高压炉顶调压阀组的模糊pid控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高压炉顶调压阀组的模糊PID控制系统。
【背景技术】
[0002] 调压阀组是用于高炉煤气管道系统上，作调节管路介质压力的设备。现有的调压 阀组常规采用比例PID控制，单纯的用比例PID控制系统对大滞后、时变、非线性的复杂系 统适应能力差，尤其是面对高炉冶炼过程中强耦合，扰动因素多引起的顶压波动大的问题， 都需采取人工干预，无法满足炉顶压力精确控制的要求。
【发明内容】
[0003] 针对上述问题，本发明提供一种调节范围宽、响应速度快、控制精度高的高炉炉顶 调压阀组的模糊PID控制系统。
[0004] 为达到上述目的，本发明高压炉顶调压阀组的模糊PID控制系统，所述系统为采 用PID控制器和模糊控制器组合控制调压阀组系统，包括第一粗调阀、第二量程粗调阀、第 三微调阀、第四备用微调阀，其中，偏差为实际炉顶压力与设定炉顶压力之间的偏差，
[0005] 当偏差小于3kpa时，PID控制器采用比例调节模式控制第三微调阀的开度，所述 的第一粗调阀、第二量程粗调阀、第四备用微调阀设置为预定状态；
[0006] 当偏差大于3kpa、小于20kpa时，采用模糊控制器进行模糊查表法控制第一粗调 阀的开度控制，PID控制器采用比例调节模式控制第三微调阀的开度，所述的第二量程粗调 阀、第四备用微调阀设置为预定状态；
[0007] 当第三微调阀的开度小于10%时，或者大于40%，采用模糊控制器对所述第二量 程阀控制，使第二量程阀的开度相应增加5%，同时采用模糊控制法控制第一粗调阀、PID 控制器控制第三微调阀阀、第四备用微调阀的开度为10%至40% ;
[0008] 当第三微调阀的开度大于40%时，采用模糊控制器对所述第二量程阀控制，使第 二量程阀的开度相应减小5%，同时采用模糊控制法控制第一粗调阀、PID控制器控制第三 微调阀阀、第四备用微调阀的开度为10%至40% ;
[0009] 所述第四备用微调阀为第三微调阀的备用阀，第一粗调阀和第二量程粗调阀互为 备用。
[0010] 进一步地，所述的预定状态为阀体的开度为10%至40%。
[0011] 进一步地，所述模糊控制器还包括防冲顶模块，在偏差大于20kpa时，所述防冲顶 模块控制所述的第一粗调阀、第二量程粗调阀、第三微调阀、第四备用微调阀的4个阀门的 开度达到80 %至90%。
[0012] 本发明高炉炉顶调压阀组的模糊PID控制系统，利用模糊控制法和PID控制器的 特点，在误差比较小的情况下，使用PID控制器控制稳态精度，在误差比较大的情况下，使 用模糊控制法快速响应。第二量程阀保证阀组的开度在10% -40%开度范围内，这个范围 最能有效的控制炉定压力。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明高炉炉顶调压阀组的模糊PID控制系统的原理图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图对本发明做进一步的描述。
[0015] 本发明系统硬件选用西门子S7-300控制系统，将调压阀组所有的模拟量信号和 电气控制信号纳入其中，软件基于西门子的STEP7软件开发平台，编程语言使用梯形图， 上位机采用WINCC组态设计了人机交互画面，实现相关参数的在线调整，遵循TCP/IP协 议，可以将本系统很好的嵌入已有的高炉控制系统中去。本控制系统在大型高炉上应用取 得良好的效果，将高炉炉顶压力的误差_7KPa- 6KPa，缩小到_3KPa- 3KPa。
[0016] 本发明的工作原理及工作过程，如表1所示，3个DN900(1#，2#，4#)的大阀作为粗 调阀，也即第一粗调阀、第二量程粗调阀、第四备用微调阀具有相同功能可以相互替换，1个 DN500(3#)的小阀作为细调阀，也即第三微调阀。4#阀作为电磁阀自动控制处于快开状态， 一旦顶压急剧上升快速打开，剩下1#、2#、3#阀使用比例阀操作。具体操作顺序如下：当偏 差大于3KPa时，1#粗调阀用模糊查表法迅速开到指定阀位，3#微调阀保持40%开度不动； 当偏差大于3KPa时，由2#粗调阀PID控制，3#微调阀保持40 %开度不动；当偏差小于3KPa 时，由3#微调阀PID精调。
[0017]表1
[0019]注：〇-可选：X-不可选。
[0020] 如图1所示，本实施例高压炉顶调压阀组的模糊PID控制系统，所述系统为采用PID控制器和模糊控制器组合控制调压阀组系统，包括第一粗调阀、第二量程粗调阀、第三 微调阀、第四备用微调阀，其中，偏差为实际炉顶压力与设定炉顶压力之间的偏差，
[0021] 当偏差小于3kpa(含3kpa)时，PID控制器采用比例调节模式控制第三微调阀的 开度，所述的第一粗调阀、第二量程粗调阀、第四备用微调阀设置为预定状态；
[0022] 当偏差大于3kpa(不含3kpa)、小于20kpa(含20kpa)时，采用模糊控制器进行模 糊查表法控制第一粗调阀的开度控制，PID控制器采用比例调节模式控制第三微调阀的开 度，所述的第二量程粗调阀、第四备用微调阀设置为预定状态；
[0023] 当第三微调阀的开度小于10%(不含10%)时，或者大于40%(不含40%)，采 用模糊控制器对所述第二量程阀控制，使第二量程阀的开度相应增加5%，也即现在状态开 度的5%，同时采用模糊控制法控制第一粗调阀、PID控制器控制第三微调阀阀、第四备用 微调阀的开度为10% (含10% )至40% (含40% );
[0024] 当第三微调阀的开度大于40%时，采用模糊控制器对所述第二量程阀控制，使第 二量程阀的开度相应减小5%，也即现在状态开度的5%同时采用模糊控制法控制第一粗 调阀、PID控制器控制第三微调阀阀、第四备用微调阀的开度为10% (含10%)至40% (含 40%)；
[0025] 所述第四备用微调阀为第三微调阀的备用阀，第一粗调阀和第二量程粗调阀互为 备用。
[0026] 进一步地，所述的预定状态为阀体的开度为10% (含10% )至40% (含40% )。 所述模糊控制器还包括防冲顶模块，在偏差大于20kpa(不含20kpa)时，所述防冲顶模块控 制所述的第一粗调阀、第二量程粗调阀、第三微调阀、第四备用微调阀的4个阀门的开度达 到 80% (含 80% )至 90% (含 90% )。
[0027] 以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本 技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在 本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种高压炉顶调压阀组的模糊PID控制系统，其特征在于：所述系统为采用PID控 制器和模糊控制器组合控制调压阀组系统，包括第一粗调阀、第二量程粗调阀、第三微调 阀、第四备用微调阀，其中，偏差为实际炉顶压力与设定炉顶压力之间的偏差， 当偏差小于3kpa时，PID控制器采用比例调节模式控制第三微调阀的开度，所述的第 一粗调阀、第二量程粗调阀、第四备用微调阀设置为预定状态； 当偏差大于3kpa、小于20kpa时，采用模糊控制器进行模糊查表法控制第一粗调阀的 开度控制，PID控制器采用比例调节模式控制第三微调阀的开度，所述的第二量程粗调阀、 第四备用微调阀设置为预定状态； 当第三微调阀的开度小于10%时，或者大于40%，采用模糊控制器对所述第二量程阀 控制，使第二量程阀的开度相应增加5%，同时采用模糊控制法控制第一粗调阀、PID控制 器控制第三微调阀阀、第四备用微调阀的开度为10%至40% ; 当第三微调阀的开度大于40%时，采用模糊控制器对所述第二量程阀控制，使第二量 程阀的开度相应减小5%，同时采用模糊控制法控制第一粗调阀、PID控制器控制第三微调 阀阀、第四备用微调阀的开度为10%至40% ; 所述第四备用微调阀为第三微调阀的备用阀，第一粗调阀和第二量程粗调阀互为备 用。2. 根据要求1所述的高压炉顶调压阀组的模糊PID控制系统，其特征在于：所述的预 定状态为阀体的开度为10%至40%。3. 根据要求1所述的高压炉顶调压阀组的模糊PID控制系统，其特征在于：所述模糊 控制器还包括防冲顶模块，在偏差大于20kpa时，所述防冲顶模块控制所述的第一粗调阀、 第二量程粗调阀、第三微调阀、第四备用微调阀的4个阀门的开度达到80 %至90 %。
【专利摘要】本发明公开一种高压炉顶调压阀组的模糊PID控制系统，当偏差小于3kpa时，PID控制器控制第三微调阀的开度，所述的第一粗调阀、第二量程粗调阀、第四备用微调阀设置为预定状态；当偏差大于3kpa、小于20kpa时，采用模糊控制法控制第一粗调阀的开度控制，PID控制器控制第三微调阀的开度，所述的第二量程粗调阀、第四备用微调阀设置为预定状态；当第三微调阀的开度小于10％时，或者大于40％，采用模糊控制器对所述第二量程阀控制，使第一粗调阀、第三微调阀、第四备用微调阀的开度保持在10％至40％。在偏差大于20kpa时，所述防冲顶模块控制所述的第一粗调阀、第二量程粗调阀、第三微调阀、第四备用微调阀的4个阀门的开度达到80％至90％。
【IPC分类】G05B13/04
【公开号】CN104898432
【申请号】CN201510334978
【发明人】孟媛
【申请人】中冶华天南京电气工程技术有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月16日