CN106929616A - 高炉trt系统顶压控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高炉TRT系统顶压控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：1）PID自整定参数的控制和设定，2）无扰动切换到减压阀组调节高炉顶压，3）人机对话实现动态模型及时控制。该技术方案改善高炉TRT顶压控制系统中关键设备静叶的动态调整效果，达到对高炉顶压的稳定控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种高炉TRT系统顶压控制方法，属于高炉TRT系统控制技术领域。
背景技术
高炉炉顶煤气余压回收透平发电装置TRT(Blast Furnace Top Gas RecoveryTurbine Unit)是一种高效的二次能源回收装置，高炉冶炼过程中，产生大量的高炉煤气，对高炉煤气处理通常经过减压装置后，输入煤气总管进行收集，然后进行再利用，或者燃烧后放散，炉顶顶压回收透平装置（俗称TRT）就是类似于安装于煤气总管和高炉之间，利用高炉和煤气总管之间的压差，驱动TRT发电装置的叶轮，进行发电。
TRT装置需要既保证最大发电量，又要保证经过该装置减压过程对高炉顶压不能产生波动，这就是TRT的主要功能。可见其运行的前提是必须确保高炉顶压的稳定性。传统高炉TRT顶压控制系统大多采用经典PID控制，存在PID参数调节不便、抗扰动性不强以及对被控对象的适应能力差等问题，同时由于需要考虑高炉顶压的稳定性，减压阀组通常不会全部关闭，导致TRT无法达到最佳发电量，因此控制效果很难达到期望水平。考虑到TRT顶压控制系统稳定性的影响因素比较复杂，被控过程存在复杂性，高度非线性，时变不确定性等特点，且静叶对高炉的顶压调节存在一定的滞后，通过PID自整定的方法实现对高炉TRT顶压控制系统中PID参数的自动整定，而且在透平机发生故障时，通过无扰动切换到调节减压阀组来实现对高炉顶压的稳定控制。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种高炉TRT系统顶压控制方法，该技术方案改善高炉TRT顶压控制系统中关键设备静叶的动态调整效果，达到对高炉顶压的稳定控制。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，高炉TRT系统顶压控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：1）PID自整定参数的控制和设定，2）无扰动切换到减压阀组调节高炉顶压，3）人机对话实现动态模型及时控制。
作为本发明的一种改进，所述步骤1）PID自整定参数的控制和设定具体如下，高炉生产发生的煤气通过干法除尘清洗后，经过透平机装置（TRT）带动汽轮机做功而产生电能，然后再回到煤气总管进行利用或者燃烧放散，通过调节透平机静叶来稳定高炉生产所需的炉顶压力值，为了保证高炉生产的稳定顺行，要求高炉炉顶压力稳定可靠、抗外界干扰能力强，其波动为±10KPa。但是现场的实际顶压测量值波动大、稳定性能差、抗干扰能力弱，因此我们采用该发明进行优化控制。
对于本发明中不同的炉顶顶压误差|e|和误差变化率|ec|，经过现场多次实验论证，得出PID参数修正值△Kp、△Ki、△Kd的自整定原则为：(1)当|e|≥10时，为了加快系统的响应速度，使系统具有快速的跟踪性能，△Kp的取值范围为0.75～0.9，△Kd的取值范围为0.05～0.25，同时，为了防止积分饱和，避免系统超调过大，应限制△Ki的大小或使其为零，(2)当5≤|e|≤10时，为了使系统具有较小的超调，△Kp的取值范围为0.1～0.35，△Kd的取值范围为0.05～0.15，△Ki的取值为0.2左右；(3)当|e|≤5时，为使系统具有较好的稳态性能，△Kp的取值范围为0.6～0.85,△Ki的取值范围为0.5～0.75；同时，为避免系统在平衡点附近出现振荡，△Kd的取值在0.15左右；|ec|较大时，应取较小的△Kd；|ec|较小时，应取较大的△Kd，以此来实现传统PID中Kp、Ki、Kd的参数修正（即△Kp、△Ki、△Kd的值）；输出的控制量是PID控制中3个参数Kp、Ki、Kd的调整量或者说是修正值，利用该调整量对PID中的3个参数进行动态整定，其整定公式如下：
(1)
(2)
(3)
其中，△Kp、△Ki、△Kd为参数的修正值，、、为常规PID的预整定参数值。
作为本发明的一种改进，所述步骤2）无扰动切换到减压阀组调节高炉顶压，当TRT正常工作时，手动开启静叶开度到5%，满足其汽轮机升转速达到3000r/min的工艺要求后，通过此方法实现PID控制汽轮机的静叶达到预期的平稳状态，关闭减压阀组使TRT工作在最佳发电状态，产生最大发电量。而此时静叶的调节只需根据高炉顶压的波动进行动态调节即可。当TRT发生故障时，为了稳定高炉顶压，此时需要立即打开减压阀组的快开阀，然后通过调节其他三个减压阀组来稳定高炉顶压，确保高炉生产的稳定。
作为本发明的一种改进，所述步骤3）人机对话实现动态模型及时控制具体如下，利用工程监控画面，通过以太网实现画面控制与PLC控制程序中PID通讯，方便快捷，只要我们在人机界面编程好操作控制画面，然后录入适合此时高炉顶压控制的PID参数设定值（即、、值，该值调试好以后基本保持不动），高炉TRT顶压为150～300 kPa，经过多次论证后，通常高炉炉况稳定时顶压为220 kPa左右，在每个周期内上料时间大约持续40 S，上料操作对炉顶压力影响的滞后时间大约为6 S，静叶通道的滞后时间大约为2 S。
正常生产时，将界面选择开关选择至图2中“PID控制”模式，PLC程序将自适应PID控制模式投入运行，界面中绿色“PID运行”指示灯亮起，此时TRT系统对高炉顶压的控制将采用自适应PID控制模型，大大提高了高炉顶压的稳定性能；当高炉生产异常波动较大是，不适用采用此模型控制，则将选择开关选择至“手动”模式，界面中红色“PID停止”指示灯亮起，让TRT系统进入经典的普通控制模式，保证高炉生产顺行；当TRT系统出现故障需要检修时，将选择开关选择至“检修”模式，将模型从控制中切除，界面中红色“PID停止”指示灯亮起，TRT系统停机进行检修，此时完全利用减压阀组来调节高炉顶压；恢复正常后仍然采用“PID控制”模式。
相对于现有技术，本发明的优点如下，1）该技术方案可以改善高炉TRT顶压控制系统中关键设备静叶的动态调整效果，达到对高炉顶压的稳定控制；2）静叶装置是TRT顶压控制系统的关键设备，该装置的主要功能是控制高炉煤气进入发电装置的入口量，通过调整静叶装置的不同开度，可以调整系统压力的波动，为了确保高炉顶压调整稳定，对静叶的开度采用一种自整定PID调整方法，其控制原理为：以高炉生产的需求压力值(理论顶压设定值)和顶压实际测量值的误差e及该误差波动的变化率de/dt（ec）作为输入量，通过在运行中不断检测e和ec，对于在控制静叶开度的过程中不同的|e|和|ec|，PID参数修正值△Kp、△Ki、△Kd采用自整定原则进行调节。然后通过人机界面实现对PID参数的在线实时动态控制，在界面录入相关PID参数设定值以及高炉顶压的相关生产参数，确保最大程度调节和优化PID控制，保证高炉顶压的稳定性。
附图说明
图1为TRT系统控制高炉顶压简图；
图2为自适应PID控制模型人机界面简图。
具体实施方式
为了加深对本发明的认识和理解，下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。
实施例1：
参见图1、图2，一种高炉TRT系统顶压控制方法，所述控制方法包括以下步骤：1）PID自整定参数的控制和设定，2）无扰动切换到减压阀组调节高炉顶压，3）人机对话实现动态模型及时控制，所述步骤1）PID自整定参数的控制和设定具体如下，高炉生产发生的煤气通过干法除尘清洗后，经过透平机装置（TRT）带动汽轮机做功而产生电能，然后再回到煤气总管进行利用或者燃烧放散，通过调节透平机静叶来稳定高炉生产所需的炉顶压力值，为了保证高炉生产的稳定顺行，要求高炉炉顶压力稳定可靠、抗外界干扰能力强，其波动为±10KPa。但是现场的实际顶压测量值波动大、稳定性能差、抗干扰能力弱，因此我们采用该发明进行优化控制。对于本发明中不同的炉顶顶压误差|e|和误差变化率|ec|，经过现场多次实验论证，得出PID参数修正值△Kp、△Ki、△Kd的自整定原则为：(1)当|e|≥10时，为了加快系统的响应速度，使系统具有快速的跟踪性能，△Kp的取值范围为0.75～0.9，△Kd的取值范围为0.05～0.25，同时，为了防止积分饱和，避免系统超调过大，应限制△Ki的大小或使其为零，(2)当5≤|e|≤10时，为了使系统具有较小的超调，△Kp的取值范围为0.1～0.35，△Kd的取值范围为0.05～0.15，△Ki的取值为0.2左右；(3)当|e|≤5时，为使系统具有较好的稳态性能，△Kp的取值范围为0.6～0.85,△Ki的取值范围为0.5～0.75；同时，为避免系统在平衡点附近出现振荡，△Kd的取值在0.15左右；|ec|较大时，应取较小的△Kd；|ec|较小时，应取较大的△Kd，以此来实现传统PID中Kp、Ki、Kd的参数修正（即△Kp、△Ki、△Kd的值）；输出的控制量是PID控制中3个参数Kp、Ki、Kd的调整量或者说是修正值，利用该调整量对PID中的3个参数进行动态整定，其整定公式如下：
(1)
(2)
(3)
其中，△Kp、△Ki、△Kd为参数的修正值，、、为常规PID的预整定参数值；所述步骤2）无扰动切换到减压阀组调节高炉顶压，当TRT正常工作时，手动开启静叶开度到5%，满足其汽轮机升转速达到3000r/min的工艺要求后，通过此方法实现PID控制汽轮机的静叶达到预期的平稳状态，关闭减压阀组使TRT工作在最佳发电状态，产生最大发电量。而此时静叶的调节只需根据高炉顶压的波动进行动态调节即可。当TRT发生故障时，为了稳定高炉顶压，此时需要立即打开减压阀组的快开阀（图1中D阀），然后通过调节其他三个减压阀组（图1中A、B、C阀）来稳定高炉顶压，确保高炉生产的稳定，所述步骤3）人机对话实现动态模型及时控制具体如下，利用工程监控画面，通过以太网实现画面控制与PLC控制程序中PID通讯，方便快捷，只要我们在人机界面编程好操作控制画面（如图2所示），然后录入适合此时高炉顶压控制的PID参数设定值（即、、值，该值调试好以后基本保持不动），高炉TRT顶压为150～300 kPa，经过多次论证后，通常高炉炉况稳定时顶压为220 kPa左右，在每个周期内上料时间大约持续40 S，上料操作对炉顶压力影响的滞后时间大约为6 S，静叶通道的滞后时间大约为2 S。
正常生产时，将界面选择开关选择至图2中“PID控制”模式，PLC程序将自适应PID控制模式投入运行，界面中绿色“PID运行”指示灯亮起，此时TRT系统对高炉顶压的控制将采用自适应PID控制模型，大大提高了高炉顶压的稳定性能；当高炉生产异常波动较大是，不适用采用此模型控制，则将选择开关选择至图2中“手动”模式，界面中红色“PID停止”指示灯亮起，让TRT系统进入经典的普通控制模式，保证高炉生产顺行；当TRT系统出现故障需要检修时，将选择开关选择至图2中“检修”模式，将模型从控制中切除，界面中红色“PID停止”指示灯亮起，TRT系统停机进行检修，此时完全利用减压阀组来调节高炉顶压；恢复正常后仍然采用“PID控制”模式。需要说明的是，上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上作出的等同替换或者替代，均属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种高炉TRT系统顶压控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：1）PID自整定参数的控制和设定，2）无扰动切换到减压阀组调节高炉顶压，3）人机对话实现动态模型及时控制。
2.根据权利要求1所述的一种高炉TRT系统顶压控制方法，其特征在于，所述步骤1）PID自整定参数的控制和设定具体如下，高炉生产发生的煤气通过干法除尘清洗后，经过透平机装置（TRT）带动汽轮机做功而产生电能，然后再回到煤气总管进行利用或者燃烧放散，通过调节透平机静叶来稳定高炉生产所需的炉顶压力值，PID参数修正值△Kp、△Ki、△Kd的自整定原则为：(1)当|e|≥10时，为了加快系统的响应速度，使系统具有快速的跟踪性能，△Kp的取值范围为0.75～0.9，△Kd的取值范围为0.05～0.25，同时，为了防止积分饱和，避免系统超调过大，应限制△Ki的大小或使其为零，(2)当5≤|e|≤10时，为了使系统具有较小的超调，△Kp的取值范围为0.1～0.35，△Kd的取值范围为0.05～0.15，△Ki的取值为0.2左右；(3)当|e|≤5时，为使系统具有较好的稳态性能，△Kp的取值范围为0.6～0.85,△Ki的取值范围为0.5～0.75；同时，为避免系统在平衡点附近出现振荡，△Kd的取值在0.15左右；|ec|较大时，应取较小的△Kd；|ec|较小时，应取较大的△Kd，以此来实现传统PID中Kp、Ki、Kd的参数修正（即△Kp、△Ki、△Kd的值）；输出的控制量是PID控制中3个参数Kp、Ki、Kd的调整量或者说是修正值，利用该调整量对PID中的3个参数进行动态整定，其整定公式如下：
(1)
(2)
(3)
其中，△Kp、△Ki、△Kd为参数的修正值，、、为常规PID的预整定参数值。
3.根据权利要求2所述的一种高炉TRT系统顶压控制方法，其特征在于，所述步骤2）无扰动切换到减压阀组调节高炉顶压，当TRT正常工作时，手动开启静叶开度到5%，满足其汽轮机升转速达到3000r/min的工艺要求后，通过此方法实现PID控制汽轮机的静叶达到预期的平稳状态，关闭减压阀组使TRT工作在最佳发电状态，产生最大发电量。
4.根据权利要求3所述的一种高炉TRT系统顶压控制方法，其特征在于，所述步骤3）人机对话实现动态模型及时控制具体如下，利用工程监控画面，通过以太网实现画面控制与PLC控制程序中PID通讯，在人机界面编程好操作控制画面，然后录入适合此时高炉顶压控制的PID参数设定值（即、、值，该值调试好以后基本保持不动），高炉TRT顶压为150～300 kPa，经过多次论证后，通常高炉炉况稳定时顶压为220 kPa左右，在每个周期内上料时间大约持续40 S，上料操作对炉顶压力影响的滞后时间大约为6 S，静叶通道的滞后时间大约为2 S。
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