焦?fàn)t集氣管壓力綜合控制算法與應(yīng)用研究

摘 要：在焦?fàn)t操作過程中，焦?fàn)t集氣管壓力綜合控制對(duì)于焦?fàn)t應(yīng)用的安全性具有非常重要的作用?？茖W(xué)的焦?fàn)t集氣管壓力綜合控制算法可以提高焦?fàn)t的穩(wěn)定性，使燃料充分燃燒，提高資源的利用效率，減少焦?fàn)t排放多環(huán)境的污染。因此，本文以焦?fàn)t集氣管壓力綜合控制算法為分析對(duì)象，設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)積分系數(shù)，調(diào)節(jié)焦?fàn)t集氣管壓力，解決不同時(shí)間段焦?fàn)t壓力不穩(wěn)定，問題。

關(guān)鍵詞：焦?fàn)t控制；集氣管壓力綜合控制；控制算法；系統(tǒng)應(yīng)用

焦?fàn)t集氣管壓力為焦?fàn)t燃煤效率的主要參數(shù)指標(biāo)，若焦?fàn)t集氣管壓力過大，則會(huì)影響焦?fàn)t應(yīng)用的穩(wěn)定性，降低焦?fàn)t的使用壽命；如果焦?fàn)t集氣管壓力過小，則燃煤不充分，會(huì)造成資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染。通常焦?fàn)t集氣管中的壓力控制在80Pa～120Pa之間，不同型號(hào)的焦?fàn)t壓力略有差異，在焦?fàn)t工作過程中不同時(shí)間段的壓力不同，焦?fàn)t集氣管內(nèi)部各點(diǎn)的壓力也各不相同，所以焦?fàn)t集氣管壓力具有動(dòng)態(tài)變化的特征，因此可以建立焦?fàn)t集氣管壓力動(dòng)態(tài)平衡方程綜合控制焦?fàn)t集氣管壓力，以保證焦?fàn)t集氣管壓力的穩(wěn)定性。

1 焦?fàn)t集氣管壓力動(dòng)態(tài)平衡分析

本文以雙焦?fàn)t集氣管和單焦?fàn)t集氣管綜合應(yīng)用為例，其中雙焦?fàn)t集氣管焦?fàn)t兩座，單焦?fàn)t集氣管焦?fàn)t兩座，采用人工調(diào)節(jié)的方式進(jìn)行集氣管壓力的調(diào)節(jié)。建立焦?fàn)t集氣管壓力動(dòng)態(tài)平衡模型調(diào)節(jié)焦?fàn)t集氣管壓力，確定節(jié)焦?fàn)t集氣管壓力的阻力系數(shù)為：，其中i=1，2，...，5。焦?fàn)t集氣管壓力在不斷增加過程中，氣體焦?fàn)t集氣管的容量不斷增加，氣體焦?fàn)t集氣管容量系數(shù)可定義為：Ci=dVi[]dP，其中i=1，2，...，5。以雙焦?fàn)t集氣管為例，其焦?fàn)t集氣管壓力動(dòng)態(tài)平衡模型的平衡方程為：

C1dP1[]dt=Q1-P1-P5[]R1

C5dP5[]dt=P1-P5[]R1+P2-P5[]R2+P3-P5[]R3+P4-P5[]R4（1）

其中Q1為雙焦?fàn)t集氣管中煤氣的發(fā)生量，P1～P4分別為四個(gè)焦?fàn)t的集氣管壓力，PS為焦?fàn)t鼓風(fēng)機(jī)的機(jī)前吸力。將焦?fàn)t集氣管壓力動(dòng)態(tài)平衡模型的平衡方程利用拉氏變換得到焦?fàn)t集氣管壓力特征方程為：

P1（S）=R1Q1（s）+P5（S）[]T1S+1

P5（S）=K1P1（s）+K2P2（S）+K3P3（S）+K4P4（S）[]T5S+1（2）

其中K1～K4為四個(gè)焦?fàn)t集氣管壓力的比例系數(shù)，T1與T5為焦?fàn)t工作過程中的起始與結(jié)束時(shí)間常數(shù)。通過式（2）得到四個(gè)焦?fàn)t的焦?fàn)t集氣管壓力特性分別為：P1（S）、P2（S）、P3（S）、P4（S）。四個(gè)焦?fàn)t的焦?fàn)t集氣管壓力之間相互耦合、相互作用，當(dāng)中Q1～Q4雙焦?fàn)t集氣管中煤氣的發(fā)生量出現(xiàn)了不穩(wěn)定的情況，則會(huì)導(dǎo)致焦?fàn)t鼓風(fēng)機(jī)的機(jī)前吸力P5出現(xiàn)變化，進(jìn)而出現(xiàn)焦?fàn)t集氣管壓力發(fā)生不規(guī)律的變化。

2 焦?fàn)t集氣管壓力綜合控制算法

焦?fàn)t集氣管壓力受多因素的影響使其不穩(wěn)定，所以在對(duì)其進(jìn)行控制時(shí)要協(xié)調(diào)好各因素之間的關(guān)系，采用有效的算法進(jìn)行綜合控制以保證控制的準(zhǔn)確性。鑒于焦?fàn)t集氣管壓力影響因素的分散性，本文提出設(shè)計(jì)變積分PI控制和解偶控制方法進(jìn)行控制。

變積分PI控制是以解決焦?fàn)t集氣管內(nèi)部壓力不規(guī)律變化的影響，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)焦?fàn)t集氣管壓力，使用回路偏差分段的方法對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)修改積分常數(shù)，進(jìn)而使焦?fàn)t集氣管回路適應(yīng)范圍增大。設(shè)積分時(shí)間常數(shù)為Ti（n），對(duì)其轉(zhuǎn)換為隨偏差e（n）變量，轉(zhuǎn)換方程為：

隨著時(shí)間上的變化，焦?fàn)t集氣管壓力發(fā)生變化，通過調(diào)整輸出電壓調(diào)節(jié)焦?fàn)t集氣管小偏差下系統(tǒng)的精度。

焦?fàn)t之間集氣管壓力會(huì)發(fā)生耦合問題，可以使用解偶控制進(jìn)行多變量控制，解決焦?fàn)t之間集氣管復(fù)雜多樣性的變化難以控制問題。采用人工的方法測得焦?fàn)t之間集氣管壓力關(guān)系系數(shù)為α，輸出波動(dòng)量為Δy，壓力測試范圍為M，M（80Pa～120Pa）。由此得到：

α=Δy/M；

Δy=y（n）-y（n-1）（5）

例如對(duì)回路1的綜合影響分析，其他回路對(duì)回路1的影響可以表示為：

Δy1=α2M2+α3M3+α4M4+α5M5（6）

轉(zhuǎn)換為電信號(hào)為：

ΔU1（n）=U0×Δy1/M1（7）

通過對(duì)電信號(hào)的控制可以調(diào)節(jié)焦?fàn)t之間集氣管壓力會(huì)發(fā)生耦合問題。

3 焦?fàn)t集氣管壓力綜合控制系統(tǒng)應(yīng)用

焦?fàn)t集氣管壓力綜合控制系統(tǒng)包括偏差預(yù)處理模塊、耦合消除模塊、前饋控制模塊、調(diào)節(jié)閥開度模塊、集氣管壓力控制模塊和鼓風(fēng)機(jī)控制模塊，偏差預(yù)處理模塊通過偏差預(yù)處理識(shí)別焦?fàn)t的偏差信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行修正，在變積分PI控制算法的影響下得到有效的偏差信號(hào)，利用非線性PID算法進(jìn)行控制。將焦?fàn)t集氣管壓力綜合控制系統(tǒng)應(yīng)用在實(shí)際工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，焦?fàn)t開、關(guān)、煤氣管道環(huán)境變化等對(duì)焦?fàn)t集氣管壓力的影響，可在焦?fàn)t集氣管壓力綜合控制系統(tǒng)控制下在15s內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定性。以雙焦?fàn)t集氣管壓力變化為例，設(shè)定初始?jí)毫?0Pa，變化曲線如圖所示：

雙焦?fàn)t集氣管壓力變化曲線圖

其中雙焦?fàn)t集氣管壓力波動(dòng)控制在±15Pa，單焦?fàn)t集氣管壓力波動(dòng)控制在±10Pa。進(jìn)行集氣管壓力綜合控制的焦?fàn)t相比未進(jìn)行集氣管壓力綜合控制的焦?fàn)t年節(jié)約煤氣效益200余萬元，同時(shí)改善了焦?fàn)t的運(yùn)行環(huán)境，減少焦?fàn)t排放30%，提高了焦?fàn)t控制自動(dòng)化的水平。應(yīng)用焦?fàn)t集氣管壓力綜合控制系統(tǒng)還解決了多焦?fàn)t集氣管之間的耦合震蕩問題，保證焦?fàn)t集氣管壓力的波動(dòng)在可控范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

本文以焦?fàn)t集氣管壓力綜合控制算法與應(yīng)用為研究對(duì)象，通過建立焦?fàn)t集氣管壓力動(dòng)態(tài)平衡模型確定影響焦?fàn)t集氣管壓力綜合因素，設(shè)計(jì)變積分PI控制和解偶控制，人工干預(yù)控制焦?fàn)t集氣管壓力的穩(wěn)定性。此次研究所提出的焦?fàn)t集氣管壓力綜合控制算法在具體應(yīng)用中，可以提高焦?fàn)t的燃煤率，降低焦?fàn)t排放的污染量，保證焦?fàn)t安全運(yùn)行。雖然本文提出的焦?fàn)t集氣管壓力綜合控制算法可以較好的穩(wěn)定焦?fàn)t集氣管壓力，但仍有一定的不足，對(duì)于復(fù)雜焦?fàn)t環(huán)境影響因素非常的多，如焦?fàn)t型號(hào)、焦?fàn)t年限、煤炭質(zhì)量、自然環(huán)境等等，在接下來的工作中需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的完善，以求更好的提高焦?fàn)t的工作效率。

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作者簡介：吳紅兵（1987），男，漢族，湖南婁底人，本科，主要從事測控一體開發(fā)與維護(hù)。