劉征

（山信軟件股份有限公司萊蕪自動化分公司，山東萊蕪 271104）

信息化建設

燒結(jié)配料控制系統(tǒng)優(yōu)化改進

劉征

（山信軟件股份有限公司萊蕪自動化分公司，山東萊蕪 271104）

針對萊鋼燒結(jié)配料存在控制精度不高、配料效率低、自動聯(lián)鎖運行易出現(xiàn)故障等問題，在配料自動化控制系統(tǒng)中應用模糊控制和數(shù)據(jù)擬合技術(shù)，實現(xiàn)了數(shù)學模型化的配料，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)場環(huán)境惡劣，整個配料系統(tǒng)皮帶秤存在嚴重設備老化、秤體損壞或癱瘓現(xiàn)象，造成皮帶秤流量不準或無法進行平衡調(diào)節(jié)，在根本上抑制了燒結(jié)配料的精度；日常生產(chǎn)中，大部分設備僅僅是依靠傳統(tǒng)的人工操作，操作人員勞動強度大，配料效率不高，很難在第一時間發(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，甚至導致燒結(jié)機停機事故的發(fā)生；由于圓盤、皮帶等關鍵設備無法按工藝要求自動聯(lián)鎖運行，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障極易造成設備壓料現(xiàn)象，影響燒結(jié)安全穩(wěn)定運行，制約燒結(jié)能效提高。為此，本著“打造精品工程，建設集成綜合自動化控制系統(tǒng)”的設計理念，對老區(qū)燒結(jié)配料控制系統(tǒng)進行了綜合改造。

2 模糊控制的應用

模糊設備控制煩人準確性必須依靠控制程序?qū)υO備的啟動、中間運行、停止等不同狀態(tài)實施不同的控制方式，控制設備以不同的運行速度、角度作不等速運動，通過在控制系統(tǒng)中增加智能糾錯技術(shù)、PID使設備最終停止的狀態(tài)與預定的控制目標偏差最小，并且偏差在增大時作自我修正，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，通過調(diào)整混勻料流量和返礦流量的比例來獲得達標的混合料，對混合料的控制要求可以簡化為總量恒定控制，所以其首要環(huán)節(jié)是混合料總量的控制，是整個配礦穩(wěn)定的基礎。老區(qū)燒結(jié)二次配料大多數(shù)采用圓盤配料方式，給料量的大小依靠變頻器來調(diào)節(jié)圓盤給料機的轉(zhuǎn)速，其控制原理是通過保證恒定的瞬時料流量，從而實現(xiàn)累計流量的穩(wěn)定。由于燒結(jié)配料系統(tǒng)較為復雜，難以建立數(shù)學模型，如采用傳統(tǒng)的PID控制器存在超調(diào)、響應時間慢、系統(tǒng)振蕩等缺點，既不容易維護，也很難滿足實時控制的要求。

燒結(jié)配料系統(tǒng)通常有兩種調(diào)速方式：調(diào)節(jié)圓盤給料機速度給料和調(diào)節(jié)皮帶輸送機速度給料。模糊控制技術(shù)與傳統(tǒng)的PID控制技術(shù)結(jié)合起來，共同應用于實際系統(tǒng)的調(diào)節(jié)當中，誤差較小時采用PID控制，誤差較大時采用模糊控制，大大提高了系統(tǒng)抗外部干擾和適應內(nèi)部參數(shù)變化的魯棒性，有效地解決了系統(tǒng)運行中誤差不穩(wěn)定和動態(tài)特性不理想的問題。

模糊控制系統(tǒng)中（模糊控制結(jié)構(gòu)圖見圖1）R（s）為初始值，經(jīng)過自學習算法計算出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，最終達到預期值。

采用模糊控制，其中K=0.12時，模糊控制的階躍響應曲線仿真見圖2。

圖2 模糊控制算法的階躍響應曲線

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

3 擬合算法的應用

通過模糊控制應用與實現(xiàn)，配料精度與穩(wěn)定性得到了很大提高，為進一步實現(xiàn)數(shù)學模型化的配料優(yōu)化，引入擬合控制技術(shù)，對備料系統(tǒng)中影響燒結(jié)配料運行的多個變量參數(shù)進行綜合優(yōu)化，確保燒結(jié)配料的長期良好穩(wěn)定運行。

最小二乘法是一種數(shù)學優(yōu)化技術(shù)通過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便地求得未知數(shù)據(jù)，并使這些求得的數(shù)據(jù)與實際數(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用原理為：對給定數(shù)據(jù)點（Xi，Yi）（i=0，1，………m），在取定的函數(shù)類中，求P（x）∈φ，使誤差的平方和最小，尋求與給定點的距離平方和為最小的曲線y=P（x），把此結(jié)果稱為最小二乘擬合多項式的平方誤差。

將影響配料的轉(zhuǎn)速變化，脈沖速度，以及下料量變化3個重要參數(shù)做了分析擬合。這類曲線的變化比較平緩，如啟動時轉(zhuǎn)速曲線（見圖3），利用最小二乘法分成3段擬合就可滿足精度要求。

圖3 最小二乘法擬合啟動時的轉(zhuǎn)速曲線

系統(tǒng)在一個較小的數(shù)值范圍內(nèi)持續(xù)頻繁波動，此類曲線產(chǎn)生的原因是試車開始時一些數(shù)據(jù)的初始值往往很小，但同時還帶有一定的噪聲干擾，擬合這類數(shù)據(jù)時，先要用多項式的最小二乘法擬合出一條表示其趨勢的曲線，然后在曲線上加入一個噪聲，最終只要能表示出該曲線大體波動的范圍即可，對編碼器速度進行擬合趨勢見圖4。

圖4 編碼器速度擬合趨勢

擬合后的輸出與實際的輸出值非常接近，這也證實了該算法的可行性。

4 結(jié)語

燒結(jié)配料控制系統(tǒng)優(yōu)化后，系統(tǒng)應用良好，各項生產(chǎn)技術(shù)指標均能滿足需要，各受控電儀設備運轉(zhuǎn)良好，設備故障率明顯下降；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)的時間，計量誤差降低；燒結(jié)礦堿度穩(wěn)定度提高，I類燒結(jié)礦的波動范圍在+0.08以內(nèi)，Ⅱ類燒結(jié)礦堿度波動范圍在0.12以內(nèi)；Ⅱ類燒結(jié)礦占燒結(jié)礦總產(chǎn)量的比重明顯降低。

［1］田社平，丁國清，顏德田.數(shù)據(jù)擬合及其在測試數(shù)據(jù)處理中的應用［J］.儀器儀表學報，2002（6）：14-16.

［2］田社平.f1數(shù)據(jù)擬合及其在動態(tài)測試數(shù)據(jù)處理中的應用［J］.計量技術(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.華中理工大學出版社，1997.

［4］田社平，顫德田，丁國清．一種用于線性參數(shù)的z數(shù)據(jù)擬合方法［M］.自動化儀表，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)于德州學院計算機技術(shù)與應用專業(yè)?，F(xiàn)為山信軟件萊蕪自動化分公司工程師，從事自動化控制工作。