转炉汽化冷却水位控制中模糊控制分析

陈世亮++熊伟

摘 要：转炉是重要的炼钢器皿，是现代钢铁行业进行工厂作业必不可少的工具。转炉的类型转炉按耐火材料分为酸性和碱性，按气体吹入炉内的部位有顶吹、底吹和侧吹；按气体种类为分空气转炉和氧气转炉，其中顶底复吹法被广泛的应用到钢铁的炼制之中。汽化冷却系统是转炉的重要组成部分，而其中当属汽包的水位控制最为关键。为了加强对转炉冷却水位的控制，应将模糊控制应用到汽化冷却系统的水位控制之中，以提高运行效率，保障转炉的安全冶炼。本文就转炉汽化冷却水位控制中模糊控制进行了分析。

关键词：模糊控制；转炉汽化冷却；水位控制

模糊控制是一种数字控制技术，以计算机为载体，在模糊集合论、语言变量和逻辑推理的形式进行控制，其控制的特点更具智能化色彩。为了增强转炉的运行效率，可将模糊控制应用到转炉汽化冷却系统的控制中，实现对汽包水位的控制，并对汽化冷却系统的组成和转炉汽化冷却汽包水位控制的现行控制方法存在的问题进行了阐述，并根据转炉的运行特点，提出了模糊控制方法，通过模糊计算法来实现对水流量的调节。

1 汽化冷却系统的组成

汽化冷却系统是转炉的重要组成部分，以全汽化冷却模式为主，包括强制性和自然性循环系统。汽化冷却系统在运行时，在各项参数上都有严格的要求，工作时的压力应保持在0.2-0.3MPa，温度界定在133-142℃之间[1]。汽化冷却系统的不同结构部位具有不同的循环系统，转炉的固定烟道部分、主烟道和尾部烟道部分以自然循环系统为主，且没有循环水泵的参与，只是依靠回路中的压力冲击来保证整个系统的循环。维持此阶段的循环工作，应将工作压力和温度分别控制在2.45MPa和225℃，是循环回路运行的重要条件。汽包是通过三冲量、双冲量和单冲量的方式进行给水作业，汽化冷却系统通过发送水位信号来实现对阀门的控制，一旦超过规定的标准量，就要进行水流量的调节。汽化冷却系统是一项复杂而系统性的工程，需要各部分协调完成，同时对外部环境、压力和温度做出明确的要求，是控制汽包水位的重要前提。

2 转炉汽化冷却水位控制中模糊控制分析

2.1 汽化冷却汽包水位控制方法存在的困难

社会的进步与发展，带动了我国钢铁行业的快速发展，炼制钢铁的转炉是必备工具，优化转炉汽化冷却系统具有重要性。作为汽化冷却系统的重要组成部分，汽包水位的控制工作非常关键，是决定系统是否安全运行的重要因素，也是影响蒸汽质量的重要环节，因此，加强对汽包水位的控制至关重要。在转炉汽化冷却系统运行的过程中，汽包水位变化相对敏感，极易受到内外多种因素的影响，供水的压力、储水的含量、转炉所承载的负荷等，都会影响汽包的水位，水位调节面临着巨大的困难。为了解决此类情况，实现对汽包水位的全面控制，可以将模糊控制应用其中，实现对汽包水位的全面控制。原有的单冲量、双冲量和三冲量的控制方法已经不适应现代社会的发展，将模糊控制应用其中具有必要性。模糊控制是一种数字控制技术，以计算机为载体，在模糊集合论、语言变量和逻辑推理的形式进行控制，其控制的特点更具智能化色彩。将其应用到汽化冷却系统之中，相较于传统的水位控制定会取得可人的成绩。

2.2 模糊控制在转炉汽化冷却水位控制中的应用分析

由于蒸汽的产生过程和给水的过程中极易产生“虚假水位”，导致控制人员无法把握真实的水位情况，制约着汽包水位控制工作的开展。为了调节此类情况，应实现水位控制的智能化、模糊化，将模糊控制应用其中。首先，设置定值Sp，还要与实际测量值V进行比较，二者进行比较得出偏差E，将E和偏差变化率F进行输入，通过对偏差E以及变化情况的运算，通过模糊控制器的运算，能够输出相应的偏差数据范围和变化率范围，并确定出有效的范围，得出7个等级，并将该范围内的变化情况分为5个模糊子集，正大用表示，正小用表示，零用0，负小用表示，负大用表示：

X={-3，-2，-1，0，1，2，3}[2]

与此同时，将模糊控制器所输出的F也应与偏差E执行相同的操作，将其分为7个等级，可将其分为3个模糊子集，正大、零、负大分别用PB、0、MB来表示：

在模糊控制器数据、信息的输出代表着阀门的开口情况，应依据公式：u=u（k）-u（k-1）[3]，其中u（k）代表第k个环节，则u（k-1）代表着待到环节k-1时的真实控制量，同时也要将其分为7个等级，并分成5个模糊子集，模糊子集的各项代表符号与偏差的5个模糊子集相同：

T={-3，-2，-1，0，1，2，3}

通过以上的输入、运算和输出，得出了三组模糊子集，偏差、偏差变化率以及阀门控制量的模糊子集分别用N、Q、Z来代表，并对模糊控制的规则进行全面的分析与综述：如果N=MB，同时Q=MB，则Z=PB；如果N=MB，同时Q=MS，则Z=PB…

由以上方式可以得出模糊控制规则，并总结出相关的模糊关系：，U代表着输出的实际控制量，由此可以得出，。，将有关数据从1至m带入到i，将1至n带入j中进行计算。通过对模糊关系的分析和了解，可得出。

通过对模糊控制编程原则的分析，并利用编程语言对模糊控制的程序进行了编写，将模糊控制的程序展现在眼前，利用模糊控制的计算方法和运行控制方法，来控制转炉汽化冷却水位，定会取得理想的控制效果。随着社会的进步与发展，诸多钢铁生产工厂将转炉汽化冷却系统中的水位控制作为炼钢生产的重要参数和技术要求，通过实现对阀门开度的控制，可以有效的实现对流量的调节，提高了汽化冷却水位控制的智能水平。

3 结束语

综上所述，模糊控制在转炉汽化冷却水位控制中取得了很好的应用效果，相较于传统的单冲量、双冲量和三冲量控制方法与偶利于明显的改进，实现控制的智能自动化，是水位控制不断优化的关键。通过对模糊控制在转炉汽化冷却水位控制中的应用分析，明确了解到模糊控制的原理和算法，通过对相应数据的分析和总结，对汽包水位的控制很是效果理想，值得在转炉汽化冷却水位控制中进行应用，是转炉控制系统优化与升级的重要体现。

参考文献：

[1]吴再华，张悍东，秦凯运.模糊控制在转炉汽化冷却水位控制上的应用[J].控制工程，2010（S3）：82-84+101.

[2]王素荣，张丽荣，路镇，刘君祎.PID调节在转炉汽化冷却系统中汽包水位控制上的实现[J].科技信息，2009（19）：82-83.

[3]陈智华.汽化冷却系统汽包水位的模糊控制[J].自动化与仪器仪表，2011（03）：97-99.