CN1052698A

CN1052698A - 专家系统在均热炉烧钢控制中应用

Info

Publication number: CN1052698A
Application number: CN 89109506
Authority: CN
Inventors: 吕晓云; 李行道; 蒋长虹; 魏建功; 仝永太
Original assignee: Taiyuan Iron & Steel Co Shanxi Prov
Current assignee: Taiyuan Iron & Steel Co Shanxi Prov
Priority date: 1989-12-21
Filing date: 1989-12-21
Publication date: 1991-07-03

Abstract

一种采用计算机、专家系统在均热炉烧钢过程中的控制方法，其特征是专家系统由知识库、控制规则集，推理机构及信息处理部分组成，把工人的操作经验予以综合，并辅以数理统计和预报技术，进行推理判别，作出必要决策，实现合理燃烧。计算机采用适于过程控制用的可编程控制器，进行控制，代替一般使用氧化锆，残氧闭环控制方法。

该控制系统简单，适应性强，能满足生产实际需要，节约资金，可广泛用于各种类型均热炉热工控制。

Description

本发明是属于工业热工自动控制，是用于均热炉烧钢过程中热工控制的一种方法。

在已知技术中，一般均热炉烧钢热工自动控制包括：燃料控制、空燃比控制、残氧控制、炉压控制等等。其中残氧闭环调节空燃比是均热炉计算机烧钢控制中重要控制方法，这种方法是采用氧化锆连续分析废气中氧气的浓度，并把该值反馈，与给定值比较，进行闭环调节，达到空燃比自动控制的目的，其缺点是残氧检测采用的氧化锆，目前国内产品使用寿命短，国外产品价格昂贵，锆头备件无保证。一般均热炉炉坑较多，一个炉坑需装一套氧化锆，这样维修费用高出了节能费用，维修工作量也大。如果均热炉是四角烧咀，漏风现象严重，不利于残氧闭环调节控制。

另有，在已有技术中，均热炉烧钢，曾采用过计算机、自寻优控制空燃比，避开残氧检测，但效果也不佳，因为如果煤气热值变化较大，寻优时间延长，影响升温速度。

为了克服上述缺点与不足，本发明设计出通过专家控制集和自寻优相结合的控制法，在均热炉烧钢过程中自动控制空燃比，来实现合理燃烧。

本发明的设计方案是：在均热炉烧钢控制中应用专家控制集，其过程是当煤气热值发生较大变化时，利用专家控制集尽快选择合适的空燃比范围，在其范围内，进行自寻优控制。由于不同的煤气热值对应不同的煤气、空气流量范围，当煤气热值发生较大变化时，原某一范围内的煤气与空气流量就不适应，引起炉温的波动，使升温速度减慢，保温曲线呈波型下降等，通过检测炉温的变化，改变煤气、空气流量的变化范围，来适应煤气热值的较大范围变化，来保证合理燃烧。

加热期，根据温度予报与实测值的偏差等，每隔tk时间，判别是否需进入专家控制集，一旦满足条件，进入专家控制集后，则利用专家知识，改变空燃比范围，以适应煤气热值的变化;均热期，随煤气热值和时间的不同，不断改变空燃比和温度→燃料的转换系数，实现低氧燃烧。

在烧钢加热期，使用专家控制集和自寻优控制，决定出煤气、空气流量的设定值，然后通过PID调节，实现流量闭环控制，最终达到合理燃烧，而烧钢均热期，以温度为外环，煤气空气流量为内环，并通过专家控制集提供的规则，不断改变空燃比β和转换系数K，以保证低氧燃烧。

本发明的优点是：

1、专家控制集具有较强的适应性;

2、控制系统简单，适合生产实用，能够获得较满意的控制效果;

3、避开残氧闭环调节，不用氧化锆，不仅节省了设备费用，而且可以大大减少维护量和维修费用。

下面结合附图进一步说明控制过程：

图1为专家系统（即专家控制集）在均热炉应用的结构示意图。专家控制集由知识库、推理机构、控制规则集及信息处理四部分组成。

知识库是专家控制集的基础，存放经验数据、性能指标及经验公式等。用产生式规则来建立，基本形式为：

IF（Situation） THEN（Action）

控制规则集是对被控对象的各种方法和经验的归纳和总结，我们根据现场情况，编入了21条控制规则，采用前向推理方法。如加热期：

IF（前tk时间内是低煤气热值，AND满足转换到一般煤气热值的条件）

THEN（转换到一般煤气热值所对应的煤气、空气流量范围）

IF（煤气、空气流量范围变换后，在△t时间内炉温没有增长）

THEN（返回原状态）

均热期的规则如：

IF（均热时间＜25分钟，AND为低煤气热值）

THEN 空燃比^β下限＝al 转换系数K下限＝bl

图2为控制系统原理图：煤气总管压力，各炉膛温度、炉膛压力、煤气流量和空气流量等通过变送器作为计算机的输入信号，经A/D转换后送入计算机。每炉的烧钢制度如普通钢的保温温度，特殊钢的烧钢曲线代号等，通过操作员键盘输入。计算机根据相应的控制策略和控制算法，计算出煤气流量、空气流量、烟道闸板的设定值，PID调节运算后，经D/A转换输出阀位信号，该输出信号与伺吸放大器的位置反馈信呈相比较，将偏差信号放大，控制伺吸电机，改变调节阀位置，最终达到控制炉温，炉压和空燃比的目的。

本发明进行烧钢控制的一个实施例。见图3

煤气总管压力在280-320mmH₂O。

加热期，煤气热值为3000大卡，空气流量为8700m³/H，煤气流量为1500-2000m³/H，自寻优后煤气设定最佳值为1800m³/H，能够达到合理燃烧，炉温上升。

t1时刻以后，煤气热值发生了变化，由3000大卡上升为3500大卡，煤气仍在1800m³/H，则煤气过剩。tk时刻进行检测，预报值为1256℃，而实际值为1250℃，偏差较大，专家控制集中进行推理判别。满足第5条控制规则，则将煤气流量变化范围由1500-2000m³/H改变为1000-1500m³/H，并改为相应的煤气、空气流量设定值。

tk+△t时间后检测，炉温上升，证明决策正确。在此范围内进行自寻优控制，找出最佳值，煤气设定值为1300m³/H，空气设定值为8700m³/H，进行流量闭环控制，空燃比合理，炉温又明显上升。

本发明已在太钢初轧厂均热炉使用，初轧厂煤气热值和煤气总管压力变化范围较大，波动频繁，但使用该系统后，不用氧化锆，可使残氧控制在3%左右。测试结果表明，煤耗可降低10%以上，氧化烧损减少了10%，1个炉坑年经济效益可达7万元以上。

Claims

1、一种采用计算机专家系统在均热炉烧钢过程中的控制方法，其特征是专家系统是由知识库、控制规则集，推理机构及信息处理部分组成，把工人的操作经验予以综合，并辅以数理统计和预报技术，进行推理判别，作出必要决策，实现合理燃烧。

2、根据权力要求1所述方法，其特征是知识库存放经验数据，性能指标及经验公式，知识库用产生式规则建立。

3、根据权力要求1所述方法，其特征是控制规则集包括：被控对象的各种控制方法和经验的归纳和总结，并采用向前推理方法。

4、根据权力要求1所述，其特征是信息处理包括，升温速度的统计计算，温度预报的递推运算，偏差计算等。

5、根据权力要求3所述控制规则集，其特征是普通钢和特殊钢，加热、均热控制方法分别如下：

A、普通钢加热期对煤气、空气流量进行专家系统判别及自寻优控制;

B、特殊钢加热期对温度、煤气、空气进行串级控制;

C、均热期，普通钢和特殊钢均采用温度、煤气、空气串级控制;

D、串级控制中，对转换系数K和空燃比进行变数控制。