高爐噴煤系統(tǒng)中的優(yōu)化控制

摘要:介紹了優(yōu)化控制在高爐噴煤系統(tǒng)中發(fā)揮的功效，充分體現(xiàn)了優(yōu)化控制在科技攻關(guān)等各個(gè)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:高爐 噴煤系統(tǒng) 優(yōu)化控制

高爐噴煤不僅是高爐調(diào)劑的一項(xiàng)重要手段，同時(shí)還彌補(bǔ)焦炭不足的主要措施。噴煤技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是噴煤最大幅度提高，焦比大幅度降低。某煉鐵廠高爐噴煤系統(tǒng)運(yùn)行后，由于數(shù)據(jù)采集模式及現(xiàn)場(chǎng)操作需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，將模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)自適應(yīng)有效結(jié)合，使得網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)結(jié)點(diǎn)及所有參數(shù)均有明顯的物理意義。這其中就包括對(duì)繁瑣的閥門調(diào)節(jié)控制由手動(dòng)模式改為PID自動(dòng)控制，對(duì)噴吹量的數(shù)值累計(jì)采用流量監(jiān)測(cè)與重量模糊控制相結(jié)合的方式等等。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

“粒化噴吹”具有節(jié)焦省電，對(duì)煤炭質(zhì)量要求低，粉塵污染小，操作安全性大等特點(diǎn)。高爐粒化噴煤系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行，不僅節(jié)約大量焦炭，降低生產(chǎn)成本，而且強(qiáng)化冶煉，調(diào)劑爐況，提高生鐵質(zhì)量，可以在不增加高爐容積的條件下達(dá)到增產(chǎn)10%-20%的目的。

高爐噴煤系統(tǒng)分成噴吹系統(tǒng)和制粉系統(tǒng)兩部分，其系統(tǒng)設(shè)置為三電一體化(EIC)控制，主要由PLC完成全過程的數(shù)據(jù)采集、處理及順序邏輯控制和回路控制;計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在自適應(yīng)控制中引入模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將進(jìn)一步改善神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制的魯棒性和實(shí)時(shí)性，特別適用于具有不確定性的非線性系統(tǒng)跟蹤控制問題。

2 現(xiàn)狀分析

現(xiàn)有高爐噴煤系統(tǒng)要求操作人員有豐富的操作經(jīng)驗(yàn)及對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況的充分掌握，這種操作模式嚴(yán)重的影響操作的可控性，使操作人員與設(shè)備緊緊的捆綁在一起，無法體現(xiàn)自動(dòng)控制的精神，與現(xiàn)有的生產(chǎn)模式嚴(yán)重不符。

現(xiàn)有高爐噴煤流量監(jiān)測(cè)設(shè)備出現(xiàn)故障而未回復(fù)正常情況下，操作人員已無法讀取噴吹流量的實(shí)際數(shù)值，不能準(zhǔn)確反映工況，影響高爐工長對(duì)煤比的計(jì)算，繼而影響焦礦配比，無法及時(shí)調(diào)劑爐況。

3 技術(shù)改進(jìn)

模糊邏輯是一種處理不確定性、非線性問題的有力工具，它比較適合于表達(dá)那些模糊或定性的知識(shí)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有并行計(jì)算、分布式信息存儲(chǔ)、容錯(cuò)能力強(qiáng)以及具備自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力等一系列有點(diǎn)。模糊邏輯與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，使得網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)結(jié)點(diǎn)及所有參數(shù)均有明顯的物理意義，因此這些參數(shù)的初值可以根據(jù)系統(tǒng)的模糊活定性的知識(shí)來加以確定，然后利用學(xué)習(xí)算法可以很快收斂到要求的輸入輸出關(guān)系。

3.1 儀表自動(dòng)調(diào)整

通過到處搜集資料，查詢相關(guān)信息，了解到當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其他技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。這種技術(shù)恰恰符合制粉氣體循環(huán)回路的控制方式，于是決定在單一控制的基礎(chǔ)上，配合使用PID調(diào)解技術(shù)，使操作人員從頻繁的設(shè)定閥門開度、操作閥門動(dòng)作中解脫出來，解決其他設(shè)備的棘手問題;同時(shí)使閥位調(diào)整擺脫人為因素的控制，設(shè)備的運(yùn)行失誤率就愛那個(gè)地，也加快了設(shè)備的反映速度，提高了生產(chǎn)效率，使制粉總量在相同的時(shí)間內(nèi)得到增加，繼而使噴煤數(shù)量及質(zhì)量都提高。

PID調(diào)解技術(shù)可以根據(jù)畫面設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行自整定運(yùn)行，使現(xiàn)場(chǎng)儀表能根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行自動(dòng)演算;人工操作簡(jiǎn)單、設(shè)備響應(yīng)速度快，并且能在規(guī)定范圍內(nèi)穩(wěn)定動(dòng)作，降低了設(shè)備事故和故障率，能最大限度滿足高爐生產(chǎn)需要;改進(jìn)后的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了免維護(hù)，設(shè)備自動(dòng)化水平提高，維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和危險(xiǎn)性相應(yīng)降低。

PID調(diào)節(jié)在調(diào)試過程中確定好調(diào)節(jié)參數(shù)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性即可，而且這種調(diào)試，基本上不需要耗費(fèi)成本，真正實(shí)現(xiàn)了低成本高效益。

3.2 噴吹量精確

單獨(dú)采用的流量檢測(cè)，噴吹量的數(shù)值累計(jì)可以根據(jù)流量數(shù)值大小來進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，但是當(dāng)檢測(cè)設(shè)備出現(xiàn)故障而無法顯示流量檢測(cè)數(shù)值時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)就無法實(shí)現(xiàn)。

單獨(dú)采用噴吹量的重量檢測(cè)，通過采集上千組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)噴吹量的大小、旋轉(zhuǎn)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速、變頻器的頻率三者之間存在著一定的數(shù)值比例關(guān)系，即Y=KX+B，其中Y為實(shí)際噴吹量，X為變頻器的頻率，B為擾動(dòng)量，固定變頻器的頻率為8HZ、10HZ、15HZ、20HZ、25HZ、30HZ、40HZ時(shí)，分別計(jì)算K系數(shù)，然后取其平均值，得到實(shí)際的噴吹量與變頻器頻率之間的一定的函數(shù)關(guān)系，同時(shí)在采樣過程中，以30S為采樣周期來計(jì)算小時(shí)的噴煤量，此數(shù)據(jù)作為實(shí)際測(cè)量值，但在實(shí)際調(diào)試過程中，由于現(xiàn)場(chǎng)的震動(dòng)，采樣數(shù)值往往波動(dòng)較大，且在裝填過程中，采樣數(shù)值還會(huì)出現(xiàn)負(fù)值，給自動(dòng)調(diào)節(jié)帶來一定的困難，采用峰谷值相抵法，當(dāng)出現(xiàn)較大的峰值或較小的谷值時(shí)，通過計(jì)算來處理這類數(shù)據(jù)，將其穩(wěn)定在設(shè)定值范圍內(nèi)，這樣通過比較來進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，系統(tǒng)穩(wěn)定性大大增強(qiáng)。于是采用以上兩種控制方式相結(jié)合，如選擇重量控制時(shí)，流量檢測(cè)可作為參考，若選擇流量控制是，重量變化可作為參考，二者可進(jìn)行相互修正，更能保證噴煤量的準(zhǔn)確。

兩種控制方式相結(jié)合，數(shù)據(jù)的采集過程穩(wěn)定、精度提高，制粉、噴煤乃至高爐的生產(chǎn)效率與產(chǎn)量都得到大幅度的提高。

4 結(jié)束語

模糊邏輯是一種處理不確定性、非線性問題的有力工具，與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，使參數(shù)的學(xué)習(xí)和調(diào)整比較容易，能夠提供更加有效的智能行為、學(xué)習(xí)能力、自適應(yīng)特點(diǎn)、并行機(jī)制和高度靈活性。優(yōu)化程序控制，提高自動(dòng)化控制水平，對(duì)提高高爐制粉能力，增加噴煤量具有現(xiàn)實(shí)意義。

作者簡(jiǎn)介:

陳文奎，助理工程師，男，大學(xué)本科，1981年5月生，現(xiàn)工作于山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，主要從事鋼鐵冶金行業(yè)電氣及自動(dòng)控制設(shè)計(jì)及研究。