溫興河

摘 要：本文主要應用專家系統(tǒng)和自尋優(yōu)控制模型等技術，實現(xiàn)燒爐狀態(tài)、外界波動動態(tài)判定以及燒爐控制策略選擇，并通過空燃比快速尋優(yōu)和流量優(yōu)化控制，確保燒爐過程始終（包括燃燒期、蓄熱期）處于最佳配比燃燒狀態(tài)。實現(xiàn)煉鐵工序低碳節(jié)能、降耗降本的目的。

關鍵詞：熱風爐；自動控制；應用

中圖分類號：TG162.4 文獻標志碼： A

0 前言

山鋼集團萊蕪分公司熱風爐換爐操作為半自動加手動，其中燒爐過程完全由人工手動調節(jié)，崗位操作人員要根據(jù)熱風爐的拱頂溫度上升情況，通過頻繁調節(jié)煤氣和空氣調節(jié)閥開度，來增減煤氣及空氣的流量大小，判定給出熱風爐燒爐的空燃比，逐步尋找合理的空燃比。人工調節(jié)存在的問題：

（1）因個人技能和責任心差異較大，使各班燒爐狀況不穩(wěn)定、不統(tǒng)一。

（2）同樣條件所能提供風溫不一樣，煤氣的消耗也不一樣，高爐爐況變化大時差異更大。

（3）尋找空燃比時間較長，且很難尋找最佳的空燃比。

（4）煤氣壓力波動頻繁，煤氣熱值也不斷變化，最佳空燃比是不斷變化的，所以人工判斷、調劑難度很大，不但工作量大，而且往往調整不及時（滯后或超前）、不準確，造成燒爐過程中拱頂溫度波動較大，燒爐效果差，影響高爐風溫使用水平。

本文主要針對熱風爐換爐操作為半自動加手動，其中燒爐過程完全由人工手動調節(jié)導致判斷、調劑難度很大，調整不及時不準確，造成燒爐過程中拱頂溫度波動較大，燒爐效果差，影響高爐風溫使用水平的問題。應用專家系統(tǒng)和自尋優(yōu)控制模型等技術，實現(xiàn)燒爐狀態(tài)、外界波動動態(tài)判定以及燒爐控制策略選擇，并通過空燃比快速尋優(yōu)和流量優(yōu)化控制，確保燒爐過程始終（包括燃燒期、蓄熱期）處于最佳配比燃燒狀態(tài)

1 熱風爐自動控制功能開發(fā)

1.1 數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)二級上位機能夠讀取和控制熱風爐PLC系統(tǒng)。其中關鍵性技術（問題）PLC系統(tǒng)的通信的解決方法（技術手段）是通過OPC通信協(xié)議建立OPC服務器和客戶端實現(xiàn)與PLC通信。

1.2 控制決策協(xié)調器，實現(xiàn)專家系統(tǒng)、燃燒自尋優(yōu)模型、拱頂溫度控制模型和速度模型協(xié)調控制。其中關鍵性技術（問題）協(xié)調控制的解決方法（技術手段）是通過與生產(chǎn)操作工結合，了解熱風爐工藝確定各個模型之間的時序，編寫程序實現(xiàn)總結出來的時序控制。

1.3 專家系統(tǒng)，實現(xiàn)在煤氣壓力和熱焓值變化比較大的情況下，利用專家系統(tǒng)根據(jù)熱風爐當前工藝條件算出相應的調節(jié)閥輸出。其中關鍵性技術（問題）專家最佳案例的收集和工藝條件的判斷輸出的解決方法（技術手段）是通過與生產(chǎn)操作工結合了解熱風爐工藝確定最佳案例的判斷條件，以及案例管理算法。

1.4 自尋優(yōu)模型，實現(xiàn)模仿操作工熱風爐操作控制空燃比最優(yōu)。其中關鍵性技術（問題）外界條件不斷變化下最佳空燃比的確定的解決方法（技術手段）是通過時間序列法與熱風爐操作工燒爐經(jīng)驗總結出自尋優(yōu)模型算法，根據(jù)算法確定出最佳空燃比，并且應用于自動燃燒控制中。

1.5 拱頂溫度控制模型，實現(xiàn)拱頂溫度控制在目標溫度范圍內。其中關鍵性技術（問題）煤氣質量影響拱頂溫度高低的解決方法（技術手段）是通過尋找到最佳空燃比，根據(jù)熱風爐操作工操作經(jīng)驗控制拱頂溫度在目標范圍之內。

2 系統(tǒng)創(chuàng)新

2.1 系統(tǒng)獨立、功能清晰：本系統(tǒng)與現(xiàn)有熱風爐 PLC 系統(tǒng)之間功能獨立，PLC系統(tǒng)保持現(xiàn)有換爐邏輯控制不變，而本系統(tǒng)則負責自動燒爐狀態(tài)下煤氣、空氣的閥門調節(jié)量設定計算，并下發(fā) PLC 系統(tǒng)控制執(zhí)行。

2.2 技術先進、效果顯著：采用專家系統(tǒng)和模糊控制技術，實現(xiàn)燃燒狀態(tài)和外界波動動態(tài)識別，通過空燃比快速尋優(yōu)，確保系統(tǒng)始終（包括強化燃燒期、蓄熱期）處于最佳配比燃燒狀態(tài)，即最佳燒爐狀態(tài)。

2.3 操作方便、界面友好：本系統(tǒng)自動獲知燒爐信號后，即可根據(jù)燒爐目標（目標拱頂溫度、目標廢氣溫度和目標換爐周期）實現(xiàn)燒爐全過程的煤氣閥和空氣閥的自動調節(jié)，全過程無需人工干預。

2.4 無擾動系統(tǒng)投運：本系統(tǒng)能在正常生產(chǎn)過程中完成安裝部署，并利用熱風爐換爐間隙實現(xiàn)系統(tǒng)投運，安裝調試操作對正常生產(chǎn)無不良影響。即使發(fā)生特殊情況，可借助“控制權切換”操作，切換到原有控制系統(tǒng)和控制模式。

2.5 異常應對方便快捷：本系統(tǒng)可實現(xiàn)手動與自動的無擾切換。在緊急條件下，通過“控制權切換”操作，本系統(tǒng)隨時可切換到手動控制模式，待異常解除后亦可切換到自動控制模式。

2.6 系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠：采用拱頂溫度、廢氣溫度、煤氣流量、空氣流量、煤氣壓力等常規(guī)非易損量為輸入量，具備燒爐狀態(tài)判定準確、燒爐控制精確的特點，保證系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性和可靠性。

2.7 新增系統(tǒng)維護工作量少：本系統(tǒng)主要依賴于原來測量儀表、控制閥及通訊回路，新增設備有限，系統(tǒng)維護工作主要集中于上述儀表設備，基本不額外增加維護工作量。

2.8 克服熱風爐非線性、大滯后、慢時變特性的復雜被控對象特點把專家智能控制應用到熱風爐自動燃燒控制中，脫離PLC基礎控制真正實現(xiàn)二級控制系統(tǒng)的研究與應用。

2.9 由于熱風爐燒爐過程中煤氣熱值、煤氣壓力、煤氣溫度和空氣溫度時刻變化的不利因素，利用空燃比自尋優(yōu)模型算法實時追蹤最佳空燃比基帶控制熱風爐燃燒，實現(xiàn)節(jié)約煤氣消耗的目的。

結論

山鋼集團萊蕪分公司熱風爐通過自控系統(tǒng)硬件升級、保證了設備安全順行。具有以下優(yōu)點：

（1）系統(tǒng)獨立、功能清晰：本系統(tǒng)與現(xiàn)有熱風爐 PLC 系統(tǒng)之間功能獨立，PLC系統(tǒng)保持現(xiàn)有換爐邏輯控制不變，而本系統(tǒng)則負責自動燒爐狀態(tài)下煤氣、空氣的閥門調節(jié)量設定計算，并下發(fā) PLC 系統(tǒng)控制執(zhí)行。

（2）技術先進、效果顯著：采用專家系統(tǒng)和模糊控制技術，實現(xiàn)燃燒狀態(tài)和外界波動動態(tài)識別，通過空燃比快速尋優(yōu)，確保系統(tǒng)始終（包括強化燃燒期、蓄熱期）處于最佳配比燃燒狀態(tài)，即最佳燒爐狀態(tài)。

（3）操作方便、界面友好：本系統(tǒng)自動獲知燒爐信號后，即可根據(jù)燒爐目標（目標拱頂溫度、目標廢氣溫度和目標換爐周期）實現(xiàn)燒爐全過程的煤氣閥和空氣閥的自動調節(jié)，全過程無需人工干預。

（4）無擾動系統(tǒng)投運：本系統(tǒng)能在正常生產(chǎn)過程中完成安裝部署，并利用熱風爐換爐間隙實現(xiàn)系統(tǒng)投運，安裝調試操作對正常生產(chǎn)無不良影響。即使發(fā)生特殊情況，可借助“控制權切換”操作，切換到原有控制系統(tǒng)和控制模式。

近年來熱風爐自動燃燒控制系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)得到應用，但是大多數(shù)熱風爐自動燃燒系統(tǒng)都需要依靠殘氧量的測量參數(shù)，本項目研發(fā)的熱風爐自動燃燒系統(tǒng)不依靠殘氧量參數(shù)，只需要常規(guī)的流量、壓力參數(shù)就能實現(xiàn)自動燃燒，所以，本項目研發(fā)的熱風爐自動燃燒控制系統(tǒng)能廣泛地應用在鋼鐵企業(yè)中的熱風爐控制中，具有很好的市場前景和應用前景。

參考文獻

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