李 俊

(山西省自動化研究所，山西太原030012)

1 項目描述

焦爐集氣管煤氣壓力控制［1］，是一個具有嚴重非線性、時變特性的多擾動、多變量耦合系統(tǒng)。焦爐與焦爐之間并聯(lián)，爐間集氣管壓力存在負耦合關系;焦爐與鼓風機之間串聯(lián)，機前吸力與集氣管壓力存在正耦合關系;隨工藝管路設置方式及管道阻力和對各焦爐裝煤等操作時間的不同，耦合強弱有所不同，交叉耦合嚴重，擾動因素較多。各控制單回路之間由于翻板間的相互干擾，振蕩超調(diào)現(xiàn)象嚴重。而且焦爐蝶閥調(diào)節(jié)特性存在著非線性影響，當?shù)y開度小時，壓力和流量變化非常明顯;當?shù)y開度大時，壓力與流量變化遲緩，甚至飽和，造成系統(tǒng)采用常規(guī)PID調(diào)節(jié)時不穩(wěn)定，很難兼顧減少超調(diào)與提高快速性的要求。隨著生產(chǎn)技術要求的不斷提高，對于溫度、壓力、流量以及回路控制的要求也越來越高，同時，如何利用控制系統(tǒng)更好地發(fā)揮作用，提高生產(chǎn)效率，對提高綜合效益也至關重要。該項目通過DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)對集氣管壓力的管理和監(jiān)控。

2 方案介紹

由于爐間集氣管壓力存在負耦合關系，機前吸力與集氣管壓力存在正耦合關系。各控制單回路之間由于翻板間的相互干擾，振蕩超調(diào)現(xiàn)象嚴重。系統(tǒng)采用常規(guī)PID調(diào)節(jié)時不穩(wěn)定，很難兼顧減少超調(diào)與提高快速性的要求。針對這一工藝特點，我們采用了基于模糊控制的多級智能控制方案。

2.1 集氣管壓力子控制器［2］

根據(jù)工藝設定的集氣管壓力對集氣管蝶閥開度進行模糊控制。我們采用的是智能二維模糊控制的方法。

通過工藝規(guī)律，可以得出模糊的IF－THEN規(guī)則

IF壓力過低，壓力向上變化較快THEN閥位輸出不變

IF壓力偏低，壓力向上變化較快THEN閥位輸出小開

IF壓力正常，壓力向上變化較快THEN閥位輸出中開

IF壓力偏高，壓力向上變化較快THEN閥位輸出大開

……

這樣，通過構(gòu)建模糊規(guī)則表，我們可以對集氣管壓力調(diào)節(jié)蝶閥進行模糊控制。同時，此子調(diào)節(jié)器PID參數(shù)，通過判斷在一段時間內(nèi)(T)，集氣管壓力的振蕩周期進行自適應。

2.2 機前吸力子控制器

機前吸力與集氣管壓力間正耦合強，且隨工況條件變化而不同，因此，我們采用經(jīng)驗控制，利用現(xiàn)場人員知識與經(jīng)驗構(gòu)成知識庫，當?shù)y開到一定程度集氣管壓力仍有高于設定壓力的趨勢時，控制器將發(fā)出升高鼓風機液力偶合器給定值的控制信號，以增大吸力;反之，當?shù)y關到一定程度(該值可設定)集氣管壓力仍有低于設定壓力的趨勢時，控制器將發(fā)出降低鼓風機液力偶合器給定值的控制信號，以減小吸力。同時，液力偶合器與大循環(huán)蝶閥構(gòu)成分程調(diào)節(jié)。當鼓風機的轉(zhuǎn)速降到接近臨界轉(zhuǎn)速時，通過打開大循環(huán)來調(diào)節(jié)機前吸力。在風機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，大循環(huán)蝶閥關死，以便于節(jié)能。當鼓風機的轉(zhuǎn)速達到我們設定的上限時，不管集氣管壓力如何，鼓風機都將逐漸減速以使初冷前吸力恢復安全值，同時發(fā)出報警檢查系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

此方案綜合應用各種調(diào)節(jié)功能模塊、綜合對集氣管壓力、集氣管壓力的變化、蝶閥開度、風機轉(zhuǎn)速范圍、大循環(huán)蝶閥開度進行判斷，全面協(xié)調(diào)控制機前吸力及集氣管壓力。

3 系統(tǒng)特點

(1)開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)［3］，易于擴展。工作站和操作系統(tǒng)均采用商用信息技術，使用標準編程語言，能夠與第三方產(chǎn)品無縫集成。

(2)分布式實時數(shù)據(jù)庫在網(wǎng)絡上共享，無需配置服務器，消除了中間通訊或服務器環(huán)節(jié)帶來的瓶頸。

(3)雙網(wǎng)冗余，容錯的高速公路，傳送速率達100 Mbps，實時性高。

(4)所有I/O模件均為帶CPU的智能化設計，可在線診斷至通道級，并能以報警方式進行提示。

(5)操作員站可通過授權(quán)提升為工程師站，方便了工程師對系統(tǒng)的維護。

(6)采用專業(yè)化嵌入式算法模塊，實現(xiàn)了在線修改功能，對控制程序的修改不需編譯可再次下裝，極大方便了系統(tǒng)的在線調(diào)試，確保了生產(chǎn)的連續(xù)性。

圖2 系統(tǒng)主界面

圖3 調(diào)節(jié)界面

圖4 歷史趨勢功能界面

4 系統(tǒng)部分功能介紹

4.1 主控畫面簡介

在主控圖畫面中設計有主流程圖和主操作條，主流程圖展示了集氣管壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整個工藝過程，其中包括“集氣管壓力”、“初冷氣前壓力”、“風機進口壓力”、“風機耦合器轉(zhuǎn)速”等參數(shù)的顯示及調(diào)節(jié)閥門按鈕，停電報警按鈕和鼓冷總報警按鈕等;主操作條包括“主畫面”、“調(diào)節(jié)畫面”、“報警一覽”、“報警歷史”、“趨勢曲線”等按鈕，用于各功能畫面的切換。

4.2 報警方法

1#、2#集氣管壓力報警范圍是小于40 Pa或大于150 Pa;1#、2#風機轉(zhuǎn)速范圍是1650～1850 r/min;當生產(chǎn)工藝參數(shù)達到上述范圍時，聲音報警器報警，同時相應的參數(shù)會變成紅色。操作人員此時須密切注視，必要時須采取相應的措施。

4.3 消聲方法

為避免聲音報警器因長時間工作而損壞，須對相應的參數(shù)消音。消音的方法是點擊參數(shù)下方的綠框，彈出一方框，點擊消音按鈕，此時綠框變成紅色，聲音報警器將停止報警。當參數(shù)正常后，點擊紅框，彈出一方框，點擊恢復報警按鈕，此時紅框變成綠框。參數(shù)處于正常報警監(jiān)控狀態(tài)。

4.4 集氣管壓力DCS調(diào)節(jié)系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表控制切換

切換之前，應檢查DCS系統(tǒng)各個調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)輸出信號百分比是否分別與儀表調(diào)節(jié)的輸出百分比一致，在保持一致的情況下，才能分別切換到DCS調(diào)節(jié)。其中包括:鼓風機轉(zhuǎn)速由儀表調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)為DCS調(diào)節(jié);鼓風機轉(zhuǎn)速由DCS調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)為儀表調(diào)節(jié);焦爐翻板調(diào)節(jié)由儀表調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)為DCS系統(tǒng)調(diào)節(jié);風機循環(huán)調(diào)節(jié)由儀表調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)為由DCS系統(tǒng)調(diào)節(jié);風機循環(huán)調(diào)節(jié)由DCS系統(tǒng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)為由儀表調(diào)節(jié)。

5 結(jié)束語

改進后的集氣管壓力控制系統(tǒng)自動化水平高、運行穩(wěn)定、操作簡便、故障率低、維修量小，系統(tǒng)綜合應用各種調(diào)節(jié)功能模塊、綜合對集氣管壓力、集氣管壓力的變化、蝶閥開度、風機轉(zhuǎn)速范圍、大循環(huán)蝶閥開度進行判斷，全面協(xié)調(diào)控制機前吸力及集氣管壓力，成功解決了集氣管壓力控制這一難題。

［1］周耀忠.DCS系統(tǒng)在75t/h鍋爐中的應用［M］.太原:山西經(jīng)濟出版社，2001.

［2］郭一楠，程健，譚德健.集氣管壓力多級控制系統(tǒng)的研制［J］.工礦自動化2002(4):32－34.

［3］魏愛玲.DCS在鞍鋼二發(fā)電油改煤工程中的應用［M］.太原:山西經(jīng)濟出版社，2000.