摘 要：針對(duì)以重油為燃料的三段式連續(xù)加熱爐，在實(shí)施計(jì)算機(jī)DCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用專家控制實(shí)現(xiàn)了加熱爐溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，控制效果很好。 關(guān)鍵詞：加熱爐 溫度 DCS 專家控制 1 引言 　　某軋鋼廠加熱爐，為三段式連續(xù)加熱爐，以重油作為燃料，每段的上下均設(shè)有一排燒嘴，但二加熱段上面的燒嘴沒使用。考慮影響加熱爐溫度的因素很多，不確定的干擾也很多，如待加熱的鋼坯是冷坯還是熱坯、燃油的質(zhì)量如何、出鋼的速度快慢、爐壓的大小、空燃比的大小等等。為保證加熱質(zhì)量，提高產(chǎn)量，降低能耗，提高控制性能，有效抑制各種擾動(dòng)，首先利用DCS系統(tǒng)對(duì)電控部分進(jìn)行了改造，取代了原來(lái)的分散手操控制，并運(yùn)用專家控制實(shí)現(xiàn)了加熱爐溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。 2 系統(tǒng)硬件配置 　　計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)（即計(jì)算機(jī)DCS系統(tǒng)）由上位系統(tǒng)和下位系統(tǒng)組成。上位系統(tǒng)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，用Siemens組態(tài)軟件WinCC完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)、報(bào)警處理、打印及控制參數(shù)設(shè)定。下位系統(tǒng)由Siemens PLC構(gòu)成，與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連。上位系統(tǒng)和下位系統(tǒng)之間的通訊采用Profibus方式，其最高傳輸速率可達(dá)1.5Mbit/s，完全滿足對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求。DCS系統(tǒng)組成如圖1所示。 3 專家控制器及軟件組態(tài) 　　3.1 專家控制器 　　此加熱爐原來(lái)是手操控制，由于手操控制調(diào)節(jié)不及時(shí)，而且對(duì)操作工的經(jīng)驗(yàn)有依賴性，一直能耗降不下來(lái)。采用常規(guī)的PID自動(dòng)控制，特別是在燃油的粘稠度、熱值有很大差異，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備老化的情況下，顯得適應(yīng)性不夠，控制效果也不好。因此，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，我們采用了專家控制的思想，設(shè)計(jì)了加熱爐溫度的專家控制器。 　　專家控制器由知識(shí)庫(kù)、控制規(guī)則集、推理機(jī)構(gòu)及信息獲取與處理四個(gè)部分組成。其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。 [align=center] 圖2 專家控制器結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　3.1.1 知識(shí)庫(kù) 　　由事實(shí)集和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)、經(jīng)驗(yàn)公式等組成。事實(shí)集主要包括被控對(duì)象（加熱爐）的有關(guān)知識(shí)，如該加熱爐為三段式（二加熱段、一加熱段和均熱段）推鋼連續(xù)加熱爐，每段分為東、西兩側(cè)溫度檢測(cè)點(diǎn)，是通過(guò)控制電動(dòng)執(zhí)行閥的開度，調(diào)節(jié)燃油和空氣的流量來(lái)控制加熱爐各段溫度的。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)包括加熱爐的參數(shù)變化范圍，控制參數(shù)的調(diào)整范圍及其限幅，傳感器的靜、動(dòng)態(tài)特性、參數(shù)及閾值，控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)以及由專家總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)公式等。 　　3.1.2 控制規(guī)則集 　　根據(jù)專家（或熟練操作工）對(duì)被控對(duì)象的特點(diǎn)及其操作控制的經(jīng)驗(yàn)，可采用產(chǎn)生式規(guī)則、模糊關(guān)系及解析形式等多種方法來(lái)描述被控對(duì)象的特征，這樣可以處理各種定性的、模糊的、定量的、精確的信息。 　　我們通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)的一段時(shí)間調(diào)研，觀察總結(jié)三個(gè)班次的熟練操作工的操作控制經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合書本上的理論知識(shí)，采用產(chǎn)生式規(guī)則構(gòu)成控制規(guī)則集。在調(diào)試過(guò)程中，一開始發(fā)現(xiàn)響應(yīng)慢，調(diào)節(jié)時(shí)間比較長(zhǎng)，于是在規(guī)則中考慮了一個(gè)回調(diào)量，但是后來(lái)又發(fā)現(xiàn)最大偏差值增大（即超調(diào)量增大），于是決定在偏差大時(shí)不加回調(diào)，當(dāng)偏差小于某一個(gè)值時(shí)，再加回調(diào)，使系統(tǒng)盡快達(dá)到穩(wěn)態(tài)。這里，把輸入量1（溫度偏差）根據(jù)其大小范圍分為九個(gè)等級(jí);把輸入量2（溫度偏差的變化量）按其大小分為七個(gè)等級(jí)。把控制量（電動(dòng)執(zhí)行閥的開度）的輸出（增量式）分為13個(gè)等級(jí)。其中要加限幅條件。最后，總結(jié)出了55條控制規(guī)則，即形成本專家控制器的控制規(guī)則集。 　　3.1.3 推理機(jī)構(gòu) 　　由于本專家控制器的知識(shí)庫(kù)及控制規(guī)則集的規(guī)模較小，因此，推理機(jī)構(gòu)的搜索空間有限，采用的是前向推理機(jī)制。對(duì)于控制規(guī)則由前向后逐條匹配，直至匹配成功（當(dāng)然，編寫控制規(guī)則時(shí)要考慮不能出現(xiàn)失控現(xiàn)象）。 　　3.1.4 信息獲取與處理 　　信息獲取主要是通過(guò)閉環(huán)控制的反饋信息及系統(tǒng)的輸入信息而得到，通過(guò)對(duì)信息的處理得到控制系統(tǒng)的誤差及其誤差的變化量等對(duì)控制有用的信息。本加熱爐是用熱電偶來(lái)檢測(cè)各段爐溫，然后與各段爐溫設(shè)定值比較得到其偏差量，并通過(guò)計(jì)算得到偏差的變化量。分段實(shí)施控制。另外，信息的處理還包括必要的數(shù)據(jù)濾波措施。本系統(tǒng)采用算術(shù)平均濾波。 　　3.2 軟件組態(tài) 　　3.2.1 監(jiān)控界面組態(tài) 　　在上位機(jī)上，對(duì)采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，使操作員能及時(shí)了解加熱爐的工作狀態(tài)，對(duì)主要數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)達(dá)一年之久，可方便地查詢和打印，并可完成控制參數(shù)的設(shè)定、報(bào)警參數(shù)的設(shè)定。用WinCC組態(tài)的主監(jiān)控界面如圖3所示。 [align=center] 圖3 主監(jiān)控界面[/align] 　　另外，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，還組態(tài)了包括汽包畫面、控制參數(shù)設(shè)置界面、歷史趨勢(shì)曲線界面、壓力水位界面、報(bào)警界面及報(bào)表打印界面等。它們都與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相鏈接，并在界面上動(dòng)態(tài)地顯示出來(lái)。同時(shí)，在此界面上還可以進(jìn)行手、自動(dòng)的無(wú)擾切換。 　　3.2.2 控制算法的實(shí)現(xiàn) 　　專家控制的控制算法在下位系統(tǒng)（PLC）上實(shí)現(xiàn)，用Step 7編程?？紤]到加熱爐的生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)慢變化過(guò)程，具有時(shí)間延遲，控制信號(hào)的輸出不能過(guò)于頻繁，否則會(huì)產(chǎn)生振蕩。所以，每經(jīng)過(guò)5個(gè)采樣周期輸出一次控制信號(hào)。其軟件流程如圖4所示。 [align=center] 圖4 軟件流程圖[/align] 　　3.3 應(yīng)用效果 　　采用DCS系統(tǒng)及專家控制以后，首先使操作工操作方便，使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊即可，整個(gè)加熱爐的運(yùn)行狀況在計(jì)算機(jī)屏幕上一目了然。從控制性能看，調(diào)節(jié)比較及時(shí)，超調(diào)不大，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，上下波動(dòng)在±5℃以內(nèi)。從節(jié)能降耗看，每天節(jié)省重油約3噸，按每噸1100元人民幣計(jì)算，每月節(jié)省約10萬(wàn)，每年獲利潤(rùn)約120萬(wàn)人民幣。給企業(yè)帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益。 4 結(jié)束語(yǔ) 　　本系統(tǒng)投運(yùn)以來(lái)，一直穩(wěn)定運(yùn)行。其專家控制算法簡(jiǎn)單實(shí)用，控制效果好，對(duì)于中小型軋鋼加熱爐值得推廣。 參考文獻(xiàn) 　　1 李士勇，模糊控制•神經(jīng)控制和智能控制論，哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1996：244～246 　　2 孫增圻，智能控制理論與技術(shù)，北京：清華大學(xué)出版社，1997：264～270