加熱爐溫度控制系統(tǒng)模糊智能實現

1.簡介

??????目前萊鋼1500中寬帶加熱爐存在的主要問題是加熱溫度不均，加熱能力不足?，F在兩座加熱爐實際加熱能力300～450t/h,低于設計能力480～520t/h（冷坯～熱坯）。板坯爐間溫差25-35℃，同板溫差20-45℃。而國內同類生產線加熱質量指標是，板坯爐間溫差≤15℃，同板溫差≤15℃。通過深入調研發(fā)現引進的斯坦因加熱爐控制系統(tǒng)設計思想與萊鋼現有的工況條件不能完全吻合，加之現場軋鋼節(jié)奏的頻繁改變，不能滿足現有工況條件的變化，并且在實際生產過程中缺少必要的統(tǒng)計分析數據和現場檢測手段。產量計劃、加熱鋼種、尺寸、坯料入爐溫度、待（停）軋時間、開軋溫度變化時，均需一段時間使得加熱爐溫度緩慢提升，以避免對整個煤氣系統(tǒng)的強烈沖擊，但由于現場節(jié)奏的提升，操作人員不能等到溫度的緩慢上升，更不能及時準確的調整加熱策略，同時受人為因素（經驗、責任心、白、夜班）的影響，以及四班、個人操作不統(tǒng)一，空燒時間長，最終會造成爐溫、鋼溫波動，加熱質量差，單位燃耗高，鋼坯氧化燒損多，產品質量穩(wěn)定性差。所以斯坦因程序不能適應寬帶加熱爐的實際生產情況。因此，在加熱爐控制系統(tǒng)中引入模糊控制理論，簡化原程序，使之適應寬帶實際生產需求。

2.加熱爐采用的控制實現

??????爐體由下述各加熱區(qū)構成；預熱區(qū)；加熱區(qū)；保溫段。各區(qū)由燃燒燃氣與空氣加熱。可燃氣流按數個控制回路中的設定值進行調節(jié)。圖1為加熱控制示意圖：

3.?傳統(tǒng)PID控制

??????傳統(tǒng)調控裝置的輸出信號形式如下：

??????其中：

??????Kp???-比例增益

??????Ti????-積分時間

??????Kp與Ti?為內PI參數，由操作員調節(jié)一次。輸出信號u（t）按下式轉換成加熱需求：　　　

??????其中：a,b=常數。

??????此值不會超過所定限值。?y?值用于確定燃氣閥開啟控制回路的設定值。?y1?值（空氣流量控制回路）系用?y?值計算得到的，其用途是為保持規(guī)定時間間隔內的空氣／燃氣比率。此兩種回路是用交叉控制方式裝配的，其目的是為檢查此一比率。直接控制工藝流程的信號是從這兩個控制回路發(fā)出的，其名稱為：Q燃氣（燃氣流率）與Q空氣（空氣流率）。

??????本系統(tǒng)在狀態(tài)穩(wěn)定時運行良好。但是，下述因素都可干擾工藝過程：

??????（1）生產延時（有計劃或無計劃），因不但在生產起始時會觸發(fā)瞬態(tài)而且在延時起始時亦將觸發(fā)瞬態(tài)燃氣流的急劇開關。

??????（2）生產變更-這意味著不同類型的產品依次進入爐子，也就是形成不同的加熱需求。

??????（3）爐內產品重量變更調步。

4.?改進的模糊控制

???????將模糊控制引入加熱爐智能控制系統(tǒng)。原調節(jié)控制回路不能超越工藝過程復雜性與不確定性的限制，比例積分調控裝置（PI）不能正確控制工藝過程的發(fā)展。生產變更中的干擾，調步變化、產品（類型、尺寸、數量）、使用不同的生產方式（短延時、長延時、低火焰）等因素都造成轉換，而這在原調控中是沒有進行周密考慮的。通過工藝過程的傳遞函數和操作人員的現場經驗，獲取成套工藝過程比例積分微分調控裝置（PID）系數。用標準調整算式計算調控裝置的系數，使工藝過程數學模型的參數與調控裝置的參數相結合，與操作工的經驗參數相結合，實現?PI參數的可調節(jié)控制，找到可以兼顧調節(jié)回路控制的快速與精確的平衡點，滿足寬帶鋼不同的生產節(jié)奏的要求。

??????使用模糊管理程序，調控裝置按實際運行確定的傳統(tǒng)PI（比例積分）參數。從系統(tǒng)觀察、經驗與過程認識中析取數據，形成模糊邏輯管理程序特殊數據庫，模糊邏輯塊確定并適應比例積分調控裝置按輸入值確定的必要變更。

??? 系統(tǒng)示意圖如圖2：

??????模糊調控為監(jiān)控級調控，調控時將聯機計算比例積分微分調控裝置的參數，該調控裝置是用于測定標準控制回路溫度的。所考慮的變量為設定值；所測溫度；所測定的、在規(guī)定時間步內的溫度變量；瞬時區(qū)域負荷；實際定步值。

???????模糊控制級僅用簡單的開／關指令就可以連通或斷開。如果斷開模糊控制級，比例積分微分參數就為按傳統(tǒng)方式調定的缺省值。

??????為確保正常運行，模糊邏輯控制器需要數據為用模糊子集描述的輸入變量；誤差；所測溫度的動力學數據；該區(qū)段產品的重量；實際定步速度；模糊子集描述的輸出；比例增益：Kp;積分時間：Ki；類型規(guī)則。

??????模糊程序塊原理模式圖如圖3：

??????模糊控制器有兩種模式:“穩(wěn)態(tài)模式”與“瞬態(tài)模式”。當測定值與設定值差距不大時，我們就認為系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)（模糊推理）。在穩(wěn)定狀態(tài)時，Kp與Ki的調整是通過溫度誤差完成的。當誤差過大時，我們就認為系統(tǒng)就進入瞬態(tài)。在此種場合，有必要動態(tài)地控制所測定的溫度，以便與爐子的響應一致。工作模式的轉變由模糊斷續(xù)器完成，這將確保從一種模式向另一種模式的平衡轉變。通過這些模式，我們可得到Kp與Ki的初始值。在第2個模式組中，將對這些數值進行調整，同時還將計算實際工作條件函數中的Kp與Ki偏差（重量與定步速度）。最后，將用加總穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)模式組的中間結果。

5.結論

?????采用模糊控制使系統(tǒng)控制更加可靠穩(wěn)定，溫度誤差得到明顯減少，取得了極佳控制效果，為后續(xù)軋制工序提供了保證，減少了堆鋼，大大提高了提高了經濟效益。