CN117032099A - 一种干熄焦闭环控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及自动化控制领域，具体涉及一种干熄焦闭环控制方法，包括：收集干熄焦生产过程中的数据作为训练集与验证集；设置能够提高干熄焦生产流程自动化及降低能源消耗的生产参数作为输出变量，能够影响输出变量的生产参数作为输入变量；为每个输出变量搭建线性回归模型，将输入变量作为线性回归模型的输入参数，将输出变量作为线性回归模型的输出参数；训练线性回归模型，得到完成训练的线性回归模型；利用完成训练的线性回归模型的输出设置干熄焦生产过程中的参数。本发明通过控制排焦量、空气导入阀门、循环风量和预存室顶部的压力，提高干熄焦生产过程燃烧的效率和稳定性，减少人力干预，节约成本。
Description
技术领域
本发明涉及自动化控制领域，具体涉及一种干熄焦闭环控制方法。
背景技术
干熄焦是一种用于焦化生产过程中将高温的焦炭迅速冷却的技术，它可以有效地提高焦炭的质量，减少焦炭中的挥发分和灰分含量，从而提高冶金工业的生产效率和产品质量。同时，干熄焦技术还可以降低焦炭的燃烧温度，减少对环境的污染，对人们的生活和生产都有着重要的影响。
干熄焦的生产过程包括多个环节，其中焦炉预处理是必要的，以确保焦炉内部的温度和气体组分达到适宜的条件。在生产过程中，空气通过位于焦炉顶部的空气导入阀门进入焦炉内，以保证焦炉内部的氧气含量达到适宜的条件。焦炉内的煤气经过预存室处理后，通过焦炉进料口进入焦炉内部。为保证焦炉内部的氧气含量和温度达到适宜的条件，需要进行风料比控制和气体组分控制。同时，为保证焦炉煤气能够充分燃烧并产生足够的热量，需要控制锅炉入口的温度。在焦炉内部，焦炭通过焦炉进料口进入，经过高温长时间的热解反应形成煤气，最终通过焦炉顶部的煤气管道排出。为确保焦炉内部的温度和气体组分达到适宜的条件，需要控制排焦温度和排焦量，一般通过调节焦炉进料量和排焦门开度来实现。焦炉生产的过程中，物料的进出主要是通过焦炉进料口和排焦门。整个干熄焦的生产流程中，空气和煤气的流动方向是关键的，通过控制各个环节的参数可以确保焦炉生产的效果。然而，现有技术中干熄焦生产过程自动化控制程度不足，需要人工凭借经验对关键参数进行调节，容易出现判断不准确、调节失误的情况，影响生产效益。另外，循环风量的调节受多种因素的影响，循环风量的调节不准确会造成能源浪费。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种干熄焦闭环控制方法。
该方法包括：
步骤一，收集干熄焦生产过程中的数据作为训练集与验证集；
步骤二，设置能够提高干熄焦生产流程自动化及降低能源消耗的生产参数作为输出变量，能够影响输出变量的生产参数作为输入变量；
步骤三，为每个输出变量搭建线性回归模型，将输入变量作为线性回归模型的输入参数，将输出变量作为线性回归模型的输出参数；
步骤四，训练线性回归模型，得到完成训练的线性回归模型；
步骤五，利用完成训练的线性回归模型的输出设置干熄焦生产过程中的参数。
进一步的，步骤四所述训练线性回归模型，具体包括：
对回归模型的输入参数与输出参数同时做n次独立观察得到n组观测值,n组观测值之间满足观察式：
pt＝ω0+ω1gt1+ω2gt2+...+ωhgth+υt；
其中，t表示第t次独立观察，t∈[1,n]，h为输入参数的数量减去1，ω0为排焦量线性回归模型的截距，ωh为第h个输入参数的回归系数，xth为第h个输入参数在第t次独立观察得到的值，εt为第t次观测的残差，yt为第t次独立观察得到的输出参数；
使用最小二乘法对回归模型进行训练。
进一步的，使用最小二乘法对回归模型进行训练后，检测回归模型的回归系数的显著性与回归模型的拟合优度是否符合预定的条件，若不符合，则对回归模型的输入变量进行筛选，直到回归系数的显著性检验与回归模型的拟合优度检验通过。
优选的，所述对回归模型的输入变量进行筛选具体指：基于AIC准则的逐步选择法筛选输入变量。
进一步的，步骤二所述输出变量，具体包括：排焦振幅、导入空气阀门开度、循环风机转速、预存室顶部压力。
进一步的，输出变量排焦振幅的输入变量具体包括：预存室料位、循环风机转速、排焦瞬时量、干熄炉入口循环气体温度、锅炉入口循环气体压力、导入空气量、预存室压力设定值、干熄炉炉口温度、锅炉入口温度、排焦振幅。
进一步的，输出变量导入空气阀门开度的输入变量具体包括：循环风量、旋转密封阀上部气体温度、预存室压力、冷焦排出温度A、冷焦排出温度B、预存室压力、预存室料位、预存室顶部温度、锅炉入口气体温度、冷却室入口循环气体压力、冷却室入口循环气体温度、循环气体氧气、循环气体氢气、循环气体一氧化碳、循环气体二氧化碳、导入空气量、排焦瞬时量、循环风机转速、导入空气阀门开度。
进一步的，输出变量循环风机转速的输入变量具体包括：预存室料位、预存室压力、冷焦排出温度A、冷焦排出温度B、预存室顶部温度、锅炉入口气体温度、循环气体氧气、锅炉出口循环气体压力、冷却室入口循环气体压力、冷却室入口循环气体温度、风机出口循环气体压力、风机出口循环气体温度、风机入口循环气体温度、导入空气量、排焦瞬时量、循环风量、电磁振动给料器振幅、循环风机转速。
进一步的，输出变量预存室顶部压力的输入变量具体包括：旋转密封阀上部气体温度、预存室压力、冷焦排出温度A、冷焦排出温度B、预存室压力、预存室料位、预存室顶部温度、锅炉入口气体温度、锅炉出口循环气体压力、冷却室入口循环气体压力、冷却室入口循环气体温度、干熄炉入口循环气体温度、干熄炉炉口温度、循环气体一氧化碳、循环气体二氧化碳、导入空气量、排焦瞬时量、循环风量、预存室顶部压力。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
根据本发明建立线性回归模型生成相关参数的推荐值，并使用算法逻辑完成全面的链接控制实现系统自动化调整，自动化可以根据实际情况按需控制排焦量，提高清除废气的效率；空气导入阀门可以控制燃烧室内的氧气含量，自动化能够更精细地控制氧气含量，同时降低能源消耗；循环风量则是指调节燃烧过程中所需的进风量，自动化控制能够根据实际情况调整进风量，保证燃烧的稳定性和实现能源的节约；而预存室顶部的压力，也是影响燃烧风机系统运行的重要参数之一，自动化控制能够保持压力的平衡，提高燃烧的效率和稳定性，人力只需起到监督管理作用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种干熄焦闭环控制方法模型获取流程。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明，在详细说明本发明各实施例的技术方案前，对所涉及的名词和术语进行解释说明，在本说明书中，名称相同或标号相同的部件代表相似或相同的结构，且仅限于示意的目的。
本发明的主要目的是提供一种基于线性回归模型的干熄焦闭环控制方法，该方法能够自动化控制循环风机系统中的关键参数，提高循环风机系统的运行效率和稳定性，从而提高工业生产的可靠性和经济性。
该方法首先将预存室料位、循环风机转速、循环风量、预存室顶部压力等生产过程中可以设置的输入变量以及输出变量收集起来，进行数据预处理。输出变量指能够提高干熄焦生产流程自动化及降低能源消耗的生产参数，输入变量指生产过程中对输出变量有影响的参数。将预处理后的数据划分为训练集和验证集，用于训练模型、评估预测性能并测试泛化性能。建立线性回归模型，并对模型进行优化、调参和评估。使用建立好的模型对生产过程实际数据进行预测，并得到预测结果(推荐值)，将这些预测结果(推荐值)用算法逻辑连接起来从而达到闭环控制。
本发明的方法流程如图1所示，具体分为以下几个步骤：
1.数据准备
从现有生产数据中读取风机控制相关数据，包括预存室料位、空气导入阀门、循环风量、预存室顶部压力等组成数据集。对数据集进行数据清洗，清除异常值、缺失值等不合理数据，保证数据的准确性和完整性。数据集中的各种参数在后续说明中详细介绍，此处仅列举了部分。
将清洗后的数据转换为支持线性回归模型所需的格式。本发明以向量回归模型为例解释本发明的所有具体步骤。向量回归模型的输入数据是数组形式，将数据集中同类型的数据组成一维数组。将处理后的数据集按照一定比例划分为训练集、验证集，训练集占总数据的70％～80％，验证集占总数据的20％～30％，其中训练集用于模型的训练，验证集用于模型的调参和评估。
2.线性回归模型的训练
干熄焦闭环控制系统分别针对排焦振幅、导入空气阀门开度、循环风机转速、预存室顶部压力各做一个线性回归预测模型。
2.1排焦量线性回归模型
从训练集中读取预存室料位、循环风机转速、排焦瞬时量、干熄炉入口循环气体温度、锅炉入口循环气体压力、导入空气量、预存室压力设定值、干熄炉炉口温度、锅炉入口温度、排焦振幅y作为排焦量线性回归模型的输入参数，排焦量线性回归模型的输出参数为排焦振幅y。
排焦振幅是指在干熄焦过程中，用于排出焦炭的振动装置产生的振动幅度。这个振动幅度影响着焦炭的排放速度和效率。通过调整振动幅度，可以控制排焦的量和速度，从而影响整个干熄焦过程。
排焦量线性回归模型使用多个与生产过程相关的输入参数(如预存室料位)预测适当的排焦振幅，根据生产数据自动调整排焦振幅，以实现对焦炭排放速度的自动控制，以保持干熄焦过程稳定、高效。
对排焦量线性回归模型的输入参数与排焦量线性回归模型的输出参数同时做n次独立观察得到n组观测值,n组观测值之间满足观察式：
yt＝β0+β1xt1+β2xt2+...+βhxth+εt；
其中，t表示第t次独立观察，t∈[1,n]，h为输入参数的数量减去1，β0为排焦量线性回归模型的截距，βh为第h个输入参数的回归系数，xth为第h个输入参数在第t次独立观察得到的值，εt为第t次观测的残差，yt为第t次独立观察得到的输出参数。
排焦量线性回归模型选用xgb模型中的gbtree线性回归模型，模型的L1正则项参数设置为3，L2正则化项参数设置为2，模型不容易过度拟合。
使用最小二乘法对排焦量线性回归模型进行训练。最小二乘法为本领域技术人员所熟知方法，本发明不再赘述。
通过训练集对排焦量线性回归模型进行训练，本发明定义的排焦量线性回归模型训练完成条件为训练1000次。
2.2空气导入阀门回归模型
从训练集中读取循环风量、旋转密封阀上部气体温度、预存室压力、冷焦排出温度A、冷焦排出温度B、预存室压力、预存室料位、预存室顶部温度、锅炉入口气体温度、冷却室入口循环气体压力、冷却室入口循环气体温度、循环气体氧气、循环气体氢气、循环气体一氧化碳、循环气体二氧化碳、导入空气量、排焦瞬时量、循环风机转速、导入空气阀门开度z作为空气导入阀门回归模型的输入参数，空气导入阀门回归模型的输出参数为导入空气阀门开度z。
导入空气阀门开度(Air Inlet Valve Opening)是一个表示空气进入工艺系统的控制参数，用于调节进入设备的空气流量，以满足工艺要求。
空气导入阀门回归模型使用多个与生产过程相关的输入参数(如循环风量)预测适当的导入空气阀门开度，根据生产数据自动调整空气流量，以保持工艺过程稳定、高效且满足要求。
对空气导入阀门回归模型的输入参数与空气导入阀门回归模型的输出参数同时做n次独立观察得n组预测值,观察到的数据满足如下关系：
其中，α0为空气导入阀门回归模型的截距，αh为第h个输入参数的回归系数，bth为第h个输入参数在第t次独立观察得到的值，为第t次观测的残差，zt为第t次独立观察得到的输出参数。
使用最小二乘法对空气导入阀门回归模型进行训练。最小二乘法为本领域技术人员所熟知方法，本发明不再赘述。
空气导入阀门回归模型选用xgb模型中的gbtree线性回归模型，模型的L1正则项参数设置为3，L2正则化项参数设置为2，模型不容易过度拟合。
2.3循环风量回归模型
从训练集中读取预存室料位、预存室压力、冷焦排出温度A、冷焦排出温度B、预存室顶部温度、锅炉入口气体温度、循环气体氧气、锅炉出口循环气体压力、冷却室入口循环气体压力、冷却室入口循环气体温度、风机出口循环气体压力、风机出口循环气体温度、风机入口循环气体温度、导入空气量、排焦瞬时量、循环风量、电磁振动给料器振幅、循环风机转速q作为循环风量回归模型的输入参数，循环风量回归模型的输出参数为循环风机转速q。
循环风机转速(Circulating Fan Speed)是指循环风机的旋转速度，通常用每分钟转数表示。循环风机是用于在系统中输送循环气体的关键设备，其转速直接影响到循环气体的流量和压力。
循环风量回归模型根据生产数据自动调整循环风机转速，以实现对循环气体流量和压力的自动控制，保持工艺过程稳定、高效。
对循环风量回归模型的输入参数与循环风量回归模型的输出参数同时做n次独立观察得n组预测值,观察到的数据满足如下关系：
其中，δ0为循环风量回归模型的截距，δh为第h个输入参数的回归系数，dth为第h个输入参数在第t次独立观察得到的值，为第t次观测的残差，qt为第t次独立观察得到的输出参数。
使用最小二乘法对循环风量回归模型进行训练。最小二乘法为本领域技术人员所熟知方法，本发明不再赘述。
循环风量回归模型选用的是xgb模型中的gbtree线性回归模型。L1正则项参数设置为2，L2正则化项参数设置为3，模型不容易过度拟合。
2.4预存室顶部压力回归模型
从训练集中读取旋转密封阀上部气体温度、预存室压力、冷焦排出温度A、冷焦排出温度B、预存室压力、预存室料位、预存室顶部温度、锅炉入口气体温度、锅炉出口循环气体压力、冷却室入口循环气体压力、冷却室入口循环气体温度、干熄炉入口循环气体温度、干熄炉炉口温度、循环气体一氧化碳、循环气体二氧化碳、导入空气量、排焦瞬时量、循环风量、预存室顶部压力s作为预存室顶部压力回归模型的输入参数，预存室顶部压力回归模型的输出参数为预存室顶部压力s。
预存室顶部压力(Pre-chamber Top Pressure)是指干熄焦过程中预存室顶部的气体压力。预存室是用于暂存焦炭以进行干熄的空间，其内部的压力对于保持炉内气体流动、热量传递以及炼焦过程的稳定性具有重要影响。
预存室顶部压力回归模型根据生产数据自动调整预存室顶部压力，以实现对干熄焦过程的自动控制，保持干熄焦过程稳定、高效。
对预存室顶部压力回归模型的输入参数与预存室顶部压力回归模型的输出参数同时做n次独立观察得n组预测值,观察到的数据满足如下关系：
st＝θ0+θ1ft1+θ2ft2+...+θhfth+λt；
其中，θ0为预存室顶部压力回归模型的截距，θh为第h个输入参数的回归系数，fth为第h个输入参数在第t次独立观察得到的值，λt为第t次观测的残差，st为第t次独立观察得到的输出参数。
使用最小二乘法对循环风量回归模型进行训练。最小二乘法为本领域技术人员所熟知方法，本发明不再赘述。
预存室顶部压力回归模型选用的是xgb模型中的gbtree线性回归模型。L1正则项参数设置为3，L2正则化项参数设置为3，模型不容易过度拟合。
3.模型验证
在获得训练好的回归模型后，使用验证集来测试模型的性能。为了评估回归模型的拟合优度，将验证集中的实际值与模型预测值进行对比，并采用确定系数R2作为评估指标。
确定系数R2的定义如下：
R2＝1-(SSres/SStot)；
其中，SSres表示残差平方和，即模型预测值与实际值之差的平方和，SStot表示总平方和，即实际值与实际值平均数之差的平方和。
R2的取值范围为0到1。当R2接近1时，表示模型具有很高的拟合度，即预测值与实际值之间的差异较小。反之，当R2接近0时，表示模型的拟合度较低，预测值与实际值之间差异较大。
通过计算R2值，对各个回归模型的性能进行量化评估，从而判断模型的准确性。在实际应用中，根据R2值来调整模型参数，以优化模型性能，使其更符合实际工程需求。
本发明的每个回归模型都选了较多可能与输出参数相关的生产参数作为输入参数，为了降低模型的复杂度以及减少多重共线性问题，需要对输入参数进行筛选，只保留对输出变量影响较大的关键参数，从而提高模型的预测准确性与稳定性。
若回归系数的显著性检验或回归模型的拟合优度检验不符合预定的条件，则对回归模型的输入变量进行筛选，直到回归系数的显著性检验与回归模型的拟合优度检验通过。对回归系数的显著性检验已是本领域技术人员所熟知的方法，本发明不再赘述。
本发明对回归模型的输入变量筛选选用基于AIC准则的逐步选择法筛选输入变量。
4.使用模型自动化控制干熄焦生产流程
使用排焦量线性回归模型的输出数据作为生产过程中排焦振幅的设置参数，空气导入阀门回归模型的输出数据作为生产过程中空气导入阀门开度的设置参数，循环风量回归模型的输出数据作为生产过程中循环风机转速的设置参数，预存室顶部压力回归模型的输出数据作为生产过程中预存室顶部压力的设置参数，以实现干熄焦的闭环控制。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种干熄焦闭环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，收集干熄焦生产过程中的数据作为训练集与验证集；
步骤二，设置能够提高干熄焦生产流程自动化及降低能源消耗的生产参数作为输出变量，能够影响输出变量的生产参数作为输入变量；
步骤三，为每个输出变量搭建线性回归模型，将输入变量作为线性回归模型的输入参数，将输出变量作为线性回归模型的输出参数；
步骤四，训练线性回归模型，得到完成训练的线性回归模型；
步骤五，利用完成训练的线性回归模型的输出设置干熄焦生产过程中的参数。
2.根据权利要求1所述一种干熄焦闭环控制方法，其特征在于，步骤四所述训练线性回归模型，具体包括：
对回归模型的输入参数与输出参数同时做n次独立观察得到n组观测值,n组观测值之间满足观察式：
pt＝ω0+ω1gt1+ω2gt2+...+ωhgth+υt；
其中，t表示第t次独立观察，t∈[1,n]，h为输入参数的数量减去1，ω0为排焦量线性回归模型的截距，ωh为第h个输入参数的回归系数，xth为第h个输入参数在第t次独立观察得到的值，εt为第t次观测的残差，yt为第t次独立观察得到的输出参数；
使用最小二乘法对回归模型进行训练。
3.根据权利要求2所述一种干熄焦闭环控制方法，其特征在于，使用最小二乘法对回归模型进行训练后，检测回归模型的回归系数的显著性与回归模型的拟合优度是否符合预定的条件，若不符合，则对回归模型的输入变量进行筛选，直到回归系数的显著性检验与回归模型的拟合优度检验通过。
4.根据权利要求3所述一种干熄焦闭环控制方法，其特征在于，所述对回归模型的输入变量进行筛选具体指：基于AIC准则的逐步选择法筛选输入变量。
5.根据权利要求1所述一种干熄焦闭环控制方法，其特征在于，步骤二所述输出变量，具体包括：排焦振幅、导入空气阀门开度、循环风机转速、预存室顶部压力。
6.根据权利要求5所述一种干熄焦闭环控制方法，其特征在于，输出变量排焦振幅的输入变量具体包括：预存室料位、循环风机转速、排焦瞬时量、干熄炉入口循环气体温度、锅炉入口循环气体压力、导入空气量、预存室压力设定值、干熄炉炉口温度、锅炉入口温度、排焦振幅。
7.根据权利要求5所述一种干熄焦闭环控制方法，其特征在于，输出变量导入空气阀门开度的输入变量具体包括：循环风量、旋转密封阀上部气体温度、预存室压力、冷焦排出温度A、冷焦排出温度B、预存室压力、预存室料位、预存室顶部温度、锅炉入口气体温度、冷却室入口循环气体压力、冷却室入口循环气体温度、循环气体氧气、循环气体氢气、循环气体一氧化碳、循环气体二氧化碳、导入空气量、排焦瞬时量、循环风机转速、导入空气阀门开度。
8.根据权利要求5所述一种干熄焦闭环控制方法，其特征在于，输出变量循环风机转速的输入变量具体包括：预存室料位、预存室压力、冷焦排出温度A、冷焦排出温度B、预存室顶部温度、锅炉入口气体温度、循环气体氧气、锅炉出口循环气体压力、冷却室入口循环气体压力、冷却室入口循环气体温度、风机出口循环气体压力、风机出口循环气体温度、风机入口循环气体温度、导入空气量、排焦瞬时量、循环风量、电磁振动给料器振幅、循环风机转速。
9.根据权利要求5所述一种干熄焦闭环控制方法，其特征在于，输出变量预存室顶部压力的输入变量具体包括：旋转密封阀上部气体温度、预存室压力、冷焦排出温度A、冷焦排出温度B、预存室压力、预存室料位、预存室顶部温度、锅炉入口气体温度、锅炉出口循环气体压力、冷却室入口循环气体压力、冷却室入口循环气体温度、干熄炉入口循环气体温度、干熄炉炉口温度、循环气体一氧化碳、循环气体二氧化碳、导入空气量、排焦瞬时量、循环风量、预存室顶部压力。
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- 2023-07-27 CN CN202310947008.8A patent/CN117032099A/zh active Pending
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| CN117666365A (zh) * | 2024-02-01 | 2024-03-08 | 云扬八方工程有限公司 | 一种干熄焦炉智能除尘系统 |
| CN117666365B (zh) * | 2024-02-01 | 2024-04-16 | 云扬八方工程有限公司 | 一种干熄焦炉智能除尘系统 |
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