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提高加熱爐溫度控制魯棒性的研究2005年8月(2)

由圖1可知,在蓄熱式加熱爐控制系統中,有設備良好需求的是PLC核心控制器、煤氣調節閥、測溫熱電偶、上位計算機。它們的性能指標相當于H 控制理論的矩陣A。根據工業現場的實踐經驗,PLC核心控制器、測溫熱電偶、上位計算機一般不存在性能下降的問題,只存在通?刂评碚撝兴^的完全故障問題。而煤氣調節閥處于高溫、多塵、維修保養困難的環境,條件惡劣,又屬于機電一體化的設備,而濟鋼的煤氣品質也較差,對煤氣調節閥運行的影響較大,F場實際情況也證明,煤氣調節閥的性能均有不同程度的、較顯著的下降,對系統魯棒性的影響最大,因此把降低煤氣調節閥性能下降所造成的影響作為提高系統魯棒性的關鍵因素來考慮。

2.2  針對加熱爐工況躍變,提高系統魯棒性的分析與實踐

該蓄熱式加熱爐采用了比較少見的蓄熱式空氣、煤氣雙預熱燃燒技術,該工藝流程就決定了每間隔2~4分鐘就會進行一次換向燃燒。每次換向都將切斷煤氣供給,停止燃燒大約25秒鐘,F場測試表明,每次換向都會導致爐膛溫度快速下降約4~8℃。為了減弱此外部擾動德的沖擊,系統采用了前饋控制技術,自動追蹤換向時間,在換向前,提前將設定溫度提高約3~5℃(可以根據溫度段的不同采用不同的前饋量),從而避免或減弱系統受干擾的沖擊而震蕩的可能。作為提高設備魯棒性的調整用修正了測溫熱電偶的位置來減弱了火焰對測溫熱電偶的沖刷,提高測溫輸入信號的穩定性,對整個系統的魯棒性提高也起到了重要作用。

2.3 提高煤氣調節閥的魯棒性的分析與實踐

    首先作煤氣調節閥狀態的全部測定;確認性能顯著下降輸出的有界范圍,使理論初步具備工程背景。然后依據現場采集的實驗數據,進行分析測試,最終得到無關無記憶狀態的反饋控制律,以確保閉環系統在煤氣調節閥性能顯著下降情形下和H 范數界約束條件下是二次穩定。圖2、圖3所示為煤氣調節閥的特性狀態測試示意圖。

圖2  新調節閥特性示意圖

圖3 舊調節閥特性示意圖

   由圖2、圖3中煤氣流量變化與調節閥閥位開度的對應關系可以看出,良好狀態的調節閥達到了設計使用說明書中的閥位(2%的死區)靈敏度。而性能狀態下降的調節閥出現死區范圍增大,靈敏度下降并且在不同閥位位置各不相同的沒有規律的現象。通常此中現象的出現對控制系統幾乎是致命的。在該蓄熱式加熱爐的煤氣調節閥實際使用的行程范圍僅為5%~50%,在這樣的情況下,要完成良好的自動調節更是不可想象的。

   經實地分析導致調節閥性能下降最重要的原因是:煤氣介質清潔度不夠高。致使長期使用的調節閥門在不確定的位置,出現隨機的附加摩擦阻力。通過煤氣調節閥的使用觀察,其性能狀態下降并不是一個持續惡化的過程(如圖4所示)。因此煤氣調節閥性能狀態應屬一個有界的范圍,控制系統可以認定邊界可控,但需得到工藝認可。

圖4 煤氣調節閥使用性能變化圖

因此如何在控制思想上適應現場煤氣調節閥的實際現狀,提高系統魯棒性,就是試驗測試的重點。

首先,加熱爐屬于較大滯后的控制系統,不宜使用連續式的控制,試驗表明采用間斷性的控制方式,一方面減少系統震蕩的可能,另一方面十分有利于煤氣調節閥的壽命延長,也的確更有利于系統的穩定性,F場實測可知,從閥位調整引起煤氣流量變化,直至引起爐膛溫度開始變化,大約整個過程約需12秒鐘。顯而易見,高于每12秒鐘一次的控制頻率會加大系統自激的可能。

其次,系統必須在煤氣調節閥狀態良好以及性能下降后,都能穩定使用。當然性能下降后,控溫精度會有所下降,但也應保證一定的工藝要求。在大量實驗和數據對比的基礎上,同時結合熟練操作人員的經驗,總結出了一套自學習的模糊數值化的控制思路。鑒于煤氣調節閥狀態位置的不確定性,采用直接相關方式,爐膛溫度變化為最終目標,不斷調節修正使閥位漸漸逼近可操作的靈敏度范圍,采用累計控制的自學習技術,結合人工操作的智能判別,減弱了煤氣調節閥性能下降的影響。

2.4 效果

   提高溫度控制系統魯棒性的目的主要是使系統具有長期穩定運行的能力,適應各種不良工況和設備狀態,達到較高的溫度控制精度:預熱段、第一加熱段±10℃;第二加熱段、均熱段±8℃,而且也能夠在煤氣熱值大幅度波動和煤氣調節閥靈敏度嚴重下降的狀態下使用,滿足了工藝生產的基本要求:預熱段、第一加熱段±15℃;第二加熱段、均熱段±10℃。

3  結束語

   冶金工業的現場條件往往比較惡劣,而且生產線具有很強的連續性?刂葡到y中部分重要設備出現性能下降,也是正,F象。由于各種原因生產線常常必須長期處于這種條件下連續生產,因此提高加熱爐溫度控制系統的魯棒性在實際生產中更具有顯示意義。


 


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以上資料摘錄自《自動化儀表》雜志
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