【正文】 化：清晰化也是反模糊化，是將模糊推理得到的控制量 (模糊量 )變化為實(shí)際用于控制的精確量。其中 r 為系統(tǒng)的給定值， e 是系統(tǒng)偏差、 ce 是偏差的變化率 (也可以是偏差的積分 )， y 為系統(tǒng)輸出。 區(qū)別于傳統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)方法，模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)不需要精 確的數(shù)學(xué)模型。爐溫調(diào)節(jié)除普通的 串級(jí)PID 外，也出現(xiàn)了改進(jìn)型的二自由度 PID、 I－ PD 等類型。 燒嘴的型式及供熱能力見(jiàn)表 21。加熱爐共設(shè)置八個(gè)爐溫自動(dòng)控制段。 加熱爐基本尺寸和參數(shù) 加熱爐 有效長(zhǎng)度 52600mm，內(nèi)寬 10700mm，燃料為焦 爐 煤氣。 安徽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 8 第二章 加熱爐工藝流程及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 加熱爐區(qū)工藝流程 加熱爐用板坯從板坯庫(kù)經(jīng)上料輥道輸送到爐前，按預(yù)定的計(jì)劃分別進(jìn)行冷裝、熱裝或混裝。 本文的主要內(nèi)容： 本章首先進(jìn)行了文獻(xiàn)檢索，總結(jié)了加熱爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。由于加熱爐具有以下特點(diǎn)： 1)大滯后特性； 2)過(guò)程機(jī)理反應(yīng)復(fù)雜； 3)生產(chǎn)工藝目標(biāo)不能直接控制 (如鋼坯表面溫度 )。意大利 Italimpianti公司(目前為意大利 Techint＜德興＞公司的子公司 ） 成功開(kāi)發(fā)的“靈活技術(shù)”（ FlexyTech）的加熱爐，其核心技術(shù)就是計(jì)算機(jī)二級(jí)控制系統(tǒng)。爐溫優(yōu)化設(shè)定的智能控制技術(shù)也在快速發(fā)展，模糊邏輯控制技術(shù)能夠有效地利用人工控制所取得的操作經(jīng)驗(yàn)，把人工經(jīng)驗(yàn)變換成模糊控制規(guī)則，在加熱爐這樣非線性、大慣性、純滯后、耦合嚴(yán)重的復(fù)雜系統(tǒng)的控制中獲得了很多應(yīng)用 [39]。在加熱爐對(duì)象的建模中，應(yīng)用最為廣泛的是 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[30, 31]，它有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抑制樣本噪聲等優(yōu)點(diǎn)，但也有 學(xué)習(xí)速度較慢、容易陷入局部極小點(diǎn)等缺點(diǎn)，因此，近年來(lái)也出現(xiàn)了一些改進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，如 RBF 網(wǎng)絡(luò)模型僅在輸入空間的局部范圍內(nèi)非零 (即只有當(dāng)輸入落入輸入空間的一個(gè)很小的局部范圍時(shí)，基函數(shù)才產(chǎn)生一個(gè)有效的非零響應(yīng) )，其參數(shù)調(diào)整律可采用線性調(diào)整技術(shù)，因而有更快的學(xué)習(xí)速度，逼近能力很強(qiáng)，在鋼坯溫度預(yù)報(bào)方面得到了很好的應(yīng)用 [32, 33]。爐內(nèi)鋼坯溫升數(shù)學(xué)模型大體上分為用于加熱爐在線控制的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱數(shù)學(xué)模型，以及用于加熱爐離線計(jì)算機(jī)模擬的三維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱數(shù)學(xué)模型。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，爐內(nèi)鋼坯加熱過(guò)程的數(shù)學(xué)模型也被廣泛地應(yīng)用在計(jì)算機(jī)控制上。目前，爐溫自動(dòng)安徽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 控制絕大多數(shù)還是采用帶交叉限幅的溫度流量串級(jí) PID控制器，但控制精度差，超調(diào)嚴(yán)重，升降溫速度慢。 安徽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 第一章 文獻(xiàn)綜述 加熱爐是軋鋼生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備之一，也是主要耗能設(shè)備，其作用是將鋼坯加熱后送往軋機(jī)進(jìn)行軋制 [1]， 其中鋼坯加熱爐能耗就占冶金能耗的 25%[2]，因此，提高加熱爐的熱效率，對(duì)整個(gè)冶金行業(yè)的節(jié)能降耗具有重要意義。 LEVEL2系統(tǒng)主要分為應(yīng)用部分和模型部分，應(yīng)用部分包括物料跟蹤和通訊等，模型部分主要是鋼坯的溫度預(yù)測(cè)，主要包括裝爐溫度處理、出爐溫度處理、爐溫沿爐長(zhǎng)方向的曲線擬合，周期計(jì)算等。但是，我國(guó)鋼鐵工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) (包括能源消耗、勞動(dòng)生產(chǎn)率、設(shè)備壽命及設(shè)備作業(yè)率等 )、對(duì)環(huán)境的污染等方面與世界先進(jìn)水平相比較，差距仍很大。 其中通訊主要由 LEVLE2 系統(tǒng)與 LEVEL1 系統(tǒng)之間的溫度數(shù)據(jù)采集、裝出鋼機(jī)設(shè)定、步進(jìn)梁設(shè)定、坯料的輥道跟蹤；與軋線計(jì)算機(jī)的通訊和與 MES 系統(tǒng)的通訊等組成，本文詳細(xì)研究了 TCP/IP SOCKET 的通訊編程方法。 簽名 日期： ____________ 關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明 本人完全了解安徽工業(yè)大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)校可以公布論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文 ,保密的論文在解密后應(yīng)遵循此規(guī)定。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 加熱爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要包括基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)（ LEVLEL1）和過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)（ LEVEL2），其中 LEVEL1 控制系統(tǒng)包括燃燒控制系統(tǒng)和順序控制系統(tǒng)， LEVEL2 系統(tǒng)由板坯物料跟蹤模 型、板坯溫度預(yù)報(bào)模型和通訊三部分構(gòu)成。 關(guān)鍵詞： 加熱爐；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；溫度控制；模型 安徽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 Abstract Reheating furnace is the most important one of the equipment of steel rolling production line, the control objective is to meet the required openrolled temperature distribution under the premise, achieving economic indicators of the minimum billet surface burning and minimal energy consumption. Therefore, improving furnace thermal efficiency, reduce energy consumption, to reduce industrial energy consumption has a positive meaning. Reheating furnace puter control system including basic automation system (LEVEL1) and process automaiton system(LEVEL2). LEVEL1 control system includes heating control system and sequence control system. LEVEL2 includes slab tracking model, temperature prediction model and munication. Heating control system include double cross limited control of air and gas, hearth pressure control, hot air exhaust control and hot air pressure control and gas automatic cutoff control, development “FUZZY controler” realized fast response of furnace temperature. Sequence system includes charging machine control, walking beam control, discharging machine control and hydraulic system control. Slab tracking system pletes roll table tracking of charge side and discharge side, inside furnace tracking. Slab temperature prediction model include charge slab temperature calculation, cycle temperature calculation model of inside furnace and discharging slab temperature calculation model, proposed slab temperature prediction model based on furnace zone BP ural work and carried out offline simulation. Communication including: temperature data sample, charging machine and discharging machine set, walking beam set, slab tracking between LEVEL2 system and LEVEL1 system, munication with Mill LEVEL2 puter and MES system, detail research munication method of TCP/IP SOCKET. Finally, slab production process as the research object, developed based automation systems based on the SIEMENS S7400PLC and WINCC. On this basis, bined with slab material tracking model, billet temperature prediction model and munication to achieve a variety of steel grades and thickness of slab heating quality control, forecasting three level temperatures transmitted to mill, realize the furnace automatic production control. Key words： reheating furnace。 LEVEL1系統(tǒng)包括燃燒控制系統(tǒng)和順序控制系統(tǒng)。 進(jìn)行了大量文獻(xiàn)檢索工作，對(duì)前人的研究工作進(jìn)行總結(jié)和分析。 加熱 爐計(jì)算機(jī)控制概述 加熱爐的計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制技術(shù)就是要在保證工藝指標(biāo)的前提下實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在加熱爐上開(kāi)展計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制的研究已經(jīng)有三十多年的歷史， 國(guó)際上對(duì)加熱爐優(yōu)化控制的研究始于 20 世紀(jì) 70 年代，國(guó)內(nèi)始于 80 年代，主要從設(shè)備和自動(dòng)控制兩個(gè)方面采取措施 [3]，以降低加熱爐的能耗及提高產(chǎn)品質(zhì)量，可以概括為三個(gè)方面：爐溫自動(dòng)控制、鋼坯溫度預(yù)報(bào)模型和爐溫優(yōu)化設(shè)定策略。從整體上提高了加熱爐燃燒控制系統(tǒng)的控制性能。 和 等人[1315]采用分布參數(shù)理論與熱交換機(jī)理相結(jié)合的方法進(jìn)行建模，并通過(guò)近似集中參數(shù)模型研究了加熱爐的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)優(yōu)化問(wèn)題。 為了進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的計(jì)算機(jī)移植以及實(shí)現(xiàn)控制的可行性和方便性，離散狀態(tài)空間方法也是鋼坯升溫模型的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)，在這方面文獻(xiàn) [2729]工作頗具代表性，這些文獻(xiàn)都是把爐內(nèi)的鋼坯考慮為一股被加熱的物料流，并按幾何位置分解為一系列相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)，不僅得出了爐內(nèi)鋼坯加熱的全系統(tǒng)模型，而且給出了單獨(dú)鋼坯的跟蹤熱模型，為實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)控制奠定了理論基礎(chǔ)。 根據(jù)連續(xù)加熱爐溫分段可控性和鋼溫的變化滯后于爐溫變化的特點(diǎn)，文獻(xiàn) [36, 37]運(yùn)用一種新的爐溫決策方法。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外都有大量的專業(yè)化公司和自動(dòng)化工作者致力于加熱爐二級(jí)控制系 統(tǒng)設(shè)計(jì)及燃燒優(yōu)化控制方面的研究開(kāi)發(fā)工作。 國(guó)內(nèi)的專業(yè)軟件公司和鋼鐵設(shè)計(jì)院也開(kāi)發(fā)了 多座加熱爐二級(jí)控制系統(tǒng)，主要包括：寶信軟件公司開(kāi)發(fā)的基于 iPLATURE中間件平臺(tái)的二級(jí)控制系統(tǒng)，在寶鋼 1780熱軋和 2050上應(yīng)用，上海邁思公司開(kāi)發(fā)的加熱爐二級(jí)系統(tǒng)被應(yīng)用在寶鋼不銹鋼分公司等企業(yè)，重慶鋼鐵設(shè)計(jì)院開(kāi)發(fā)的二級(jí)系統(tǒng)被應(yīng)用在沙鋼 5米寬厚板加熱爐。為國(guó)內(nèi)類似的大型步進(jìn)梁式板坯加熱爐積累大量的經(jīng)驗(yàn)，為下一步優(yōu)化爐溫設(shè)定奠定了基礎(chǔ)。 第四章建立爐內(nèi)鋼坯的傳熱過(guò)程的機(jī)理數(shù)學(xué)模型，并從工程角度進(jìn)行簡(jiǎn)化，給出了一維的導(dǎo)熱模型和總括熱吸收率算法。在確定爐內(nèi)有空位后，裝料爐門打開(kāi)，裝鋼機(jī)開(kāi)始動(dòng)作：裝鋼機(jī)前移，將板坯撥正，經(jīng)測(cè)寬后送入爐內(nèi)，在與前一塊坯料間隔 50~100mm處停止。 c) 坯料入爐溫度 冷坯：室溫（以 20℃計(jì)）。 一座爐子配備兩臺(tái)出鋼機(jī)，兩臺(tái)出鋼機(jī)可以同時(shí)運(yùn)行（不要求同步）。 安徽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 11 第三章 加熱爐基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng) 隨著冶金生產(chǎn)技術(shù)和工藝設(shè)備的不斷發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)和可編程控制器的出現(xiàn)，加熱爐的的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也得到了日益廣泛的應(yīng)用，基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)的組成主要是 PLC+HMI 系統(tǒng)組成了監(jiān)視和控制系統(tǒng)，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn) HMI 和 PLC 以及 PLC 和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制設(shè)備的通訊和控制。 安徽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 13 通過(guò)雙交叉限幅控制系統(tǒng)的投用，使得在整個(gè)自動(dòng)燃燒的過(guò)程中，動(dòng)態(tài)空燃比始終保持在 ~ 之間，在生產(chǎn)節(jié)奏發(fā)生變化時(shí)，空煤氣流量發(fā)生較大變化時(shí)，空燃比始終能保持動(dòng)態(tài)的跟蹤，沒(méi)有出現(xiàn)冒黑煙現(xiàn)象，氧化燒損也較理想，實(shí)現(xiàn)了空燃比的自動(dòng)控制。模糊控制將模糊建模任務(wù)和系統(tǒng)控制任務(wù)結(jié)合在一個(gè)任務(wù)中，通過(guò)避免分別的建模任務(wù)，通?？梢愿行Ш透咝У?解決控制問(wèn)題。 安徽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 14 圖 基本模糊控制器 的結(jié)構(gòu)