合金微調站底吹自動控制策略

【摘要】根據合金微調站底吹氬的工藝特點以及對氬氣流量的擾動因素，提出了底吹氬氣的自動控制策略。利用動態查表得到氬氣流量設定值，通過混合型模糊PID控制器對氬氣流量進行智能控制。

【關鍵詞】鋼包；底吹氬；模糊控制

【中圖分類號】TF704.2 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672—5158（2012）08—0182-01

0.引言

合金微調站底吹系統用于對鋼包進行底吹氬，利用其循環流場的特點來加速鋼水介質運動，通過化學反應來減少鋼水的雜質，促使鋼水成分和溫度均勻分布，去除有害氣體，清潔鋼液。底吹氬氣流量的調節對整個合金微調起著重要的作用。流量過大，會穿透鋼水液面產生噴濺現象；流量過小，鋼水合金微調時間加長。為了取得好的合金微調效果，必須保證底吹氬氣的平穩均勻。

1.工藝流程

在鋼包車開到吹氬位前開始鋼包空包、滿包稱重，系統根據空包與滿包的重量計算出鋼水的重量。鋼水稱重后鋼包車開到吹氬位測溫、取樣，然后開到加頂渣位加頂渣。加頂渣結束后鋼包車開到吹氬位進行底吹氬氣、喂鋁線和合金微調，然后測溫、取樣。如果溫度不滿足工藝要求就要加廢鋼，然后測溫、取樣，直到溫度滿足工藝要求；如果溫度滿足而成分不滿足工藝要求就再喂鋁線和合金微調，然后測溫、取樣，直到成分滿足工藝要求；如果溫度、成分滿足工藝要求就進行軟吹。軟吹結束后鋼包車開到起吊位。

2.控制策略

2.1 底吹系統分析

底吹控制系統主要由高壓底吹閥、底吹切斷閥和底吹調節閥等組成，其中，被控量是吹入鋼包的氬氣流量。氣源壓力、鋼水高度（與鋼水重量有關）、透氣面積（與鋼水溫度有關）、鋼渣高度等因素對底吹氬氣流量影響較大，這些因素具有不確定性和不可控性，用常規的控制策略實現對被控量進行自動、精確控制十分困難，只能通過控制方式的調整來減小它們對氬氣流量的擾動。

2.2 控制器設計

模糊控制是建立在模糊集合模糊邏輯的基礎上的一種智能控制方法，它是根據操作者的經驗總結出的控制規則。控制器的設計主要包括兩部分：一是建立查詢表，將查詢表存放到計算機中。在實時控制時，通過查找查詢表得到相應的控制量設定值。二是將設定值作為混合型模糊PID控制器的輸入值，通過混合型模糊PID控制器對控制量進行控制。其流量控制結構圖如圖2-2所示。

混合型模糊PID控制器是由一個常規積分控制器和一個二維模糊控制器相并聯而成的。模糊控制器采用二維模糊控制器結構形式，它是以偏差E和偏差變化率為輸入語句變量，具有類似于常規PD控制器的作用，有可能獲得良好的動態特性，但無法消除靜態誤差。為了改善模糊控制器的穩態性能，引入模糊積分。常規PI控制器輸出為和二維模糊控制器輸出控制量相疊加，作為混合型模糊PID控制器的總輸出，即U=+，可使系統成為無差模糊控制系統。建立模糊控制規則的基本思想：當誤差大或較大時，選擇控制量以盡快消除誤差為主，而當誤差較小時，選擇控制量要注意防止超調，以系統的穩定性為主要出發點。

2.3 模糊控制的實現

根據鋼水重量、鋼渣重量、鋼水溫度、氣源壓力與氬氣流量、壓力以及吹氬時間的關系，結合操作經驗總結出控制規則，建立流量控制查詢表，并將查詢表存放在計算機中，在底吹過程中進行動態查詢，得到控制量設定值R與各階段的吹氬時間。由于吹氬是靠具有一定壓力和流量的氬氣來實現的，壓力的大小受流量影響，它們之間存在耦合關系，本系統是進行調節流量，如果壓力大，可能發生堵塞現象，系統就自動切換旁路用高壓吹氬，若在20秒內未吹開，再報警。

在開始運行時，自動啟動高壓旁路，待透氣磚吹通后，自動切換到調節回路上來進行流量調節。在進行底吹流量自動調節時，分別以鋼水溫度、鋼水成分是否符合要求作為狀態判斷的依據，然后根據過程狀態和檢測到壓力、流量數值采用相應的模糊控制器參數集。

3.結束語

通過查表，實現自動設定流量值，避免了由于操作人員的熟練程度差異等不利因素的影響。混合型模糊PID控制器具有較好的動態和靜態特性、抗干擾能力強、魯棒性強等特點。

參考文獻

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作者簡介

周金美（1976-），男，安徽馬鞍山人，工程師，碩士研究生，主要從事自動化系統設計編程等工作。