【文章內(nèi)容簡介】 器，主要起到對噴吹總管輸送來的煤粉進行分配，使其平均分布到高爐各個風口以達到對高爐均勻噴吹的目的。煤粉分配器安裝在高爐風口平臺上，位于噴吹主管道的末端。新疆公司高爐共有20個風口，在分配器內(nèi)煤粉也被均勻分出20路。煤粉輸送速度在經(jīng)過分配器后保持不變，以相同速度進入各噴吹支管，然后進入高爐各風口處的噴槍。噴槍為單管形式，為防止管路堵塞，噴槍處可進行氮氣和壓縮空氣的切換，正常噴吹時為氮氣，如果出現(xiàn)噴槍堵塞，系統(tǒng)切換到氮氣管道，以保護噴槍。為保證噴煤的均勻性，每根支管均設(shè)有壓損管，經(jīng)過噴槍后，煤粉伴隨著輸送氣噴射到高爐內(nèi)，作為助燃劑參與鐵礦石的氧化還原反應。 給煤系統(tǒng) (1)給煤機工藝簡介 給煤機屬于磨機的前一環(huán)節(jié)，主要目的是為中速磨輸送原煤，當原煤倉底部閘板閥打開后，其落下的煤量并不均速，所以控制煤量的任務(wù)必須交由給煤機完成，給煤機具備調(diào)速功能，開啟后可保證以恒定的煤量輸送給磨機,防止磨機由于煤量變化快而引起震動，避免機械故障。(2)給煤率控制系統(tǒng)簡介為了實現(xiàn)對給煤率的自動調(diào)節(jié)，給煤機需要測量煤量的重量信號和速度信號，速度傳感器和稱重傳感器將測量的信號送至稱重積算儀，由積算儀進行計算后輸出到變頻器一個頻率值，來實時調(diào)節(jié)皮帶轉(zhuǎn)速，最終控制輸送煤量。 給煤機煤率控制系統(tǒng)的原理圖如下： 給煤率輸出至PLCPLC給定給煤率 啟動皮帶 稱重信號 PID輸出 啟動信號 演算調(diào)節(jié)器 變頻器 I/O 速度信號 停止信號 皮帶電機 稱體 給煤率控制系統(tǒng)原理圖： 積分儀參數(shù)設(shè)置表 參數(shù)設(shè)定值參數(shù)設(shè)定值P0 安全鎖1954P20001 毫安輸出1范圍2P1 語言1P20002毫安輸出2范圍2P2 標定方式1P20003毫安輸出3范圍2P3 傳感器數(shù)量2P20101毫安輸出1功能1P4 流量計量制式2P20102毫安輸出2功能4P5 流量單位1P20103毫安輸出3功能1P11 設(shè)計流量（噸/小時）65t/hP25001毫安輸入1范圍2P14 設(shè)計速度（米/秒）P25501毫安輸入1功能1P15 速度系數(shù)(脈沖/米 )1050P360 標定圈數(shù)3P16皮帶長度（米）P40001 啟動PID12P17測試載荷（千克/米）P40201 PID1過程源1P10001 繼電器輸出設(shè)置4P40501 比例參數(shù)P100023P40601 積分參數(shù)P10201P40701 微分參數(shù)0P107013P41401 設(shè)定點配置1P118012P63101 累計分辨率2P118023 第三章 噴吹量模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)新疆公司噴煤系統(tǒng)采用的工藝屬于直接噴吹工藝，其噴吹管路由直噴管道和煤粉分配器組合而成?？紤]到工藝因素和設(shè)備因素，我們首先需要了解噴吹量計算模型在整個系統(tǒng)中的重要作用和關(guān)鍵地位，其次利用計算機軟件和數(shù)學工具構(gòu)造噴吹量模糊控制模型。 模糊控制系統(tǒng)及基本原理所謂模糊控制就是在控制方法上應用模糊集合論，運用模糊語言變量以及模糊邏輯推理實現(xiàn)系統(tǒng)的智能控制【1】。與之前控制理論不同的是，這種方法是使用自然語言來解釋控制理論的，通過對人自身的思維方式進行模擬，來對系統(tǒng)進行合理控制。 ： 給定值 D/A 模糊控 制規(guī)則 模糊推 理決策 計算控 制變量 模糊量 化處理A/D 計算控制變量 被控對象 傳感器執(zhí)行機構(gòu) 模糊控制原理如上圖所示，模糊控制器作為整個模糊控制系統(tǒng)的核心，在整個控制環(huán)節(jié)起到了關(guān)鍵作用。模糊控制器內(nèi)部可細分為輸入輸出轉(zhuǎn)換、輸入信號的模糊化、模糊控制規(guī)則以及模糊推理決策（解模糊）等功能，組合起來后構(gòu)成模糊控制器?？刂破骺蓪⒔o定值的輸入信號與實際值進行比較，得到輸入信號與實際值的差值即誤差信號，然后將誤差信號經(jīng)過模糊處理后再去控制被控對象，這樣一直往復循環(huán)，就形成了模糊控制器的閉環(huán)控制。 模糊控制規(guī)則的設(shè)計 要想合理設(shè)計出系統(tǒng)的模糊控制規(guī)則，通常需要描述模糊控制輸入變量和輸出變量的詞集，對各模糊變量的模糊子集進行定義，建立模糊控制器的控制規(guī)則。（1）選擇描述輸入變量（前件）和輸出變量（后件）的詞集通常情況下模糊語言是對稱分布的，輸入變量和輸出變量詞集為：{負大，負中，負小，零，正小，正中，正大} {NB，NM，NS，O，PS，PM，PB}（2）定義模糊變量的模糊子集對模糊變量的模糊子集進行確定，也就是需要確定其隸屬度函數(shù)曲線。（3）建立模糊控制器的控制規(guī)則 在模糊控制中，控制規(guī)則是通過用一組語言的規(guī)則來描述的，通常一組語言可表示為：IF(一組條件)THEN(一組結(jié)論) 列舉一些模糊條件語句，如下： R1 如果x是A1 and y 是B1 則z 是C1 R2 如果x是A2 and y 是B2 則z 是C2 ： Rn :如果x 是An and y 是Bn 則z 是Cn 其中x 、y 是輸入量，z 是控制量，Ai 、Bi 和Ci (i=1，2，…，n)為x 、y 、z 在其論域上的語言變量值，我們把所有控制規(guī)則進行組合，最終就構(gòu)成了規(guī)則庫。建立規(guī)則庫以后，即可根據(jù)輸入信號的變化，對其進行分析處理，以得出最終的控制信號。 上面我們論述了模糊控制器設(shè)計的原理和步驟，后面將詳細論述本系統(tǒng)的模糊控制器設(shè)計。 噴吹量控制模型的設(shè)計思想理論上把含有大量固體或液體顆粒的氣體或液體流動稱為兩相流。在煤粉噴吹過程中，煤粉的運動夾雜著壓縮空氣的流動，所以在流體力學范圍內(nèi)噴煤過程屬于典型的兩相流。對于兩相流來說，其對進行理論分析的難度比單相流要大得多，其主要原因在于其成分的空間分布和流動狀態(tài)是隨機變化的，難以找到其中的規(guī)律。 為了對流動中的煤粉量進行計算，在噴吹管道安裝有探頭式流量計的情況下，我們能夠根據(jù)氣固兩相的電學特性，利用其兩相流體的流量與探頭電容量的變化關(guān)系，來求得實際的煤粉流量。在新疆公司高爐噴吹自控系統(tǒng)中，我們將測得的煤粉流量作為系統(tǒng)控制量，可以確切地測量出氣體中實際的煤粉質(zhì)量，從而計算出實際的噴吹量，用它作為模糊控制系統(tǒng)的輸入信號來進行噴煤量的閉環(huán)控制。 模糊控制模型的建立在實際運行中噴吹量作為被測對象，測量時容易受到各類條件的影響，如煤粉粒度、干濕度、溫度、壓力的影響，由于其構(gòu)造非常復雜，想取得精確的數(shù)學模型是比較困難的。目前針對噴吹量建立的一些基于傳統(tǒng)控制理論的控制模型，在生產(chǎn)中往往會出現(xiàn)超調(diào)量過大、系統(tǒng)振蕩、反應滯后等現(xiàn)象，難以達到很好的控制效果。在當前的智能控制領(lǐng)域內(nèi)，模糊控制作為其中最卓有成效的分支之一，在眾多領(lǐng)域都發(fā)揮出了自己的作用。模糊控制具有許多傳統(tǒng)控制方式不具備的優(yōu)點，對于一些復雜系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)較好的控制效果，所以在噴煤項上，我們選擇引入模糊控制系統(tǒng)，以期達到理想的控制效果。在噴煤項目的實際應用上，由于對系統(tǒng)的控制精度要求較高，我們采用二維輸入單輸出模糊控制器作為噴吹量的控制器。我們?nèi)∑詈推钭兓蕿樵摱S模糊控制器中的輸入變量，其中偏差為噴吹量實測值和設(shè)定值之差，偏差變化率為的變化率，輸出控制量u做為補氣壓力調(diào)節(jié)閥的變化量。以此來構(gòu)建模糊控制系統(tǒng)。我們將系統(tǒng)偏差定義為： 偏差變化率定義為：由于傳統(tǒng)模糊控制器的設(shè)計方法運算比較繁瑣，所以我們把調(diào)整因子引入控制規(guī)則，引入后表示控制規(guī)則的公式為：式中，由于的加入，偏差和偏差變化率收到的影響，因此變化時，偏差和偏差變化率對輸出值u的控制也受到影響。當系統(tǒng)偏差有增大趨勢時，加權(quán)程度相應加大，以盡快消除偏差；當偏差偏差有減小趨勢時，加權(quán)程度相應減小，防止系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。由此可以得出我們對加權(quán)因子的要求：即根據(jù)偏差和偏差變化率的變化，加權(quán)因子能進行自我調(diào)整。所以的取值成為一個重點，在這方面我們可以通過尋優(yōu)方式實現(xiàn)，尋優(yōu)時一般采用運籌學中的黃金分割法，： 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下:e(k)Eu(k)模糊判斷模糊控制算法模糊化KerKuEC e(k)KC (k)Ku過程 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 噴吹量控制方案的實施進行模糊控制前，需要把系統(tǒng)輸入變量轉(zhuǎn)換到相應論域，也就是進行輸入模糊化。二維模糊控制器中，我們用以下公式把系統(tǒng)實際輸入值轉(zhuǎn)換到相應模糊集論域： （）式中x表示偏差或偏差變化率的實際值。a,b表示為其基本論域的上下限。c,d表示為模糊集論域的上下限；k為比例系數(shù)。控制系統(tǒng)中實際噴吹量基本在[10t,30t]之間,設(shè)偏差e的基本論域為[,],其模糊量E的模糊論域為[,],則模糊量化因子Ke=。設(shè)誤差變化率的基本論域為[,],其模糊量Ec的模糊論域為[,],則模糊量化因子Kec=1。設(shè)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)范圍的基本論域為[0,100],其模糊量U的模糊論域為[0, 10],則比例因子KU=10。E,Ec及U的模糊集取7個并表示為：{NB，NM，NS，O，PS，PM，PB}，隸屬度函數(shù)選為三角形分布，量化值經(jīng)過模糊語言變量隸屬度函數(shù)得到模糊量。 建立模糊控制規(guī)則為了使系統(tǒng)在控制器作用下輸出響應的動靜特性達到最佳效果，我們需要確定模糊控制器的控制規(guī)則，這也是模糊控制系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。根據(jù)系統(tǒng)工作特點總結(jié)得到相應的模糊控制規(guī)則，： 模糊控制規(guī)則表 E NB NM NS ZO PS PM PB Ec ZO ZO PM PB PB PB PB ZO ZO PM PB PB PB PB NS NS ZO PS PS PM PM NM NM NS ZO PS PM PM NM NM NS NS PS PM NM NB NB NB NB NM ZO ZO NB NB NB NB NM ZO ZO NB NM NS ZO PS PM PB 經(jīng)過對噴煤系統(tǒng)的系統(tǒng)特性進行分析，包含純滯后和死區(qū)兩個慣性環(huán)節(jié)，我們把系統(tǒng)的數(shù)學模型等效為兩個慣性環(huán)節(jié)的串聯(lián)，傳遞函數(shù)表示為： （） 式中，K為系統(tǒng)的總增益：T1為系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)；T2為執(zhí)行機構(gòu)的時間常數(shù)。經(jīng)過對系統(tǒng)參數(shù)的分析可知T1=10，T2=【2】這樣得到系統(tǒng)模型為： 計算后可得出： PID參數(shù)設(shè)定為：。 模糊控制參數(shù)設(shè)定值為：。 模糊控制器參數(shù)優(yōu)選后設(shè)定值為：，， 系統(tǒng)仿真模型的建立系統(tǒng)參數(shù)確認后，我們通過Matlab/simulink軟件建立其仿真模型，如下圖所示： 模糊控制系統(tǒng)模型 通過模擬軟件對模型進行仿真，得到系統(tǒng)的響應曲線，如下圖: 噴吹罐壓力控制曲線圖 噴吹量輸出控制曲線圖在對系統(tǒng)進行仿真的同時，我們考慮到現(xiàn)場的工業(yè)環(huán)境比較復雜。為了更加符合現(xiàn)場的生產(chǎn)環(huán)境，我們對控制系統(tǒng)施加了干擾信號，干擾信號用模擬軟件進行模擬，信號范圍保持在[,]之間，每隔10s對系統(tǒng)進行一次干擾，這樣就保證了實驗環(huán)境的真實性，也使得到的實驗數(shù)據(jù)準確可信。，從圖中能夠看出，控制系統(tǒng)最終輸出的噴吹罐的壓力控制曲線動態(tài)特性良好。在數(shù)據(jù)上我們可以看到，最終系統(tǒng)對噴吹罐壓力的控制維持在［，］范圍內(nèi)，這樣算出誤差范圍，說明該系統(tǒng)對噴吹罐壓力的控制達到了控制要求。整個控制系統(tǒng)響應時間短，速度快，精度高，超調(diào)量在合理范圍內(nèi)，最終的輸出結(jié)果與設(shè)定值偏差很小，基本達到了我們所期望的控制穩(wěn)定性和準確性。，其中曲線波動較大的是常規(guī)PID控制器，曲線較平滑的是我們構(gòu)建的模糊控制器。我們對系統(tǒng)噴吹量的設(shè)定值為23t/h，從圖中可以看出，常規(guī)PID控制器的噴煤量輸出曲線主要集中在[20，25]之間，其誤差范圍，可以看到數(shù)值偏差較大，這進一步說明了常規(guī)控制系統(tǒng)對噴煤量的控制效果不理想。觀察曲線可以看出，常規(guī)PID控制器的輸出曲線偏差范圍較大，說明系統(tǒng)對外界環(huán)境的變化適應性較差，抗干擾能力較低。觀察模糊控制系統(tǒng)的輸出曲線，我們可以看到系統(tǒng)響應的速度快，而且數(shù)據(jù)偏差較小，波動頻率較低。噴煤量控制輸出曲線保持在[，]范圍內(nèi)，這樣算出誤差范圍為，可見模糊控制器對噴煤量的控制精度較高，同時系統(tǒng)