表示{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}
[0095]E、EC 和 U 的论域为:{-6，_5，_4，_3，_2，_1，0，1，2，3，4，5，6}
[0096]步骤203:分别确定所述模糊变量偏差、模糊变量偏差变化率和模糊变量控制输出量的隶属度函数；
[0097]模糊变量偏差E、模糊变量偏差变化率EC和模糊变量控制输出U的模糊集和论域确定后，需要对模糊语言变量确定隶属度函数，即确定论域内元素对模糊语言变量的隶属度。根据经验建立模糊变量偏差E、模糊变量偏差变化率EC和模糊变量控制输出量的隶属度赋值表如表1，表2，表3。
[0098]表1偏差E的隶属度赋值表
[0099]
【权利要求】
1.一种黄磷炉电极的控制方法，其特征在于，包括: 获取黄磷炉的电极的运行参数；所述运行参数包括电极电流和/或电极电压； 根据所述运行参数以及预设的电极升降模糊控制算法确定所述电极的控制输出量； 根据所述电极的控制输出量对所述电极进行升降控制。
2.根据权利要求1所述的黄磷炉电极的控制方法，其特征在于，所述根据所述运行参数以及预设的电极升降模糊控制算法确定所述电极的控制输出量，包括: 根据所述运行参数以及电极参数设定值确定所述电极的电流偏差和电流偏差变化率； 分别对所述电流偏差、所述电流偏差变化率以及设定的控制输出量进行模糊化处理，得到模糊变量偏差、模糊变量偏差变化率和模糊变量控制输出量； 分别确定所述模糊变量偏差、模糊变量偏差变化率和模糊变量控制输出量的隶属度函数； 根据所述模糊变量偏差的隶属度函数和所述模糊变量偏差变化率的隶属度函数确定所述电极的控制规则； 根据所述控制规则确定所述 控制输出量的量化等级； 将所述控制输出量的量化等级转换为实际的控制输出量。
3.根据权利要求1所述的黄磷炉电极的控制方法，其特征在于，在所述根据所述运行参数以及预设的电极升降模糊控制算法确定所述电极的控制输出量后，还包括: 对所述电极的输出控制量进行补偿修正。
4.根据权利要求3所述的黄磷炉电极的控制方法，其特征在于，所述对所述输出控制量进行补偿修正，包括: 根据与所述电极存在耦合关系的其他电极的输出控制量对所述电极的输出控制量进行补偿修正。
5.根据权利要求1所述的黄磷炉电极的控制方法，其特征在于，在对所述电极进行升降控制的过程中，还包括: 监控系统中的异常情况，并在系统中存在异常情况时，根据异常情况类型进行相应的控制处理。
6.根据权利要求5所述的黄磷炉电极的控制方法，其特征在于，所述在系统中存在异常情况时，根据异常情况类型进行相应的控制处理，包括: 在所述异常情况为电极的电压或电流超过设定上限或下限时，控制所述电极停止执行升降控制指令； 在所述异常情况为电极的位置已达到最高位移位置时，控制所述电极停止执行上升控制指令；在电极的位置已达到最低位移位置时，控制所述电极停止执行下降控制指令； 在所述异常情况为电极不满足执行升降控制指令的条件时，对与所述电极具有耦合关系的电极进行相应的升降控制。
7.—种黄磷炉电极的控制装置，其特征在于，包括: 参数获取模块，用于获取黄磷炉的电极的运行参数；所述运行参数包括电极电流和/或电极电压； 输出量确定模块，用于根据所述运行参数以及预设的电极升降模糊控制算法确定所述电极的控制输出量； 电极控制模块，用于根据所述电极的控制输出量对所述电极进行升降控制。
8.根据权利要求7所述的黄磷炉电极的控制装置，其特征在于，所述输出量确定模块包括: 基础量获取模块，用于根据所述运行参数以及电极参数设定值确定所述电极的电流偏差和电流偏差变化率； 模糊处理模块，用于分别对所述电流偏差、所述电流偏差变化率以及设定的控制输出量进行模糊化处理，得到模糊变量偏差、模糊变量偏差变化率和模糊变量控制输出量； 隶属度函数确定模块，用于分别确定所述模糊变量偏差、模糊变量偏差变化率和模糊变量控制输出量的隶属度函数； 规则确定模块，用于根据所述模糊变量偏差的隶属度函数和所述模糊变量偏差变化率的隶属度函数确定所述电极的控制规则； 量化等级确定模块，用于根据所述控制规则确定所述控制输出量的量化等级； 输出量确定子模块，用于将所述控制输出量的量化等级转换为实际的控制输出量。
9.根据权利要求7所述的黄磷炉电极的控制装置，其特征在于，还包括: 补偿修正模块，用于在所述输出量确定模块确定了所述电极的控制输出量后，对所述电极的输出控制量进行补偿修正。
10.根据权利要求7所述的黄磷炉电极的控制装置，其特征在于，还包括: 监控模块，用于监控系统中的异常情况，并在系统中存在异常情况时，根据异常情况类型进行相应的控制处理。
【文档编号】F27D19/00GK103697714SQ201310755565
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】苏宏业, 张树吉, 古勇, 金晓明 申请人:浙江中控软件技术有限公司