专利名称：基于柜位预测的钢铁企业煤气动态平衡实时控制方法
技术领域：
本发明是关于一种自动化控制技术，涉及钢铁企业副产煤气(高炉煤气、 焦炉煤气、转炉煤气)的动态平衡实时控制技术，特别是基于柜位预测的钢 铁企业煤气动态平衡实时控制方法，以解决由于短时原因导致的煤气系统供 需不平衡问题。
背景技术：
目前，钢铁企业的煤气平衡处于离线阶段，大多数企业可根据月检修计 划由技术人员提前制定煤气平衡方案，通知到调度，再由调度下传至各操作 岗位执行操作。而对于由于非计划检修引起的短时煤气不平衡，由于各企业 的管理理念的不同，大多釆用岗位操作人员——^调度人员了解各岗位情况 ——^电话通知操作^——^反映调度人员调配后情况，如此反复至煤气供用 平衡，其滞后的缺限易引起煤气管网压力波动，给生产带来隐患；由于调度 人员能力各异、平衡方法不同，煤气的利用率将大大降低。
同时由于各企业的自动化系统的检测水平、控制及调控手段各有不同， 造成调度人员在进行煤气平衡时没有定量平衡的手段，主要依靠调度人员的 经验及试验性的方法，如果该调度人员经验丰富，煤气系统将较快恢复正常 运行；而如果该调度人员为新上岗人员，煤气系统恢复到正常可能会需要较 长的时间并会增加煤气放散的机率。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于煤气柜位预测的钢铁企业煤气动态平衡实 时控制方法，为调度人员提供全面、系统、直观的煤气工艺数据显示并给出 量化的调整方法用以解决煤气平衡调度中存在的缺限。
本发明的技术方案是基于柜位预测的钢铁企业煤气动态平衡实时控制 方法，至少包含
a、数据采集与监视控制系统将现场煤气系统关键参数通过多组前端测控 单元或网关经通信驱动模块将现场的工艺参数读入至SCADA实时数据库，各 操作终端通过网络读取数据库内工艺参数数据并将各阀门的控制命令下发 SCADA数据库中，SCADA数据库经通信驱动模块发送至现场控制系统，实现
整体煤气系统工艺参数的数据采集及关键设备的远程控制；
b、 利用煤气气柜柜位预测模块，以当前煤气平衡量前一段时间的数据为 基础，基于最小二乘法的系统辨识方法，在线辨识系统的参数，并作出预测； 根据预测结果，煤气平衡分配模块进行煤气分配量的调整平衡；
c、 柜位预测模块和煤气平衡分配模块通过接口模块实现与实时数据库之 间的数据交换，将影响气柜柜位及管网稳定的实时数据传递给柜位预测模块 并接收来自预测模块的运行结果，将其显示于煤气SCADA中；
d、 根据气柜柜位的趋势预测曲线及预测值与目标值、设定值的位置关系 计算出焦炉煤气、高炉煤气的可调整量；
e、 通过煤气实时平衡调整的SCADA系统内的人机接口，将煤气系统工艺 参数全面的、直观的显示出来。
在所述方法中，数据采集与控制是煤气系统现有的PLC或DCS实现的， 经过工业级网关转换成统一的通讯协议，采用光纤环网实现SCADA数据的采 集与控制。
在所述方法中，SCADA实时数据库服务器应用于unix操作系统；终端操 作站为windows操作系统。
在所述方法中，釆集参数主要包括有煤气系统工艺管网上的压力、流 量、温度；煤气发生量各高炉的净化系统、焦炉发生量、各转炉煤气回收系 统；焦煤、高煤、转煤的气柜存储系统；混合、输送、加压环节如各混合站
的压力、流量、热值、配比；主要控制参数包括气柜入口阀门、混合站内
各压力、流量控制阀、热值、配比系数的设定。
在所述方法中，煤气平衡调整规则库的制定，包含用户优先规则、煤气 最大利用规则确定调整的顺序，根据气柜柜位的上限目标值、下限目标值、 上限设定值、下限设定值、实时放散量等计算出焦炉煤气、高炉煤气的可调 整量，并综合考虑焦炉煤气、高炉煤气的变化趋势、混合站的热值允许范围 等综合因素，给出各混合站中焦煤、高煤的最大增加量或最大限制量，最大 限度提高煤气利用率。
在所述方法中，所述当前煤气平衡量前一段时间选取30分钟。 本发明在煤气系统自动化系统检测技术、控制手段的完善的基础上，使 调度人员全面、系统了解煤气系统的运行情况，包括主管网压力、流量、用 户流量、各输送设备、存储设备的运行状态等，同时根据当前一段时间煤气 系统运行实际数据和对主要生产情况的估计，采用回归模型预测煤气系统未 来一段时间内的发展趋势，在此基础上系统将综合现场调度人员的各种平衡 经验，动态给出可调整用户使用煤气量或混合站调整热值的操作建议，达到 快速平衡煤气用量，减少煤气放散，高效利用煤气的目的。 本发明技术的有益效果是
本发明在钢铁企业煤气系统中建立了实时煤气数据监控系统，应用了回 归模型给出关键缓冲用户气柜柜位的变化趋势，计算出煤气平衡可调配量， 依据本公司长期累积的煤气平衡经验规则得出定量的煤气平衡指导信息，为 调度人员提供全面、系统、直观的支持手段，使其能够及时调整用户煤气使 用量，达到保证煤气系统稳定安全生产的目的；合理经济的使用煤气，减少 城市环境污染；提高能源介质转换过程中总体利用效率。
本方法可应用于冶金企业的副产煤气的实时平衡控制，用于为调度人员 提供煤气平衡的理想方法。
图1为煤气系统数据采集与监视控制(SCADA)系统结构图2为煤气系统动态平衡实时控制软件结构图； 图3为煤气系统调整平衡量的方法；
图4为柜位变化趋势表。
具体实施例方式
以下结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
图l显示本发明的数据采集与监视控制系统(Supervisory Control and Data Acquisition以下简称SCADA系统)。如图所示，本发明的数据采集与控 制是基于煤气系统现有的基础可编程序控制器(Program Logic controller 以下简称PLC)或集散型控制系统(Distributed control system以下简称 DCS)实现的，经过各工业级网关转换成统一的通讯协议，采用光纤环网实现 SCADA系统数据的采集与控制。数据采集与监视控制系统SCADA将现场煤气系
统关键参数通过多组前端测控单元或网关经通信驱动模块将现场的工艺参数 读入至SCADA实时数据库，各操作终端通过网络读取数据库内工艺参数数据并 将各阀门的控制命令下发SCADA数据库中，SCADA数据库经通信驱动模块发送 至现场控制系统，实现整体煤气系统工艺参数的数据采集及关键设备的远程 控制。
SCADA系统内设实时数据库服务器1和服务器2，用于实现煤气系统关键数 据的采集及控制，双机热备，该实时数据库为关系型实时数据库，Unix操作 系统。主要检测参数如高炉、焦炉、转炉、混合煤气发生量，高炉、焦炉、 转炉、混合煤气使用量，高炉煤气、焦炉煤气气柜柜位，气柜上升速度、高 炉运行状态、焦炉运行状态、转炉运行状态、各混合站运行状态等。终端操 作站可设有多个，终端操作站l…终端操作站n的操作系统为windows xp.本 发明的SCADA系统采集数据所涉及的基础PLC及DCS系统如图l所示有西门子公
司的S7系列控制器如S7-200可编程序控制器、S7-300可编程序控制器、S7-400 可编程序控制器；日本横河公司生产的CSIOOO、 CS3000集散控制系统； Schneider公司生产的Quantum CPU412、 CPU514可编程序控制器；AB公司的 Logix 5550可编程序控制器；ABB公司的Freelance2000集散控制系统、AC800F 集散控制系统；GE公司的GE90-30可编程序控制器、GE9070可编程序控制器； 浙大中控的SUPCON集散控制系统等.
图2显示的为本发明的软件结构示意图。本发明涉及SCADA实时数据库、 SCADA人机接口、柜位预测模块、平衡量调整模块、接口模块及通信驱动等六 部分。
煤气系统关键参数实时监控系统，系统内系统内设有SCADA实时数据库服 务器1和服务器2，以实现煤气系统内关键设备及工艺参数的数据采集。主要 采集参数如下煤气系统工艺管网上的压力、流量、温度；煤气发生量各高 炉的净化系统、焦炉发生量、各转炉煤气回收系统；焦煤、高煤、转煤的气 柜存储系统；混合、输送、加压环节如各混合站的压力、流量、热值、配比 等参数。主要控制参数如下气柜入口阀门、混合站内各压力、流量控制阀、 热值、配比系数的设定等。数据采集平台操作系统为Unix系统，采用光纤介 质网络传输方式。
煤气气柜柜位预测模块，由于煤气产、供、用是动态的过程，受到多方 面影响，是一个随机复杂系统，其规律是未知的，因而在理论上无法对其进 行精确的计算。根据钢铁厂长期运行的经验，煤气平衡系统的动态过程一般 是缓慢的(如与电力系统相比)，因此本系统采用了基于最小二乘法的系统辨 识方法，以当前煤气平衡量前一段时间的数据为基础，在线辨识系统的参数， 并作出预测。系统将根据预测结果进行煤气分配量的调整平衡。本模块应用 于windows操作系统。
柜位预测模块和煤气平衡分配模块通过接口模块实现与实时数据库之间的数据交换，将影响气柜柜位及管网稳定的实时数据传递给柜位预测模块并
接收来自预测模块的运行结果，将其显示于煤气SCADA系统中。
制定煤气实时平衡调整的规则库，确定调整条件及顺序。煤气实时平衡 调整的规则库，其中包含根据调度人员平时用于调整煤气各种方法制定的原 则如用户优先规则、煤气最大利用规则等，根据气柜柜位的上限目标值、下 限目标值、上限设定值、下限设定值、实时放散量等计算出焦炉煤气、高炉 煤气的可调整量。
煤气实时平衡调整的SCADA人机接口，通过人机界面(HMI)全面的、直 观的显示现有气柜柜位、30分钟后的柜位趋势、柜位的目标设定值、到达目 标设定值的时间、各种煤气的发生量、使用量、平衡方向、各混合站内各管 道的压力、流量参数及预测后分配到可调整用户的增加量或限制量，甚至于 报警功能。
通过通信驱动模块SCADA数据库将现场的工艺数据读入、存储，并将各阀 门的控制命令下发至现场控制系统，而通过接口模块实现了柜位预测模块、 平衡分配模块与SCADA数据库的数据交换。接口模块、柜位预测模块、平衡分 配模块应用于windows xp操作系统。
图3显示的为本发明的平衡量调整的计算原则(仅以柜位趋势上升为例， 下降趋势亦同)，系统运行中会同时给出高炉煤气、焦炉煤气气柜柜位的趋势 预测曲线图中趋势即可能上升，也可能下降，现以上升来做说明当趋势在 吼标A及目标B内运行时柜位运行在正常范围内不做调控，当系统内出现异常 后^会使柜位突然上升，当预测值在目标A以上或上限设定值以上时，应当通过 调控用户用量使柜位落回至目标A及目标B，可调整量(调控量的值)=预测 的柜位值-目标上限值+放散量。
煤气分配主要依据1)柜位变化趋势(见图4); 2)可调整用户现时的 热值；3)可调整用户的优先级；4)煤气的利用效率。
权利要求
1、基于柜位预测的钢铁企业煤气动态平衡实时控制方法，其特征是，应至少包含a、数据采集与监视控制系统SCADA将现场煤气系统关键参数通过多组前端测控单元或网关经通信驱动模块将现场的工艺参数读入至SCADA实时数据库，各操作终端通过网络读取数据库内工艺参数数据并将各阀门的控制命令下发SCADA数据库中，SCADA数据库经通信驱动模块发送至现场控制系统，实现整体煤气系统工艺参数的数据采集及关键设备的远程控制；b、利用煤气气柜柜位预测模块，以当前煤气平衡量前一段时间的数据为基础，基于最小二乘法的系统辨识方法，在线辨识系统的参数，并作出预测；根据预测结果，煤气平衡分配模块进行煤气分配量的调整平衡；c、柜位预测模块和煤气平衡分配模块通过接口模块实现与实时数据库之间的数据交换，将影响气柜柜位及管网稳定的实时数据传递给柜位预测模块并接收来自预测模块的运行结果，将其显示于煤气SCADA中；d、根据气柜柜位的趋势预测曲线及预测值与目标值、设定值的位置关系计算出焦炉煤气、高炉煤气的可调整量；e、通过煤气实时平衡调整的SCADA人机接口，将煤气系统工艺参数全面的、直观的显示出来。
2、 如权利要求1所述的基于柜位预测的钢铁企业煤气动态平衡实时控制 方法，其特征是，数据釆集与控制是煤气系统现有的基础PLC或DCS系统实 现的，经过工业级网关转换成统一的通讯协议，采用光纤环网实现SCADA数 据的采集与控制。
3、 如权利要求2所述的基于柜位预测的钢铁企业煤气动态平衡实时控制 方法，其特征是，SCADA实时数据库服务器应用于imix操作系统；终端操作 站为windows操作系统。
4、 如权利要求1或3所述的基于柜位预测的钢铁企业煤气动态平衡实时 控制方法，其特征是，采集参数主要包括有煤气系统工艺管网上的压力、 流量、温度；煤气发生量各高炉的净化系统、焦炉发生量、各转炉煤气回收 系统；焦煤、高煤、转煤的气柜存储系统；混合、输送、加压环节如各混合 站的压力、流量、热值、配比；主要控制参数包括气柜入口阀门、混合站 内各压力、流量控制阀、热值、配比系数的设定。
5、 如权利要求1所述的基于柜位预测的钢铁企业煤气动态平衡实时控制 方法，其特征是，煤气平衡调整规则库的制定，包含用户优先规则、煤气最 大利用规则确定调整的顺序，根据气柜柜位的上限目标值、下限目标值、上 限设定值、下限设定值、实时放散量等计算出焦炉煤气、高炉煤气的可调整 量，并综合考虑焦炉煤气、高炉煤气的变化趋势、混合站的热值允许范围等 综合因素，给出各混合站中焦煤、高煤的最大增加量或最大限制量，最大限 度提高煤气利用率。
6、 如权利要求1所述的基于柜位预测的钢铁企业煤气动态平衡实时控制 方法，其特征是，所述当前煤气平衡量前一段时间选取30分钟。
全文摘要
一种基于柜位预测的钢铁企业煤气动态平衡实时控制方法，涉及钢铁企业副产煤气的动态平衡实时控制技术，用以解决由于短时原因导致的煤气系统供需不平衡问题。本发明在煤气系统自动化系统检测技术、控制手段的完善的基础上，使调度人员全面、系统了解煤气系统的运行情况，包括主管网压力、流量、用户流量、各输送设备、存储设备的运行状态等，同时根据当前一段时间煤气系统运行实际数据和对主要生产情况的估计，采用回归模型预测煤气系统未来一段时间内的发展趋势，在此基础上系统将综合现场调度人员的各种平衡经验，动态给出可调整用户使用煤气量或混合站调整热值的操作建议，达到快速平衡煤气用量，减少煤气放散，高效利用煤气的目的。
文档编号G05B19/418GK101109952SQ20071001656
公开日2008年1月23日 申请日期2007年8月23日 优先权日2007年8月23日
发明者刘树梅, 吕玉红, 姬厚华, 扬 宋, 崔雪梅, 张洪瑞, 李会龙, 温燕明, 耿晓宁, 昆 范 申请人:济南钢铁集团总公司