本发明涉及过程控制，尤其涉及一种基于大数据的电炉炼钢含碳量控制系统。
背景技术：
1、过程控制技术领域是一种应用于工业生产和制造过程中的技术，目的是通过监测和调整生产过程中的各种参数来确保产品质量、提高生产效率并最小化成本和能源消耗，这种技术涉及到使用传感器、控制器和执行机构等硬件设备，以及相应的软件系统来实现对生产过程的实时监控和控制。在过程控制中，数据的收集、分析和反馈，使得过程能够自动调节，以达到预设的性能目标。过程控制在许多行业中都有广泛应用，包括化工、制药、食品加工和金属冶炼等，包括对产品质量、安全性和环境影响有严格要求的行业中。
2、其中，电炉炼钢含碳量控制系统是一种专为电炉炼钢过程设计的过程控制系统，其主要用途是精确控制炼钢过程中钢水的碳含量，碳含量是决定钢材性能的关键因素之一，对钢材的硬度、强度和可塑性等机械性能有直接影响，通过实时监测和调节炉内碳含量，该系统能有效确保产品质量，优化能耗，并减少生产过程中的碳排放。在低碳经济的背景下，电炉炼钢含碳量控制系统尤为重要，不仅提高炼钢的经济效益，还符合环保和可持续发展的要求，该系统的应用有助于炼钢企业在碳交易市场中更好地管理其碳配额，从而降低运营成本并提高市场竞争力。
3、现有的电炉炼钢含碳量控制系统虽广泛应用于炼钢领域，但在实际操作中常见的问题包括对初始操作条件的设定不够精确和对生产过程的实时调整反应不够迅速，技术依赖于传统的传感器和控制系统，其数据处理和反应时间不足以处理高变动性的生产过程如电炉炼钢，现有技术在碳含量控制方面未能实现最优化，导致能源浪费和生产效率不理想。例如，缺乏实时数据分析导致对碳含量的调整滞后，从而影响钢材的机械性能和产品质量。缺乏高度集成化和自动化的系统也增加对操作人员的依赖，提高操作过程中的错误风险，使得企业难以在追求高效率和低碳排放的今天保持竞争力，同时也增加了因产品不合格而造成的经济损失。
技术实现思路
1、本发明的目的是解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于大数据的电炉炼钢含碳量控制系统。
2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于大数据的电炉炼钢含碳量控制系统包括：
3、碳含量初步控制模块基于历史操作数据和标准生产要求，设定电炉操作的初始条件，包括温度、时间、加料速度和初始碳含量，获取初始操作参数，根据所述初始操作参数，调整电炉的炉温控制和料速，形成初步碳控调整策略；
4、碳含量动态调整模块基于所述初步碳控调整策略，对炉温控制和料速进行实时调整，获取实时调整数据，通过所述实时调整数据计算调整后的碳含量预期变化，生成预期碳含量调整结果；
5、碳含量监控与反馈模块利用所述预期碳含量调整结果，监测实时碳含量与预期碳含量的偏差，生成碳含量稳定性分析结果，基于所述碳含量稳定性分析结果，调整电炉运行参数并优化碳含量监控，生成碳含量参数优化方案；
6、电炉效率优化模块根据所述碳含量参数优化方案，调整电炉的操作参数，匹配预定的碳含量水平，评估参数调整的影响，对比调整前后的能耗数据，记录关键生产指标的变化，生成碳控效率分析结果。
7、作为本发明的进一步方案，所述初始操作参数的获取步骤具体为：
8、基于历史操作数据和标准生产要求，从电炉操作数据中提取关键操作参数，包括温度、时间、加料速度和初始碳含量，整合成历史操作数据集合，对比历史操作数据集合与电炉的标准生产参数，采用公式：计算偏差百分比，生成偏差数据集合，其中，代表标准参数中的第个参数，代表历史操作数据中的第个参数，代表参数数量，代表参数的平均偏差百分比；
9、利用所述偏差数据集合中的信息，对电炉的标准生产参数进行动态调整，应用公式：计算并得到调整后的操作参数集合，其中，代表未调整的标准参数，代表调整后的参数，代表基于偏差的调整系数，代表参数的平均偏差百分比；
10、结合所述调整后的操作参数集合与当前的生产需求和设备状态，应用公式：生成初始操作参数，其中，代表初始操作参数，和是调整因子，为正则化常数，代表调整后的参数。
11、作为本发明的进一步方案，所述初步碳控调整策略的获取步骤具体为：
12、基于所述初始操作参数，捕捉原始炉温和料速，根据材料反应系数和调节系数，采用公式：计算并得到当前碳浓度结果，其中，代表当前炉温，代表料速，为材料反应系数，为调节系数，为当前碳浓度；
13、对比当前碳浓度结果与目标碳控水平，计算调整需求百分比，采用公式生成碳控调整需求，其中，代表目标碳控水平，为当前碳浓度，为调整需求百分比，为修正因子；
14、根据碳控调整需求，调整炉温和料速，采用公式：和生成初步碳控调整策略，其中，为新炉温设定，为新料速设定，代表当前炉温，代表料速，为调整需求百分比。
15、作为本发明的进一步方案，所述实时调整数据的获取步骤具体为：
16、基于所述初步碳控调整策略，实时测量炉内温度，通过温度传感器记录，将温度数据转化为控制输入，采用公式：生成温度控制参数，其中，代表当前测得的炉温，为温度调整系数，为衰减因子，为设备最大可承受温度，代表温度控制参数；
17、根据所述温度控制参数，调整料速，采用公式：得到料速控制参数，其中，代表基准料速，代表设定温度，代表料速调整因子，代表料速控制参数，代表温度控制参数；
18、结合温度控制参数和料速控制参数，采集当前炉内温度和料速信息，将数据传输至控制单元，分析温度数据和料速数据的均值和偏差，调整电炉的温度和料速设置，采用公式：获取实时调整数据，其中，代表料速控制参数，代表温度控制参数，代表实时调整数据。
19、作为本发明的进一步方案，所述预期碳含量调整结果的获取步骤具体为：
20、基于所述实时调整数据，通过环境监测传感器定时收集实时碳含量数据，利用数据清洗算法移除噪声和异常值，根据公式：得到实时碳数据集，其中，代表每个数据点的碳含量，代表总数据点数，代表数据点的平均值，代表经过处理的数据集；
21、基于所述实时碳数据集和环境变化系数，使用公式：计算并得到预期碳含量变化量，其中，代表环境变化影响系数，代表经过处理的数据集，代表预期碳含量变化量；
22、根据所述预期碳含量变化量和政策设定的环境阈值，利用公式：得到预期碳含量调整结果，其中，代表预期碳含量变化量，代表环境政策阈值，代表调整后的碳含量结果，代表经过处理的数据集。
23、作为本发明的进一步方案，所述碳含量稳定性分析结果的获取步骤具体为：
24、基于所述预期碳含量调整结果，通过将环境监测获取的实时碳含量与预期碳含量调整结果进行比较，计算两者的偏差，采用公式：生成实时与预期碳含量的偏差，其中，表示实时监测的碳含量，表示预期碳含量调整结果，表示实时与预期碳含量的偏差，是稳定性调节参数；
25、利用所述实时与预期碳含量的偏差与设定的稳定性阈值进行比较，决定是否需要进行调整，使用公式：生成调整需求标志，其中，为实时与预期碳含量的偏差，为稳定性阈值，为调整需求标志(若结果大于等于1，则需要调整，否则不需要)，是权重参数；
26、根据所述调整需求标志和实时与预期碳含量的偏差，结合稳定性分析的要求，采用公式：生成碳含量稳定性分析结果，其中，为调整需求标志，为实时与预期碳含量的偏差，为碳含量稳定性分析结果，是归一化参数。
27、作为本发明的进一步方案，所述碳含量参数优化方案的获取步骤具体为：
28、利用所述碳含量稳定性分析结果，结合电炉关键的调节系数，计算碳排放偏差量，采用公式：生成实时碳偏差量，其中，表示碳含量稳定性分析结果，为碳偏差调节系数，为碳偏差量；
29、基于所述实时碳偏差量，采用反馈调整确定电炉的运行参数调整量，通过公式：引入电炉性能调整因子和调整基线系数，生成电炉运行参数调整量，其中，为碳偏差量，和分别为性能调整因子和调整基线系数，为电炉运行参数调整量；
30、根据所述电炉运行参数调整量，通过优化算法，优化电炉参数并降低碳排放量，使用公式：生成碳含量参数优化方案，其中，为电炉运行参数调整量，为优化效率系数，为碳含量参数优化方案。
31、作为本发明的进一步方案，所述碳控效率分析结果的获取步骤具体为：
32、基于所述碳含量参数优化方案和当前电炉的运行参数，调整参数并匹配预定的碳含量水平，采用公式：生成更新后的电炉运行参数，其中，表示原始电炉运行参数，是优化系数，和是调整影响的新系数，是更新后的电炉运行参数；
33、利用所述更新后的电炉运行参数，评估对碳排放和能耗的影响，采用公式：生成调整后的能耗数据，其中，为原始能耗数据，为更新后的电炉运行参数，和为能耗调节系数，为调整后的能耗数据；
34、根据所述调整后的能耗数据和生产指标，采用公式：计算并生成碳控效率分析结果，其中，和分别为调整前后的能耗数据，为生产效率指数，表示碳控效率分析结果。
35、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
36、本发明中，通过精确控制初始碳含量、炉温和料速，这种策略显著提高炼钢过程的可预测性和一致性，从而降低产品质量波动，实时调整数据的生成和使用，使得炉温控制和料速调整能够即时响应碳含量的预期变化，进一步减少能耗并提高了生产效率，此实时反馈机制不仅确保产品质量，也优化了能源使用，因为即使在微小的碳含量变动也能快速调整，碳含量稳定性分析的实施，通过持续监控碳含量与预期值的偏差，为电炉操作提供更精细的调控依据，这种监控的连续性和自动化降低人为错误的可能性，并提升系统的整体反应速度和准确性，这种精细的控制流程不仅减少生产中的碳排放，还通过优化操作参数，加强了炼钢企业在碳交易市场中的竞争力，为企业带来经济与环保双重效益。
1.一种基于大数据的电炉炼钢含碳量控制系统，其特征在于，所述系统包括：
2.根据权利要求1所述的基于大数据的电炉炼钢含碳量控制系统，其特征在于，所述初始操作参数的获取步骤具体为：
3.根据权利要求2所述的基于大数据的电炉炼钢含碳量控制系统，其特征在于，所述初步碳控调整策略的获取步骤具体为：
4.根据权利要求3所述的基于大数据的电炉炼钢含碳量控制系统，其特征在于，所述实时调整数据的获取步骤具体为：
5.根据权利要求4所述的基于大数据的电炉炼钢含碳量控制系统，其特征在于，所述预期碳含量调整结果的获取步骤具体为：
6.根据权利要求5所述的基于大数据的电炉炼钢含碳量控制系统，其特征在于，所述碳含量稳定性分析结果的获取步骤具体为：
7.根据权利要求6所述的基于大数据的电炉炼钢含碳量控制系统，其特征在于，所述碳含量参数优化方案的获取步骤具体为：
8.根据权利要求7所述的基于大数据的电炉炼钢含碳量控制系统，其特征在于，所述碳控效率分析结果的获取步骤具体为：
