點(diǎn)火爐模糊控制系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用

祁建偉

（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 萊蕪271100）

目前在帶式燒結(jié)機(jī)中，點(diǎn)火爐溫度控制是一個(gè)控制難點(diǎn)，受到點(diǎn)火爐本身結(jié)構(gòu)、點(diǎn)火位置、檢測(cè)位置、煤氣壓力、煤氣熱值等許多因素的影響，控制模型的建立十分復(fù)雜，使用效果不理想，并且常規(guī)PID調(diào)節(jié)控制使用效果更差或無法使用。泰鋼180 m2帶式燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火爐采用模糊計(jì)算控制，在PLC系統(tǒng)中做運(yùn)算處理，實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火爐的自動(dòng)控制。

1 自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成

燒結(jié)系統(tǒng)分為配料、燒結(jié)、制粒篩分3部分。采用3套西門子PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)設(shè)備的聯(lián)鎖控制。根據(jù)燒結(jié)工藝對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的要求，燒結(jié)機(jī)采用西門子S7 400系列PLC,實(shí)現(xiàn)配混系統(tǒng)、燒冷系統(tǒng)、成品制粒篩分系統(tǒng)、卸灰及電除塵系統(tǒng)的邏輯順序控制，對(duì)主風(fēng)機(jī)、點(diǎn)火爐等生產(chǎn)工藝的數(shù)據(jù)采集、處理及回路控制。

系統(tǒng)由3套S7 414-2系列CPU進(jìn)行控制，上位機(jī)采用WinCC 7.0軟件進(jìn)行監(jiān)控，PLC編程軟件采用STEP7 V5.5。本模糊控制主要是在燒結(jié)PLC中進(jìn)行開發(fā)制作，由于程序量較大，新增了一個(gè)RAM存儲(chǔ)卡。

圖1 模糊控制原理

2 控制原理

泰鋼180 m2帶燒點(diǎn)火爐由于受煤氣壓力波動(dòng)的影響，常規(guī)控制調(diào)節(jié)閥動(dòng)作比較頻繁，PID調(diào)節(jié)無法正常使用。為了解決此問題，通過模糊控制的方法來調(diào)節(jié)閥門，對(duì)煤氣流量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而最終實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制。模糊控制原理見圖1。

本模糊控制方法包括以下步驟：1）建立設(shè)定值尋優(yōu)模型；2）建立模糊控制模型；3）選擇設(shè)定值參數(shù)；4）選定模糊控制初值。將煤氣設(shè)定8段流量值區(qū)間，每個(gè)區(qū)間對(duì)應(yīng)1個(gè)溫度值，控制中通過溫度值對(duì)應(yīng)的流量選擇相應(yīng)的設(shè)定值，通過設(shè)定值對(duì)應(yīng)的輸出值作為流量控制輸出初始值，進(jìn)入模糊控制模型后，設(shè)定值會(huì)與實(shí)際值不斷比較，通過比較差值來優(yōu)選流量值區(qū)間段參數(shù)對(duì)應(yīng)的流量輸出值，快速對(duì)設(shè)定的流量值區(qū)間段做出調(diào)節(jié)。

控制方式分為手動(dòng)控制和自動(dòng)控制，在上位計(jì)算機(jī)的操作畫面上選擇手自動(dòng)切換或自動(dòng)控制切換。當(dāng)選擇手動(dòng)控制方式時(shí)，操作人員把預(yù)設(shè)好的流量值區(qū)間對(duì)應(yīng)的流量輸出值參數(shù)直接發(fā)出，控制受控流量調(diào)節(jié)閥，再根據(jù)流量表給出的實(shí)際流量反饋值信號(hào)對(duì)流量輸出值進(jìn)行微調(diào)，即可達(dá)到優(yōu)選控制輸出噴水流量的目的；當(dāng)選擇自動(dòng)控制方式時(shí)，流量輸出值參數(shù)和選定的模糊控制初值作為流量輸出值，再通過輸出值參數(shù)自整定模塊、輸出模糊判斷模塊、輸出自修正模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，實(shí)現(xiàn)受控流量調(diào)節(jié)閥的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

3 控制功能

3.1 設(shè)定值尋優(yōu)模型功能

設(shè)定值尋優(yōu)模型包括溫度流量對(duì)照數(shù)據(jù)表、設(shè)定值歸屬范圍、設(shè)定值對(duì)應(yīng)輸出控制初值、輸出值與反饋值之間的關(guān)系處理。溫度流量對(duì)照數(shù)據(jù)表為目前點(diǎn)火爐溫度、煤氣流量的對(duì)應(yīng)表，不同溫度下對(duì)應(yīng)了幾個(gè)不同的煤氣流量設(shè)定值。設(shè)定值歸屬范圍為目前連鑄工藝常用的流量范圍，共分為8段，分別對(duì)應(yīng)不同的輸出值。設(shè)定值對(duì)應(yīng)輸出控制初值是在選擇設(shè)定值歸屬的8段設(shè)定范圍內(nèi)任意1個(gè)設(shè)定范圍對(duì)應(yīng)的初始輸出值。輸出值與反饋值之間的關(guān)系處理是為滿足控制要求，對(duì)輸出值與反饋值做的比較、差值計(jì)算、差值判斷控制的處理。

3.2 模糊控制模型功能

模糊控制模型包括輸出值自整定、輸出模糊判斷、輸出自修正。輸出值自整定是在手動(dòng)/自動(dòng)控制進(jìn)行切換時(shí)，為控制輸出值選擇一個(gè)最佳初值。輸出模糊判斷是在對(duì)比設(shè)定值與反饋值后，選擇最佳的輸出值增量來實(shí)現(xiàn)控制值對(duì)設(shè)定值的快速響應(yīng)。輸出自修正是將輸出值增量自動(dòng)增加到輸出值當(dāng)中，根據(jù)反饋值與設(shè)定值的變化不斷調(diào)整輸出值，并建立了一定的死區(qū)范圍，確保輸出值不會(huì)受信號(hào)干擾頻繁調(diào)整。

3.3 手動(dòng)自動(dòng)控制功能

點(diǎn)火爐模糊控制系統(tǒng)分為手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。手動(dòng)控制時(shí)可以人工設(shè)置輸出參數(shù)，使調(diào)節(jié)穩(wěn)定在一個(gè)開度上，在壓力和流量波動(dòng)較大，模糊控制調(diào)節(jié)緩慢時(shí)可以投用；自動(dòng)控制為模糊控制，在切換到自動(dòng)控制時(shí)，系統(tǒng)先記住閥門開度位置，從現(xiàn)有位置基礎(chǔ)上進(jìn)行模糊控制，控制范圍滿足一定條件后能夠自動(dòng)鎖定開度，設(shè)定值與反饋值在一定小范圍內(nèi)變化時(shí)不頻繁調(diào)節(jié)閥門，在穩(wěn)定控制的基礎(chǔ)上減少頻繁調(diào)節(jié)對(duì)閥門的損壞。

4 結(jié)語

點(diǎn)火爐模糊技術(shù)在調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)不準(zhǔn)、不線性時(shí)進(jìn)行模糊控制，比PID控制范圍更寬，能實(shí)現(xiàn)各種調(diào)節(jié)下的模糊控制，控制穩(wěn)定性更高，控制曲線更加平穩(wěn)，更符合工藝人員要求。且系統(tǒng)具有控制參數(shù)自修定快、計(jì)算工作量小、簡單實(shí)用、操作簡便、控制范圍廣的特點(diǎn)，可供其他調(diào)節(jié)系統(tǒng)參考。