本發明用于熱軋加熱爐爐溫和鋼溫控制領域，尤其是加熱爐爐溫制度設定方法和鋼坯標準加熱曲線計算方法。
背景技術：
加熱爐作為軋鋼廠中的重要熱能設備，其功能主要把鋼坯加熱成溫度均勻的熱坯，且能滿足高質量軋制要求。隨著信息技術、計算機技術、網絡技術的不斷發展，軋鋼工業自動化控制水平也相應地不斷提高。
目前鋼坯加熱爐的爐溫制度，又稱加熱制度，一般由工藝技術人員根據生產經驗進行設計，設定范圍比較寬泛，實際生產上主要依靠人工在該范圍內手動調節，需要頻繁查找工藝文件，工作勞動強度大，難以適應不同鋼種和規格的加熱工藝頻繁切換需求，精度及靈活性差，加熱質量受限于工人經驗水平，無法實現計算機的自動設定。
目前，工程上在解決這種問題一般采用數學模型尋優法，例如《加熱爐爐內坯料優化加熱曲線計算系統及方法》（專利申請號cn201210507501），以鋼坯升溫過程的溫度積分替代目標函數來表征該加熱制度的燃耗的大小，從中選出積分最小的一個作為該尺寸規格坯料的優化加熱曲線。但是這種方面無法考慮加熱爐的實際各段加熱能力限制和特殊鋼種對升溫速度的限制，偏向理論，實際應用價值不大。
技術實現要素：
針對以上問題，本發明提供了針對現有技術缺陷，本發明提供一種加熱爐爐溫制度的設定方法和系統，實現計算機自動設定爐溫制度和計算鋼坯升溫曲線，滿足鋼坯加出爐溫度和加熱質量要求，降低加熱爐能耗，提高技術管理和自動化控制水平。該方法不受鋼坯規格、鋼種限制，自動適應出爐目標溫度要求，可在鋼坯入爐前即可獲取加熱制度，并利用數學模型計算升溫曲線，計算速度快，維護簡單方便，有利于實現加熱爐的加熱工藝計算機自動控制。
為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種加熱爐爐溫制度的設定系統包括一臺服務器，一臺工程師站，數據庫，鋼坯加熱模擬計算模塊，爐溫制度尋優設定模塊，工程師維護界面、生產計劃通訊接口等部分組成，其中生產計劃通訊接口與上位機系統（例如生產計劃管理系統）進行數據通訊，獲取對象鋼坯的鋼種、類型、規格尺寸、目前出爐溫度、入爐溫度、計劃在爐時間等數據。本系統中，數據庫、鋼坯加熱模擬計算模塊、爐溫制度尋優設定模塊、生產計劃通訊接口均安裝在服務器內，工程師維護界面安裝在工程師站內，服務器與工程師、上位機系統（麗日生產計劃管理系統）均通過工業以太網相聯。數據庫內包含有爐溫制度組合表、鋼種分類表、加熱制度表等。
一種規格鋼種的爐溫制度的設定方法是一種查表試算法，從低溫到高溫依次從該鋼種類別的爐溫制度組合表中調出一行爐溫組合（即各段爐溫），通過鋼坯加熱模擬計算模塊計算該鋼坯的出爐溫度，對比該出爐溫度和目標出爐溫度偏差。若偏差低于設定允許值則當前爐溫組合即為該規格鋼坯的爐溫制度，否則重新查詢爐溫制度組合表或用插值法計算出另一套爐溫組合重新進行試算。該設定方法的工作流程如下：
（1）工程師在工程師站上通過工程師維護界面設計爐溫制度組合表，該表按照加熱工藝要求嚴格程度分為甲類鋼、乙類鋼、丙類鋼等不同大類，其中甲類鋼適用于無特殊加熱要求的普通鋼，乙類鋼適用于一種加熱要求（例如要求入爐加熱速度緩慢）的部分特殊鋼，丙類鋼適用于另一種加熱要求（例如要求入爐加熱速度適中）的部分特殊鋼。每種類型的爐溫制度組合表為m行n列的數據表格，其中n為加熱爐控制段數，一般取4（對應預熱段、加熱一段、加熱二段、均熱段這4段）或5（對應預熱段、加熱一段、加熱二段、加熱三段、均熱段這5段）。m為組合行數，按照從低溫到高溫一般取5～20，表示不同目標出爐溫度下的各段爐溫基礎設定值。
（2）工程師在工程師站上通過工程師維護界面在鋼種分類表內對所有鋼種進行分類，分別將每種鋼種按照加熱工藝要求等級劃分到甲類鋼、乙類鋼或丙類鋼等類型里。
（3）服務器內的爐溫制度尋優設定模塊通過生產計劃通訊接口向上位機系統（即生產計劃管理系統）獲取入爐鋼坯的鋼種、規格尺寸、目前出爐溫度、入爐溫度、計劃在爐時間等數據。爐溫制度尋優設定模塊接收到入爐鋼坯數據后，將鋼坯的鋼種、規格尺寸、目標出爐鋼溫ts0、入爐溫度、計劃在爐時間等數據輸入到鋼坯加熱模擬計算模塊內進行初時化。同時根據鋼種從鋼種分類表中查找出該鋼種的類別，判定其是甲類鋼、乙類鋼還是丙類鋼，并獲取該類別鋼的爐溫制度組合表。
（4）爐溫制度尋優設定模塊從上述類別鋼的爐溫制度組合表中，按照從低溫到高溫的排序獲取爐溫制度，首先獲取第1行的各段爐溫基礎設定值tf(i)（i取0～4，分別對應預熱段、加熱一段、加熱二段、加熱三段、均熱段）。
（5）爐溫制度尋優設定模塊將各段爐溫基礎設定值tf(i)輸入到鋼坯加熱模擬計算模塊內，模擬計算出鋼坯在這種爐溫制度下的升溫曲線和鋼坯出爐溫度ts。
（6）對比鋼坯出爐溫度模擬計算值ts和目標出爐鋼溫ts0偏差dts：
dts=ts-ts0
設定dts的尋優結束判斷偏差為dts_min，一般dts_min取1～5。若dts<－dts_min，則將當前爐溫制度tf(i)記錄為tf0(i)，即tf0(i)=tf(i)；并轉到爐溫制度組合表中的下一行，獲取該行的各段爐溫基礎設定值tf(i)（i取0～4，分別對應預熱段、加熱一段、加熱二段、加熱三段、均熱段），重新執行步驟（5）、（6）。
若dts>＝dts_min，如果當前爐溫制度是爐溫制度組合表的第一行則結束計算，如果當前爐溫制度不是爐溫制度組合表的第一行，則對上一行爐溫制度tf0(i)和當前爐溫制度tf(i)進行插值計算，得出新的爐溫制度tf_1(i)。
tf_1(i)=tf0(i)＋dts/10*(tf(i)-tf0(i))
然后將新的爐溫制度tf_1(i)賦值給下一次模擬計算的爐溫制度tf(i):
tf(i)=tf_1(i)
然后重新執行步驟（5）、（6）。
若dts>＝－dts_min且dts<dts_min，則認為該種入爐鋼坯的爐溫制度尋找結束，其各段的標準爐溫設定值為tf(i)，i取0～4，分別對應預熱段、加熱一段、加熱二段、加熱三段、均熱段。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明提供的加熱爐爐溫制度的設定方法和系統，可實現計算計自動設定爐溫制度和計算鋼坯升溫曲線，滿足鋼坯加出爐溫度和加熱質量要求，降低加熱爐能耗，提高技術管理和自動化控制水平。該方法不受鋼坯規格、鋼種限制，自動適應出爐目標溫度要求，可在鋼坯入爐前即可獲取加熱制度，并利用數學模型計算得出升溫曲線作為后期爐溫動態調整的依據，該方法計算速度快，維護簡單方便，有利于實現加熱爐的加熱工藝計算機全自動控制。
附圖說明
圖1為本發明的系統結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
實施例：
請參閱圖1，本發明提供一種技術方案：本發明按照附圖1布置控制系統，它配置一臺服務器和一臺工程師站，在服務其內，安裝有數據庫、鋼坯加熱模擬計算模塊、爐溫制度尋優設定模塊、工程師維護界面、生產計劃通訊接口等組成模塊，其中生產計劃通訊接口與上位機系統（例如生產計劃管理系統）進行數據通訊，獲取對象鋼坯的鋼種、類型、規格尺寸、目前出爐溫度、入爐溫度、計劃在爐時間等數據。在工程師站內安裝工程師維護界面。服務器與工程師、上位機系統（即生產計劃管理系統）均通過工業以太網相聯。
數據庫采用oracle10g，內設有爐溫制度組合表、鋼種分類表、加熱制度表等。其中爐溫制度組合表的主要數據列有：鋼種分類（分為甲類鋼、乙類鋼、丙類鋼三種）、編號、預熱段爐溫、加一段爐溫、加二段爐溫、均熱段爐溫等，如下表一。鋼種分類表的主要數據列有編號、鋼種、鋼種分類等。加熱制度表的主要數據列有：編號、鋼種、厚度、產品類型、入爐溫度、出爐目標溫度、計劃在爐時間、計劃均熱時間、預熱段爐溫、加一段爐溫、加二段爐溫、均熱段爐溫、預熱段中端鋼溫、預熱段末端鋼溫、加一段中端鋼溫、加一段末端鋼溫、加二段中端鋼溫、加二段末端鋼溫、均熱段中端鋼溫、均熱段末端鋼溫等。
表一爐溫制度組合表
鋼坯加熱模擬計算模塊、爐溫制度尋優設定模塊、工程師維護界面、生產計劃通訊接口等由計算機高級語言microsoftvisualbasic.net2008編寫。這些模塊安裝在服務器內，其中爐溫制度尋優設定模塊設置為開機啟動，成功運行后程序等待2秒鐘，重新運行。
爐溫制度尋優設定模塊運行時，首先通過生產計劃通訊接口向上位機系統（即生產計劃管理系統）獲取入爐鋼坯的基本數據信息，包括鋼種、規格尺寸、目前出爐溫度ts0、入爐溫度、計劃在爐時間等數據。若接收到入爐鋼坯數據后，爐溫制度尋優設定模塊將調用鋼坯加熱模擬計算模塊，并將上述入爐鋼坯的基本數據信息輸入到鋼坯加熱模擬計算模塊進行初始化，同時根據鋼種從鋼種分類表中查找出該鋼種的類別，判定其是甲類鋼、乙類鋼還是丙類鋼，并獲取該類別鋼的爐溫制度組合表。
爐溫制度尋優設定模塊獲取到爐溫制度組合表后，按照從低溫到高溫的排序獲取爐溫制度，首先獲取“編號”為1的一行各段爐溫基礎設定值tf(i)（i取0～3，分別對應預熱段爐溫、加熱一段爐溫、加熱二段爐溫、均熱段爐溫），然后程序將按照下列步驟進行運行：
（1）爐溫制度尋優設定模塊將各段爐溫基礎設定值tf(i)輸入到鋼坯加熱模擬計算模塊內，模擬計算出鋼坯在這種爐溫制度下的升溫曲線和鋼坯出爐溫度ts。
（2）爐溫制度尋優設定模塊對比鋼坯出爐溫度模擬計算值ts和目標出爐鋼溫ts0偏差dts：
dts=ts-ts0
若dts<－2，則將當前爐溫制度tf(i)記錄為tf0(i)，即tf0(i)=tf(i)；并轉到爐溫制度組合表中的下一行，獲取新的各段爐溫基礎設定值tf(i)（i取0～3，分別對應預熱段爐溫、加熱一段爐溫、加熱二段爐溫、均熱段爐溫），重新執行步驟（1）、（2）。
若dts>＝2，如果當前爐溫制度是爐溫制度組合表的第一行則結束計算，如果當前爐溫制度不是爐溫制度組合表的第一行，則對上一行爐溫制度tf0(i)和當前爐溫制度tf(i)進行插值計算，得出新的爐溫制度tf_1(i)。
tf_1(i)=tf0(i)＋dts/10*(tf(i)-tf0(i))
然后將新的爐溫制度tf_1(i)賦值給下一次模擬計算的爐溫制度tf(i):
tf(i)=tf_1(i)
然后重新執行步驟（1）、（2）。
若dts>＝－2且dts<2，則認為該種入爐鋼坯的爐溫制度尋找結束，其各段的標準爐溫設定值為tf(i)，i取0～3，分別對應預熱段爐溫、加熱一段爐溫、加熱二段爐溫、均熱段爐溫。
（3）爐溫制度尋優設定模塊將該入爐鋼坯的基本信息數據、尋好的加熱制度tf(i)、過程鋼溫等數據保存到加熱制度表中，包括編號、鋼種、厚度、產品類型、入爐溫度、出爐目標溫度、計劃在爐時間、計劃均熱時間、預熱段爐溫、加一段爐溫、加二段爐溫、均熱段爐溫、預熱段中端鋼溫、預熱段末端鋼溫、加一段中端鋼溫、加一段末端鋼溫、加二段中端鋼溫、加二段末端鋼溫、均熱段中端鋼溫、均熱段末端鋼溫等。
其中，爐溫制度設定過程流程：
1.查找下一條制度，i=i+1；
2.鋼種分類，設計各鋼種類別的爐溫制度組合表，獲取鋼坯信息，調出爐溫制度組合表，i=1，調用鋼坯加熱模擬模塊試算；
3.dts>-dts_mindts<dts_min，記錄爐溫制度，結束；
4.爐溫制度插值計算；
5.從組合表中調用第i條爐溫制度，是/否。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。