点火炉模糊控制系统的开发应用

祁建伟

（山东泰山钢铁集团有限公司，山东 莱芜271100）

目前在带式烧结机中，点火炉温度控制是一个控制难点，受到点火炉本身结构、点火位置、检测位置、煤气压力、煤气热值等许多因素的影响，控制模型的建立十分复杂，使用效果不理想，并且常规PID调节控制使用效果更差或无法使用。泰钢180 m2带式烧结机点火炉采用模糊计算控制，在PLC系统中做运算处理，实现了烧结机点火炉的自动控制。

1 自动控制系统构成

烧结系统分为配料、烧结、制粒筛分3部分。采用3套西门子PLC自动控制系统实现对整个烧结机生产设备的联锁控制。根据烧结工艺对自动化系统的要求，烧结机采用西门子S7 400系列PLC,实现配混系统、烧冷系统、成品制粒筛分系统、卸灰及电除尘系统的逻辑顺序控制，对主风机、点火炉等生产工艺的数据采集、处理及回路控制。

系统由3套S7 414-2系列CPU进行控制，上位机采用WinCC 7.0软件进行监控，PLC编程软件采用STEP7 V5.5。本模糊控制主要是在烧结PLC中进行开发制作，由于程序量较大，新增了一个RAM存储卡。

图1 模糊控制原理

2 控制原理

泰钢180 m2带烧点火炉由于受煤气压力波动的影响，常规控制调节阀动作比较频繁，PID调节无法正常使用。为了解决此问题，通过模糊控制的方法来调节阀门，对煤气流量进行自动调节，从而最终实现温度的自动控制。模糊控制原理见图1。

本模糊控制方法包括以下步骤：1）建立设定值寻优模型；2）建立模糊控制模型；3）选择设定值参数；4）选定模糊控制初值。将煤气设定8段流量值区间，每个区间对应1个温度值，控制中通过温度值对应的流量选择相应的设定值，通过设定值对应的输出值作为流量控制输出初始值，进入模糊控制模型后，设定值会与实际值不断比较，通过比较差值来优选流量值区间段参数对应的流量输出值，快速对设定的流量值区间段做出调节。

控制方式分为手动控制和自动控制，在上位计算机的操作画面上选择手自动切换或自动控制切换。当选择手动控制方式时，操作人员把预设好的流量值区间对应的流量输出值参数直接发出，控制受控流量调节阀，再根据流量表给出的实际流量反馈值信号对流量输出值进行微调，即可达到优选控制输出喷水流量的目的；当选择自动控制方式时，流量输出值参数和选定的模糊控制初值作为流量输出值，再通过输出值参数自整定模块、输出模糊判断模块、输出自修正模块对数据进行计算处理，实现受控流量调节阀的自动调节。

3 控制功能

3.1 设定值寻优模型功能

设定值寻优模型包括温度流量对照数据表、设定值归属范围、设定值对应输出控制初值、输出值与反馈值之间的关系处理。温度流量对照数据表为目前点火炉温度、煤气流量的对应表，不同温度下对应了几个不同的煤气流量设定值。设定值归属范围为目前连铸工艺常用的流量范围，共分为8段，分别对应不同的输出值。设定值对应输出控制初值是在选择设定值归属的8段设定范围内任意1个设定范围对应的初始输出值。输出值与反馈值之间的关系处理是为满足控制要求，对输出值与反馈值做的比较、差值计算、差值判断控制的处理。

3.2 模糊控制模型功能

模糊控制模型包括输出值自整定、输出模糊判断、输出自修正。输出值自整定是在手动/自动控制进行切换时，为控制输出值选择一个最佳初值。输出模糊判断是在对比设定值与反馈值后，选择最佳的输出值增量来实现控制值对设定值的快速响应。输出自修正是将输出值增量自动增加到输出值当中，根据反馈值与设定值的变化不断调整输出值，并建立了一定的死区范围，确保输出值不会受信号干扰频繁调整。

3.3 手动自动控制功能

点火炉模糊控制系统分为手动控制和自动控制。手动控制时可以人工设置输出参数，使调节稳定在一个开度上，在压力和流量波动较大，模糊控制调节缓慢时可以投用；自动控制为模糊控制，在切换到自动控制时，系统先记住阀门开度位置，从现有位置基础上进行模糊控制，控制范围满足一定条件后能够自动锁定开度，设定值与反馈值在一定小范围内变化时不频繁调节阀门，在稳定控制的基础上减少频繁调节对阀门的损坏。

4 结语

点火炉模糊技术在调节阀调节不准、不线性时进行模糊控制，比PID控制范围更宽，能实现各种调节下的模糊控制，控制稳定性更高，控制曲线更加平稳，更符合工艺人员要求。且系统具有控制参数自修定快、计算工作量小、简单实用、操作简便、控制范围广的特点，可供其他调节系统参考。