燒結(jié)配料控制系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)

劉征

（山信軟件股份有限公司萊蕪自動(dòng)化分公司，山東萊蕪 271104）

信息化建設(shè)

燒結(jié)配料控制系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)

劉征

（山信軟件股份有限公司萊蕪自動(dòng)化分公司，山東萊蕪 271104）

針對(duì)萊鋼燒結(jié)配料存在控制精度不高、配料效率低、自動(dòng)聯(lián)鎖運(yùn)行易出現(xiàn)故障等問(wèn)題，在配料自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用模糊控制和數(shù)據(jù)擬合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)學(xué)模型化的配料，配料精度由3%提高到3‰，返礦率平均下降1.3%，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)提高1.3%，燒結(jié)礦堿度穩(wěn)定度提高，設(shè)備故障率明顯下降。

燒結(jié)配料；控制系統(tǒng)；模糊控制；數(shù)據(jù)擬合

1 前言

山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠老區(qū)配料于2002年建成投產(chǎn)。由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，整個(gè)配料系統(tǒng)皮帶秤存在嚴(yán)重設(shè)備老化、秤體損壞或癱瘓現(xiàn)象，造成皮帶秤流量不準(zhǔn)或無(wú)法進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)，在根本上抑制了燒結(jié)配料的精度；日常生產(chǎn)中，大部分設(shè)備僅僅是依靠傳統(tǒng)的人工操作，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，配料效率不高，很難在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)皮帶斷料、配比失調(diào)的情況，影響了燒結(jié)礦的產(chǎn)量與質(zhì)量，甚至導(dǎo)致燒結(jié)機(jī)停機(jī)事故的發(fā)生；由于圓盤(pán)、皮帶等關(guān)鍵設(shè)備無(wú)法按工藝要求自動(dòng)聯(lián)鎖運(yùn)行，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障極易造成設(shè)備壓料現(xiàn)象，影響燒結(jié)安全穩(wěn)定運(yùn)行，制約燒結(jié)能效提高。為此，本著“打造精品工程，建設(shè)集成綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)理念，對(duì)老區(qū)燒結(jié)配料控制系統(tǒng)進(jìn)行了綜合改造。

2 模糊控制的應(yīng)用

模糊設(shè)備控制煩人準(zhǔn)確性必須依靠控制程序?qū)υO(shè)備的啟動(dòng)、中間運(yùn)行、停止等不同狀態(tài)實(shí)施不同的控制方式，控制設(shè)備以不同的運(yùn)行速度、角度作不等速運(yùn)動(dòng)，通過(guò)在控制系統(tǒng)中增加智能糾錯(cuò)技術(shù)、PID使設(shè)備最終停止的狀態(tài)與預(yù)定的控制目標(biāo)偏差最小，并且偏差在增大時(shí)作自我修正，使偏差一直保持在可允許范圍內(nèi)。

燒結(jié)配料主要是混勻料、焦粉、白云石、生石灰、返礦等的重量配比，通過(guò)調(diào)整混勻料流量和返礦流量的比例來(lái)獲得達(dá)標(biāo)的混合料，對(duì)混合料的控制要求可以簡(jiǎn)化為總量恒定控制，所以其首要環(huán)節(jié)是混合料總量的控制，是整個(gè)配礦穩(wěn)定的基礎(chǔ)。老區(qū)燒結(jié)二次配料大多數(shù)采用圓盤(pán)配料方式，給料量的大小依靠變頻器來(lái)調(diào)節(jié)圓盤(pán)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，其控制原理是通過(guò)保證恒定的瞬時(shí)料流量，從而實(shí)現(xiàn)累計(jì)流量的穩(wěn)定。由于燒結(jié)配料系統(tǒng)較為復(fù)雜，難以建立數(shù)學(xué)模型，如采用傳統(tǒng)的PID控制器存在超調(diào)、響應(yīng)時(shí)間慢、系統(tǒng)振蕩等缺點(diǎn)，既不容易維護(hù)，也很難滿(mǎn)足實(shí)時(shí)控制的要求。

燒結(jié)配料系統(tǒng)通常有兩種調(diào)速方式：調(diào)節(jié)圓盤(pán)給料機(jī)速度給料和調(diào)節(jié)皮帶輸送機(jī)速度給料。模糊控制技術(shù)與傳統(tǒng)的PID控制技術(shù)結(jié)合起來(lái)，共同應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)的調(diào)節(jié)當(dāng)中，誤差較小時(shí)采用PID控制，誤差較大時(shí)采用模糊控制，大大提高了系統(tǒng)抗外部干擾和適應(yīng)內(nèi)部參數(shù)變化的魯棒性，有效地解決了系統(tǒng)運(yùn)行中誤差不穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)特性不理想的問(wèn)題。

模糊控制系統(tǒng)中（模糊控制結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1）R（s）為初始值，經(jīng)過(guò)自學(xué)習(xí)算法計(jì)算出K值，K作用于輸出值O（s），O（s）反饋給算法初始值，從而調(diào)整K，最終達(dá)到預(yù)期值。

采用模糊控制，其中K=0.12時(shí)，模糊控制的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)仿真見(jiàn)圖2。

圖2 模糊控制算法的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)

經(jīng)仿真試驗(yàn)可以看出,利用模糊控制算法后，系統(tǒng)超調(diào)量小，響應(yīng)速度快，具有良好的控制精度，且系統(tǒng)靜差小，動(dòng)態(tài)性能穩(wěn)定。

3 擬合算法的應(yīng)用

通過(guò)模糊控制應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)，配料精度與穩(wěn)定性得到了很大提高，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型化的配料優(yōu)化，引入擬合控制技術(shù)，對(duì)備料系統(tǒng)中影響燒結(jié)配料運(yùn)行的多個(gè)變量參數(shù)進(jìn)行綜合優(yōu)化，確保燒結(jié)配料的長(zhǎng)期良好穩(wěn)定運(yùn)行。

最小二乘法是一種數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)通過(guò)最小化誤差的平方和尋找數(shù)據(jù)的最佳函數(shù)匹配。利用最小二乘法可以簡(jiǎn)便地求得未知數(shù)據(jù)，并使這些求得的數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)之間誤差的平方和為最小。最小二乘法在擬合中的應(yīng)用原理為：對(duì)給定數(shù)據(jù)點(diǎn)（Xi，Yi）（i=0，1，………m），在取定的函數(shù)類(lèi)中，求P（x）∈φ，使誤差的平方和最小，尋求與給定點(diǎn)的距離平方和為最小的曲線(xiàn)y=P（x），把此結(jié)果稱(chēng)為最小二乘擬合多項(xiàng)式的平方誤差。

將影響配料的轉(zhuǎn)速變化，脈沖速度，以及下料量變化3個(gè)重要參數(shù)做了分析擬合。這類(lèi)曲線(xiàn)的變化比較平緩，如啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)（見(jiàn)圖3），利用最小二乘法分成3段擬合就可滿(mǎn)足精度要求。

圖3 最小二乘法擬合啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)

系統(tǒng)在一個(gè)較小的數(shù)值范圍內(nèi)持續(xù)頻繁波動(dòng)，此類(lèi)曲線(xiàn)產(chǎn)生的原因是試車(chē)開(kāi)始時(shí)一些數(shù)據(jù)的初始值往往很小，但同時(shí)還帶有一定的噪聲干擾，擬合這類(lèi)數(shù)據(jù)時(shí)，先要用多項(xiàng)式的最小二乘法擬合出一條表示其趨勢(shì)的曲線(xiàn)，然后在曲線(xiàn)上加入一個(gè)噪聲，最終只要能表示出該曲線(xiàn)大體波動(dòng)的范圍即可，對(duì)編碼器速度進(jìn)行擬合趨勢(shì)見(jiàn)圖4。

圖4 編碼器速度擬合趨勢(shì)

擬合后的輸出與實(shí)際的輸出值非常接近，這也證實(shí)了該算法的可行性。

4 結(jié)語(yǔ)

燒結(jié)配料控制系統(tǒng)優(yōu)化后，系統(tǒng)應(yīng)用良好，各項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)均能滿(mǎn)足需要，各受控電儀設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)良好，設(shè)備故障率明顯下降；高爐爐況穩(wěn)定，配料精度由3%提高到3‰，返礦率平均下降1.3%，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)提高1.3%；增加高爐順產(chǎn)的時(shí)間，計(jì)量誤差降低；燒結(jié)礦堿度穩(wěn)定度提高，I類(lèi)燒結(jié)礦的波動(dòng)范圍在+0.08以?xún)?nèi)，Ⅱ類(lèi)燒結(jié)礦堿度波動(dòng)范圍在0.12以?xún)?nèi)；Ⅱ類(lèi)燒結(jié)礦占燒結(jié)礦總產(chǎn)量的比重明顯降低。

［1］田社平，丁國(guó)清，顏德田.數(shù)據(jù)擬合及其在測(cè)試數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用［J］.儀器儀表學(xué)報(bào)，2002（6）：14-16.

［2］田社平.f1數(shù)據(jù)擬合及其在動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用［J］.計(jì)量技術(shù)，2003（2）：37-38.

［3］周江文，黃幼才，楊元喜，等.抗差最小二乘法［M］.武漢.華中理工大學(xué)出版社，1997.

［4］田社平，顫德田，丁國(guó)清．一種用于線(xiàn)性參數(shù)的z數(shù)據(jù)擬合方法［M］.自動(dòng)化儀表，2001，22（t2）：9-14.

Optimization and Improvement of Sintering Proportioning Control System

LIU Zheng
（Laiwu Automation Branch of Shanxin Software Co.,Ltd.,Laiwu 271104,China）

For the problem of the lower control accuracy in sintering burdening and mixing efficiency,the easy failure for the automatic interlock operation and so on in Laiwu steel,the fuzzy control and data fitting technology in automatic batching control system was applied.The mathematical model for the ingredients was realized,the proportioning accuracy is increased from 3%up to 3 per thousand,and the returns rate is reduced 1.3%in an average.The drum index is increased 1.3%,the stability of sinter basicity is improved,the equipment fault rate is decreased obviously.

sintering burden;control system;fuzzy control;data fitting

TP273

B

1004-4620（2017）02-0062-02

2017-01-09

劉征，男，1983年生，2007年畢業(yè)于德州學(xué)院計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用專(zhuān)業(yè)。現(xiàn)為山信軟件萊蕪自動(dòng)化分公司工程師，從事自動(dòng)化控制工作。