趙興武

（山信軟件股份有限公司萊蕪自動(dòng)化分公司，萊蕪 271104）

1 引言

萊鋼大H型鋼產(chǎn)線國(guó)內(nèi)重要的H型鋼生產(chǎn)中心。其加熱爐采用斯坦因公司的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)原則，控制系統(tǒng)分為順控系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)。順控系統(tǒng)主要完成鋼坯從入爐至出爐的流程控制，燃燒系統(tǒng)通過控制煤氣空氣等實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的溫度控制。本文主要介紹燃燒控制系統(tǒng)。

2 自動(dòng)化架構(gòu)

斯坦因加熱爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)由一級(jí)基礎(chǔ)級(jí)控制系統(tǒng)和二級(jí)過程級(jí)控制系統(tǒng)構(gòu)成。一級(jí)控制系統(tǒng)與安裝于加熱爐的各檢測(cè)元件關(guān)系密切，完成煤氣壓力、空氣壓力、爐壓、爐溫、助燃風(fēng)溫度等重要參數(shù)的控制及數(shù)據(jù)采集，主要負(fù)責(zé)加熱爐生產(chǎn)流程的自動(dòng)化，包括了燃燒控制系統(tǒng)和順控控制系統(tǒng)。二級(jí)控制系統(tǒng)不在此贅述。

3 空燃比設(shè)定

3.1 傳統(tǒng)PID控制

用傳統(tǒng)PID溫度調(diào)節(jié)控制回路如圖1所示。

圖1 加熱爐傳統(tǒng)PID控制回路圖

Tc：設(shè)置值/控制值

溫度Tm由熱電偶測(cè)定。誤差信號(hào)為：

傳統(tǒng)調(diào)控裝置的輸出信號(hào)形式如下：

其中：

Kp-比例增益

Ti-積分時(shí)間

Kp與Ti為內(nèi)PI參數(shù)，由操作員調(diào)節(jié)一次。輸出信號(hào)u（t）按下式轉(zhuǎn)換成加熱需求：

其中：

a，b=常數(shù)

y（t）必須保持在設(shè)定值范圍之內(nèi)，并且煤氣閥控制回路和空氣閥控制回路均適用。Y用于確定煤氣閥控制回路的設(shè)定值。Y1用于確定空氣閥控制回路的設(shè)定值，其用途是為保持規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)的空氣/燃?xì)獗嚷省榱藱z查空氣/燃?xì)獗嚷?，煤氣閥控制回路和空氣閥控制回路采用交叉控制方式裝配。

采用傳統(tǒng)PID控制回路的加熱爐溫度控制系統(tǒng)，在狀態(tài)穩(wěn)定時(shí)可以取得不錯(cuò)的溫度調(diào)節(jié)效果。但是在實(shí)際生產(chǎn)中，這幾乎是不可能的。

3.2 模糊邏輯及模糊監(jiān)控

由于加熱爐是一個(gè)具有純滯后、強(qiáng)耦合、非線性以及慢時(shí)變等特點(diǎn)的工業(yè)系統(tǒng)，如果采用傳統(tǒng)的控制理論，很難建立精確的數(shù)學(xué)模型，從而導(dǎo)致爐溫控制精度不高，對(duì)工序造成不利影響。而模糊控制具有強(qiáng)魯棒性，對(duì)輸入?yún)?shù)的變化不敏感，抗干擾能力強(qiáng)，且不依賴精確的數(shù)學(xué)模型。同時(shí)，模糊控制中的知識(shí)表示、模糊規(guī)則及合成推理算法是基于專家知識(shí)或熟練操作者的成熟經(jīng)驗(yàn)，通過學(xué)習(xí)可自動(dòng)更新，具有一定的智能性。因此萊鋼大H型鋼加熱爐采用模糊邏輯來計(jì)算空燃流量比設(shè)定值，再通過經(jīng)典的PID控制器進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。

如圖2所示，通過模糊控制器來獲取各個(gè)不同狀態(tài)下的PID參數(shù)。模糊控制器有兩種模式：Steady state和Transient state。當(dāng)溫度偏差小于一定范圍時(shí)認(rèn)為系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，在穩(wěn)態(tài)模式下，Kp和Ki通過溫度偏差調(diào)節(jié)。當(dāng)溫度偏差太大時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入瞬態(tài)模式。這時(shí)必須動(dòng)態(tài)控制測(cè)量溫度以符合加熱爐的實(shí)際響應(yīng)。模糊中斷器用于控制工作模式的改變，保證模式之間的平衡過渡。通過上述模式，我們得到Kp和Ki的初始值，在后續(xù)模式中，這些初始值將被調(diào)整，這些值在計(jì)算Kp和Ki偏移量的第二個(gè)模糊模塊中被調(diào)整，同時(shí)還將計(jì)算實(shí)際工作條件函數(shù)中的Kp與Ki偏差，即重量與定步速度。最后，將用加總穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)模式組的中間結(jié)果值，之后再乘以各步驟運(yùn)用的級(jí)次的方法計(jì)算最終結(jié)果值。

此時(shí)所計(jì)算的區(qū)域設(shè)定值就是在有影響區(qū)域的每件產(chǎn)品的設(shè)定值的加權(quán)平均值。對(duì)于兩個(gè)不同出爐目標(biāo)的連續(xù)產(chǎn)品，該加權(quán)平均值能夠相對(duì)增加一件產(chǎn)品的熱量影響，為避免兩個(gè)連續(xù)的設(shè)定值之間太大的差異，要篩選計(jì)算設(shè)定值。

圖2 模糊監(jiān)控功能圖

4 結(jié)束語

斯坦因數(shù)字化加熱爐通過先進(jìn)的控制手段，分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了精準(zhǔn)的溫度控制，在萊鋼大H型鋼生產(chǎn)線中發(fā)揮了重要作用，值得業(yè)內(nèi)借鑒。