點火爐模糊控制系統的開發應用

祁建偉

（山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東 萊蕪271100）

目前在帶式燒結機中，點火爐溫度控制是一個控制難點，受到點火爐本身結構、點火位置、檢測位置、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雜，使用效果不理想，并且常規PID調節控制使用效果更差或無法使用。泰鋼180 m2帶式燒結機點火爐采用模糊計算控制，在PLC系統中做運算處理，實現了燒結機點火爐的自動控制。

1 自動控制系統構成

燒結系統分為配料、燒結、制粒篩分3部分。采用3套西門子PLC自動控制系統實現對整個燒結機生產設備的聯鎖控制。根據燒結工藝對自動化系統的要求，燒結機采用西門子S7 400系列PLC,實現配混系統、燒冷系統、成品制粒篩分系統、卸灰及電除塵系統的邏輯順序控制，對主風機、點火爐等生產工藝的數據采集、處理及回路控制。

系統由3套S7 414-2系列CPU進行控制，上位機采用WinCC 7.0軟件進行監控，PLC編程軟件采用STEP7 V5.5。本模糊控制主要是在燒結PLC中進行開發制作，由于程序量較大，新增了一個RAM存儲卡。

圖1 模糊控制原理

2 控制原理

泰鋼180 m2帶燒點火爐由于受煤氣壓力波動的影響，常規控制調節閥動作比較頻繁，PID調節無法正常使用。為了解決此問題，通過模糊控制的方法來調節閥門，對煤氣流量進行自動調節，從而最終實現溫度的自動控制。模糊控制原理見圖1。

本模糊控制方法包括以下步驟：1）建立設定值尋優模型；2）建立模糊控制模型；3）選擇設定值參數；4）選定模糊控制初值。將煤氣設定8段流量值區間，每個區間對應1個溫度值，控制中通過溫度值對應的流量選擇相應的設定值，通過設定值對應的輸出值作為流量控制輸出初始值，進入模糊控制模型后，設定值會與實際值不斷比較，通過比較差值來優選流量值區間段參數對應的流量輸出值，快速對設定的流量值區間段做出調節。

控制方式分為手動控制和自動控制，在上位計算機的操作畫面上選擇手自動切換或自動控制切換。當選擇手動控制方式時，操作人員把預設好的流量值區間對應的流量輸出值參數直接發出，控制受控流量調節閥，再根據流量表給出的實際流量反饋值信號對流量輸出值進行微調，即可達到優選控制輸出噴水流量的目的；當選擇自動控制方式時，流量輸出值參數和選定的模糊控制初值作為流量輸出值，再通過輸出值參數自整定模塊、輸出模糊判斷模塊、輸出自修正模塊對數據進行計算處理，實現受控流量調節閥的自動調節。

3 控制功能

3.1 設定值尋優模型功能

設定值尋優模型包括溫度流量對照數據表、設定值歸屬范圍、設定值對應輸出控制初值、輸出值與反饋值之間的關系處理。溫度流量對照數據表為目前點火爐溫度、煤氣流量的對應表，不同溫度下對應了幾個不同的煤氣流量設定值。設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，分別對應不同的輸出值。設定值對應輸出控制初值是在選擇設定值歸屬的8段設定范圍內任意1個設定范圍對應的初始輸出值。輸出值與反饋值之間的關系處理是為滿足控制要求，對輸出值與反饋值做的比較、差值計算、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/自動控制進行切換時，為控制輸出值選擇一個最佳初值。輸出模糊判斷是在對比設定值與反饋值后，選擇最佳的輸出值增量來實現控制值對設定值的快速響應。輸出自修正是將輸出值增量自動增加到輸出值當中，根據反饋值與設定值的變化不斷調整輸出值，并建立了一定的死區范圍，確保輸出值不會受信號干擾頻繁調整。

3.3 手動自動控制功能

點火爐模糊控制系統分為手動控制和自動控制。手動控制時可以人工設置輸出參數，使調節穩定在一個開度上，在壓力和流量波動較大，模糊控制調節緩慢時可以投用；自動控制為模糊控制，在切換到自動控制時，系統先記住閥門開度位置，從現有位置基礎上進行模糊控制，控制范圍滿足一定條件后能夠自動鎖定開度，設定值與反饋值在一定小范圍內變化時不頻繁調節閥門，在穩定控制的基礎上減少頻繁調節對閥門的損壞。

4 結語

點火爐模糊技術在調節閥調節不準、不線性時進行模糊控制，比PID控制范圍更寬，能實現各種調節下的模糊控制，控制穩定性更高，控制曲線更加平穩，更符合工藝人員要求。且系統具有控制參數自修定快、計算工作量小、簡單實用、操作簡便、控制范圍廣的特點，可供其他調節系統參考。