專家系統在集氣管壓力調節中的應用

摘 要：焦爐集氣管壓力是煉焦生產中的重要參數，集氣過程具有強耦合性、高度非線性、時變特性，是個擾動變化激烈且幅值大的多變量系統，傳統的PID調節方式不能穩定的控制集氣管壓力，波動較大，那么怎樣才能讓集氣管壓力更加平穩就變得非常重要。本論文提出了一種新的集氣管壓力的控制方式，使得集氣管壓力得到更加平穩的控制。

關鍵詞：智能控制 集氣管壓力 專家系統

一、引言

唐鋼美錦（唐山）煤化工有限公司搬遷改造工程，設計2座7米大型焦爐及配套的煤氣凈化系統、干熄焦系統和公輔系統，年產干全焦150萬噸。

目前為了控制好集氣管壓力的穩定，國內最多的是采用PID控制和模糊控制，形成一個單閉環的反饋控制回路。但是由于焦爐集氣過程的復雜特性，控制對象受裝煤量的變化、出爐數變化、鼓風機入口吸力的變化、鼓風機后壓力的變化等多種因素影響，因此這種單一的控制算法的控制效果不佳。所以焦爐集氣管壓力的控制的好壞對于焦爐生產中節約能源、改善環境、提高焦炭和煤氣等輔助產品的產量和質量起到很關鍵的作用，具有重要的經濟和社會意義

二、技術方案

1、單集氣管壓力控制采用變結構模糊插值方法：根據集氣管壓力實時值，在考慮集氣管壓力可能變化的情況下，采用變結構模糊插值方法計算合理的閥位輸出值，保證集氣管壓力逐步逼近設定值。其基本思想是利用計算機來實現人的控制經驗，而這些經驗語言表達都是具有相當模糊性的控制規則，在程序中不需要建立集氣管的精確數學模型，使得控制機理更加實用，干擾和參數變化對控制效果的影響減弱，其推理模仿人的思維過程，使得控制器具有很強的適應現場工況變化的能力。

2、裝煤時集氣管壓力的大幅波動采用前饋控制方法：裝煤過程中采用高壓氨水的噴射把荒煤氣吸入集氣管內，減少煤氣外泄，當大量荒煤氣因高壓氨水的噴射力而進入集氣管時容易造成某一段時間集氣管壓力過高的現象。根據現場的實際觀察取樣，在這一過程中，集氣管壓力過高的現象經常發生，對壓力調節造成很不利的影響，是集氣管壓力控制技術致力要解決的問題之一。專家系統根據焦爐裝煤操作信號，對焦爐集氣管壓力可能出現的階躍時式干擾進行預判，用前饋控制方法解決瞬間集氣管壓力過高的問題。

3、多集氣管間解耦方法：集氣管間的耦合是目前許多系統運行效果不佳的重要原因，當某一點的焦爐煤氣壓力發生變化時，煤氣壓力會以此為中心傳遞出去，引起相互貫通的管道內所有檢測點的煤氣壓力發生變化，煤氣壓力在傳遞過程中與管壁等阻礙物發生碰撞，在風機吸力的催動下發生激蕩，引起更多點的壓力變化；當多個點的壓力發生變化時，整個管道系統內就會發生壓力激蕩，形成耦合振蕩，這是焦爐煤氣壓力波動的最基本因素。耦合強度與管道阻力傳輸距離有關，集氣管之間距離越近耦合越強，同時其壓力自平衡能力也越強。專家系統根據集氣管間壓力和閥位的不同，對用變結構模糊插值方法得到的閥位輸出值進行調整，實現多集氣管系統的解耦控制。

4、鼓風機前電液執行器自動調節來保持初冷器前吸力穩定的問題采用鼓風機前執行器控制與自動智能控制系統協同合作的方法：鼓風機前電液行器的變化會引起集氣管壓力的變化，集氣管壓力出現大的波動或閥門調節無法滿足壓力調整等情況下，需要根據工況對初冷器前吸力進行調整。但是鼓風機的控制仍以維持集氣管壓力為主，根據焦爐集氣管壓力和閥位的分布情況，通過煤氣發生量和吸力情況，將鼓風機前電液執行器的動作方向設置為以集氣管壓力為參考值，使鼓風機前電液執行器動作為焦爐集氣管調節閥創造更大的可調空間。

三、技術特點

1、OPC提出了一套統一的標準，采用典型的CLIENT/SERVER模式，針對硬件設備的驅動程序由硬件廠商或專門的公司完成，并且提供具有統一OPC接口標準的SERVER程序，軟件只需按照OPC標準編寫CLIENT程序訪問（讀/寫）SERVER程序，即可實現與硬件設備的通信。

2、提供獨立的、可組態的畫面開發工具來完成實時監控人機界面的繪制，可以靈活配置集氣管系統生產畫面、通信變量和工藝參數等內容，適用于不同型號、不同結構的多焦爐集氣管系統。實時反應焦爐集氣系統的拓撲結構，以及相關變量數據。

3、把焦爐集氣管壓力通過信號送到鼓冷PLC控制系統，集氣管壓力設計為一座焦爐分三段，每段有三個壓力，每段三個壓力通過比較，將兩個最接近的值，算平均值送到鼓冷PLC系統中，鼓冷PLC系統再通過將每座焦爐送來的三個平均值壓力，取兩個最接近的值，再算平均值，最后兩座焦爐算出的平均值再算平均值，根據最后算出平均值作為調節對象調節鼓風機前的電液執行器。鼓風機前電液執行器與焦爐電液執行器動作方向基本一致，避免相互干擾，即可以使器前吸力得到穩定，又可以使集氣管壓力穩定。

四、實施效果

分析系統投運后連續168小時的運行情況，選取約600，000個記錄，統計數據如表1所示。

從表1可以得出這樣的結論，兩座焦爐的集氣管壓力而波動范圍在設定值±20Pa的數值占全部數值的74%以上；在設定值±30Pa的數值占全部數值的70%以上而在設定值±40Pa的數值占全部數值的96%以上。所以當焦爐在進行換向加熱時產生的機焦側吸力的劇烈波動，系統會在短時間內調節執行器，使其恢復到一個穩定狀態，達到工藝生產的要求。

五、結束語

焦爐集氣管專家控制系統能夠降低集氣管壓力和初冷器前吸力的波動，延長焦爐使用壽命，進而提高了焦炭質量，穩定后續化產工段生產，保證化產品質量，創造經濟效益，同時集氣管調節穩定，就減少了焦爐跑煙冒火對環境的污染，其環保價值也是不可估量的。

作者簡介：

李雕（1984.12-）：男，漢族，河北唐山人，大學本科學歷，河鋼集團唐鋼公司，工程師，主要從事儀表自動化設備的維護工作。