加热炉燃烧控制优化与应用.docx

《加热炉燃烧控制优化与应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《加热炉燃烧控制优化与应用.docx（10页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、加热炉燃烧控制优化与应用shixi导语：本文针对加热炉燃烧控制系统炉温控制精度做出最佳的控制参数设置，进而优化整个温控系统。摘要：加热炉燃烧经过具有非线性、慢时变、大滞后及含有很多不确定因素的特点,本文针对加热炉燃烧控制系统炉温控制精度不高而造成超调或调节速度慢的状况，把基于经历和运行技术的人工智能引入控制系统中，利用模糊控制规则自适应地在线对温度控制回路PID调节参数进行优化整定，使控制器在生产运行的响应速度和准确性之间做出最佳的控制参数设置，进而优化整个温控系统。关键字：自适应控制；模糊控制；PlDOptimizeandapplicationofthecombustionsysteminR

2、eheatingFurnaceMajing【1】Niwei【2】Renying【3】Yangminghua【1】 (AutomationdepartmentofLaiWuironandsteelShanDong271104)Abstract：Accordingtothecharacteristicsofreheatingfurnacecombustioncontrolsystemcontrolprecisionwhichcausingovershootoadjustingslowly,thepaperintroducetheartificialintelligencebasingontheex

3、perienceandtheoperationtechnology,andusethefuzzycontrolruletooptimizeself-adaptivePIDadjustiveparameteroftemperaturecontrolcircuitwhichmakethebestparameterssettingbetweentheproductionspeedofresponseandaccuracyandoptimizetheentiretemperaturecontrolsystemKeywords：self-adaptioncontrol，fuzzycontrol，PID1

4、.引言世界钢铁领域变革的步伐正在加快，对于加热炉而言，在保障不减少产量的情况下实现连续处理不同钢种的坯料，使之具有灵敏的操作性、良好的加热质量和加热曲线已成为加热炉控制系统的关键。随着所处理坯料的多样化以及加热炉容积和宽度的不断增加，良好的控制系统最终带来最大的生产效益和最低的生产成本。2.工艺简介宽厚板加热炉采用了双炉门、双步进梁、双排布料方式、全箱型构造，即一个加热炉相当于两个小加热炉，进出料相互独立，互不影响；采用侧烧嘴和顶部烧嘴供热，分为10个控制段。在炉型构造和外形上与热轧带钢加热炉类似，但厚板的生产具有批量少、坯料较短、品种规格多的特点，相应的加热板坯的品种多、厚度变化频繁、出炉温

5、度的变化范围大。因而，生产操作难度要更大、更复杂。厚板加热炉不仅具有两套步进梁机构，十分重要的是，步进炉加热坯料抽出顺序需要考虑采用台车炉的加热坯料抽出顺序插入的影响，因而，步进炉加热坯料出炉节拍并不是只要步进炉的影响，模型中抽出节拍和出炉时间计算变得更为复杂。当轧线停轧或轧制节拍提高需要迅速的降温和升温时，固定的比例积分值就不能知足生产的需求。莱钢宽厚板加热炉解决这一问题的方法是将模糊控制原理应用到调节器比例与积分的动态调整上，在不同的生产状况下计算出不同的调节参数，来提高燃烧系统的动态响应，以实现燃烧控制与生产状态的动态跟随，实现各段温炉设定值自修正、各段炉温自协调、各参数在线自整定的自寻

6、优最佳燃烧控制，提高了生产率，同时有效的降低能耗。3.Fuzzy-PID复合控制3.1模糊控制原理常规的二维模糊控制器1是以误差和误差变化速率作为输入变量，这种控制器具有Fuzzy比例-微分控制作用，而缺少Fuzzy积分作用。这样,模糊控制系统的动态性能较好，而稳态性能不能令人满意。在线性理论中，积分控制作用能消除控制的稳态误差，但动态响应慢，比例控制作用动态响应快，而比例积分作用既能获得较高的稳态精度，又具有较快的动态响应。因而，把PID(PI)控制策略引入Fuzzy控制器，构成Fuzzy-PID(PI)复合控制，优势互补，得到了较理想的控制效果，进一步提高了自动调节品质。这种复合控制策略是

7、在大偏差范围内采用Fuzzy控制，在小偏差范围内转换成PID(PI)控制，二者间切换采用跟踪技术实现无扰动切换。3.2加热炉温度控制策略3.2.1串级比值控制2串级比值控制是炉温控制最为基本的控制方法,也是一种目前现场使用最多的方法。它具有可克制煤气、空气压力波动,保证空燃比,方案简单易于实现等优点。串级比值控制的原理图如图1。图1串级比值控制方法常规温度控制回路采用静态比例调节方式，采用固定的比例与积分参数，对设定值和反应值进行计算，得到对应现场执行机构的输出信号，实现温度的闭环调节。这种系统在状态稳定时运行良好。若生产延时不但在生产起始时会触发瞬态而且在延时起始时亦将触发瞬态煤气流的急剧开

8、关。加热炉温度调节的主要问题是工艺经过比例积分微分调控装置PID系数的正确调整。加热控制中不能用简单传递函数模拟工艺经过的情况占绝大部分时候。由此可得出结论，传统调节控制回路不能超越工艺经过复杂性与不确定性的限制。3.2.2PI比例积分参数模糊整定3模糊管理程序合适用于调控装置按实际运行确定的传统PI比例积分参数。模糊逻辑块确定并适应比例积分调控装置按输入值确定的必要变更。模糊调控为监控级调控，调控时将联机计算比例积分微分调控装置的参数，该调控装置是用于测定标准控制回路温度的。所考虑的变量如下：设定值；所测温度，所测定的、在规定时间步内的温度变量；瞬时区域负荷；实际定步值。模糊控制级仅用简单的

9、开关指令就能够连通或断开。假如断开模糊控制级，比例积分微分参数就为按传统方式调定的缺省值。模糊程序块原理：为确保正常运行，模糊逻辑控制器需要3种数据：1用模糊子集描绘的输入变量误差：设定值-测量值；所测温度的变化率；该区段产品的重量；实际出钢节拍。2模糊子集描绘的输出比例增益：Kp;积分时间：Ki；3类型规则：假如条件，那么结论，此规则可使输入语言变量与输出语言变量相关联。模糊管理程序块原理形式见图2所示。模糊控制器有两种形式:“稳态形式与“瞬态形式。当测定值与设定值差距不大时，以为系统处于稳定状态模糊推理；在稳定状态时，Kp与Ki的调整是通过温度误差完成的，当误差过大时，以为系统就进入瞬态。

10、在此种场合，有必要动态地控制所测定的温度，以便与炉子的响应一致。工作形式的转变由模糊断续器完成，这将确保从一种形式向另一种形式的平衡转变。通过这些形式，可得到Kp与Ki的初始值。在第2个形式组中，将对这些数值进行调整，同时还将计算实际工作条件函数中的Kp与Ki偏差重量与定步速度。最后，将用累加总稳态与瞬态形式组的中间结果值，之后再乘以各步骤运用的从属度由模糊断续器完成的方法计算最终结果值。4控制方法的应用莱钢宽厚板加热炉燃烧控制就采用了串级、双穿插限幅及模糊控制相结合的办法，针对详细情况采用不同控制办法，获得了很好的应用效果。4.1控制算法的应用分析串级控制克制了煤气、空气压力波动,保证空燃比

11、,方案简单易于实现。串级控制主要应用于对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。双穿插限幅有效控制了动态空燃比，缺点是限幅牺牲了系统跟踪负荷变化的速度，降低了系统的响应速度；另外，在实际应用中易使控制系统出现震荡现象。因而它仅在温度调整范围较小、速度不快的均热段控制时有使用实例。为了进一步提高响应速度，改良型双穿插方法还将限幅系数设为可根据温度偏差自动修正，以便在温度偏差较大时减弱或取消限幅功能。PID控制与模糊控制相结合的智能控制系统的应用，使得整个燃烧系统具有模糊控制灵敏、响应快、适应性强等优点，又具有PID控制精度高的特点。该系统采用PLC作为控制

12、系统的核心，通过对偏差的智能化处理，以及引入最大最小限幅值，智能分段控制等概念，实现对数学模型不确定的控制对象的满意控制，使系统具有可靠性高、使用寿命长等合适实际工业现场的特性。莱钢宽厚板加热炉模糊逻辑调控装置由数个模块构成，模块按情形使用。其中有：稳态程序ST，适用于准稳经过；瞬态程序TR，适用于过渡经过；通经过序，适用于经过从稳定到瞬态或从瞬态到稳定的起始时段；偏差程序，用于根据区域的产品质量与实际节拍计算参数更正值。4.2废气残氧闭环修正空燃比这种方法是利用测量烟气中含氧量的办法来控制空气和煤气的配比，其优点是燃烧控制不受煤气热值与压力波动以及流量计不准的影响，缺点是氧化错探头寿命短、价

13、格贵，限制了此方法的推广使用。加热炉的优化控制是在知足钢坯出炉时，到达规定的目的温度、断面温差和钢坯的整个加热经过能耗最低的条件下，根据轧机与加热炉的生产情况以及炉内加热钢坯的品种和规格，综合给出加热炉各段炉温的设定值，使炉内热工制度到达最优。由于炉内热工制度的核心是炉温制度和供热制度。因此加热炉的优化控制能够是控制炉温制度为最佳，可以以是控制供热制度为最佳。4.3控制算法的自学习对于整定后模型数据建立数据库，通过记录上支钢的数据，在下支钢燃烧时自适应修正模型数据，这样的自学习技术使控制精度和控制实时性很好。加热炉在线优化控制数学模型包括炉内钢坯温度场的计算、最优化炉温。数学模型仿真结果图3、

14、图4、图5和图6分别表示了当钢种为碳素构造钢、规格为200x345x17000mm时各部炉温为:上加热段1180，上均热段1170，下加热段1160，下均热段1160的情况下，由模型计算的钢坯各断面温度分布、最大断面温差分布、钢坯氧化烧损量分布和钢坯外表热流分布曲线。设定值计算、动态补偿和待轧策略等几个部分，其中炉内钢坯温度计算是实现加热炉最优控制的基础。5.总结钢铁工业是耗能大户，其中钢坯加热炉就占钢铁工业总能耗的25%。因而，提高加热炉热效率、降低能耗，对整个钢铁工业节能具有重要意义，本系统中控制回路参数模糊整定及温度优化设定大大提高控制精度、提高钢坯加热质量、减少氧化烧损、减少脱碳层厚度、减少环境污染，实现节约能源的目的，具有良好的经济效益和社会效益。参考文献：1、王中杰,关守平,柴天佑.加热炉自适应钢坯温度预报模型的开发J。钢铁研究学报，1999，11(2)：702742、杜佳璐,林叶锦.加热炉最小能耗优化控制策略的研究J。自动化与仪器仪表，2000，88(2)：92113、张立志，王玲，廖东梅。加热炉的模糊控制及其神经网络实现J。节能技术，1997，81(1)：92210作者简介：马净1977，女，工程师，学士，山东人，毕业于山东大学计算机，主要研究方向为轧制控制与人工智能。通讯地址：山东省莱钢自动化部工程所马净：271104：0634-69213680