這篇智能化設(shè)計(jì)論文發(fā)表了智能化技術(shù)在焦?fàn)t集氣管調(diào)節(jié)的應(yīng)用，論文結(jié)合集氣管中存在的實(shí)際問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一套先進(jìn)的控制算法，從而讓集氣管的調(diào)節(jié)更加穩(wěn)定，論文對(duì)該技術(shù)的方案和創(chuàng)新成果進(jìn)行了如下探討。

　　關(guān)鍵詞：智能化設(shè)計(jì)論文,焦?fàn)t,集氣管,模糊控制

　　目前，國(guó)內(nèi)常采用PID和模糊控制方法來(lái)控制焦?fàn)t集氣管壓力的穩(wěn)定，形成一個(gè)單閉環(huán)的反饋控制回路。但是焦?fàn)t控制系統(tǒng)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的集氣控制過(guò)程，集氣管壓力受外界影響較大，如：裝煤量大小，裝煤時(shí)間，出焦時(shí)間，爐數(shù)的變化，鼓風(fēng)機(jī)入口吸力的變化等，所以采用PID和模糊控制的單一控制算法的效果不佳。

　　1焦?fàn)t集氣管調(diào)節(jié)現(xiàn)狀

　　焦?fàn)t的日常操作如摘爐門(mén)、關(guān)爐門(mén)、推焦、裝煤、平煤、結(jié)焦時(shí)間的變更、加熱制度的變化、煤氣交換機(jī)換向、氨水噴淋、工藝設(shè)備運(yùn)行狀況及管道阻力變化、煤氣后續(xù)處理壓力等，這些干擾都會(huì)導(dǎo)致集氣管壓力的波動(dòng)，而且干擾通常不能預(yù)先檢測(cè)并前饋到控制系統(tǒng)，這就需要控制系統(tǒng)本身快速克服外部引入的干擾因素。影響集氣管壓力調(diào)節(jié)的因素包括：結(jié)焦的時(shí)間，裝煤和出焦的頻率，爐壁的密閉情況等很多因素，每一個(gè)因素的變化都會(huì)引起集氣管壓力的穩(wěn)定，即這個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)非線性系統(tǒng)，不能建立一個(gè)精確的模型來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)滿足各方面要求的最優(yōu)的控制系統(tǒng)。多座焦?fàn)t同時(shí)生產(chǎn)，存在于同一個(gè)大的鼓風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，由于同屬于一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，集氣管和集氣管之間、集氣管和鼓冷系統(tǒng)之間存在壓力相互影響、干擾因素并存，再加上各焦?fàn)t集氣管到鼓風(fēng)機(jī)的距離不同，煤氣輸送管道分布不對(duì)稱，鼓風(fēng)機(jī)對(duì)每座焦?fàn)t的吸力影響也不同，因而耦合關(guān)系非常復(fù)雜。

　　2設(shè)計(jì)總體思路

　　采用先進(jìn)控制算法，模糊控制、解耦控制、專家系統(tǒng)相結(jié)合的混合智能控制方法;設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一套專用于集氣管壓力控制的上位機(jī)組態(tài)軟件;以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為依托，混合智能控制器與原系統(tǒng)PID控制器并存，形成控制軟件級(jí)熱備份系統(tǒng);軟件采用OPC通信接口，不同型號(hào)的DCS連接，保證軟件的通用性。

　　3技術(shù)方案及創(chuàng)新成果

　　3.1技術(shù)方案

　　3.1.1控制策略(1)對(duì)單集氣管壓力控制采用變結(jié)構(gòu)模糊插值方法：根據(jù)集氣管壓力實(shí)時(shí)值，在考慮集氣管壓力可能變化的情況下，采用變結(jié)構(gòu)模糊插值方法計(jì)算合理的閥位輸出值，保證集氣管壓力逐步逼近設(shè)定值。其基本控制方法是將人的控制經(jīng)驗(yàn)寫(xiě)入計(jì)算機(jī)程序，而這些經(jīng)驗(yàn)程序不是固定的控制規(guī)律，是根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的特殊性控制規(guī)則，在設(shè)計(jì)中不用建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)控制模型，使得控制效果更加實(shí)用，干擾和參數(shù)變化對(duì)控制效果的影響減弱，其控制方式借鑒人的思維過(guò)程，加入了人類的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，使得能夠處理極其特殊的控制系統(tǒng)，使得控制器具有很強(qiáng)的適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)工況變化的能力。(2)對(duì)裝煤時(shí)集氣管壓力的大幅波動(dòng)采用裝煤擾動(dòng)前饋控制方法：裝煤過(guò)程中要采用高壓氨水，通常借助高壓氨水的噴射力在碳化室內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，把荒煤氣吸入集氣管內(nèi)，減少煤氣外泄，當(dāng)大量荒煤氣因高壓氨水的噴射力而進(jìn)入集氣管時(shí)容易造成某一段時(shí)間集氣管壓力過(guò)高的現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際觀察取樣，在裝煤車裝煤的過(guò)程中，集氣管壓力過(guò)高的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，對(duì)集氣管壓力調(diào)節(jié)造成很不利的影響，是集氣管壓力控制技術(shù)致力要解決的問(wèn)題之一。本技術(shù)根據(jù)焦?fàn)t裝煤操作信號(hào)，對(duì)焦?fàn)t集氣管壓力可能出現(xiàn)的階躍時(shí)式干擾進(jìn)行預(yù)判，用前饋控制方法解決裝煤瞬間集氣管壓力過(guò)高的問(wèn)題。(3)對(duì)多集氣管間產(chǎn)生的耦合現(xiàn)象采用多集氣管間解耦方法：耦合因素是困擾許多集氣管控制系統(tǒng)的運(yùn)行不好的重要原因，當(dāng)焦?fàn)t集氣管煤氣壓力平衡系統(tǒng)中，某一點(diǎn)的煤氣壓力發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)以此為中心，向煤氣管道平衡系統(tǒng)中的其他的方向傳遞，就會(huì)引起管道內(nèi)其他檢測(cè)點(diǎn)的壓力發(fā)生變化，在煤氣壓力的傳遞過(guò)程中，會(huì)與管道內(nèi)的阻礙物發(fā)生碰撞，并與鼓風(fēng)機(jī)吸力作用疊加發(fā)生激蕩，就會(huì)引發(fā)更多煤氣壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力變化;當(dāng)更多的煤氣壓力點(diǎn)的壓力發(fā)生變化時(shí)，整個(gè)煤氣管道就會(huì)發(fā)生壓力激蕩，并遵循“漣漪疊加效應(yīng)”規(guī)律，形成“耦合振蕩”，這就是影響集氣管壓力穩(wěn)定的基本因素。耦合強(qiáng)度與管道阻力傳輸距離有關(guān)，集氣管之間距離越近耦合越強(qiáng)，同時(shí)其壓力自平衡能力也越強(qiáng)。本技術(shù)引入耦合強(qiáng)度概念，耦合強(qiáng)度與管道阻力和傳輸距離有關(guān)，集氣管之間的距離越近，耦合越強(qiáng)，并根據(jù)集氣管間壓力和閥位的不同，對(duì)用變結(jié)構(gòu)模糊插值方法得到的閥位輸出值進(jìn)行調(diào)整，彌補(bǔ)集氣管間的耦合影響，實(shí)現(xiàn)多集氣管系統(tǒng)的解耦控制。(4)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)前電液執(zhí)行器自動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)保持初冷器前吸力穩(wěn)定的問(wèn)題，采用鼓風(fēng)機(jī)前執(zhí)行器控制與自動(dòng)智能控制系統(tǒng)協(xié)同方法：鼓風(fēng)機(jī)前電液執(zhí)行器翻版的變化會(huì)引起集氣管壓力的不穩(wěn)定，集氣管壓力出現(xiàn)大的波動(dòng)或閥門(mén)調(diào)節(jié)無(wú)法滿足壓力調(diào)整等情況下，需要根據(jù)工況對(duì)初冷器前吸力進(jìn)行調(diào)整。但是鼓風(fēng)機(jī)的控制仍以維持集氣管壓力為主，根據(jù)焦?fàn)t集氣管壓力和閥位的分布情況，通過(guò)煤氣發(fā)生量和吸力情況，將鼓風(fēng)機(jī)前電液執(zhí)行器的動(dòng)作方向設(shè)置為以集氣管壓力為參考值，使鼓風(fēng)機(jī)前電液執(zhí)行器動(dòng)作為焦?fàn)t集氣管調(diào)節(jié)閥創(chuàng)造更大的可調(diào)空間。此方法意在給出合理的集氣管壓力設(shè)定值，來(lái)保證集氣管調(diào)節(jié)閥對(duì)集氣管壓力的控制。3.1.2技術(shù)特點(diǎn)(1)鑒于影響集氣管壓力的擾動(dòng)因素其特性各不相同，本控制技術(shù)對(duì)于單集氣管壓力回路控制采用變結(jié)構(gòu)模糊控制，在設(shè)計(jì)粗調(diào)和精調(diào)模糊控制器的基礎(chǔ)上由專家系統(tǒng)進(jìn)行決策，行之有效的解決了集氣管壓力在無(wú)大干擾時(shí)的快速收斂問(wèn)題。當(dāng)壓力給定值與反饋值的偏差超出設(shè)定范圍時(shí)，為了將壓力快速調(diào)回到正常范圍內(nèi)，采用設(shè)定的粗調(diào)模糊控制器控制方式;當(dāng)其偏差值在規(guī)定的范圍內(nèi)時(shí)，采用步長(zhǎng)較小的精調(diào)模糊控制器控制方式。(2)針對(duì)多座焦?fàn)t的多點(diǎn)集氣管壓力發(fā)生變化時(shí)，整個(gè)管道內(nèi)就會(huì)發(fā)生壓力激蕩，并遵循“漣漪疊加效應(yīng)”規(guī)律形成“耦合震蕩”。本技術(shù)對(duì)集氣管之間的壓力耦合進(jìn)行補(bǔ)償，在單座焦?fàn)t控制的基礎(chǔ)上疊加解耦修正量，彌補(bǔ)其他集氣管對(duì)此集氣管的耦合影響，實(shí)現(xiàn)多集氣管系統(tǒng)的解耦控制，減緩多集氣管的耦合現(xiàn)象。同時(shí)引入耦合強(qiáng)度的概念，耦合強(qiáng)度與管道阻力和傳輸距離有關(guān)，集氣管之間距離越近，耦合越強(qiáng)。并根據(jù)耦合度的強(qiáng)弱把集氣管進(jìn)行決策分組，對(duì)耦合較強(qiáng)的兩個(gè)集氣管做第一次解耦，再此基礎(chǔ)上再與耦合較弱的集氣管做第二次解耦，通過(guò)分布來(lái)強(qiáng)化解耦作用。

　　3.2創(chuàng)新成果

　　引入單回路集氣管壓力模糊控制算法和焦?fàn)t集氣管壓力專家抗擾與解耦算法兩種算法使集氣管壓力控制穩(wěn)定。由于在線模糊推理需要一定的計(jì)算時(shí)間，考慮到軟件的實(shí)時(shí)性，采用離線推理——在線查詢的方式實(shí)現(xiàn)模糊控制。(離線推理：根據(jù)集氣管壓力系統(tǒng)特性，結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)模糊規(guī)則，經(jīng)過(guò)離線模糊推理，生成集氣管壓力模糊控制查詢表)當(dāng)算法檢測(cè)到某段集氣管存在裝煤擾動(dòng)時(shí)，即進(jìn)行前饋補(bǔ)償，補(bǔ)償?shù)拇笮∮蓪＜蚁到y(tǒng)模塊根據(jù)壓力狀態(tài)判斷得出。考慮到各個(gè)并聯(lián)集氣管之間存在壓力耦合，尤其有裝煤作用時(shí)，耦合作用更明顯，甚至?xí)鸺瘹夤苤g壓力耦合震蕩，本軟件采用集氣管壓力解耦控制算法，由專家系統(tǒng)模塊根據(jù)壓力狀態(tài)、已設(shè)定的影響系數(shù)，對(duì)集氣管之間的壓力耦合進(jìn)行補(bǔ)償，當(dāng)臨近集氣管受到裝煤強(qiáng)干擾時(shí)，在單回路輸出的基礎(chǔ)上疊加解耦修正量，以彌補(bǔ)其它集氣管對(duì)此集氣管壓力耦合的影響。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于唐鋼美錦煤化工有限公司的焦?fàn)t集氣管調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，現(xiàn)在的集氣管壓力控制在170Pa±20Pa范圍內(nèi)的比率達(dá)到70%以上,較以前集氣管壓力明顯更加穩(wěn)定。對(duì)保證焦?fàn)t爐體質(zhì)量和環(huán)境保護(hù)方面都起到了良好的作用。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]姚昭章.煉焦學(xué)[M].冶金工業(yè)出版社，1995.

　　[2]李士勇.模糊控制[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2011.

　　作者：李曉東 單位：河北鋼鐵唐鋼自動(dòng)化公司

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