熱風(fēng)爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

　　1.5 拱頂溫度管理期最佳煤氣流量模糊控制器

　　在保證拱頂溫度不變的情況下，管理期應(yīng)盡量選擇空氣過(guò)剩系數(shù)大的條件進(jìn)行燃燒，從而獲得較多的煙氣量，增加熱風(fēng)爐的蓄熱量。以最快的時(shí)間達(dá)到拱頂管理溫度，進(jìn)入溫度管理期，在達(dá)到廢氣管理溫度之前，都采用溫度管理期最佳空燃比模糊控制器，在達(dá)到廢氣管理溫度之后，以廢氣溫升速率作為控制量，最高廢氣溫度作為限制終點(diǎn)。模糊控制器以廢氣升溫速率偏差和偏差變化率作為控制輸入，煤氣流量調(diào)節(jié)增量作為控制輸出量。

　　2 模糊控制器的熱風(fēng)爐燃燒系統(tǒng)的應(yīng)用

　　模糊控制技術(shù)是近代控制理論中的一種高級(jí)策略和新穎技術(shù)。模糊控制技術(shù)基于模糊數(shù)學(xué)理論，通過(guò)模擬人的近似推理和綜合決策過(guò)程，使控制算法的可控性、適應(yīng)性和合理性提高，成為智能控制技術(shù)的一個(gè)重要分支。

　　模糊控制器實(shí)際應(yīng)用于熱風(fēng)爐燃燒系統(tǒng)中，還需要確定模糊控制器輸入輸出量的論域范圍，隸屬函數(shù)的選取，模糊控制器參數(shù)的確定，解模糊化方法及在燃燒初期何時(shí)啟動(dòng)和停止模糊控制器的空燃比調(diào)節(jié)，即是拱頂溫度發(fā)生變化到什么程度才啟動(dòng)模糊控制器的空燃比調(diào)節(jié)。故可以取0.6%作為控制目標(biāo)，并把0.4%~0.8%作為穩(wěn)態(tài)控制區(qū)間，在此區(qū)間內(nèi)不進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。當(dāng)煙氣殘氧的體積分?jǐn)?shù)低于0.4%或大于0.8%時(shí)啟動(dòng)空燃比調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

　　本模型嵌入到某鋼廠的WinCC監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)平臺(tái)的運(yùn)行環(huán)境和操作平臺(tái)，利用可與之相兼容的Visual C++語(yǔ)言進(jìn)行參數(shù)檢測(cè)和燃燒模型程序的編寫(xiě)，從模型得到空燃比、煤氣流量增量轉(zhuǎn)化為對(duì)空氣調(diào)節(jié)閥和煤氣調(diào)節(jié)閥的控制，并下發(fā)到PLC,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制，完成集散系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的無(wú)縫連接。

　　3 仿真結(jié)果

　　用滯后的一階慣性環(huán)節(jié)的拉氏變換近似模擬熱風(fēng)爐的數(shù)學(xué)模型。確定k及T的值。如圖3所示，圖3中實(shí)線為模糊控制的仿真曲線，虛線為PID控制的仿真曲線。模糊控制算法作用時(shí)，其超調(diào)量為σp=1.5%,調(diào)節(jié)時(shí)間為ts=550s,PID控制算法作用時(shí)，其超調(diào)量為σp=4.1%,調(diào)節(jié)時(shí)間為900s.由圖形曲線可以看出，模糊控制優(yōu)于PID控制，模糊控制的響應(yīng)速度比較快，超調(diào)現(xiàn)象明顯減小。

　　4 結(jié)論

　　模糊控制在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家用電器等各個(gè)方面已經(jīng)獲得許多成功的應(yīng)用，本文將其運(yùn)用于熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)。根據(jù)熱風(fēng)爐自動(dòng)化控制的要求及熱風(fēng)爐燃燒控制的特性，考慮了國(guó)內(nèi)熱風(fēng)爐基礎(chǔ)自動(dòng)化的現(xiàn)狀對(duì)熱風(fēng)爐燃燒控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)中應(yīng)用了模糊控制理論，并應(yīng)

　　用模糊控制技術(shù)設(shè)定最佳空燃比和煤氣流量，以達(dá)到最佳燃燒控制的目的。

　　本文設(shè)計(jì)的最佳空燃比模糊控制器，涉及熱工參量少，對(duì)煤氣熱值、殘氧量的檢測(cè)不作要求，繞開(kāi)了控制中的建模困難的問(wèn)題，通過(guò)仿真結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際比較，提高了燃料的利用率，節(jié)約能源，而且比采用傳統(tǒng)控制方法的燃燒過(guò)程更加穩(wěn)定，能安全平穩(wěn)地給高爐提供盡可能高溫的熱風(fēng)，不像基于熱風(fēng)爐數(shù)學(xué)模型的一些控制方法對(duì)軟、硬件要求那樣高，投入成本較低，適合熱風(fēng)爐自動(dòng)控制的要求。