KR20130083455A - 가열로 연소의 노 온도를 제어하는 방법 및 장치 - Google Patents

가열로 연소의 노 온도를 제어하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

점화식 가열로의 노 온도를 제어하는 방법은: 노 온도 피드백 값들을 얻기 위해 노 온도들을 측정하는 단계; 노 온도 피드백 값들과 노 온도 설정 값들에 따라, 노 온도 설정 값들과 노 온도 피드백 값들 사이의 차이들인, 차이값들(DV1)을 계산하는 단계; 단위 시간 당 노 온도 설정 값들과 노 온도 피드백 값들 사이의 차이들, 즉 노 온도 변화 값들의 증감률들인, 차이값들(DV2)을 계산하는 단계; 점화식 가열 기계 세트의 속도 조절자로부터 점화식 가열 기계 세트의 속도(V)를 획득하고, 점화식 가열 기계 세트의 속도(V)에 따라 제1 다중 피드 포워드 출력 요소들(FFV)를 획득하는 단계; 노 온도 설정 값들과 노 온도 피드백 값들 사이의 차이들인 차이값들(DV1)에 따라, 제2 다중 피드포워드 출력 요소들(FFT)을 획득하는 단계; 퍼지 제어 규칙에 기초하여, 차이값들(DV1, DV2)에 따라 PID 제어 변수를 검색하고, PID 제어 변수에 따라 조절 제어 변수(OP1)를 생성하는 단계; 조절 제어 변수들(OP1)을 제1 다중 피드포워드 요소들(FFV) 및 제2 다중 피드포워드 요소들(FFT)과 조합한 최종 제어 출력 값으로, 석탄 가스 흐름을 조정하는 밸브 및 공기 흐름을 조정하는 밸브를 제어하는 단계; 를 포함한다.

Description

가열로 연소의 노 온도를 제어하는 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING FURNACE TEMPERATURE OF BURNING HEATING FURNACE}
본 발명은 제련(smelting) 기구에 관한 것으로, 특히 점화식 가열로(fired heating furnace)의 노 온도를 제어하는 방법 및 제어 장치에 관한 것이다.
연속적인 어닐링(annealing)을 위한 수평식 노(horizontal furnace)는 서브-구역들 내에 노 온도를 제어하기 위해, 노 안에 스트립들의 진행 방향(travel direction)으로 다수의 구역들로 분리된, 비교적 일반적인 가열로(heating furnace)이다. 노 온도 측정의 정확성은 생산물의 질과 특성에 영향을 주며, 따라서 노 온도의 예측은 생산물의 특성에 매우 중요하고, 노 온도 예측의 감소는 생산물의 특성에 부적격(disqualification)을 직접적으로 유발한다. 연소장치(burner)의 화력(power)은 온도 조절에서 비교적 높은 열 지연(thermal lag) 및 열 불활성(thermal inertia)을 유발하는 일반적인 온도 제어 시스템에서 비교적 높게 설계되므로, 안정화 상태(stable state)에서는 노 온도 곡선이 일정한 진폭으로 요동하게 하며, 비안정화 상태에서는 전달 시간이 길어지게 한다. 이들은 생산물의 특성 및 수익률(yield)에 심각한 영향을 끼친다. 노 온도를 제어하는 종래의 방법은 석탄 가스(coal gas)와 공기 사이의 비율 및 각각의 비율들 사이의 전환(diversion)에 의해 노 온도를 제어하는 듀얼 크로싱 PID 제어(dual crossing PID control)이다. 이 제어 방법은 열 지연이 비교적 낮은 시스템에 좋다. 그러나, 어닐링 노에서의 열 지연 및 열 불활성은 일반적으로 비교적 높아, 노 온도 제어의 어려움은 비교적 높다. 또한, PID 제어 방법에서는, 빠른 반응을 추구하는 하나의 요구와, 안정성을 추구하는 다른 요구가 있다. 만약 빠른 반응이 요구되면, 전달 시간은 짧아질 것이나 오버슈팅(overshooting)은 커져, 노 온도가 안정화되기 어렵게 한다. 만약 안정성이 요구되면, 노 온도의 예측성은 좋아지나, 노 온도의 전달 시간은 확연히 매우 길어진다. 따라서 이는 제어를 곤란하게 한다. 이에 더하여, PID 제어는 결국 안정화 조절 방법이고, 이는 들어오는 물질과 온도 설정 값들에 변화를 미리 측정할 수 없으며, 비안정화 상태에서 지연을 조절하는 많은 수단들을 가지고 있지 않고, 조절 효과는 우수하지 못하다. 이는 비안정화 상태에서 지연 제어를 보완하기 위한 피드포워드(feed forward) 제어를 수행하는 것이 필요하다.
본 발명의 목적은 앞서 기술한 노 온도 제어에 존재하는 이러한 문제점들을 해결하고, 점화식 가열로의 노 온도를 제어하는 방법 및 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 점화식 가열로의 노 온도를 제어하는 방법은:
노 온도 피드백 값들을 얻기 위해 노 온도들을 측정하는 단계;
노 온도 피드백 값들과 노 온도 설정 값들에 따라, 노 온도 설정 값들과 노 온도 피드백 값들 사이의 차이들인, 차이값들(DV1)을 계산하는 단계;
단위 시간 당 노 온도 설정 값들과 노 온도 피드백 값들 사이의 차이들, 즉 노 온도 변화 값들의 증감률(gradient)들인, 차이값들(DV2)을 계산하는 단계;
점화식 가열 기계 세트의 속도 조절자(speed adjuster)로부터 점화식 가열 기계 세트의 속도(V)를 획득하고, 점화식 가열 기계 세트의 속도(V)에 따라 제1 다중 피드포워드 출력 요소들(first multiple feed-forward output components)(FFV)를 획득하는 단계;
노 온도 설정 값들 및 노 온도 피드백 값들 사이의 차이들인 차이값들(DV1)에 따라, 제2 다중 피드포워드 출력 요소들(second multiple feed-forward output components)(FFT)을 획득하는 단계;
퍼지 제어 규칙(fuzzy control rule)에 기초하여 차이값들(DV1, DV2)에 따라 PID 제어 변수(PID control parameter)를 검색하고, PID 제어 변수에 따라 조절 제어 변수(adjusting control parameter)(OP1)를 생성하는 단계;
조절 제어 변수들(OP1)을 제1 다중 피드포워드 요소들(FFV) 및 제2 다중 피드포워드 요소들(FFT)와 조합하는 것에 의해서, 석탄 가스 흐름을 조정(regulating)하는 밸브 및 공기 흐름을 조정하는 밸브를 최종 제어 출력 값(final control output value)으로 제어하는 단계; 를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 점화식 가열로의 노 온도를 제어하는 장치는:
버너(burner)에 인접하게 배치되고, 노 온도들을 모니터링(monitoring)하기 위해 사용되며, 노 온도 피드백 값들을 출력하기 위한 아날로그-디지털 변환 모듈을 갖는 열전대(thermocouple);
열전대의 아날로그-디지털 변환 모듈에 연결되고, 노 온도 설정 값들을 저장하며, 노 온도 설정 값들 및 노 온도 피드백 값들 사이의 차이들을 계산하고, 이 차이들을 차이값들(DV1)로 설정하는, 노 온도차를 계산하는 모듈;
노 온도차를 계산하는 모듈에 연결되고, 단위 시간 당 노 온도 설정 값들 및 노 온도 피드백 값들 사이의 차이들, 즉 노 온도 변화 값들의 증감률들인 차이값들(DV2)을 계산하고 설정하는, 노 온도 변화의 증감률을 계산하는 모듈;
점화식 가열 기계 세트의 속도(V)를 얻기 위하여 사용되는 점화식 가열 기계 세트의 속도 조절자;
점화식 가열 기계 세트의 속도에 따라 제1 다중 피드포워드 출력 요소들(FFV)를 얻는, 속도 조절자에 연결된 제1 다중 피드포워드 모듈;
노 온도 차이를 계산하는 모듈에 연결되고, 노 온도 설정값들 및 노 온도 피드백 값들의 차이들, 즉 차이값들(DV1)에 따라 제2 다중 피드포워드 출력 요소들(FFT)를 얻는 제2 다중 피드포워드 모듈;
노 온도 차이를 계산하는 모듈 및 노 온도 변화의 증감률을 계산하는 모듈에 연결되고, 퍼지 제어 규칙에 기초하여 차이값들(DV1, DV2)에 따라 PID 제어 변수를 검색하고 PID 제어 변수들에 따라 조절 제어 변수들(OP1)을 생성하는 조절 제어 변수(adjusting control parameter)를 생성하는 모듈;
조절 제어 변수를 생성하는 모듈, 제1 다중 피드포워드 모듈, 및 제2 다중 피드포워드 모듈에 연결되고, 조절 제어 변수를 제1 다중 피드포워드 요소들(FFV) 및 제2 다중 피드포워드 요소들(FFT)과 조합하여 최종 제어 출력 값을 생성하는 흐름 제어기(flow controller);
흐름 제어기에 연결되고, 최종 제어 출력 값에 따라 석탄 가스 흐름을 조정하는 석탄 가스 흐름을 조정(regulating)하는 밸브;
흐름 제어기에 연결되고, 현재의 석탄 가스 흐름을 검출하고 이를 피드백하는 석탄 가스 흐름 검출기(coal gas flow detector);
최종 제어 출력 값에 따라 공기 흐름을 조정하는, 흐름 제어기에 연결된 공기 흐름을 조정하는 밸브;
흐름 제어기에 연결되고, 현재의 공기 흐름을 검출하고 이를 피드백하는 공기 흐름 검출기; 를 포함한다.
본 발명의 제어 방법 및 제어 장치는 포워드 경로(forward path)의 전달 기능을 형성하는 것 없이 퍼지 제어 알고리즘을 사용함으로써, 확실한 적응 능력 및 매우 분명한 비선형성, 시간 변화, 및 주기성을 갖지 않는 시스템을 위한 우수한 빠르기를 갖는 이점들을 갖는다. 그러므로, 기계 세트의 정상 상태에 더 좋다. 다중 피드포워드 제어는 들어오는 재료 상황 및 온도 설정 값들을 미리 판단하기에 좋다. 그러므로, 본 발명은 연속적인 어닐링 노의 노 온도 제어의 특성에 따라 퍼지 제어 알고리즘을 설계한다. 퍼지 제어를 다중 포워드 제어 및 PID 제어와 조합하는 것뿐 아니라, 퍼지 제어가 정상상태 제어에 우수하고 다중 피드포워드 제어가 비정상상태 제어에 우수하다는 특성을 이용함으로써, 다중 피드포워드 퍼지 제어 시스템은 형성된다.
본 발명에 따른 점화식 가열로의 노 온도를 제어하는 방법 및 제어 장치의 기본 컨셉은, 노 온도 변화값들 및 노 온도 변화율들에 따라 노 온도의 차이 및 노 온도 변화의 경향의 값을 얻을 수 있다는 것이다. 퍼지 제어가 정상상태(steady-state) 제어에서 우수하고 다중 피드포워드 제어가 비정상상태 제어에서 우수한 특성들을 갖는 퍼지 제어 알고리즘(algorithm) 및 퍼지 제어 규칙을 설계함으로써, 다른 PID 변수들의 조합들뿐 아니라 다른 다중 피드포워드 보상값들 및 퍼지 제어 규칙들은 다른 환경들 하에서도 사용될 수 있을 것이다. 그러므로, 큰 차이에서는 빠르게 반응하고, 신속하게 조절하며, 전달 속도가 짧아지며, 작은 차이에서는 조절 경향을 늦추고, 오버슈팅을 감소하며, 노 온도 안정을 빠르게 만들어, 노 온도의 예측은 향상될 것이다.
본 명세서에 포함되어 있음.
도 1은 본 발명에 따른 점화식 가열로의 노 온도를 제어하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 점화식 가열로의 노 온도를 제어하는 기구를 도시한 구조도이다.
도 3은 본 발명에 따른 점화식 가열로의 노 온도를 제어하는 방법의 기본 제어 논리를 보여준다.
도 1을 참조하면, 점화식 가열로의 노 온도를 제어하는 방법은 다음의 단계들을 포함하는 본 발명에 의해 개시된다.
S101. 노 온도 피드백 값들을 얻기 위해 노 온도들을 측정한다.
S102. 노 온도 피드백 값들과 노 온도 설정 값들에 따라, 노 온도 설정 값들과 노 온도 피드백 값들 사이의 차이들인, 차이값들(DV1)을 계산한다. 일 실시예에서, 노 온도 설정 값들과 노 온도 피드백 값들 사이의 차이값들(DV1)은 퍼지 제어 서브셋(fuzzy control subset)으로 설정되고, 퍼지 제어 서브셋 E = {NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB} = {음수(대)(Negative(Big)), 음수(중)(Negative(Medium)), 음수(소)(Negative(Small)), 0(Zero), 양수(소)(Positive(Small)), 양수(중)(Positive(Medium)), 양수(대)(Positive(Big))} = {-18, -12, -6, 0, 6, 12, 18}이다. 즉, 차이값들(DV1)과 서브셋 {-18, -12, -6, 0, 6, 12, 18} 사이의 비교에 따라, 차이값들(DV1)은 서브셋 {음수(대)(Negative(Big)), 음수(중)(Negative(Medium)), 음수(소)(Negative(Small)), 0(Zero), 양수(소)(Positive(Small)), 양수(중)(Positive(Medium)), 양수(대)(Positive(Big))}로 분류되어 {NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB}로 표현된다.
S103. 단위 시간 당 노 온도 설정 값들과 노 온도 피드백 값들 사이의 차이들, 즉 노 온도 변화 값들의 증감률들인, 차이값들(DV2)을 계산한다. 일 실시예에서, 차이값들(DV2)인 노 온도 변화 값의 증감률들은 퍼지 제어 서브셋으로 설정되고, 퍼지 제어 서브셋 EC = {NM, NS, ZE, PS, PM} = {음수(중)(Negative(Medium)), 음수(소)(Negative(Small)), 0(Zero), 양수(소)(Positive(Small)), 양수(중)(Positive(Medium))} = {-1.5, -1, 0, 1, 1.5}이다. 즉, 차이값들(DV2)과 서브셋 {-1.5, -1, 0, 1, 1.5} 사이의 비교에 따라, 차이값들(DV2)은 서브셋 {음수(중)(Negative(Medium)), 음수(소)(Negative(Small)), 0(Zero), 양수(소)(Positive(Small)), 양수(중)(Positive(Medium))}으로 분류되어 {NM, NS, ZE, PS, PM}로 표현된다.
S104. 점화식 가열 기계 세트의 속도 조절자(speed adjuster)로부터 점화식 가열 기계 세트의 속도(V)를 얻고, 점화식 가열 기계 세트의 속도(V)에 따라 제1 다중 피드 포워드 출력 요소들(FFV)를 얻는다. 일 실시예에서, 이 S104 단계는 다음과 같이 수행된다: 제1 다중 피드 포워드 출력 요소들(FFV)은 다음의 표 1에 기초하여 점화식 가열 기계 세트의 속도에 따라 획득될 수 있다.
V
100 110 120 130 140 150 160
FFV FFV1 FFV2 FFV3 FFV4 FFV5 FFV6 FFV7
즉, 점화식 가열 기계 세트의 속도들(V)의 다른 범위는 다른 제1 다중 피드백 출력 요소들(FFV)에 대응한다. FFV1에서 FFV7들은 설정 변수들의 세트이다. 일 실시예에서, FFV의 값들은 FFV1 =2, FFV2 = 3.5, FFV3 = 5, FFV4 = 6.5, FFV5 = 8, FFV6 = 10, FFV7 = 12으로 설정된다.
S105. 노 온도 설정 값들 및 노 온도 피드백 값들 사이의 차이들, 즉 차이값들(DV1)에 따라, 제2 다중 피드포워드 출력 요소들을 얻는다. 일 실시예에서, 이 S105 단계는 다음과 같이 수행된다: 제2 다중 피드 포워드 출력 요소들(FFT)은 다음의 표 2에 기초하여 노 온도 설정 값들 및 노 온도 피드백 값들 사이의 차이들(DV1)에 따라 획득될 수 있다.
DV1
-18 -12 -6 0 6 12 18
FFT FFT1 FFT2 FFT3 FFT4 FFT5 FFT6 FFT7
즉, 노 온도 설정 값들 및 노 온도 피드백 값들 사이의 차이들(DV1)의 다른 범위는 다른 제2 다중 피드백 출력 요소들(FFT)에 대응한다. FFT1에서 FFT7들은 설정 변수들의 세트이다. 일 실시예에서, FFT의 값들은 FFT1 =6, FFT2 = 3, FFT3 = 1.5, FFT4 = 0.2, FFT5 = -1.6, FFT6 = -3.5, FFT7 = -6으로 설정된다.
S106. 퍼지 제어 규칙(fuzzy control rule)에 기초하여 차이값들(DV1, DV2)에 따라 PID 제어 변수를 검색하고, PID 제어 변수에 따라 조절 제어 변수(adjusting control parameter)(OP1)를 생성한다. 일 실시예에서, 퍼지 제어 규칙은 다음과 같다.
퍼지 규칙의 결과들은 다음의 표 3에 기초하여 차이값들(DV1, DV2)의 서브셋(subset)들에 따라 얻어진다.
E
NB NM NS ZE PS PM PB


EC		 NM PB PB PM PM PS PS PS
NS PB PM PM PS PS PS PS
ZE PM PM PS PS PS PS PS
PS PS PS PS NS NM NM NM
PM PM PS NS NM NB NB NB
퍼지 규칙의 결과들은 NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB를 포함하고, PID 변수들의 기본값(basic value)들은 다음의 표 4에 기초하여 퍼지 규칙의 결과들에 따라 얻어진다.
퍼지 규칙의 결과
NB NM NS ZE PS PM PB
P P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7
I I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7
D D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
각 퍼지 규칙의 결과는 변수값들 P, I, 및 D의 세트, 즉 변수들의 기본값들에 대응하며, 여기서 P1에서 P7, I1에서 I7, 및 D1에서 D7은모두 변수들의 기본값들로 미리 결정된다. 일 실시예에서, PID 변수들의 기본값들은 다음의 표 5의 세트에 따른다.
P P1=40 P2=50 P3=55 P4=60 P5=55 P6=45 P7=40
I I1=50 I2=55 I3=60 I4=90 I5=65 I6=50 I7=45
D D1=30 D2=40 D3=40 D4=40 D5=45 D6=40 D7=35
PID 제어 변수들은 PID 변수들의 기본값들에 따라 다음의 식으로 계산될 수 있다.
PID(k)=Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd(e(k)_2e(k-1)+(k-2)),
k는 표본 주기(sampling cycle)의 시간(k)이고, Kp는 비례 상수이고, e(K)는 표본 주기의 시간(k)의 차이값이고, Ki = KpT/Ti, Kd = KpTd/T에서, T는 표본 주기, Ti는 시간 적분값(integrating time), Td는 시간 미분값(derivative time)이다.
PID 제어 변수들에 따라 조절 제어 변수들(OP1)을 얻을 수 있다.
S107. 조절 제어 변수들(OP1)을 제1 다중 피드포워드 요소들(FFV) 및 제2 다중 피드포워드 요소들(FFT)과 조합하는 것에 의해서, 석탄 가스 흐름을 조정하기 위한 밸브 및 공기 흐름을 조정하기 위한 밸브를 최종 제어 출력 값(final control output value)으로 제어한다.
도 2를 참조하면, 본 발명은 또한, 열전대(thermocouple)(201), 노 온도차를 계산하는 모듈(202), 노 온도 변화의 증감률을 계산하는 모듈(203), 점화식 가열 기계 세트의 속도 조절자(204), 제1 다중 피드포워드 모듈(205), 제2 다중 피드포워드 모듈(206), 조절 제어 변수를 생성하는 모듈(207), 흐름 제어기(208), 석탄 가스 흐름을 조정하는 밸브(209), 석탄 가스 흐름 검출기(210), 공기 흐름을 조정하는 밸브(211), 및 공기 흐름 검출기(212)를 포함하는, 점화식 가열기의 노 온도 제어 장치를 개시한다.
열전대(201)는 버너(burner)(200)에 인접하게 배치되고, 노 온도들을 모니터링(monitoring)하기 위해 사용된다. 열전대(201)는 노 온도의 피드백 값들을 출력하기 위한 아날로그-디지털 변환 모듈(201b)을 가진다.
노 온도차를 계산하는 모듈(202)은 열전대(201)의 아날로그-디지털 변환 모듈(201b)에 연결된다. 노 온도차를 계산하는 모듈(202)은 노 온도 설정 값들을 저장한다. 노 온도차를 계산하는 모듈(202)은 노 온도 설정값들 및 노 온도 피드백 값들에 기초하여, 노 온도 설정 값들 및 노 온도 피드백 값들 사이의 차이들을 계산하고, 이 차이들을 차이값들(DV1)으로 설정한다. 일 실시예에서, 노 온도 설정값들과 노 온도 피드백 값들 사이의 차이값들(DV1)은 퍼지 제어 서브셋(fuzzy control subset)으로 설정되고, 퍼지 제어 서브셋 E = {NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB} = {음수(대), 음수(중), 음수(소), 0, 양수(소), 양수(중), 양수(대)} = {-18, -12, -6, 0, 6, 12, 18}이다. 즉, 차이값들(DV1)과 서브셋 {-18, -12, -6, 0, 6, 12, 18} 사이의 비교에 따라, 차이값들(DV1)은 서브셋 {음수(대), 음수(중), 음수(소), 0, 양수(소), 양수(중), 양수(대)}으로 분류되고, {NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB}으로 표현된다.
노 온도 변화의 증감률(gradient)을 계산하는 모듈(203)은 노 온도 변화를 계산하는 모듈(202)에 연결된다. 노 온도 변화의 증감률을 계산하는 모듈(203)은 단위 시간 당 노 온도 설정값들 및 노 온도 피드백 값들 사이의 차이들, 즉 노 온도 변화값들의 증감률들인 차이값들(DV2)을 계산하고 설정한다. 일 실시예에서, 차이값들(DV2)인 노 온도 변화값의 증감률들은 퍼지 제어 서브셋으로 설정되고, 퍼지 제어 서브셋 EC = {NM, NS, ZE, PS, PM} = {음수(중), 음수(소), 0, 양수(소), 양수(중)} = {-1.5, -1, 0, 1, 1.5}이다. 즉, 차이값들(DV2) 및 서브셋 {-1.5, -1, 0, 1, 1.5} 사이의 비교에 따라, 차이값들(DV2)은 서브셋 {음수(중), 음수(소), 0, 양수(소), 양수(중)}으로 분류되고, {NM, NS, ZE, PS, PM}으로 표현된다.
점화식 가열 기계 세트의 속도 조절자(204)는 점화식 가열 기계 세트의 속도(V)를 얻기 위하여 사용된다.
속도 조절자(204)에 연결된 제1 다중 피드포워드 모듈(205)은 점화식 가열 기계 세트의 속도(V)에 따라 제1 다중 피드포워드 출력 요소들(FFV)를 얻는다. 일 실시예에서, 제1 다중 피드포워드 모듈(205)은 다음의 표 6에 기초하여, 점화식 가열 기계 세트의 속도(V)에 따라 제1 다중 피드포워드 출력 요소들(FFV)을 얻는다.
V
100 110 120 130 140 150 160
FFV FFV1 FFV2 FFV3 FFV4 FFV5 FFV6 FFV7
즉, 점화식 가열 기계 세트의 속도(V)의 다른 범위는 다른 제1 다중 피드백 출력 요소들(FFV)에 대응한다. FFV1에서 FFV7들은 설정 변수들의 세트이다. 일 실시예에서, FFV의 값들은 FFV1 =2, FFV2 = 3.5, FFV3 = 5, FFV4 = 6.5, FFV5 = 8, FFV6 = 10, FFV7 = 12으로 설정된다.
노 온도 변화를 계산하는 모듈(202)에 연결된 제2 다중 피드포워드 모듈(206)은 노 온도 설정값들 및 노 온도 피드백 값들 사이의 차이들, 즉 차이값들(DV1)에 따라, 제2 다중 피드포워드 출력 요소들(FFT)를 얻는다. 일 실시예에서, 제2 다중 피드포워드 모듈(206)은 다음의 표 7에 기초하여, 노 온도 설정값들 및 노 온도 피드백 값들 사이의 차이들(DV1)에 따라 제2 다중 피드포워드 출력 요소들(FFT)을 얻는다.
DV1
-18 -12 -6 0 6 12 18
FFT FFT1 FFT2 FFT3 FFT4 FFT5 FFT6 FFT7
즉, 노 온도 설정값들과 노 온도 피드백 값들 사이의 차이들(DV1)의 다른 범위는 다른 제2 다중 피드백 출력 요소들(FFT)에 대응한다. FFT1에서 FFT7들은 설정 변수들의 세트이다. 일 실시예에서, FFT의 값들은 FFT1 =6, FFT2 = 3, FFT3 = 1.5, FFT4 = 0.2, FFT5 = -1.6, FFT6 = -3.5, FFT7 = -6로 설정된다.
노 온도 차이를 계산하는 모듈(202) 및 노 온도 변화의 증감률을 계산하는 모듈(203)에 연결된 조절 제어 변수를 생성하는 모듈(207)은, 퍼지 제어 규칙에 기초하여 차이값들(DV1, DV2)에 따라 PID 제어 변수를 검색하고, PID 제어 변수들에 따라 조절 제어 변수들(OP1)을 생성한다. 일 실시예에서, 퍼지 제어 규칙은 다음과 같다.
퍼지 규칙의 결과들은 다음의 표 8에 기초하여, DV1 및 DV2의 서브셋들에 따라 얻어진다.
E
NB NM NS ZE PS PM PB


EC		 NM PB PB PM PM PS PS PS
NS PB PM PM PS PS PS PS
ZE PM PM PS PS PS PS PS
PS PS PS PS NS NM NM NM
PM PM PS NS NM NB NB NB
퍼지 규칙의 결과들은 NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB을 포함하고, PID 변수들의 기본값들은 다음의 표 9에 기초하여, 퍼지 규칙의 결과들에 따라 얻어진다.
퍼지 규칙의 결과
NB NM NS ZE PS PM PB
P P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7
I I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7
D D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
각 퍼지 규칙의 결과는 변수들의 값들 P, I, 및 D의 세트, 즉 변수들의 기본값들에 대응하고, P1에서 P7, I1에서 I7, 및 D1에서 D7들은 모두 변수들의 기본값들로 미리 결정된다. 일 실시예에서, PID 변수들의 기본값들은 다음의 표 10과 같이 설정된다.
P P1=40 P2=50 P3=55 P4=60 P5=55 P6=45 P7=40
I I1=50 I2=55 I3=60 I4=90 I5=65 I6=50 I7=45
D D1=30 D2=40 D3=40 D4=40 D5=45 D6=40 D7=35
PID 제어 변수들은 PID 변수들의 기본값들에 따라 다음의 식으로 계산될 수 있다.
PID(k)=Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd(e(k)_2e(k-1)+(k-2))，
여기서, k는 표본 주기의 시간(k)이고, Kp는 비례 상수이며, e(K)는 표본 주기의 시간(k)의 차이값이고, Ki = KpT/Ti, Kd = KpTd/T에서, T는 표본 주기, Ti는 시간 적분값, Td는 시간 미분값이다.
조절 제어 변수를 생성하는 모듈(207)은 PID 제어 변수에 따라 조절 제어 변수(OP1)를 얻는다.
조절 제어 변수를 생성하는 모듈(207), 제1 다중 피드포워드 모듈(205), 및 제2 다중 피드포워드 모듈(206)에 연결된 흐름 제어기(flow controller)(208)는, 조절 제어 변수(OP1)를 제1 다중 피드포워드 요소들(FFV) 및 제2 다중 피드포워드 요소들(FFT)과 조합하여 최종 제어 출력 값을 생성한다.
흐름 제어기(208)에 연결된 석탄 가스 흐름을 조정(regulating)하는 밸브(209)는 최종 제어 출력 값에 따라 석탄 가스 흐름을 조정한다.
흐름 제어기(208)에 연결된 석탄 가스 흐름 검출기(coal gas flow detector)(210)는 현재의 석탄 가스 흐름을 검출하고 이를 피드백한다.
흐름 제어기(208)에 연결된 공기 흐름을 조정하는 밸브(211)는 최종 제어 출력 값에 따라 공기 흐름을 조정한다.
흐름 제어기(208)에 연결된 공기 흐름 검출기(212)는 현재의 공기 흐름을 검출하고 이를 피드백한다.
본 발명에 따른 점화식 가열로의 노 온도를 조절하는 방법의 기본 논리는 노 온도 변화 값들 및 노 온도 변화율에 따라 노 온도의 차이의 값과 노 온도 변화의 경향을 얻을 수 있는 것이다. 퍼지 제어 규칙에 따라, 퍼지 제어가 정상상태(steady-state) 제어에서 우수하고 다중 피드포워드 제어가 비정상상태 제어에서 우수한 사실들에 기초하여, 다른 PID 변수들의 조합들뿐 아니라 다른 다중 피드포워드 보상값들 및 퍼지 제어 규칙들은 다른 환경들 하에서 사용될 수 있을 것이다. 그러므로, 큰 차이에서는 빠르게 반응하고, 신속하게 조절하며, 전이 시간이 짧아지며, 작은 차이에서는 조절 경향을 늦추고, 오버슈팅을 감소하며, 노 온도를 빠르게 안정시켜서, 노 온도의 예측은 향상될 것이다. 도 3은 본 발명에 따른 점화식 가열로의 노 온도를 제어하는 방법의 기본 제어 논리를 보여준다.
본 발명에 따른 점화식 가열로의 노 온도를 제어하는 방법 및 제어 장치의 기본 컨셉은, 노 온도 변화값들 및 노 온도 변화율들에 따라 노 온도의 차이 및 노 온도 변화의 경향의 값을 얻을 수 있다는 것이다. 퍼지 제어가 정상상태(steady-state) 제어에서 우수하고 다중 피드포워드 제어가 비정상상태 제어에서 우수한 특성들을 갖는 퍼지 제어 알고리즘(algorithm) 및 퍼지 제어 규칙을 설계함으로써, 다른 PID 변수들의 조합들뿐 아니라 다른 다중 피드포워드 보상값들 및 퍼지 제어 규칙들은 다른 환경들 하에서도 사용될 수 있을 것이다. 그러므로, 큰 차이에서는 빠르게 반응하고, 신속하게 조절하며, 전이 시간은 짧아지며, 작은 차이에서는 조절 경향을 늦추고, 오버슈팅을 감소하며, 노 온도를 빠르게 안정시켜서, 노 온도의 예측은 향상될 것이다.

Claims (10)

  1. 노 온도 피드백 값들을 얻기 위해 노 온도들을 측정하는 단계;
    노 온도 피드백 값들과 노 온도 설정 값들에 따라, 노 온도 설정 값들과 노 온도 피드백 값들 사이의 차이들인, 차이값들(DV1)을 계산하는 단계;
    단위 시간 당 노 온도 설정 값들과 노 온도 피드백 값들 사이의 차이들, 즉 노 온도 변화 값들의 증감률들인, 차이값들(DV2)을 계산하는 단계;
    점화식 가열 기계 세트의 속도 조절자로부터 점화식 가열 기계 세트의 속도(V)를 획득하고, 점화식 가열 기계 세트의 속도(V)에 따라 제1 다중 피드 포워드 출력 요소들(FFV)를 획득하는 단계;
    노 온도 설정 값들과 노 온도 피드백 값들 사이의 차이들인 차이값들(DV1)에 따라, 제2 다중 피드포워드 출력 요소들(FFT)을 획득하는 단계;
    퍼지 제어 규칙에 기초하여, 차이값들(DV1, DV2)에 따라 PID 제어 변수를 검색하고, PID 제어 변수에 따라 조절 제어 변수(OP1)를 생성하는 단계;
    조절 제어 변수(OP1)를 제1 다중 피드포워드 요소들(FFV) 및 제2 다중 피드포워드 요소들(FFT)과 조합하는 것에 의해서, 석탄 가스 흐름을 조정하는 밸브 및 공기 흐름을 조정하는 밸브를 최종 제어 출력 값으로 제어하는 단계;
    를 포함하는 점화식 가열로의 노 온도를 제어하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 퍼지 제어 규칙은:
    E = {NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB} = {음수(대), 음수(중), 음수(소), 0, 양수(소), 양수(중), 양수(대)} = {-18, -12, -6, 0, 6, 12, 18}로 설정되는 차이값들(DV1)의 퍼지 제어 서브셋;
    EC = {NM, NS, ZE, PS, PM} = {음수(중), 음수(소), 0, 양수(소), 양수(중)} = {-1.5, -1, 0, 1, 1.5}로 설정되는 차이값들(DV2)의 퍼지 제어 서브셋;
    을 포함하는 점화식 가열로의 노 온도를 제어하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 퍼지 제어 규칙은:
    다음의 표에 기초하여, DV1 및 DV2의 서브셋들에 따라 퍼지 규칙의 결과들을 획득하는 단계;
    Figure pct00001

    다음의 표에 기초하여, 퍼지 규칙의 결과들에 따라 PID 변수들의 기본값들을 획득하는 단계;
    Figure pct00002

    상기 PID 변수들의 기본값들은 다음과 같이 설정되고,
    Figure pct00003

    PID 변수들의 기본값들을 따라 다음의 식으로 PID 제어 변수를 계산하는 단계; 를 더 포함하며,
    상기 다음의 식은 PID(k)=Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd(e(k)_2e(k-1)+(k-2))이고,
    k는 표본 주기(sampling cycle)의 시간(k)이고, Kp는 비례 상수이고, e(K)는 표본 주기의 시간(k)의 차이값이고, Ki = KpT/Ti, Kd = KpTd/T에서 T는 표본 주기, Ti는 시간 적분값(integrating time), Td는 시간 미분값(derivative time)인,
    점화식 가열로의 노 온도를 제어하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    점화식 기계 세트의 속도(V)에 따라 제1 다중 피드포워드 출력 요소들(FFV)을 획득하는 단계는:
    다음의 표에 기초하여, 점화식 가열 기계 세트의 속도에 따라 제1 다중 피드 포워드 출력 요소들(FFV)을 획득하는 단계; 를 포함하며,
    Figure pct00004

    FFV의 값들은 FFV1 =2, FFV2 = 3.5, FFV3 = 5, FFV4 = 6.5, FFV5 = 8, FFV6 = 10, FFV7 = 12으로 설정되는,
    점화식 가열로의 노 온도를 제어하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    노 온도 설정 값들과 노 온도 피드백 값들 사이의 차이들인 차이값들(DV1)에 따라, 제2 다중 피드포워드 출력 요소들(FFT)을 획득하는 단계는:
    다음의 표에 기초하여, 노 온도 설정 값들과 노 온도 피드백 값들 사이의 차이들(DV1)에 따라 제2 다중 피드 포워드 출력 요소들(FFT)을 획득하는 단계를 포함하며,
    Figure pct00005

    FFT의 값들은 FFT1 =6, FFT2 = 3, FFT3 = 1.5, FFT4 = 0.2, FFT5 = -1.6, FFT6 = -3.5, FFT7 = -6으로 설정되는,
    점화식 가열로의 노 온도를 제어하는 방법.
  6. 버너(burner)에 인접하게 배치되고, 노 온도들을 모니터링(monitoring)하기 위해 사용되며, 노 온도의 피드백 값들을 출력하기 위한 아날로그-디지털 변환 모듈을 갖는 열전대;
    열전대의 아날로그-디지털 변환 모듈에 연결되고, 노 온도 설정 값들을 저장하고, 노 온도 설정 값들과 노 온도 피드백 값들 사이의 차이들을 계산하고, 이 차이들을 차이값들(DV1)로 설정하는 노 온도차를 계산하는 모듈;
    노 온도 차이를 계산하는 모듈에 연결되고, 단위 시간 당 노 온도 설정 값들과 노 온도 피드백 값들의 차이들, 즉 노 온도 변화 값들의 증감률들인 차이값들(DV2)을 계산하고 설정하는 노 온도 변화의 증감률을 계산하는 모듈;
    점화식 가열 기계 세트의 속도(V)를 얻기 위하여 사용되는, 점화식 가열 기계 세트의 속도 조절자;
    속도 조절자에 연결되고, 점화식 가열 기계 세트의 속도에 따라 제1 다중 피드포워드 출력 요소들(FFV)를 얻는 제1 다중 피드포워드 모듈;
    노 온도 변화를 계산하는 모듈에 연결되고, 노 온도 설정값들 및 노 온도 피드백 값들의 차이들, 즉 차이값(DV1)에 따라 제2 다중 피드포워드 출력 요소들(FFT)를 얻는 제2 다중 피드포워드 모듈;
    노 온도 차이를 계산하는 모듈 및 노 온도 변화의 증감률을 계산하는 모듈에 연결되고, 퍼지 제어 규칙에 기초하여 차이값들(DV1, DV2)에 따라 PID 제어 변수를 검색하고, PID 제어 변수들에 따라 조절 제어 변수들(OP1)을 생성하는 조절 제어 변수를 생성하는 모듈;
    조절 제어 변수를 생성하는 모듈, 제1 다중 피드포워드 모듈, 및 제2 다중 피드포워드 모듈에 연결되고, 조절 제어 변수(OP1)를 제1 다중 피드포워드 요소들(FFV) 및 제2 다중 피드포워드 요소들(FFT)과 조합하여 최종 제어 출력 값을 생성하는 흐름 제어기(flow controller);
    흐름 제어기에 연결되고, 최종 제어 출력 값에 따라 석탄 가스 흐름을 조정하는 석탄 가스 흐름을 조정하는 밸브;
    흐름 제어기에 연결되고, 현재의 석탄 가스 흐름을 검출하고 이를 피드백하는 석탄 가스 흐름 검출기;
    흐름 제어기에 연결되고, 최종 제어 출력 값에 따라 공기 흐름을 조정하는 공기 흐름을 조정하는 밸브;
    흐름 제어기에 연결되고, 현재의 공기 흐름을 검출하고 이를 피드백하는 공기 흐름 검출기;
    를 포함하는 점화식 가열로의 노 온도를 제어하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 퍼지 제어 규칙은,
    E = {NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB} = {음수(대), 음수(중), 음수(소), 0, 양수(소), 양수(중), 양수(대)} = {-18, -12, -6, 0, 6, 12, 18}로 설정된 차이값들(DV1)의 퍼지 제어 서브셋;
    EC = {NM, NS, ZE, PS, PM} = {음수(중), 음수(소), 0, 양수(소), 양수(중)} = {-1.5, -1, 0, 1, 1.5}로 설정된 차이값들(DV2)의 퍼지 제어 서브셋;
    을 포함하는 점화식 가열로의 노 온도를 제어하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 퍼지 제어 규칙은:
    다음의 표에 기초하여 서브셋들(DV1, DV2)을 따라 퍼지 규칙의 결과들을 얻는 것;
    Figure pct00006

    다음의 표에 기초하여, 퍼지 규칙의 결과들에 따라 PID 변수들의 기본값들을 얻는 것;
    Figure pct00007

    PID 변수들의 기본값들은 다음과 같이 설정되며,
    Figure pct00008

    PID 변수들의 기본값들에 따라 PID 제어 변수를 계산하는 것; 을 더 포함하며,
    상기 다음의 식은 PID(k)=Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd(e(k)_2e(k-1)+(k-2))이고,
    k는 표본 주기의 시간(k)이고, Kp는 비례 상수이며, e(K)는 표본 주기의 시간(k)의 차이값이고, Ki = KpT/Ti, Kd = KpTd/T에서, T는 표본 주기, Ti는 시간 적분값, Td는 시간 미분값인,
    점화식 가열로의 노 온도를 제어하는 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    제1 다중 피드포워드 모듈은 다음의 표에 기초하여, 점화식 가열 장치 세트의 속도(V)에 따라 제1 다중 피드포워드 출력 요소들(FFV)을 얻으며,
    Figure pct00009

    FFV의 값들은 FFV1 = 2, FFV2 = 3.5, FFV3 = 5, FFV4 = 6.5, FFV5 = 8, FFV = 10, FFV7 = 12으로 설정되는,
    점화식 가열로의 노 온도를 제어하는 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    제2 다중 피드포워드 모듈은 다음의 표에 기초하여, 노 온도 설정값들 및 노 온도 피드포워드 값들 사이의 차이들(DV1)에 따라 제2 다중 피드포워드 출력 요소들(FFT)를 얻으며,
    Figure pct00010

    FFT의 값들은 FFT1 = 6, FFT2 = 3, FFT3 = 1.5, FFT4 = 0.2, FFT5 = -1.6, FFT6 = -3.5, FFT7 = -6로 설정되는,
    점화식 가열로의 노 온도를 제어하는 장치.
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