CN102692124B - 一种提高套筒窑温度均匀性的自动控制方法 - Google Patents

Abstract

一种提高套筒窑温度均匀性的自动控制方法，属于工业自动化控制技术领域。此方法基于模糊控制理论，用工业控制机跟踪环形套筒式竖窑各个燃烧室温度的变化，对其温度进行控制。在可编程序逻辑控制器PLC 机中设立温度极值判断控制器、温度模糊控制器、燃气流量调节控制器和助燃空气流量控制器，通过判断燃烧室温度的变化自动调整各个燃烧室燃气的分配系数，根据该系数调节燃烧室的燃气流量和助燃空气流量，以控制调节温度。本发明采用自动控制方法，能提高燃烧室温度的均匀性，提高产品质量，保护内部耐火材料。

Description

一种提高套筒窑温度均匀性的自动控制方法

技术领域

本发明属于工业自动化控制技术领域，特别是提供了一种提高套筒窑温度均匀性的自动控制方法。

背景技术

环形套筒式竖窑是冶炼系统制造活性石灰的专业装备。分为上下两层燃烧层，根据竖窑的设计产能每层燃烧室共有4~7个不等。在整个生产过程中，燃烧过程的控制是其中的关键。在现有技术中，环形套筒式竖窑的燃烧控制系统采用以热平衡为基础的PLC控制方式。燃烧控制系统的调节与控制是依据分解石灰石所需热量为基础，通过在线热值仪采集的煤气热值及设计产品热耗和产量并按照上、下层燃烧室煤气比调节，控制上、下层各个燃烧室的煤气供应量和二次风量，从而实现优化燃烧、控制总热耗和节能降耗。但是，由于影响燃烧室温度的因素很多，如：煤气热值、压力的波动，石灰石粒度、成分，窑内物料运动等，使得同层燃烧室之间容易形成较大的温度差，使的各个燃烧室石灰煅烧程度不一，影响产品质量，且易对内部耐火材料造成不利影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高套筒窑温度均匀性的自动控制方法，解决了同层燃烧室之间容易形成较大温度差的问题，能提高燃烧室温度的均匀性，提高产品质量，保护内部耐火材料；并节约了能源。

本发明利用模糊控制理论，用工业控制机跟踪环形套筒式竖窑各个燃烧室温度的变化，对其温度进行控制。首先在可编程序逻辑控制器(PLC 机)中设立温度极值判断控制器、温度模糊控制器、燃气流量调节控制器和助燃空气流量控制器，通过判断燃烧室温度的变化自动修正各个燃烧室燃气的分配系数，根据该系数调节燃烧室的燃气流量和助燃空气流量，以控制调节温度。工艺步骤包括：

（1）通过温度极值判断控制器计算出当前单个燃烧室温度T_n与同层燃烧室温度平均值T_avg的偏差值ΔT_n，选取其中超出工艺要求的最大偏差值ΔT_max作为温度极值判断控制器的输出。

（2）由步骤（1）中得出的最大偏差值ΔT_max作为温度模糊控制器的输入变量。

其中，温度模糊控制器的具体设计步骤如下：

a、温度模糊控制器输入输出变量的选择

将燃烧室平均温度作为系统调节的参考值，选择最大偏差值ΔT_max为温度模糊控制器的输入变量，选择具有最大偏差值燃烧室的燃气分配系数作为温度模糊控制器的输出变量。

b、输入输出变量的模糊化

将输入输出变量的值定位在相应模糊集合的语言变量值上，其中输入变量的模糊集合为：

ΔT_max   = {PB:正大，PM:正中，PS:正小，0：零，NS:负小，NM:负中，NB:负大}

输出变量的模糊集合为

U  = {PB:正大，PM:正中，PS:正小，0：零，NS:负小，NM:负中，NB:负大}

输入变量的隶属度函数选择三角形隶属度函数。

c、规则库的建立

以生产经验为基础，可以产生5条控制规则。模糊控制规则集见表1。

表1 模糊控制器的控制规则

ΔTmax

PB

PM

PS

0

NS

NM

NB

U

NB

NM

NS

0

PS

PM

PB

d、模糊推理和去模糊化

选择三角隶属度函数作为输出变量的隶属度函数，并应用max 模糊算子，模糊蕴含选择min 运算，模糊合成选择max，去模糊化方法选择中心法。经过模糊推理和去模糊化获得最终精确的控制量U。

（3）利用步骤（2）得出的结果，计算该燃烧室分配系数的增量值ΔU,将ΔU取反后平均，然后加到其余的燃烧室燃气分配系数上，作为新的调节参数。

（4）当采样周期结束，重复步骤（1）～（3），进行新一轮的控制。

（5）根据步骤（3）得出的分配系数计算燃气和空气的流量，分别作为燃气流量调节控制器和助燃空气流量控制器设定值进行调节。

本发明的有益效果是：采用模糊控制技术，提高了环形套筒式竖窑燃烧室温度的均匀性，使其各个燃烧室温度的差值控制在工艺要求内，实现石灰质量均匀稳定，提高了自动化控制水平，大大降低了工人的劳动强度。

下面以日产600立的环形套筒式竖窑生产过程，结合附图对本发明做进一步的说明。但本发明不仅限于这些例子。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为本发明的控制系统流程图。

图3为单个燃烧室温度差异的隶属度图。

图4为单个燃烧室燃气量的分配系数U隶属度图。

具体实施方式

见图1和图2.在可编程逻辑控制器（PLC）中设置温度极值判断控制器、温度模糊控制器、燃气流量调节控制器和助燃空气流量控制器，

用以下方法对环形套筒式竖窑燃烧室温度、燃气流量和空气流量进行控制：

（1）通过温度极值判断控制器计算出当前单个燃烧室温度T_n与同层燃烧室温度平均值T_avg的偏差值ΔT_n，选取其中超出工艺要求的最大偏差值ΔT_max作为温度极值判断控制器的输出。

（2）由步骤（1）中得出的最大偏差值ΔT_max作为温度模糊控制器的输入变量。

其中，温度模糊控制器的具体设计步骤如下：

温度模糊控制器输入输出变量的选择

将燃烧室平均温度作为系统调节的参考值，选择最大偏差值ΔT_max为温度模糊控制器的输入变量，选择具有最大偏差值燃烧室的燃气分配系数作为温度模糊控制器的输出变量。

b、输入输出变量的模糊化

将输入输出变量的值定位在相应模糊集合的语言变量值上，其中输入变量的模糊集合为：

ΔT_max   = {PB:正大，PM:正中，PS:正小，0：零，NS:负小，NM:负中，NB:负大}

输出变量的模糊集合为

U  = {PB:正大，PM:正中，PS:正小，0：零，NS:负小，NM:负中，NB:负大}

输入变量的隶属度函数选择三角形隶属度函数。

c、规则库的建立

以生产经验为基础，可以产生5条控制规则。模糊控制规则集见表1。

表1 模糊控制器的控制规则

ΔTmax

PB

PM

PS

0

NS

NM

NB

U

NB

NM

NS

0

PS

PM

PB

d、模糊推理和去模糊化

选择三角隶属度函数作为输出变量的隶属度函数，并应用max 模糊算子，模糊蕴含选择min 运算，模糊合成选择max，去模糊化方法选择中心法。经过模糊推理和去模糊化获得最终精确的控制量U。

（3）利用步骤（2）得出的结果，计算该燃烧室分配系数的增量值ΔU,将ΔU取反后平均，然后加到其余的燃烧室燃气分配系数上，作为新的调节参数。

（4）当采样周期结束，重复步骤（1）～（3），进行新一轮的控制。

（5）根据步骤（3）得出的分配系数计算燃气和空气的流量，分别作为燃气流量调节控制器和助燃空气流量控制器设定值进行调节。

Claims (1)

1.一种提高套筒窑温度均匀性的自动控制方法，其特征在于：在可编程序逻辑控制器PLC机中设立温度极值判断控制器、温度模糊控制器、燃气流量调节控制器和助燃空气流量控制器，通过判断燃烧室温度的变化自动调整各个燃烧室燃气的分配系数，根据该系数调节燃烧室的燃气流量和助燃空气流量，以控制调节温度；工艺步骤包括：

（1）通过温度极值判断控制器计算出当前单个燃烧室温度T_n与同层燃烧室温度平均值T_avg的偏差值ΔT_n，选取其中超出工艺要求的最大偏差值ΔT_max作为温度极值判断控制器的输出；

（2）由步骤（1）中得出的最大偏差值ΔT_max作为温度模糊控制器的输入变量；

（3）利用步骤（2）得出的结果，计算该燃烧室分配系数的增量值ΔU,将ΔU取反后平均，然后加到其余的燃烧室燃气分配系数上，作为新的调节参数；

（4）当采样周期结束，重复步骤（1）～（3），进行新一轮的控制；

（5）根据步骤（3）得出的分配系数计算燃气和空气的流量，分别作为燃气流量调节控制器和助燃空气流量控制器设定值进行调节；

所述的温度模糊控制器的具体设计步骤如下：

a、温度模糊控制器输入输出变量的选择

将燃烧室平均温度作为系统调节的参考值，选择最大偏差值ΔT_max为温度模糊控制器的输入变量，温度模糊控制器的输出变量u为具有最大偏差值燃烧室的燃气分配系数；

b、输入输出变量的模糊化

将输入输出变量的值定位在相应模糊集合的语言变量值上，其中输入变量的模糊集合为：

ΔT_max={正大，正中，正小，零，负小，负中，负大}

输出变量的模糊集合为

U={正大，正中，正小，零，负小，负中，负大}

输入变量的隶属度函数选择三角形隶属度函数；

c、规则库的建立

以生产经验为基础，产生5条控制规则；

d、模糊推理和去模糊化

选择三角隶属度函数作为输出变量的隶属度函数，并应用max模糊算子，模糊蕴含选择min运算，模糊合成选择max，去模糊化方法选择重心法；经过模糊推理和去模糊化获得最终精确的控制量u；

输入输出变量的模糊化

将输入输出变量的值定位在相应模糊集合的语言变量值上，其中输入变量的模糊集合为：

ΔT_max={正大，正中，正小，零，负小，负中，负大}

输出变量的模糊集合为

U={正大，正中，正小，零，负小，负中，负大}

输入变量的隶属度函数选择三角形隶属度函数。

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