燒結(jié)終點(diǎn)的模糊控制

周翠霞　胡文江　趙軍　王釗　王文君

摘 要：在無(wú)法獲得精確數(shù)學(xué)模型的情況下，根據(jù)模糊控制方面的理論成果與技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的燒結(jié)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，采用快速、慢速的模糊控制方法，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)終點(diǎn)的智能優(yōu)化控制。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)終點(diǎn)；BTP；模糊控制

引言

燒結(jié)是鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)的主要過(guò)程，燒結(jié)礦作為高爐的主要原料之一，其質(zhì)量對(duì)生鐵質(zhì)量以及高爐順產(chǎn)起著極其重要的影響。燒結(jié)終點(diǎn)是指燒結(jié)過(guò)程終了時(shí)的位置，通常用料層燒透時(shí)對(duì)應(yīng)的風(fēng)箱位置來(lái)表示，如果燒結(jié)終點(diǎn)提前，說(shuō)明燒結(jié)礦過(guò)燒，這意味著沒(méi)有充分利用燒結(jié)機(jī)的生產(chǎn)能力，說(shuō)明還可以提高燒結(jié)機(jī)速度，從而提高燒結(jié)礦產(chǎn)量；如果燒結(jié)終點(diǎn)滯后，說(shuō)明燒結(jié)礦欠燒，即燒結(jié)過(guò)程還沒(méi)有結(jié)束，臺(tái)車(chē)上的混合料已經(jīng)運(yùn)行到燒結(jié)機(jī)機(jī)尾卸料端被卸下，從而導(dǎo)致燒結(jié)礦強(qiáng)度降低，返粉增多，燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量下降，成本上升。因此，燒結(jié)生產(chǎn)要求將燒結(jié)終點(diǎn)控制在工藝要求的位置上。

燒結(jié)過(guò)程是一個(gè)綜合反應(yīng)過(guò)程，有物理反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)，其涉及因素眾多，各個(gè)因素又相互作用，相互制約，具有復(fù)雜性、滯后性以及非線性的特點(diǎn)，燒結(jié)終點(diǎn)的優(yōu)化控制一直是燒結(jié)過(guò)程控制的薄弱環(huán)節(jié)，它對(duì)于提高燒結(jié)礦產(chǎn)量、質(zhì)量有著極為重要 的意義。

文章主要針對(duì)燒結(jié)的工藝要求，結(jié)合淄博張鋼鋼鐵有限公司的現(xiàn)場(chǎng)情況，將專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)與模糊技術(shù)相結(jié)合，建立燒結(jié)終點(diǎn)（BTP）的模糊控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)燒結(jié)終點(diǎn)的優(yōu)化智能控制。

1 燒結(jié)終點(diǎn)位置的判斷

按照燒結(jié)料層中從上至下的溫度變化以及物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，燒結(jié)料層可分為五個(gè)帶（或五層），從上至下依次出現(xiàn)燒結(jié)礦帶、燃燒帶、預(yù)熱帶、干燥帶、過(guò)濕帶。這些反應(yīng)帶隨著燒結(jié)過(guò)程的進(jìn)行而逐步下移，在到達(dá)臺(tái)車(chē)爐篦后才依次消失，最后只剩下燒結(jié)礦帶。

正確的燒結(jié)終點(diǎn)一般控制在燒結(jié)機(jī)機(jī)尾倒數(shù)第二個(gè)風(fēng)箱的位置，在此位置，整個(gè)料層燒結(jié)過(guò)程結(jié)束，這個(gè)終點(diǎn)位置的表征是：（1）倒數(shù)第二個(gè)風(fēng)箱位置的廢氣溫度最高，一般可達(dá)300～400℃（張鋼350℃左右），比前后兩個(gè)風(fēng)箱的溫度要高。（2）總管廢氣溫度：110～150℃（張鋼燒結(jié)機(jī)控制在大于110℃）。（3）機(jī)尾斷面無(wú)生料，燃燒層已達(dá)鋪底料，無(wú)火苗冒出，上層黑色和下層赤紅部分各占2/3與1/3斷面高。（4）成品礦與返礦的殘?zhí)级嫉颓曳€(wěn)定。在以上條件（2）～（4）達(dá)到要求的情況下，如果倒數(shù)第二個(gè)風(fēng)箱廢氣溫度最高，說(shuō)明燒結(jié)過(guò)程已經(jīng)達(dá)到"終點(diǎn)"，如果倒數(shù)第二個(gè)風(fēng)箱廢氣溫度低于倒數(shù)第一個(gè)風(fēng)箱廢氣溫度，說(shuō)明燒結(jié)終點(diǎn)滯后，混合料沒(méi)有燒透，如果倒數(shù)第二個(gè)風(fēng)箱的廢氣溫度比倒數(shù)第三個(gè)風(fēng)箱廢氣溫度低，則意味著燒結(jié)終點(diǎn)提前，燒結(jié)過(guò)燒。

2 燒結(jié)終點(diǎn)的計(jì)算模型

在實(shí)際生產(chǎn)中，燒結(jié)終點(diǎn)通常用風(fēng)箱的廢氣溫度來(lái)表示。張鋼燒結(jié)廠燒結(jié)機(jī)有效燒結(jié)長(zhǎng)度為60m。準(zhǔn)確地控制燒結(jié)終點(diǎn)就是將燒結(jié)終點(diǎn)位置控制在倒數(shù)第2個(gè)風(fēng)箱（19#風(fēng)箱）上。如圖1所示，以風(fēng)箱的編號(hào)為橫坐標(biāo)，以風(fēng)箱的廢氣溫度為縱坐標(biāo)，繪制廢氣溫度曲線。

由圖1看出，廢氣溫度曲線的后段近似于二次函數(shù)曲線，由曲線的最高三點(diǎn)可以計(jì)算出燒結(jié)燒結(jié)終點(diǎn)的位置。根據(jù)二次方程式y(tǒng)=ax2+bx+c，對(duì)其進(jìn)行其微分，將其微分設(shè)為零，則可求出最高風(fēng)箱溫度對(duì)應(yīng)的風(fēng)箱位置（BTP位置）。

通過(guò)燒結(jié)機(jī)末端3個(gè)風(fēng)箱的廢氣溫度測(cè)量并經(jīng)過(guò)計(jì)算可求出最高溫度對(duì)應(yīng)的位置xmax

由此求得二次函數(shù)曲線的極大值Xmax，即為BTP位置。

3 燒結(jié)終點(diǎn)的模糊控制

3.1 燒結(jié)終點(diǎn)模糊控制的策略

張鋼180m2燒結(jié)機(jī)燒結(jié)終點(diǎn)的模糊控制采取了快速模糊規(guī)則以及慢速模糊控制規(guī)則兩種模糊控制方式。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，相應(yīng)地采取不同的控制策略，進(jìn)而使燒結(jié)終點(diǎn)能夠穩(wěn)定在系統(tǒng)設(shè)定的范圍之內(nèi)。

3.2 燒結(jié)終點(diǎn)模糊控制模型計(jì)算流程

燒結(jié)終點(diǎn)模糊控制模型計(jì)算流程分為以下步驟：

（1）首先是根據(jù)燒結(jié)機(jī)第14-20#風(fēng)箱上安裝的熱電偶測(cè)量得

到的溫度采樣數(shù)據(jù)，利用曲線擬合法計(jì)算出燒結(jié)終點(diǎn)位置BTP，同時(shí)將數(shù)據(jù)保存于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。（2）計(jì)算燒結(jié)終點(diǎn)位置偏差E、偏差變化率EC。為防止因熱電偶損壞等原因引起的溫度誤差，模型求取數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中最新的5個(gè)燒結(jié)終點(diǎn)位置的平均值后，將其作為當(dāng)前的燒結(jié)終點(diǎn)位置。當(dāng)前的偏差為：E=BTPc-BTPsp；當(dāng)前的偏差變化率為：EC=El-E2；（3）如果誤差（E）或誤差變化率（EC）比較大，同時(shí)控制時(shí)間間隔達(dá)到5分鐘時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)選用快速模糊控制規(guī)則，用快速模糊控制規(guī)則來(lái)調(diào)整燒結(jié)機(jī)速度，使燒結(jié)終點(diǎn)位置及時(shí)向系統(tǒng)設(shè)定值靠近。（4）如果誤差（E）與誤差變化率（EC）較小是，同時(shí)控制時(shí)間間隔達(dá)到10分鐘時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)選用慢速模糊控制規(guī)則，用慢速模糊控制規(guī)則來(lái)調(diào)整燒結(jié)機(jī)速度，使燒結(jié)終點(diǎn)位置及時(shí)向系統(tǒng)設(shè)定值靠近。（5）當(dāng)誤差E以及誤差變化率EC在較小的范圍之內(nèi)時(shí)，如果沒(méi)有達(dá)到控制時(shí)間間隔10分鐘時(shí)，模型會(huì)維持原來(lái)的控制狀態(tài)不變。

3.3 快速模糊控制規(guī)則

據(jù)系統(tǒng)誤差（E）、誤差變化率（EC）以及臺(tái)車(chē)速度控制量（U），系統(tǒng)通過(guò)進(jìn)行公式計(jì)算，得到相應(yīng)的精確量；然后將其模糊化，分別得到其在各自模糊集合E、EC、U上的模糊子集PB、PS、ZE、NS、NB。根據(jù)手動(dòng)控制策略，總結(jié)出在燒結(jié)終點(diǎn)控制系統(tǒng)中的一組模糊條件語(yǔ)句。慢速模糊控制器的控制規(guī)則類(lèi)似。

3.4 輸出信息的模糊判決

然后建立模糊控制器查詢(xún)表，將其存儲(chǔ)在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)編制一個(gè)查找查詢(xún)表的子程序。在燒結(jié)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，將每一個(gè)控制周期中采集到的實(shí)測(cè)誤差E（k）和計(jì)算得到的誤差變化率EC（k），乘以查詢(xún)表得到的E（xi）和EC（yi）后，根據(jù)模糊規(guī)則查詢(xún)表，得到輸出所需的控制量變化U（zi），再乘以比例因子Ku，即得到燒結(jié)機(jī)速度控制量。

4 模型應(yīng)用效果

燒結(jié)終點(diǎn)控制模型目前已經(jīng)在張鋼180m2燒結(jié)生產(chǎn)線上投入使用。燒結(jié)機(jī)運(yùn)行效果良好、操作簡(jiǎn)便，維護(hù)率低、控制精度高，生產(chǎn)成本降低。

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作者簡(jiǎn)介：周翠霞（1970，7-），高級(jí)工程師，內(nèi)蒙古科技大學(xué)。