摘 要
该应用主要研究分析实践了竖炉燃烧控制的原理及其特点，确立了基于VisualBasic6.0语言编程环境下模糊数学矩阵模型和PID结合的竖炉燃烧控制策略。最终提高了燃料的利用率，同时也达到了提高燃料空燃比的目的，实现燃料在燃烧过程中的基础自动化和多变量联合控制，使得竖炉然自动控制和生产指标进一步优化。
【关键词】IndustrialIT OPC 模糊
1 系统概述
冶金行业燃烧室自动燃烧控制过程影响因素较多，比如：采用传统的PID控制自动燃烧室，则自动燃烧室的烧成质量波动比较大，也直接影响到炼铁系统的经济效益。为了进一步提高燃烧室燃烧控制系统的稳定性，需要对燃烧室的燃烧控制原理和相应特点进行分析研究，最终确立了基于VisualBasic6.0语言编程环境下模糊数学矩阵模型和PID结合的竖炉燃烧控制策略。该程序功能在ABB公司的IndustrialIT AC800F系统外挂OPC网关实现，程序根据竖炉燃烧室的工艺特点，既提高了燃烧室燃料的利用效率，又达到了燃烧室维持合理空燃比的目的，确保燃烧室在燃烧期间将自动化与多变量联合控制，实现竖炉燃烧自动控制和生产指标的优化。
2 程序功能设计和算法说明
通过采用模糊控制、PID控制相结合的方法来达到竖炉温度的最优化控制。首先，采用模糊PID控制方法来控制燃烧室的温度，换言之为自动调节燃烧室的温度，即燃烧室的温度偏差较大时，模糊控制就会在短时间内调节温度的偏差；如果燃烧室的温度偏差比较小时，则利用PID进行积极调整，进而确保燃烧室温度的稳定性。由于燃烧室的空气量与温度成反比，而在燃烧室建立模糊规则模型调控温度，则燃烧室的空气量与温度成正比，即燃气量增大，空燃比就增加，燃烧室的温度就会升高，因此在控制燃烧室竖炉温度期间可以用空气量乘以合理的空燃比系数。
当系统模糊外围决策变量（如：煤气总管流量和压力等）偏离时，将系统调整到无偏差稳定状态非常重要，然后将调整后的系统控制量定位为模糊决策的输出。当系统调整到误差状态时，主要由PID调节实现，最终对其状态的稳定与否进行判断，为了提高判断的准确性，主要通过在一定时间范围内检测误差范围，最后根据模糊决策公式，修正相应的参数使模糊决策得以修正。由于燃燒室模糊自动控制系统由多个燃烧室组成，因此在自动化系统控制过程中，需要结合已有参数包括煤气阀位、煤气流量、煤气压力等来确定配风量条件的充分性，同时还要结合相应的实验，才能获得较为客观的结果。经过一定时间对配风量的细致研究，确定了最佳配风量的影响因素，从而确定了煤气阀位、煤气流量、煤气压力与配风量的对应关系。这步实质是将我们技术人员的控制经验加以总结得出的一条条模糊条件控制的集合表述，最终能确定各变量的模糊语言取值及相应的隶属函数，即进行模糊化。由于部分参数可以由技术人员根据实际情况做适当调整，因此其配风量相对比较合理。
模糊推理软件的主体程序建立在上位机OS上，根据时间和事件的不断发生，因而被周期性的启动运行。控制参数也是建立在对离线分析（包括数学模型和实物模型的实验）、在线分析的基础上，最终结合岗位工人师傅的操作经验才确定的。在具体研究期间，由于一部分控制参数固化在模糊推理软件中，它不需要改变，而另一部分参数与外界因素有非常紧密的联系，因此当这些因素的变化对燃烧控制影响较大时，现场的技术人员需要对参数进行调整，才能确保模糊推理软件主体程序的合理运行。
3 程序设计和技术关键
3.1 模拟量数据抗干扰设计
在此程序的模拟量输入信号（如温度、压力、流量）环节经过OPC网关采集的工程单位转换后增加一个微分器环节功能块，当数值从输出OUT端输出时间延后时，该微分器环节功能块可以滤除信号的异常变化，为了能够正常合理运行，一班设置滞后时间微分常数为3s。在模拟信号经过微分器环节功能块延迟过滤处理后，模拟量信号的干扰点被排除，因而获得的信号比较平稳，主要源于模拟量信号经过微分模块计算后得出了抗干扰信号最终送到模糊控制程序的逻辑中，因而信号获得过程抗干扰能力强。
3.2 确定燃烧室燃烧控制变量偏差和偏差率
确定煤气和空气流量、压力、废气量和燃烧室温度等控制模糊控制器的输入、输出变量的偏差，同时还要确定其偏差的变化率，在二者结合的情况下才能确定模糊控制器的加权系数。在燃烧室实际运用过程中，要清晰各个数据的实际输入、输出变量变化范围，最终才能确定它们的量化等级、量化因子和比例系数。
3.3 制作出燃烧室控制模糊矩阵控制表
模糊数学矩阵模型我们选取了7个，然后对所选的7个数学矩阵模型的模糊集定义其隶属函数，然后根据燃烧室问题的不同其间隔呈现不均匀现象。在此现象基础上，确定煤气流量模糊控制规则的同时，还要确保下一步使用传统PID控制器的输出能够使得系统输出响应的动静态性达到最佳状态。经模糊数学矩阵模型回路计算后快速作用在煤气流量调节阀上输出阀位开阀百分比，注意的是程序中我们对阀位的输出是有变化速率限制的，一般设置为5%的变化。
3.4 燃烧室PID微调控制
根据模糊矩阵模型调节，当选取的煤气、空气、温度等变量偏差变化率的值在负小和正小范围内时，燃烧室控制系统调用传统PID进行燃烧室温度和煤气流量的精确调整，需对比例因子P和细调因子I进行调整、观察和再调整以达到理想的控制空燃比效果。
4 结束语
该项研究成果已经在某炼铁厂球团3#、4#竖炉燃烧室自动燃烧控制应用系统实际应用中，实现了ABB公司的IndustrialIT AC800F系统通过外挂OPC网关和VisualBasic语言模糊控制程序控制系统的无逢集成。竖炉燃烧自动运行率达到97%，由此可见燃烧室的竖炉燃烧的可靠性更高、性能更加完善，同时运用也非常方便。并且由于竖炉燃烧期间情况稳定，因此燃烧效果和竖炉的温度都非常稳定，最终提高了产品的质量，也节约了大量的能源资源，从整体上提高了经济效益，该项成果还可以广泛应用于冶金、水泥等涉及密闭燃烧室控制的领域。
参考文献
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作者单位
河钢集团宣钢公司 河北省张家口市 075100
