[发明专利]一种基于逻辑判断的结晶器漏钢预报系统

摘要

本发明属于冶金连铸生产工艺控制领域，更具体地说，涉及一种基于逻辑判断的结晶器漏钢预报系统。本发明的硬件组成部分包括组合式结晶器及热电偶、漏钢预报系统计算机、PLC、交换机、热电偶补偿电缆、声光报警器、继电器、远程站，还包括数据采集单元、漏钢数据自动压缩存储单元、自学习和离线分析单元、报警和执行单元；其中，漏钢预报系统计算机包括客户端和服务器计算机，客户端计算机用于漏钢数据的监控显示；其中，热电偶埋设列和行间距的设计使得粘结撕裂口在横向和纵向传播一个热电偶间距所需时间相同。本发明实现了对粘结漏钢的及时准确预报，保证连铸生产顺行和提高铸坯质量。

主权项

1.一种基于逻辑判断的结晶器漏钢预报系统，其特征在于，该漏钢预报系统硬件组成部分包括组合式结晶器及热电偶、漏钢预报系统计算机、PLC、交换机、热电偶补偿电缆、声光报警器、继电器、远程站，其中，漏钢预报系统计算机包括客户端计算机和服务器计算机，客户端计算机用于漏钢数据的监控显示，服务器计算机用于漏钢预报模型运算、漏钢预报模型和客户端漏钢预报图形界面之间的信息交换，以及漏钢数据的压缩存储；其中，热电偶埋设列和行间距的设计满足如下条件：式中，tx和ty为粘结撕裂口在横向和纵向传播一个热电偶间距所需时间；Dx和Dy分别为结晶器铜板热电偶埋设行和列间距；Vx和Vy分别为粘结撕裂口横向和纵向传播速度；β为粘结裂口的撕裂线与水平线的夹角，取20°～50°；该漏钢预报系统采用以下步骤进行结晶器漏钢预报：步骤一、从参数配置文件读取漏钢预报方法中各逻辑判断规则参数；步骤一中各逻辑判断规则参数包括数据预处理逻辑判断参数、热电偶温度上升检查逻辑判断参数、热电偶温度上升速率检查逻辑判断参数、热电偶温度变化延迟检查逻辑判断参数、热电偶温度下降检查逻辑判断参数、热电偶温度倒置检查逻辑判断参数、粘结漏钢轻报警和重报警逻辑判断参数；步骤二、结晶器铜板热电偶温度时间序列数据采集、存储和预处理；步骤二中，首先采集结晶器铜板内所有热电偶温度时序数据并按照热电偶预定的行和列排列方式存储编号，每秒采集一次热电偶的温度；然后进行如下的数据过滤和平滑预处理：a)热电偶温度小于50℃或大于200℃，不参与算法计算；b)每秒温度波动大于20℃，以及每2秒温度波动大于38℃，不参与算法计算；c)将热电偶当前时刻采集的温度数据与该热电偶前一秒采集的温度数据作比较，将温度变化超过20％的温度数据替换为前一秒采集的温度数据；d)采用移动平均法对每个热电偶温度的时间序列数据进行平滑处理，上述移动平均法是用当前时刻前后一段间隔的温度数据计算平均值取代当前时刻温度值，设移动间隔为2k，k为正整数，则p时刻的移动平均值为：式中，T(p‑k)为p‑k时刻的热电偶温度值；步骤三、同时对结晶器铜板上所有热电偶分别进行温度上升检查；步骤三中热电偶温度上升检查如下：当热电偶正常工作时，取每4秒为一个温度上升检查循环周期，设第1秒的温度为a，第2秒的温度为b，第3秒温度为c，第4秒温度为d；在时间轴上每到一个时刻就核对前3秒和当前时刻是否满足温度上升判断条件：d>c>b>a；假如某时刻第i行j列热电偶TC(i，j)满足，则将该热电偶这个循环周期内第1秒的时刻标记为τ0(i，j)，如果不能满足，继续下一秒的温度上升检查；其中：当某个温度上升检查周期满足上述温度上升判断条件，则核对下一秒对应的温度上升检查周期是否仍旧满足上述温度上升判断条件，仍然满足则维持之前的τ0(i，j)，如果不满足，继续下一秒的温度上升检查；如果有4个以内的温度上升检查周期连续的不满足温度上升判断条件，随后一个温度上升检查周期又满足了温度上升判断条件，则仍然维持之前的τ0(i，j)；如果有5个或5个以上温度上升检查周期连续的不满足温度上升判断条件，则清除之前的τ0(i，j)，之后再满足温度上升判断条件时，则重新建立一个τ0(i，j)，后续的算法以新的τ0(i，j)为基准；步骤四、对步骤三中满足温度上升判断条件的热电偶进行温度上升速率检查；步骤四中温度上升速率检查如下：当出现τ0(i，j)时，计算热电偶TC(i，j)温度上升速率u＝(d‑a)/3的值，比较u与设定温度上升速率阀值uc的大小；如果u大于等于uc，则认为该热电偶TC(i，j)温度上升异常，同时将τ0(i，j)储存为该热电偶温度开始上升时刻t0(i，j)，该时刻默认是温度最先变化点，进入步骤五；步骤五：对温升异常热电偶TC(i，j)周围的3个热电偶TC(i，j‑1)、TC(i，j+1)和TC(i+1，j)进行温度变化延迟检查，并根据结果判断是否做出粘结轻报警；步骤五中，在t0(i，j)之后的温度变化延迟时间阀值范围内，对TC(i，j)周围3个热电偶TC(i，j‑1)、TC(i，j+1)和TC(i+1，j)重复上述步骤三和步骤四的逻辑判断检查，均满足条件的热电偶TC(m，n)进行标记记数，并储存TC(m，n)的温度开始上升时刻t0(m，n)，标记记数数量超过2个时，发出粘结漏钢轻报警，再进入步骤六；步骤六：满足热电偶TC(i，j)温度持续下降检查或者TC(m，n)的周围热电偶温度变化延迟检查后，则进入步骤七；步骤六中，热电偶TC(i，j)温度持续下降检查如下：在t0(i，j)之后的30秒内，对热电偶TC(i，j)进行温度下降检查，取每4秒为一个温度下降检查周期，设第1秒温度为a'，第2秒温度为b'，第3秒温度为c'，第4秒温度为d'，如满足d'﹤c'﹤b'﹤a'，则判定热电偶TC(i，j)出现温度下降，如果持续满足3个温度下降检查周期，则认为热电偶TC(i，j)出现温度持续下降，直接进入步骤七；TC(m，n)的周围热电偶温度变化延迟检查如下：在t0(m，n)之后的3～15秒内对所有TC(m，n)的周围三个热电偶TC(m，n‑1)、TC(m，n+1)和TC(m‑1，n)重复步骤三和步骤四的逻辑判断检查，其中排除对热电偶TC(i，j)的温度变化延迟检查，同样对满足条件的热电偶TC(x，y)进行标记记数，当标记记数数量大于等于3个时，将热电偶TC(i，j)标记为疑似粘结点，直接进入步骤七；步骤七：热电偶温度倒置检查；步骤七中，在t0(i，j)之后的30s内，将TC(i，j)所在行三个热电偶TC(i，j‑1)、TC(i，j)和TC(i，j+1)与其对应所在列下两行热电偶进行温度倒置逻辑判断检查，具体为：情况(1)：先比较t0(i，j)之前10s内，第i行某一个热电偶的平均温度是否高于同列下两行2个热电偶其中之一的平均温度；如果高于，观察在t0(i，j)之后30s内，所述第i行某一个热电偶的时间‑温度曲线与所述同列下两行2个热电偶其中之一的时间‑温度曲线在图像上是否有交叉，如果有交叉则认为出现温度倒置，直接进入步骤八；如果低于，则比较t0(i，j)之后30s内是否出现第i行某一个热电偶的温度先高于后又低于同列下两行2个热电偶其中之一，如果出现，则认为出现了温度倒置，直接进入步骤八；情况(2)：当不满足情况(1)时，先比较t0(i，j)之前10s，某列第i+1行热电偶的平均温度是否高于该列第i+2行热电偶的平均温度；如果高于，在t0(i，j)之后30s内，观察某列第i+1行热电偶的时间‑温度曲线与该列第i+2行热电偶的时间‑温度曲线在图像上是否有交叉，如果有交叉则认为出现温度倒置，直接进入步骤八；如果低于，则比较t0(i，j)之后30s内是否出现某列第i+1行热电偶的温度先高于该列第i+2行热电偶之后又低于该列第i+2行热电偶，当出现所说的情况时，仍然认为出现了温度倒置，直接进入步骤八；步骤八：根据报警屏蔽条件，判断是否做出粘结漏钢重报警；步骤八中设置了以下的报警屏蔽条件，如果均不满足以下的报警屏蔽条件才做出粘结漏钢重报警：①报警前120s内结晶器液位超出预设最小值和最大值范围，系统不报警；②报警前120s内拉速低于预设不报警拉速时，系统不报警；③报警前120s内拉速变化速率超过预设不报警拉速变化速率时，系统不报警；④当浇铸长度小于预设不报警浇铸长度时，系统不报警；⑤已经粘结漏钢重报警后60s内，系统不报警；⑥故障热电偶数目超过设定的阀值时，系统不报警。