冶金设备的能耗控制方法、装置、计算机设备及存储介质

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种冶金设备的控制方法、装置、计算机设备及存储介质。

背景技术

工业设备，尤其是冶金设备的能耗是工厂能源管理的重点关键控制点。在能源、冶炼、制造行业的背景下，提高设备的能源利用效率，通过有效预测和精准控制手段节能降耗，是企业降低能耗水平提高经济效益的重要方法，也是企业社会环境保护责任和碳减排责任。

现有冶金工序如煤碳、电力、水等资源消耗，采用总量核算、手工抄表等方式进行统计，中间过程误差很大，主要设备开机后没有自动控制功能，不能根据使用过程情况使用最佳的电功率，降低能源利用率，造成能耗的浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种冶金设备的能耗控制方法，以解决现有技术中无法根据使用过程情况调整设备电功率的技术问题。该方法包括：

采集每个冶金设备的电耗数据；

确定每个所述冶金设备的生产计划数据和排班计划数据；

根据所述生产计划数据和所述排班计划数据与所述电耗数据的对应关系，建立预期动态方程，其中，所述预期动态方程的输入数据为所述生产计划数据和所述排班计划数据，所述预期动态方程的输出数据为生产能耗量和电耗电流；

根据所述预期动态方程的设定值的当前步序值、设定值的上一步序值和设定值补偿值的上一步序值，计算设定值补偿值的当前步序值；

根据所述预期动态方程的当前步序输出值、所述设定值补偿值的当前步序值、所述预期动态方程的上一步序输出值和设定值补偿值的上一步序值进行偏差计算，得到偏差值；

根据所述偏差值和所述设定值补偿值的当前步序值，计算当前步序控制量值；

根据所述当前步序控制量值计算各个冶金设备的电功率，并根据所述电功率控制各个冶金设备的实时电功率。

本发明实施例还提供了一种冶金设备的能耗控制装置，以解决现有技术中无法根据使用过程情况调整设备电功率的技术问题。该装置包括：

数据采集模块，用于采集每个冶金设备的电耗数据；

数据分析模块，用于确定每个所述冶金设备的生产计划数据和排班计划数据；

方程构建模块，用于根据所述生产计划数据和所述排班计划数据与所述电耗数据的对应关系，建立预期动态方程，其中，所述预期动态方程的输入数据为所述生产计划数据和所述排班计划数据，所述预期动态方程的输出数据为生产能耗量和电耗电流；

补偿计算模块，用于根据所述预期动态方程的设定值的当前步序值、设定值的上一步序值和设定值补偿值的上一步序值，计算设定值补偿值的当前步序值；

偏差计算模块，用于根据所述预期动态方程的当前步序输出值、所述设定值补偿值的当前步序值、所述预期动态方程的上一步序输出值和设定值补偿值的上一步序值进行偏差计算，得到偏差值；

控制量计算模块，用于根据所述偏差值和所述设定值补偿值的当前步序值，计算当前步序控制量值；

控制模块，用于根据所述当前步序控制量值计算各个冶金设备的电流和电功率，并根据所述电功率控制各个冶金设备的实时电功率。

本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意的冶金设备的能耗控制方法，以解决现有技术中无法根据使用过程情况调整设备电功率的技术问题。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述任意的冶金设备的能耗控制方法的计算机程序，解决现有技术中无法根据使用过程情况调整设备电功率的技术问题。

与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：提出了基于冶金设备的电耗数据、生产计划数据和排班计划数据构建预期动态方程，进而基于预期动态方程，根据每个冶金设备对应的生产计划数据和排班计划数据动态预测每个冶金设备的电功率，并基于预测的电功率调整冶金设备的实时电功率，实现了可以实时调整冶金设备的实时电功率，进而有利于提高冶金设备的电能源的利用率，有利于避免能耗的浪费；同时，在基于预期动态方程计算当前步序控制量值的过程中，考虑了设定值补偿值，使得可消除转速变化对电流控制的影响，从而提高了冶金设备的动态性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种冶金设备的能耗控制方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种引入电压前馈补偿后的控制器的示意框图；

图3是本发明实施例提供的一种计算机设备的结构框图；

图4是本发明实施例提供的一种冶金设备的能耗控制装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本发明实施例中，提供了一种冶金设备的能耗控制方法，如图1所示，该方法包括：

步骤S101：采集每个冶金设备的电耗数据；

步骤S102：确定每个所述冶金设备的生产计划数据和排班计划数据；

步骤S103：根据所述生产计划数据和所述排班计划数据与所述电耗数据的对应关系，建立预期动态方程，其中，所述预期动态方程的输入数据为所述生产计划数据和所述排班计划数据，所述预期动态方程的输出数据为生产能耗量和电耗电流；

步骤S104：根据所述预期动态方程的设定值的当前步序值、设定值的上一步序值和设定值补偿值的上一步序值，计算设定值补偿值的当前步序值；

步骤S105：根据所述预期动态方程的当前步序输出值、所述设定值补偿值的当前步序值、所述预期动态方程的上一步序输出值和设定值补偿值的上一步序值进行偏差计算，得到偏差值；

步骤S106：根据所述偏差值和所述设定值补偿值的当前步序值，计算当前步序控制量值；

步骤S107：根据所述当前步序控制量值计算各个冶金设备的电功率，并根据所述电功率控制各个冶金设备的实时电功率。

由图1所示的流程可知，在本发明实施例中，提出了基于冶金设备的电耗数据、生产计划数据和排班计划数据构建预期动态方程，进而基于预期动态方程，根据每个冶金设备对应的生产计划数据和排班计划数据动态预测每个冶金设备的电功率，并基于预测的电功率调整冶金设备的实时电功率，实现了可以实时调整冶金设备的实时电功率，进而有利于提高冶金设备的电能源的利用率，有利于避免能耗的浪费；同时，在基于预期动态方程计算当前步序控制量值的过程中，考虑了设定值补偿值，使得可消除转速变化对电流控制的影响，从而提高了冶金设备的动态性能。

具体实施时，根据所述预期动态方程的设定值的当前步序值、设定值的上一步序值和设定值补偿值的上一步序值，计算设定值补偿值的当前步序值的过程，可以采用现有技术中的计算方式实现，本申请不做具体限定。

具体实施时，根据所述当前步序控制量值计算各个冶金设备的电功率的过程，可以采用现有技术中的计算方式实现，本申请不做具体限定。

具体实施时，在采集每个冶金设备的电耗数据的过程中，可以通过冶炼厂中的电流互感器、智能电表等采集设备采集各个产线设备或冶金设备(如AGC四辊轧机、开坯轧机、等静压机、精轧机、四辊轧机、电渣炉)的电耗数据，即电耗使用情况数据，例如，采集的电耗数据可以包括下表1中所示的数据。

表1

具体实施时，在确定每个所述冶金设备的生产计划数据和排班计划数据的过程中，每个冶金设备的生产计划数据可以是产品数量数据集，每个冶金设备的排班计划数据可以是排班时间数据或运行时间数据。

具体实施时，得到生产计划数据、所述排班计划数据和所述电耗数据之后，可以通过数据分析、挖掘和趋势分析等方式，得到大量各产品、关键工序的生产计划和排班计划与能耗关系数据，即生产计划和排班计划对应的能耗数据。

具体实施时，在基于预期动态方程动态预测各个冶金设备的电功率的过程中，为了提高能够精准跟踪预期动态，同时能够分离调试跟踪性能与抗扰性能，具有较好的控制品质，在本实施例中，提出了通过以下方式实现根据所述偏差值和所述设定值补偿值的当前步序值，计算当前步序控制量值的过程：

根据所述偏差值，通过PI或PID算法，计算得到PI或PID控制器当前步序输出值；根据所述设定值补偿值的当前步序值和PI控制器当前步序输出值，计算所述当前步序控制量值；或者，根据所述设定值补偿值的当前步序值和PID控制器当前步序输出值，计算所述当前步序控制量值。该控制量值的计算过程考虑了设定值补偿值，属于弱模型控制，无需被控对象精确数学描述，与传统二自由度PI/PID控制相比，能够精准跟踪预期动态，同时能够分离调试跟踪性能与抗扰性能，具有较好的控制品质。

具体实施时，在根据所述偏差值，通过PI或PID算法，计算得到PI或PID控制器当前步序输出值的过程中，提出了以下准确计算PI控制器当前步序输出值的方式：

将所述偏差值乘以第一比例增益，得到第一比例控制项；

将所述偏差值乘以第一积分增益，并将乘积与积分累计值相加，得到第一积分控制项；

将所述第一比例控制项和所述第一积分控制项相加，得到PI控制器当前步序输出值。

具体实施时，第一比例增益和第一积分增益的大小可以根据设备的特性和性能要求进行具体确定。

具体实施时，在根据所述偏差值，通过PI或PID算法，计算得到PI或PID控制器当前步序输出值的过程中，提出了以下准确计算PID控制器当前步序输出值的方式：

将所述偏差值乘以第二比例增益，得到第二比例控制项；

将所述偏差值的累积值乘以第二积分增益，得到第二积分控制项；

将所述偏差值的变化率乘以微分增益，得到微分控制项；

将所述第二比例控制项、所述第二积分控制项和所述微分控制项相加，得到PID控制器当前步序输出值。

具体实施时，第二比例增益、第二积分增益和微分增益的大小可以根据设备的特性和性能要求进行具体确定。

具体实施时，对于PID控制器的输出值，第二比例控制项可以使得响应更加灵敏，第二积分控制项可以消除稳态误差，微分控制项可以提高稳定性和抗干扰能力，因此，基于第二比例控制项、第二积分控制项和微分控制项得到的PID控制器当前步序输出值更够更好地跟踪设定值，进而使得当前步序控制量更好的跟踪设定值对应的预期状态，以提高控制的精准度。

具体实施时，PI电流调节器是电流控制的重要方式。目前已不断优化基于电压前馈补偿型PI电流控制器，即PI前馈补偿控制。改进的PI电压前馈补偿型电流控制，将面装式PMSM在同步旋转的由坐标的电压方程改为电流状态方程，即上述预期动态方程为电流状态方程。

具体实施时，现有的电流状态方程如下：

本申请发明人，分析上式可得，PMSM电流状态方程中存在耦合成分。由于传统的PI电流调节器的输出电压有抵消反电动势和控制交、直轴电流作用，将会导致系统的调节时间变长，实时性变差，调节精度和系统的动态性能变差。因此，提出了在控制器里补偿上以上公式中的耦合项，以消除转速变化对电流控制的影响，从而提高了系统的动态性能。具体的，本申请提出的上述预期动态方程的公式如下，引入电压前馈补偿后的控制器的示意框图如图2所示(图2中i

其中，

在本实施例中，提供了一种计算机设备，如图3所示，包括存储器301、处理器302及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意的冶金设备的能耗控制方法。

具体的，该计算机设备可以是计算机终端、服务器或者类似的运算装置。

在本实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述任意的冶金设备的能耗控制方法的计算机程序。

具体的，计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机可读存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读存储介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种冶金设备的能耗控制装置，如下面的实施例所述。由于冶金设备的能耗控制装置解决问题的原理与冶金设备的能耗控制方法相似，因此冶金设备的能耗控制装置的实施可以参见冶金设备的能耗控制方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图4是本发明实施例的冶金设备的能耗控制装置的一种结构框图，如图4所示，该装置包括：

数据采集模块401，用于采集每个冶金设备的电耗数据；

数据分析模块402，用于确定每个所述冶金设备的生产计划数据和排班计划数据；

方程构建模块403，用于根据所述生产计划数据和所述排班计划数据与所述电耗数据的对应关系，建立预期动态方程，其中，所述预期动态方程的输入数据为所述生产计划数据和所述排班计划数据，所述预期动态方程的输出数据为生产能耗量和电耗电流；

补偿计算模块404，用于根据所述预期动态方程的设定值的当前步序值、设定值的上一步序值和设定值补偿值的上一步序值，计算设定值补偿值的当前步序值；

偏差计算模块405，用于根据所述预期动态方程的当前步序输出值、所述设定值补偿值的当前步序值、所述预期动态方程的上一步序输出值和设定值补偿值的上一步序值进行偏差计算，得到偏差值；

控制量计算模块406，用于根据所述偏差值和所述设定值补偿值的当前步序值，计算当前步序控制量值；

控制模块407，用于根据所述当前步序控制量值计算各个冶金设备的电流和电功率，并根据所述电功率控制各个冶金设备的实时电功率。

在一个实施例中，所述控制量计算模块，包括：

输出计算单元，用于根据所述偏差值，通过PI或PID算法，计算得到PI或PID控制器当前步序输出值；

控制量计算单元，用于根据所述设定值补偿值的当前步序值和PI控制器当前步序输出值，计算所述当前步序控制量值；或者，根据所述设定值补偿值的当前步序值和PID控制器当前步序输出值，计算所述当前步序控制量值。

在一个实施例中，控制量计算单元，用于将所述偏差值乘以第一比例增益，得到第一比例控制项；将所述偏差值乘以第一积分增益，并将乘积与积分累计值相加，得到第一积分控制项；将所述第一比例控制项和所述第一积分控制项相加，得到PI控制器当前步序输出值。

在一个实施例中，控制量计算单元，用于将所述偏差值乘以第二比例增益，得到第二比例控制项；将所述偏差值的累积值乘以第二积分增益，得到第二积分控制项；将所述偏差值的变化率乘以微分增益，得到微分控制项；将所述第二比例控制项、所述第二积分控制项和所述微分控制项相加，得到PID控制器当前步序输出值。

本发明实施例实现了如下技术效果：提出了基于冶金设备的电耗数据、生产计划数据和排班计划数据构建预期动态方程，进而基于预期动态方程，根据每个冶金设备对应的生产计划数据和排班计划数据动态预测每个冶金设备的电功率，并基于预测的电功率调整冶金设备的实时电功率，实现了可以实时调整冶金设备的实时电功率，进而有利于提高冶金设备的电能源的利用率，有利于避免能耗的浪费；同时，在基于预期动态方程计算当前步序控制量值的过程中，考虑了设定值补偿值，使得可消除转速变化对电流控制的影响，从而提高了冶金设备的动态性能。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。