专利名称：用于多座焦炉集气管压力系统的模糊混合控制方法
技术领域：
本发明涉及自动化控制领域，更具体的是一种焦炉集气管压力检测、控制方法。
背景技术：
钢铁行业中，焦化厂负责向所有焦炉煤气用户单位输送焦炉煤气，焦炉煤气系统的稳定及焦炉煤气性能指标，直接影响着所有焦炉煤气用户单位的正常生产，且对于安全生产、焦炉寿命、环境保护、化产回收都有重要的意义。而焦炉集气管压力要求精确控制在 80士20 波动范围内，可调范围非常窄。影响单集气管压力的干扰因素相当多焦炉每个炭化室从装煤到出焦的煤气发生量的变化、推焦、装煤操作过程中压力的剧烈波动、装煤量与配煤比的波动、横管前吸力的变化、鼓风机机后压力的变化等，且又受工艺、人为操作制约严重，因此常规控制无法适应由于诸多千变万化的干扰因素引起的集气管压力的剧烈波动；由于多段集气管共用一套鼓冷系统，布置不对称与鼓冷系统距离相差较大导致吸力分配不合理，当某个集气管压力剧烈波动总吸力无法及时平衡时，就产生了其它集气管压力也剧烈波动的耦合现象，因此总吸力的常规控制无法适应由于集气管压力系统的剧烈波动而对其的干扰。由于集气管压力系统具备非线性、多扰动、多变量、时变性、正负耦合性等复杂特性，因此多座焦炉集气管压力的控制是焦化行业重要的研究课题，若投运成功，经济效益和社会效益非常显著。从国内情况看，调节成功的寥寥无几，效果往往都不理想。
发明内容
本发明目的是为克服上述已有技术的不足，提供一种解决钢铁行业的焦化厂多座焦炉集气管压力波动大无法控制问题的用于多座焦炉集气管压力系统的模糊混合控制方法。由于集气管压力系统具备非线性、多扰动、多变量、时变性、正负耦合性等复杂特性，因此正因为其影响因素多，所以本专利对每个集气管压力的所有影响因素一概不理睬， 而对每个集气管压力采用将经典PID控制与具有现代控制思想的模糊控制相结合的模糊混合控制，自判断、自组织、多参数，使自身在各种强干扰下迅速回到稳态，从而因此巧妙减弱对横管前吸力形成的正耦合，进一步巧妙消除对其他集气管压力形成的负耦合。横管前吸力的适时调整及稳定是整个集气管压力系统稳定的前提所在，而横管前吸力也具备非线性、多扰动、多变量、时变性等复杂特性，因此本系统对横管前吸力也采用上述的迷糊混合控制方案使自身在各种强干扰下迅速回到稳态，从而巧妙减弱对集气管压力形成的正耦合，进一步巧妙消除各集气管压力间形成的负耦合。本发明方法具体是(1)确定横管前吸力设定值焦炉正常出炉时，人工调节位于回流管上的手动回流阀使其开最大，在计算机上以手动方式调节位于回流管上的自动回流阀使其开至70%，再在计算机上以手动方式调节鼓风机风叶角度输出(以调节鼓风机转数)，以保证最远焦炉的集气管压力一般约在 80 士20 ；其他焦炉在计算机上以手动方式调整各自的自动调节阀开度，以稳定各自集气管压力约在80 士201 ;逐渐将自动回流阀开至50%，此时的横管前吸力定为横管前吸力设定值。大回流自动调节的作用是稳定横管前吸力以平衡不断变化的煤气产量、间接稳定集气管系统、防止鼓风机喘振。(2)模糊混合控制方法调节横管前吸力采用传统PID控制与模糊控制(具体公式如下)相结合的模糊混合控制方法调节横管前吸力，根据横管前吸力调节回流阀，分三种情况①在鼓风机转数相对稳定的前提下，横管前吸力偏差在死区范围内时，系统不投入自动控制，使其自稳定，相当于手动；横管前吸力死区范围约为横管前吸力量程的3%。②横管前吸力偏差超过死区范围而又低于2倍死区范围时，系统自动投入PID控制；③横管前吸力偏差超过死区范围而且横管前吸力偏差陡然加大超过2倍死区范围时，系统自动投入模糊控制，自判断、自组织、多参数，根据偏差自动调节放大系数，使横管前吸力迅速回到一定的幅度上，再自动继续投入PID控制。模糊控制具体公式为Kp模糊=Kp传统X Δ P X K其中Κρ为放大系数，ΔΡ为横管前吸力偏差，K为模糊因子；K值通常为2倍死区分之1至2倍死区分之1. 5范围；S卩(1-1. 5)/2倍死区范围。(3)模糊混合控制方法调节集气管压力；采用传统PID控制与模糊控制(具体公式如下)相结合的模糊混合控制方法调节各自集气管压力，分三种情况①集气管压力偏差在死区范围内时，系统不投入自动控制，使其自稳定，相当于手动；集气管压力死区范围约为集气管压力量程的3%。②集气管压力偏差超过死区范围而又低于2倍死区范围时，系统自动投入PID控制；③集气管压力偏差超过死区范围而且集气管压力偏差陡然加大超过2倍死区范围时，系统自动投入模糊控制，自判断、自组织、多参数，根据变化幅度自动调节参数，使集气管压力迅速回到一定的幅度上，再自动继续投入PID控制。模糊控制具体公式为Kp模糊=Kp传统X Δ P X K其中Κρ为放大系数，Δ P为集气管压力偏差，K为模糊因子；K值通常为2倍死区分之1至2倍死区分之1. 5范围；S卩(1-1. 5)/2倍死区范围。调节各自的状态使其相对变化幅度不大，自然巧妙解耦，简单易实现，这是本方法的调节宗旨。本发明方法自动化程度高，控制精度高，简单易实现，控制可靠稳定，保证了焦化厂正常生产及所有焦炉煤气用户单位的正常生产，当出现扰动时，能迅速调到稳定状态，确保整个焦炉煤气系统的安全运行，效益十分显著。
具体实施例方式本发明方法已在太原钢铁集团有限公司焦化厂的三座4. 3米65孔焦炉上试用。三座焦炉的标号分别为4#、5#、6#，是四段集气管共用一套鼓风机系统，其中4#焦炉为65孔分为两段集气管。5#、6#焦炉每座也为65孔，均为单集气管。三座焦炉产生的焦炉煤气先集于各自的集气管，经各自U型管上的手动和自动两道调节阀、吸气管后，5#、6#焦炉的两路管道汇合经其气液分离器、4#焦炉的两路管道汇合经另一个气液分离器再汇合，然后经初冷器共用一套鼓冷系统，至此三座焦炉产生的焦炉煤气经一套鼓冷系统送至后部煤气回收净化工序。(1)确定横管前吸力设定值；焦炉正常出炉时，首先手动回流阀开最大、自动回流阀手动开70%，手动调节鼓风机转数至4300转/分，各焦炉适时手动调整调节阀开度以稳定各自集气管压力，在满足最远的焦炉的集气管压力达到控制要求后逐渐使自动回流阀开 50%时，此时的横管前吸力可定为横管前吸力设定值为13001^。(2)模糊混合控制方法调节横管前吸力；PLC内编制程序，并设死区50Pa，根据三个条件分别执行①横管前吸力偏差ΔΡ在死区范围内，系统不投入自动控制。②横管前吸力偏差在IOOPa内，系统自动投入PID控制Kp传统为0. 5 ；③横管前吸力偏差陡然加大超过IOOPa时，系统自动投入模糊控制用Kp模糊代替Kp传统，Kp模糊=0. 5Χ ΔΡΧ0.01，回到IOOPa内，系统又自动投入PID控制。(3)模糊混合控制方法调节集气管压力；同上PLC内编制程序，并设死区20Pa，根据三个条件分别执行①集气管压力偏差ΔΡ在死区范围内在，系统不投入自动控制。②集气管压力偏差在40 内，系统自动投入PID控制Kp传统为0.5 ；③集气管压力偏差陡然加大超过40 时，系统自动投入模糊控制用Kp模糊代替 Kp传统，Kp模糊=0.5X ΔΡΧ0. 025，回到401 内，系统又自动投入PID控制。应用到另外的系统，死区、偏差ΔΡ、Kp传统、K需根据不同的现场工艺调试而定。
权利要求
1. 一种用于多座焦炉集气管压力系统的模糊混合控制方法，其特征是(1)确定横管前吸力设定值焦炉正常出炉时，人工调节位于回流管上的手动回流阀使其开最大，在计算机上以手动方式调节位于回流管上的自动回流阀使其开至70%，再在计算机上以手动方式调节鼓风机风叶角度输出，以保证最远焦炉的集气管压力在80 士201 ;其他焦炉在计算机上以手动方式调整各自的自动调节阀开度，以稳定各自集气管压力约在80 士20 ；逐渐将自动回流阀开至50%，此时的横管前吸力定为横管前吸力设定值；(2)模糊混合控制方法调节横管前吸力采用传统PID控制与模糊控制相结合的模糊混合控制方法调节横管前吸力，根据横管前吸力调节回流阀，分三种情况①在鼓风机转数相对稳定的前提下，横管前吸力偏差在死区范围内时，系统不投入自动控制，使其自稳定，相当于手动；横管前吸力死区范围约为横管前吸力量程的3% ；②横管前吸力偏差超过死区范围而又低于2倍死区范围时，系统自动投入PID控制；③横管前吸力偏差超过死区范围而且横管前吸力偏差陡然加大超过2倍死区范围时， 系统自动投入模糊控制，自判断、自组织、多参数，根据偏差自动调节放大系数，使横管前吸力迅速回到一定的幅度上，再自动继续投入PID控制；模糊控制公式为Kp模糊=Kp传统X ΔPXK其中Κρ为放大系数，Δ P为横管前吸力偏差，K为模糊因子；K值通常在2倍死区分之 1至2倍死区分之1.5范围；(3)模糊混合控制方法调节集气管压力；采用传统PID控制与模糊控制相结合的模糊混合控制方法调节各自集气管压力，分三种情况①集气管压力偏差在死区范围内时，系统不投入自动控制，使其自稳定，相当于手动； 集气管压力死区范围约为集气管压力量程的3% ；②集气管压力偏差超过死区范围而又低于2倍死区范围时，系统自动投入PID控制；③集气管压力偏差超过死区范围而且集气管压力偏差陡然加大超过2倍死区范围时， 系统自动投入模糊控制，自判断、自组织、多参数，根据变化幅度自动调节参数，使集气管压力迅速回到一定的幅度上，再自动继续投入PID控制；模糊控制公式为Κρ模糊=Kp传统X ΔPXK其中Κρ为放大系数，Δ P为集气管压力偏差，K为模糊因子；K值通常为2倍死区分之 1至2倍死区分之1.5范围。
全文摘要
一种用于多座焦炉集气管压力系统的模糊混合控制方法，目的是解决钢铁行业的焦化厂多座焦炉集气管压力波动大无法控制问题；本发明首先确定横管前吸力设定值，采用传统PID控制与模糊控制相结合的模糊混合控制方法调节横管前吸力，模糊控制公式为Kp模糊＝Kp传统×ΔP×K；Kp为放大系数，ΔP为横管前吸力偏差，K为模糊因子；采用传统PID控制与模糊控制相结合的模糊混合控制方法调节各自集气管压力，模糊控制公式为Kp模糊＝Kp传统×ΔP×K；其中Kp为放大系数，ΔP为集气管压力偏差，K为模糊因子；K值通常为2倍死区分之1至2倍死区分之1.5范围。
文档编号G05B13/04GK102354113SQ201110220370
公开日2012年2月15日 申请日期2011年7月30日 优先权日2011年7月30日
发明者卢海宁, 曹剑梅 申请人:山西太钢不锈钢股份有限公司