[发明专利]一种高炉渣处理系统吸水井液位测量方法

摘要

本发明提供高炉渣处理系统吸水井液位测量方法，建立补水阀体积流量引起吸水井液位变化量的模糊推理模型，并计算补水阀体积流量引起吸水井液位变化量；建立渣处理水循环系统损失体积流量引起吸水井液位变化量的模糊推理模型，并计算渣处理水循环系统损失体积流量引起吸水井液位变化量；获取吸水井液位变化总量的计算公式。本发明适合高炉炼铁的复杂恶劣工况，在液位计发生故障时能够为粒化供水泵控制系统提供准确的吸水井液位信号，保证了高炉渣处理系统的平稳运行，提高了当前高炉炼铁生产自动化水平。

主权项

一种高炉渣处理系统吸水井液位测量方法，其特征在于：它包括以下步骤：1)建立补水阀体积流量引起吸水井液位变化量的模糊推理模型：$\mathrm{IF}(P_1-P_2)\mathrm{isS}1,\mathrm{THEN\Δ}{h}_1=k_1\×\frac{a{A}_{0}t\sqrt{(P_1-P_2)\frac{2g}{r}}}{A};$$\mathrm{IF}(P_1-P_2)\mathrm{isM}1,\mathrm{THEN\Δ}{h}_1=k_2\×\frac{a{A}_{0}t\sqrt{(P_1-P_2)\frac{2g}{r}}}{A};$$\mathrm{IF}(P_1-P_2)\mathrm{isB}1,\mathrm{THEN\Δ}{h}_1=k_3\×\frac{a{A}_{0}t\sqrt{(P_1-P_2)\frac{2g}{r}}}{A};$其中P₁为补水阀前的压强，P₂为补水阀后的压强；S1、M1、B1分别为描述(P₁–P₂)为小、中、大的模糊数；Δh₁为补水阀体积流量引起吸水井液位变化量；k_j为在第j条模糊规则下的转换系数，均为无量纲单位,j＝1,2,3，k_j初始值通过工艺人员由人工操作经验知识中获得；a为流量系数,它取决于补水阀的结构形状和流体流动状况；A₀为补水阀接管截面积；t为PLC系统采样周期；g为重力加速度；r为流体重度；A为吸水井截面积；2)结合(P₁–P₂)的大小对吸水井液位变化量的影响特性设定关于(P₁–P₂)的模糊隶属函数：(P₁–P₂)关于S1的模糊隶属函数f_S(P₁–P₂)：$f_s(P_1-P_2)=\left\{\begin{array}{cc}1,& \mathrm{if}(P_1-P_2)\≤{\mathrm{\α}}_1\\ \frac{1}{{\mathrm{\α}}_1-{\mathrm{\α}}_2}\×(P_1-P_2)+\frac{{\mathrm{\α}}_2}{{\mathrm{\α}}_2-{\mathrm{\α}}_1},& \mathrm{if}{\mathrm{\α}}_1\<(P_1-P_2)\<{\mathrm{\α}}_2\\ 0,& \mathrm{if}(P_1-P_2)\≥{\mathrm{\α}}_2\end{array}\right.,$(P₁–P₂)关于M1的模糊隶属函数f_M(P₁–P₂)：$f_M(P_1-P_2)=\left\{\begin{array}{cc}0,& \text{if}(P_1-P_2)\≤{\mathrm{\α}}_1\\ \frac{1}{{\mathrm{\α}}_2-{\mathrm{\α}}_1}\×(P_1-P_2)+\frac{{\mathrm{\α}}_1}{{\mathrm{\α}}_1-{\mathrm{\α}}_2},& \mathrm{if}{\mathrm{\α}}_1\<(P_1-P_2)\<{\mathrm{\α}}_2\\ \frac{1}{{\mathrm{\α}}_2-{\mathrm{\α}}_3}\×(P_1-P_2)+\frac{{\mathrm{\α}}_3}{{\mathrm{\α}}_3-{\mathrm{\α}}_2},& \mathrm{if}{\mathrm{\α}}_2\≤(P_1-P_2)\<{\mathrm{\α}}_3\\ 0,& \mathrm{if}(P_1-P_2)\≥{\mathrm{\α}}_3\end{array}\right.,$(P₁–P₂)关于B1的模糊隶属函数f_B(P₁–P₂)：$f_B(P_1-P_2)=\left\{\begin{array}{cc}0,& \mathrm{if}(P_1-P_2)\≤{\mathrm{\α}}_2\\ \frac{1}{{\mathrm{\α}}_3-{\mathrm{\α}}_2}\×(P_1-P_2)+\frac{{\mathrm{\α}}_2}{{\mathrm{\α}}_2-{\mathrm{\α}}_3},& \mathrm{if}{\mathrm{\α}}_2\<(P_1-P_2)\<{\mathrm{\α}}_3\\ 1,& \mathrm{if}(P_1-P_2)\≥{\mathrm{\α}}_3\end{array}\right.;$这里，α₁为(P₁–P₂)为小的阈值，α₂为(P₁–P₂)为中的阈值，α₃为(P₁–P₂)为大的阈值；在模糊推理模型中认为(P₁–P₂)小于α₁时为S1，(P₁–P₂)等于α₂时为M1，(P₁–P₂)大于α₃时为B1；3)利用补水阀体积流量引起吸水井液位变化量的模糊模型与关于(P₁–P₂)的模糊隶属函数，建立如下补水阀体积流量引起吸水井液位变化量的计算模型：$\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{h}_1=f_s(P_1-P_2)\×k_1\frac{a{A}_{0}t\sqrt{(P_1-P_2)\frac{2g}{r}}}{A}+f_M(P_1-P_2)\×k_2\×\frac{a{A}_{0}t\sqrt{(P_1-P_2)\frac{2g}{r}}}{A}\\ +f_B(P_1-P_2)\×k_3\×\frac{a{A}_{0}t\sqrt{\left(P_1{-P}_2\right)\frac{2g}{r}}}{A}\end{array},$4)建立渣处理水循环系统损失体积流量引起吸水井液位变化量的模糊推理模型：$\mathrm{IF\Δ}{Q}_2\mathrm{isS}2,\mathrm{THEN\Δ}{h}_2=m_1\×e^{\frac{t}{R_{2}A}};$$\mathrm{IF\Δ}{Q}_2\mathrm{isS}2,\mathrm{THEN\Δ}{h}_2=m_2\×e^{\frac{t}{R_{2}A}};$$\mathrm{IF\Δ}{Q}_2\mathrm{isS}2,\mathrm{THEN\Δ}{h}_3=m_3\×e^{\frac{t}{R_{2}A}};$其中ΔQ₂为渣处理循环系统损失体积流量；S2、M2、B2分别为描述ΔQ₂为小、中、大的模糊数；Δh₂为渣处理循环系统损失体积流量引起吸水井液位变化量；m_i为在第i条模糊规则下的转换系数，均为无量纲单位，m_i初始值通过工艺人员由人工操作经验知识中获得；R₂为冲渣水的液阻，由实验测定；5)结合ΔQ₂的大小对吸水井液位变化量的影响特性设定关于ΔQ₂的模糊隶属函数：ΔQ₂关于S2的模糊隶属函数：$f_s\left(\mathrm{\Δ}{Q}_2\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& \mathrm{if\Δ}{Q}_2\≤{\mathrm{\β}}_1\\ \frac{1}{{\mathrm{\β}}_1-{\mathrm{\β}}_2}\×\mathrm{\Δ}{Q}_2+\frac{{\mathrm{\β}}_2}{{\mathrm{\β}}_2-{\mathrm{\β}}_1},& \mathrm{if}{\mathrm{\β}}_1\<\mathrm{\Δ}{Q}_2\<{\mathrm{\β}}_2\\ 0,& \mathrm{if\Δ}{Q}_2\≥{\mathrm{\β}}_2\end{array}\right.,$ΔQ₂关于M2的模糊隶属函数：$f_M\left(\mathrm{\Δ}{Q}_2\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& \mathrm{if\Δ}{Q}_2\≤{\mathrm{\β}}_1\\ \frac{1}{{\mathrm{\β}}_2-{\mathrm{\β}}_1}\×\mathrm{\Δ}{Q}_2+\frac{{\mathrm{\β}}_1}{{\mathrm{\β}}_1-{\mathrm{\β}}_2},& \mathrm{if}{\mathrm{\β}}_1\<\mathrm{\Δ}{Q}_2\<{\mathrm{\β}}_2\\ \frac{1}{{\mathrm{\β}}_2-{\mathrm{\β}}_3}\×\mathrm{\Δ}{Q}_2+\frac{{\mathrm{\β}}_3}{{\mathrm{\β}}_3-{\mathrm{\β}}_2},& \mathrm{if}{\mathrm{\β}}_2\≤\mathrm{\Δ}{Q}_2\<{\mathrm{\β}}_3\\ 0,& \mathrm{if\Δ}{Q}_2\≥{\mathrm{\β}}_3\end{array},,\right.$ΔQ₂关于B2的模糊隶属函数：$f_B\left(\mathrm{\Δ}{Q}_2\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& \mathrm{if\Δ}{Q}_2\≤{\mathrm{\β}}_2\\ \frac{1}{{\mathrm{\β}}_3-{\mathrm{\β}}_2}\×(P_1-P_2)+\frac{{\mathrm{\β}}_2}{{\mathrm{\β}}_2-{\mathrm{\β}}_3},& \mathrm{if}{\mathrm{\β}}_2\<\mathrm{\Δ}{Q}_2\<{\mathrm{\β}}_3\\ 1,& \mathrm{if\Δ}{Q}_2\≥{\mathrm{\β}}_3\end{array}\right.;$β₁为ΔQ₂为小的阈值，β₂为ΔQ₂为中的阈值，β₃为ΔQ₂为大的阈值；在渣处理水循环系统损失体积流量引起吸水井液位变化量的模糊推理模型中认为ΔQ₂小于β₁时为S2，ΔQ₂等于β₂时为M2，ΔQ₂大于β₃时为B2；6)利用渣处理水循环系统损失体积流量引起吸水井液位变化量的模糊模型与关于ΔQ₂的模糊隶属函数，建立如下渣处理水循环系统损失体积流量引起吸水井液位变化量的计算模型：$\mathrm{\Δ}{h}_2=f_s\left(\mathrm{\Δ}{Q}_2\right)\×m_1\×e^{\frac{t}{R_{2}A}}+f_M\left(\mathrm{\Δ}{Q}_2\right)\×m_2\×e^{\frac{t}{R_{2}A}}+f_B\left(\mathrm{\Δ}{Q}_2\right)\×m_3\×e^{\frac{t}{R_{2}A}};$7)获取吸水井液位变化总量的计算公式：Δh＝Δh₁+Δh₂+Δh₃；其中,Δh为吸水井液位变化量总量；Δh₃为粒化供水泵体积流量引起吸水井液位变化量，计算公式为：Q₃为粒化供水泵体积流量。