這篇智能化設計論文發表了智能化技術在焦爐集氣管調節的應用，論文結合集氣管中存在的實際問題，設計了一套先進的控制算法，從而讓集氣管的調節更加穩定，論文對該技術的方案和創新成果進行了如下探討。

　　關鍵詞：智能化設計論文,焦爐,集氣管,模糊控制

　　目前，國內常采用PID和模糊控制方法來控制焦爐集氣管壓力的穩定，形成一個單閉環的反饋控制回路。但是焦爐控制系統不是一個簡單的集氣控制過程，集氣管壓力受外界影響較大，如：裝煤量大小，裝煤時間，出焦時間，爐數的變化，鼓風機入口吸力的變化等，所以采用PID和模糊控制的單一控制算法的效果不佳。

　　1焦爐集氣管調節現狀

　　焦爐的日常操作如摘爐門、關爐門、推焦、裝煤、平煤、結焦時間的變更、加熱制度的變化、煤氣交換機換向、氨水噴淋、工藝設備運行狀況及管道阻力變化、煤氣后續處理壓力等，這些干擾都會導致集氣管壓力的波動，而且干擾通常不能預先檢測并前饋到控制系統，這就需要控制系統本身快速克服外部引入的干擾因素。影響集氣管壓力調節的因素包括：結焦的時間，裝煤和出焦的頻率，爐壁的密閉情況等很多因素，每一個因素的變化都會引起集氣管壓力的穩定，即這個系統是一個非線性系統，不能建立一個精確的模型來設計一個滿足各方面要求的最優的控制系統。多座焦爐同時生產，存在于同一個大的鼓風循環系統，由于同屬于一個系統內，集氣管和集氣管之間、集氣管和鼓冷系統之間存在壓力相互影響、干擾因素并存，再加上各焦爐集氣管到鼓風機的距離不同，煤氣輸送管道分布不對稱，鼓風機對每座焦爐的吸力影響也不同，因而耦合關系非常復雜。

　　2設計總體思路

　　采用先進控制算法，模糊控制、解耦控制、專家系統相結合的混合智能控制方法;設計開發一套專用于集氣管壓力控制的上位機組態軟件;以網絡技術為依托，混合智能控制器與原系統PID控制器并存，形成控制軟件級熱備份系統;軟件采用OPC通信接口，不同型號的DCS連接，保證軟件的通用性。

　　3技術方案及創新成果

　　3.1技術方案

　　3.1.1控制策略(1)對單集氣管壓力控制采用變結構模糊插值方法：根據集氣管壓力實時值，在考慮集氣管壓力可能變化的情況下，采用變結構模糊插值方法計算合理的閥位輸出值，保證集氣管壓力逐步逼近設定值。其基本控制方法是將人的控制經驗寫入計算機程序，而這些經驗程序不是固定的控制規律，是根據實際經驗總結的特殊性控制規則，在設計中不用建立準確的數學控制模型，使得控制效果更加實用，干擾和參數變化對控制效果的影響減弱，其控制方式借鑒人的思維過程，加入了人類的實際經驗，使得能夠處理極其特殊的控制系統，使得控制器具有很強的適應現場工況變化的能力。(2)對裝煤時集氣管壓力的大幅波動采用裝煤擾動前饋控制方法：裝煤過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產生負壓，把荒煤氣吸入集氣管內，減少煤氣外泄，當大量荒煤氣因高壓氨水的噴射力而進入集氣管時容易造成某一段時間集氣管壓力過高的現象。根據現場的實際觀察取樣，在裝煤車裝煤的過程中，集氣管壓力過高的現象經常發生，對集氣管壓力調節造成很不利的影響，是集氣管壓力控制技術致力要解決的問題之一。本技術根據焦爐裝煤操作信號，對焦爐集氣管壓力可能出現的階躍時式干擾進行預判，用前饋控制方法解決裝煤瞬間集氣管壓力過高的問題。(3)對多集氣管間產生的耦合現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的運行不好的重要原因，當焦爐集氣管煤氣壓力平衡系統中，某一點的煤氣壓力發生變化時，就會以此為中心，向煤氣管道平衡系統中的其他的方向傳遞，就會引起管道內其他檢測點的壓力發生變化，在煤氣壓力的傳遞過程中，會與管道內的阻礙物發生碰撞，并與鼓風機吸力作用疊加發生激蕩，就會引發更多煤氣壓力監測點的壓力變化;當更多的煤氣壓力點的壓力發生變化時，整個煤氣管道就會發生壓力激蕩，并遵循“漣漪疊加效應”規律，形成“耦合振蕩”，這就是影響集氣管壓力穩定的基本因素。耦合強度與管道阻力傳輸距離有關，集氣管之間距離越近耦合越強，同時其壓力自平衡能力也越強。本技術引入耦合強度概念，耦合強度與管道阻力和傳輸距離有關，集氣管之間的距離越近，耦合越強，并根據集氣管間壓力和閥位的不同，對用變結構模糊插值方法得到的閥位輸出值進行調整，彌補集氣管間的耦合影響，實現多集氣管系統的解耦控制。(4)對鼓風機前電液執行器自動調節來保持初冷器前吸力穩定的問題，采用鼓風機前執行器控制與自動智能控制系統協同方法：鼓風機前電液執行器翻版的變化會引起集氣管壓力的不穩定，集氣管壓力出現大的波動或閥門調節無法滿足壓力調整等情況下，需要根據工況對初冷器前吸力進行調整。但是鼓風機的控制仍以維持集氣管壓力為主，根據焦爐集氣管壓力和閥位的分布情況，通過煤氣發生量和吸力情況，將鼓風機前電液執行器的動作方向設置為以集氣管壓力為參考值，使鼓風機前電液執行器動作為焦爐集氣管調節閥創造更大的可調空間。此方法意在給出合理的集氣管壓力設定值，來保證集氣管調節閥對集氣管壓力的控制。3.1.2技術特點(1)鑒于影響集氣管壓力的擾動因素其特性各不相同，本控制技術對于單集氣管壓力回路控制采用變結構模糊控制，在設計粗調和精調模糊控制器的基礎上由專家系統進行決策，行之有效的解決了集氣管壓力在無大干擾時的快速收斂問題。當壓力給定值與反饋值的偏差超出設定范圍時，為了將壓力快速調回到正常范圍內，采用設定的粗調模糊控制器控制方式;當其偏差值在規定的范圍內時，采用步長較小的精調模糊控制器控制方式。(2)針對多座焦爐的多點集氣管壓力發生變化時，整個管道內就會發生壓力激蕩，并遵循“漣漪疊加效應”規律形成“耦合震蕩”。本技術對集氣管之間的壓力耦合進行補償，在單座焦爐控制的基礎上疊加解耦修正量，彌補其他集氣管對此集氣管的耦合影響，實現多集氣管系統的解耦控制，減緩多集氣管的耦合現象。同時引入耦合強度的概念，耦合強度與管道阻力和傳輸距離有關，集氣管之間距離越近，耦合越強。并根據耦合度的強弱把集氣管進行決策分組，對耦合較強的兩個集氣管做第一次解耦，再此基礎上再與耦合較弱的集氣管做第二次解耦，通過分布來強化解耦作用。

　　3.2創新成果

　　引入單回路集氣管壓力模糊控制算法和焦爐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定。由于在線模糊推理需要一定的計算時間，考慮到軟件的實時性，采用離線推理——在線查詢的方式實現模糊控制。(離線推理：根據集氣管壓力系統特性，結合專家經驗，設計模糊規則，經過離線模糊推理，生成集氣管壓力模糊控制查詢表)當算法檢測到某段集氣管存在裝煤擾動時，即進行前饋補償，補償的大小由專家系統模塊根據壓力狀態判斷得出。考慮到各個并聯集氣管之間存在壓力耦合，尤其有裝煤作用時，耦合作用更明顯，甚至會引起集氣管之間壓力耦合震蕩，本軟件采用集氣管壓力解耦控制算法，由專家系統模塊根據壓力狀態、已設定的影響系數，對集氣管之間的壓力耦合進行補償，當臨近集氣管受到裝煤強干擾時，在單回路輸出的基礎上疊加解耦修正量，以彌補其它集氣管對此集氣管壓力耦合的影響。

　　4結語

　　該技術已經應用于唐鋼美錦煤化工有限公司的焦爐集氣管調節系統中，現在的集氣管壓力控制在170Pa±20Pa范圍內的比率達到70%以上,較以前集氣管壓力明顯更加穩定。對保證焦爐爐體質量和環境保護方面都起到了良好的作用。

　　參考文獻

　　[1]姚昭章.煉焦學[M].冶金工業出版社，1995.

　　[2]李士勇.模糊控制[M].哈爾濱工業大學出版社，2011.

　　作者：李曉東 單位：河北鋼鐵唐鋼自動化公司

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