焦炉压力控制的研究

1、.：.；焦炉压力控制的研讨摘要在炼焦消费过程中，焦炉集气管压力是炼焦消费中的重要参数，它的稳定性直接影响着焦炉的运用寿命和焦碳的消费。因此，如何控制集气管压力在给定值范围内是焦化消费中的重要问题，也是处理焦炉对环境产生污染的有效方法之一。随着科学的开展和提高，焦化行业向大规模开展，更多地采用多座焦炉并联的系统。由于管线相通，存在很强的耦合干扰，给集气管压力控制带来很多难题。本文在分析了双焦炉共用一套鼓风冷却系统的消费工艺特点后，提出了基于模糊传感器技术和双闭环层反响控制方案。内环采用PID算法，PID控制器根据实测压力值和给定值的偏向，控制各自的执行机构，完成第一层反响控制。外环采用模糊控制技

2、术，集气管压力形状模糊传感器在丈量背景知识下，给出当前两个集气管压力形状的言语描画。模糊控制器根据该言语值动态修正总管给定值，经过总管吸力的调理，完成第层反响控制，实现集气管和总管的双闭环控制。本文在焦炉集气管压力控制上的主要研讨成果如下:基于内环和外环反响设计了集气管压力控制系统，内环采用优化PID控制，外环采用模糊控制技术；采用模糊传感器技术，实现总管给定值的动态修正，处理了焦炉产气缺乏时和过足时的控制难题；根据蝶阀开度动态变化的特点，采用调理总管吸力为监视级控制，降低了个集气管的耦合干扰。关键词：集气管压力 模糊控制传感器 多变量解耦 PLCStudy of Gas Collector

3、Control SystemABSTARCTIn coking process ,the stable pressure of gas collector is an important industrial parameter. Its stability directly influences the life of coke ovens and coke production.Therefore,how to contol the pressure of gas collector within a scope is very important in the coking proces

4、s ,and is also valid to solve the environment problem 。Along with the science and techonlogy development,many coke ovens in parallel system are adoped gradually because of coke industry developing on a large scale,and the contol of gas pressure have a lot of difficulties as the gas pipes are connece

5、ted together.that text analyse the technology feature of a air-blast system which links to two coke ovens ,and put forward a control scheme based on the technology of fuzzy sensor and the two-storey feedback with two closed loop.The inside circle use the PID algorithm ,the PID controllers accomplish

6、 the first feedback ，controlling the action mechanism according to the deviate between the true pressure and the given pressure. The outside use the fuzzy-control technology. The state fuzzy sensor of gas collector give a description of the state of the gas collector,according to the knowledge of me

7、asure background.Fuzzy controllers modify the given value of the head pipe according to the language value,and the suction of the head pipe is modified ,which accomplishes the second feedback,and accomplishes the control with two closed loop between the gas collector and the head pipe. The achieveme

8、nts in scientific research of that text on the control system of the gas collector:The control system of the gas collector based on the design of the feedback in the inside circle and the outside circle is accomplished.The fuzzy sensor technology is used to accomplish the the dynamic modification,an

9、d solve the contol problem which appears when the gas is not enough and when the gas is surplus.The plan of modifying the suction of the head pipe is used, according to the characteristics of the dynamic modification of the flygate aperture,and reduce the disturb between the two gas collector.Keywor

10、ds:gas collector pressure fuzzy control sensor multivariable decoupling PLC目录 TOC o - h z u HYPERLINK l _Toc 第一章 绪论 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 课题背景 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 焦化工艺流程简介 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 集气管压力控制存在的问题 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 荒煤气对环境产生的污染及防护 PAGERE

11、F _Toc h HYPERLINK l _Toc . 工业控制实际综述 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 经典控制实际 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 现代控制实际 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 智能控制实际 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 集气管压力控制方面的国内外现状 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 本工程研讨的任务重点 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 本章小节 PAGERE

12、F _Toc h HYPERLINK l _Toc 第二章 集气管压力控制系统的总体设计 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .引言 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .集气管压力控制原理 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .集气管压力与鼓风机吸力的关系 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .集气管压力控制战略的研讨 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .集气管压力控制系统的逻辑构造 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .

13、PLC的构造和任务原理 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . PLC的根本构造 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . PLC的任务原理 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . PLC的编程言语 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . PLC控制系统的组成 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . PLC控制系统的设计原那么 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . PLC控制系统的设计步骤 PAGEREF _Toc h HYPE

14、RLINK l _Toc . PLC控制系统硬件设计 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . PLC机型选择 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . I/O模块及点数的选择 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 存储容量的选择 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 特殊功能模块的选择 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 集气管压力控制系统的硬件配置 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . PLC控制系统软件设计 PAGE

15、REF _Toc h HYPERLINK l _Toc . PLC程序设计步骤 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . PLC程序设计方法 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 上位机程序设计 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 本章小节 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 第三章 集气管压力形状模糊传感器的研讨 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .引言 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .模糊实际综述 PAGEREF

16、 _Toc h HYPERLINK l _Toc .模糊集合的定义和表达方式 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .模糊逻辑与推理 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .集气管压力形状模糊传感器的研讨与设计 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .模糊传感器的根本构造和功能 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .模糊传感器概念生成的根本原理 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 集气管压力形状模糊传感器的言语描画方法 PAGEREF _Toc h HYPE

17、RLINK l _Toc . 集气管压力形状的丈量和言语输出 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .集气管压力形状对环境的顺应性 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 模糊传感器在焦炉集气管压力控制上的实现 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 本章小节 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 第四章 系统的内、外环控制系统的研讨与设计 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .内环控制系统的研讨与设计 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _

18、Toc . PID算法的简单原理 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 内环数字PID算法的设计与实现 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 积分饱和问题的处理方法 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .参数整定 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 外环控制系统的研讨与设计 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .模糊控制的根本原理 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 外环监视控制战略的研讨 PAGEREF _Toc

19、h HYPERLINK l _Toc . 本章小节 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 第五章 总结与展望 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 全文总结 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 主要研讨成果和创新性 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 主要缺乏与今后研讨任务展望 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 致谢 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 参考文献 PAGEREF _Toc h 第一章 绪论. 课题背景中

20、国是全世界最大的焦炭消费国，每年估计有亿吨左右的优质煤用于消费焦炭。煤在炼焦时约%变成焦炭供冶金运用，另外%生成各种其它化学产品和煤气。因此，炼焦化工对我国煤炭资源的综合利用有着极其重要的作用。炼焦工业消费中的关键环节是提高焦炭质量和产量、延伸焦炉的运用寿命、维持焦炉的正常消费。集气管压力的稳定是焦炉正常消费的前提，集气管压力的稳定直接影响到焦炭和煤气的质量、焦炉的运用寿命和消费环境。集气管压力过低，焦炉吸入空气导致焦炭熄灭，影响炉体运用寿命，降低煤气质量。集气管压力过高，导致焦炉冒烟，既污染环境又浪费大量能源。因此，集气管压力的稳定对焦炉消费有着非常重要的意义。虽然我国炼焦配备和工艺程度有一

21、定的提高，环境维护设备也有一定的改善。但从整体上看，所采用的工艺方法和设备控制手段与国际先进程度相比仍比较落后。其产质量量及能源耗费和兴隆国家相比都存在很大差距，尤其是对环境的污染曾经引起国家有关部门的高度注重。. 焦化工艺流程简介焦炭的消费过程称为炼焦，将配好的原料煤在焦炉内进展高温干馏。所谓干馏是:在密闭的焦炉内，将煤隔绝空气高温加热放出水分和吸附气体，分解产生煤气和焦油，剩下的是焦炭。这种煤热解过程通常称为煤的干馏。煤成焦后，由推焦机推出 。普通焦化厂普遍采用一套鼓风冷却系统带两座焦炉的任务方式，见图-所示：在炼焦消费过程中，焦炉产生的荒煤气，首先进入集气管。-左右的荒煤气在初冷处经循环

22、氨水的喷洒，冷却到左右，再由总管风机吸入净化处置系统，可得到各种化学产品及煤气。焦化消费过程中，主要包括熄灭控制操作和推焦/加煤操作:一、熄灭控制操作:按照消费方案和配煤车间的煤成份分析数据决议煤的结焦时间，以保证消费的焦炭质量。二、推焦/加煤操作:根据消费方案和配煤成分确定的焦化时间，制定推焦/图l- 双焦炉一套鼓风冷却系统的消费工艺流程图加煤操作方案。推焦/加煤操作需求翻开炉门，会对集气管产生较大的干扰。装煤车将煤料装入炭化室中，熄灭室中煤气熄灭产生热量，经过炉墙传给炭化室中的煤料，使煤料结焦，最终成为焦炭。最后由推焦车将焦炭推出。. 集气管压力控制存在的问题.集气管压力调理的简单原理设#

23、集气管压力为P，#集气管压力为P，总管吸力的压力为P(参见图l-)。两个集气管蝶阀的动作直接影响到集气管压力P和P，改动蝶阀开度可使两个集气管压力稳定在给定值的范围之内。蝶阀开度增大，集气管压力下降。蝶阀开度减小，集气管压力上升。总管吸力的变化也会引起，#集气管压力P和#集气管压力P的变化。假设鼓风机前的蝶阀开度增大，吸力P增大，集气管压力P、P下降。反之，吸力P下降，P、P上升。从气体流量的概念来了解，蝶阀开度大，意味着气流量大，使集气管压力下降。.存在的问题根据焦化消费工艺原理，要求集气管压力维持在(PaPa)的范围内，才干保证焦炉底部不出现负压、焦炉不出现冒烟、污染环境等景象。但在控制上

24、存在以下几个难点:对于一个鼓风冷却系统带两座焦炉的工艺，由于煤气保送管线采用并联方式，且间隔 不等。风机对两个集气管的影响不同，常见的问题是两个蝶阀脱离正常位置(最正确位置是%)；由于管道相通，两个集气管之间存在严重的耦合干扰。常出现一个压力偏高，一个压力偏低；单一调理集气管蝶阀，无法使集气管压力顺应焦炉产气量的；焦炉炼焦的消费工艺与普通的化工消费不同，在延续消费伴随着有规律的加煤、推焦的过程。在加煤推焦过程中，由于要炉的封锁门，必然会对集气管压力产生很大的干扰。因此，集气是一个具有非线性、多耦合、强扰动的多变量时变系统。. 荒煤气对环境产生的污染及防护荒煤气是指未经过滤的煤气(主要成分是一氧

25、化炭、氮氧化合物)。焦炉在加煤和推焦时会产生对人体有害的荒煤气，煤在低于摄氏度熄灭时还会产生强致癌物质苯丙芘。 文献，引见了国内外焦炉污染物的排放情况，并列举了大据加以阐明。近年来我国也非常注重焦炉的污染排放量，制定了工业污染的排放规范。为了减少焦炉的污染，工艺操作上应该留意以下几点:加强集气管压力的稳定控制，从而减少荒煤气的外逸；减少工况过程中人与外逸有害气体的接触；加强焦炉密闭、负压操作，装煤、推焦、熄焦、均实现自动化。. 工业控制实际综述工业控制技术是一种运用控制实际、仪器仪表、计算机技术，对工业消费过程实现检测、控制、优化的综合性技术。在企业消费过程中有着举足轻重的位置。工业控制实际的

26、开展与工业实践运用是不可分的，世纪的控制实际阅历了几个重要的开展时期:首先是世纪初的Lyapunov稳定实际和PID控制器；而后，年代的反响放大器；年代的Nyquist与Bode图；年代Weiner控制论；年代美国学者Bellman的动态规划实际和苏联学者庞特里雅金的最大值原理；年代Kalman滤波器；年代的自顺应控制；年代的鲁棒控制；年代的智能控制实际。文献引见了现代控制技术的根本实际，深化讨论当前运用最广泛的模糊控制、神经网络控制及基于知识的专家控制等智能控制技术。并指出了世纪现代控制技术的开展趋势。. 经典控制实际经典控制实际是建立在系统的数学模型上，而数学模型的准确程度对控制系统性能的

27、影响很大，往往由于对象参数发生变化，使数学模型不能准确地反映对象特性，从而无法到达期望的控制程度。、PID控制PID控制是经典控制技术中运用最广泛、技术最成熟的控制方式。它是根据输入的偏向值，按比例、积分、微分的函数关系进展运算得到控制输出。传统的PID控制运用于复杂的实践系统时存在一定的局限性，许多专家将传统PID交融了先进智能控制思想，文献引见几种常见的智能PID控制器的构成方式，包括模糊PID、神经网络PID、专家PID控制及基于遗传算法的PID控制等，并分析了各自的特点。、DDC直接数字控制直接数字控制技术是基于离散实际，被控对象可以用离散模型来描画。离散实际的根底是Z变换。直接数字控

28、制是从被控对象的实践特性出发，根据采样系统实际来设计数字控制器。IBM公司的达林在年提出了一种针对工业消费过程中含纯滞后的控制算法(称为达林算法)。文献经过实际推导和仿真验证，进一步阐明达林算法的动态控制性能。文献给出了实现达林算法的计算机程序。. 现代控制实际现代控制实际与经典控制实际相比，它更适用于工业过程的复杂性、非线性和不确定性。因此遭到工程界越来越多的注重并得到广泛的运用。由于基于定量数学模型的控制方法己不能满足高性能控制的要求，因此，现代控制技术得到了快速开展。、系统辨识所谓系统辨识就是经过观测一个系统的输入、输出关系来确定其数学模型的方法。系统辨识领域有个热点研讨方向:鲁棒辨识(

29、基于鲁棒控制的数学模型)，系统辨识(基于特殊信号驱动)和非线性系统辨识(基于智能信息处置)。、最优控制最优控制是现代控制技术中一个重要的组成部分。最优控制问题是在己知系统的形状方程、初始条件以及某些约束条件下，寻求一个最优控制向量，使系统的形状或输出在控制向量满足某种最正确准那么或使某一目的泛函到达最优值。处理最优控制方法有:变分法、庞特里亚金的极大值原理和贝尔曼的动态规划方法等。、自顺应控制自顺应控制系统是控制器的参数要顺应环的变化而自动变化，使得整个系统依然满足最优准那么。有两类自制:模型参考自顺应控制和自校正自顺应控制。由于计算机技术的使自顺应控制得到了广泛的运用。. 智能控制实际年，L

30、eondes和Mendel教授初次运用“Intelligent Control一词。并给出了定义:假设对于一个问题的鼓励输入，系统具备一定的智能行为，它可以产生适宜的输出，这样的系统便称为智能控制系统。智能控制实际不同于经典控制实际和现代控制实际，它研讨的主要目的不仅仅是被控对象，而且也包含控制器本身。文献对智能控制产生、开展给出了全面的回想，并指出智能控制是一个复杂的概念，包含学科层次、技术层次、目的层次、系统层次。、模糊控制技术模糊控制是一种非线性控制，它不需求准确的控制对象模型。模糊控制在一定程度上模拟了人的控制，因此它是一种智能控制的方法。模糊控制是基于规那么的控制，这些规那么通常是现

31、场操作人员的控制阅历或相关专家的知识积累而组成。由于模糊控制的机理和战略易于接受与了解，所以模糊控制既可用于简单的控制对象，也可用于复杂的控制过程。、人工神经网络技术人工神经网络控制是一种不依赖于模型的控制方法，它比较适用于那些具有不确定性或高度非线性的控制对象。人工神经网是模拟人脑神经元的活动，由大量的神经元组成。它利用神经元之间的结合与权值的分布来表示特定的信息。因此具有分布存储信息的特点，是智能控制中一种流行的方式。美国物理学家J.J.Hopfield在和年发表了两篇神经网络的文章并提出了一种反响互连网，该网络后来称为Hopfield网。年D.E.Rumelhart.和J.L.Mecle

32、lland等人提出了多层前馈网的反向传播算法，简称BP网络或BP算法。神经网络设计的控制系统具有:顺应性、鲁棒性、智能性。能较好的处置复杂工业消费过程的控制问题。但人们对神经网络控制的很多实际问题尚未处理，真正的在线运用有待进一步开展。、遗传算法遗传算法是一种新开展起来的优化算法，遗传算法的概念最早是由Bagley J.D在年提出的，年Michigan大学的J.H.Holland教授开场了遗传算法的实际和方法的系统性研讨，并给出了大量的数学证明。年，David E.Goldberg教授出版了“Genetic Algorichms一书，是对遗传算法的全面总结。、专家控制瑞典学者K.J.Astor

33、m年首先把专家系统引入控制领域，年提出了专家控制的概念。专家控制是基于知识的智能控制，是表达知识决策的推理机构和控制领域的知识库构成的主体框架。经过对控制领域知识的获取与组织，按某种战略及时地选用恰当的规那么进展推理输出，进而对过程对象实施控制。、学习控制年，著名学者K.Full详细的论述了学习控制的意义:学习控制的义务是在系统运转中估计未知信息，并基于这种估计的信息确定最优控制，逐渐改良系统性能。年，L.Walter和J.A.Farrel教授给出学习控制的定义:一个学习控制系统是具有这样才干的系统，它能经过与控制对象和环境的闭环交互作用，根据过去获得的信息，逐渐改良系统本身的未来特性。自从美

34、国学者Wiener于世纪年代创建控制论以来，控制科学己经阅历了经典控制实际、现代控制实际和智能控制实际三个阶段。在处置复杂问题时，经典控制实际无法面对系统的复杂性、不确定性和突变性。越来越多的控制专家把经典控制实际与模糊逻辑、神经网络和遗传算法等人工智能技术相结合，充分利用人的控制阅历对复杂系统进展智能化控制，逐渐构成了智能控制实际的完好体系。. 集气管压力控制方面的国内外现状国内自年代以来，对焦炉自动控制引起注重，并采用开发和引进两种方法来提高焦炉控制的程度。如:宝钢二期引进美国凯撒公司的COHC技术，酒钢引进德国OTTO公司的ABC技术等。自行开发的有:鞍钢与冶金部自动化研讨院协作研制胜利

35、的焦炉熄灭控制系统、中科院新疆物理所和上海焦化厂的焦炉计算机控制系统、北京科技大学和铁道科学研讨院及北京焦化厂的焦炉模糊优化控制系统等。经过调研，在国内具有一定特点的焦炉集气管压力控制技术主要有:中国矿业大学的谭得健等人，经过分析影响集气管压力控制的多种要素，提出一种基于模糊控制和变频技术的多级控制算法，并在充州矿区焦化厂投入实践运用。湖南株洲工学院的王欣等人，针对焦炉集气管压力多变量非线性系统，提出一种基于模糊神经网络的智能协调控制方案。运用遗传算法对模糊神经网络构造和参数进展优化，并采用PLC的逻辑梯形图言语编程实现智能协调运算。设计了，并在湘潭钢铁集团焦化厂投人运转。中南大学的秦斌等人提

36、出了一种基于PID神经网络和RBF模糊神经网络的多变量解祸控制方案，RBF模糊神经网络对多变量对象进展解耦，PID神经网络控制器控制过程的动态特性。西林钢铁公司焦化厂原有集气管压力调理系统为人工手动调理，现采用德国西门子公司的S-系列可编程序控制器(PLC)，实现两套集气管压力及变频器对鼓风机的自动控制，最终实现集气管总管压力的控制。西安石油大学的张乃禄等人采用组态王和新一代逻辑控制软件KingACT实现了针对焦炉集气管压力系统的准确控制，为非线性、多时变、多耦合的复杂系统提出了一种新的方法。该方法在山西静乐焦化厂得到了运用。太原亚乐士新技术开发的焦炉集气管压力与鼓风机转速结合调理控制系统(简

37、称PACS系统)，运用模糊数学实际，结合调理集气管压力与鼓风机转速，实如今正常消费情况下集气管压力的平衡。系统在山焦集团、阳光集团等几组焦炉上投入运转。凌钢集团第一焦化厂的改造工程，经过控制集气管蝶阀与鼓风机转速，实现了“解耦。改造运转以来，防止了集气管压力拉锯式振荡。国外方面，美国、法国、荷兰、德国和日本等国家都实现了焦炉自动控制。随着对环境污染的注重，年代起，国外很多米以下的焦炉根本关停。只需米以上的焦炉在运用，而且都采用现代自动化的焦炉工艺。例如：德国史威尔根新焦化厂采用炭化室调压技术，明显减小对焦炉密封系统的压力；日本室兰焦化厂采用焦炉烟道气对煤料调湿的流化床CMC安装，美国弗吉尼亚万

38、森特太阳炼焦厂的Jewell-Thompson焦炉、澳大利亚伊拉瓦拉ThysenKrupp Eneok焦炉和乌克兰阿夫迭也焦化厂采用SCOPE(世纪焦炉技术)技术等。综上，目前焦炉集气管压力控制的主要方法有：变频控制：结合风机的变频技术，实现总管和集气管的闭环控制，控制效果比较好，但要求风机实现变频控制，改造难度及经费比较大；PLC逻辑控制器：利用PLC逻辑控制器和控制算法(PID)，这种方法简单适用，但控制算法调理难度大，适用于通用场所；模糊控制：根据详细的控制对象，设计模糊控制器，能更好的顺应详细的情况；模糊神经网络：近几年，随着神经网络控制的开展，很多任务者把该技术引进到集气管压力控制中

39、。该方法设计比较复杂，但对详细的、复杂环境能得到比较好的控制结果；组态软件：运用工业控制组态软件，设计简单，功能齐全，界面好。但对待详细问题时，控制算法的调整不是非常灵敏；控制仪表：运用型控制仪表和执行器，仪表的控制战略采用PID算法。这种方法简单，很多焦化厂依然在采用，控制效果不理想；目前我国的焦化厂普遍采用集气管和总管单闭环；风机恒速；靠蝶阀阻挠煤气的流量来改动集气管压力。单环内的控制算法各不一样，如采用：PID控制、模糊控制、模糊神经网络控制等等。. 本工程研讨的任务重点经过分析双焦炉一套鼓冷系统下的集气管压力不稳定要素，采用适宜的控制战略，使集气管压力稳定在给定值的范围之内，从而改善焦

40、炉对环境的污染。主要研讨的内容是：、控制战略的研讨在焦化消费中的集气管压力调理是一个难题，特别是对于双焦炉共用一套鼓风冷却系统，缘由是耦合干扰大、调理滞后、非线性和吸力不平衡等。经过大量的现场分析、实验研讨、同仪表操作人员的讨论、结合专家控制的知识，得到一些控制阅历。他们综合思索各种要素，参考国内外文献，设计了基于模糊传感器技术的双闭环集气管压力控制系统。内环采用优化的PID技术，外环采用模糊控制技术。、集气管压力形状模糊传感器的研讨根据模糊逻辑的根本原理和焦炉集气管任务形状的特点，作者对集气管压力形状模糊传感器进展了比较深化的研讨。在集气管压力形状的模糊传感器中，蝶阀形状起到非常重要的作用，

41、它反映了焦炉产气形状。作者把蝶阀开度作为丈量背景，对数值丈量结果进展了顺应性处置。处理了吸力不平衡呵斥的阀位偏移和耦合干扰等问题。、控制系统的硬件、软件设计系统由西门子S-系列PLC构成，处理了两座焦炉的集气管之间、集气管与风机吸力之间的压力耦合问题。. 本章小节本章首先引见了课题的背景，并对各种工业控制实际作了综述。接下来引见了集气管压力控制方面的国内外现状，最后对本工程研讨的任务重点作了简明扼要的概括。第二章 集气管压力控制系统的总体设计.引言集气管的作用是聚集各焦炉导出的荒煤气，集气管压力那么是焦化工艺的重要参数之一。假设压力过低会导致焦炉负压，呵斥焦炭接触空气而熄灭，影响焦炉寿命。假设

42、压力过高，会导致上升管煤气放散，呵斥环境污染及能源浪费。因此集气管压力的稳定是焦炉消费中的重要技术目的。文献采用了自顺应模糊控制算法控制集气管压力，在线调理控制参数。文献针对回炉煤气压力的特点及焦炉加热系统的工艺要求，利用专家PID控制方法控制回炉煤气主管压力，使其稳定在给定压力上。文献对典型非线性的集气管压力系统，提出一种智能协调算法，并采用DCS的逻辑梯形图言语编程完成智能协调运算。文献针对焦炉集气管压力的强耦合、多变量、参数时变的特点，在进展系统特性分析的根底上，提出了一种自寻优模糊控制器。文献采用西门子可编程控制器实现焦炉集气管压力自动控制。综上文献，在集气管压力控制中都采用单闭环控制

43、，单环内采用各种不同的控制算法。因此普遍存在个问题：集气管压力无法顺应焦产气形状，个集气管蝶阀经常偏离正常位置。本文经过对集气管压力变化的研讨和参考各种关于集气管压力控制方面的文献，设计了。经过年多的实践运转，证明系统的有效性、可行性和合理性，根本处理了以上个常见问题。本章主要引见控制系统的总体设计。.集气管压力控制原理焦化消费工艺流程见图-所示，#焦炉和#焦炉产生的煤气在其蝶阀的作用下被总管风机吸入冷却塔。由于#、#焦炉和风机的间隔 不等，所以风机对l#、#集气管的吸力就不一样。经过调理#和#蝶阀，可以使#集气管和#集气管压力稳定在给定值的范围之内。图- 双焦炉消费工艺流程表示图影响集气管压

44、力变化的要素很多且都是动态的。因此集气管压力本质上是一个非线性的、具有较强祸合特性的时变参数，用数学模型很难描画其过程。.集气管压力与鼓风机吸力的关系在双焦炉消费工艺下，两座焦炉产生的煤气首先进入各自的集气管，经集气管上的控制蝶阀汇入煤气总管，再由鼓风机将座焦炉的煤气吸出。#和#焦炉的集气管管线并联，同时又与鼓风机串联，相互间存在着严重的耦合关系，其中存在负耦合和正耦合。文献详细分析了双焦炉工艺下，两个集气管压力和风机吸力的耦合关系，可以描画为:、正耦合#和#集气管是一条总管上的两条并联支路，是典型的双变量正耦合系统。其中P、P分别为#和#集气管压力，控制量V、V分别控制#和#集气管蝶阀的开度

45、，Q为总管流量，Q、Q分别是#、#集气管通道的煤气流量，他们之间应满足如下关系：Q=Q+QQ=V+ VQ=V+ V 式-其中：是#集气管通道的系数；是#集气管对#集气管通道的影响系数；是#集气管对#集气管通道的影响系数；是#集气管通道的系数。当V恒定(#集气管蝶阀固定)、总管吸力Q恒定。假设#焦炉翻开炉门加煤瞬间，P下降，V关小，Q流量减少，Q流量那么增大，导致#集气管压力P下降。而#焦炉加煤终了关门瞬间，P忽然上升，V加大，Q流量添加，Q流量那么减小，导致#集气管压力P升高。、负耦合#和#集气管与鼓风机为串联关系，任何焦炉煤气量的变化，都会引起该焦炉集气管压力的变化。例如：某时辰煤气产量高，

46、Q变化将引起鼓风机吸力变化，吸力变化又会引起各焦炉集气管压力的变化。吸力升高，导致集气管压力下降。所以各焦炉集气管压力与鼓风机的吸力之间属于负耦合方式。#集气管压力P、#集气管压力P和总管吸力P互为条件互为促进，一旦#焦炉的煤气流量Q和#焦炉的煤气流量Q发生变化，都会呵斥集气管压力的动摇。.集气管压力控制战略的研讨集气管压力调理看似简单的操作过程，但是用常规工业控制技术很难获得好的效果。缘由是干扰大、调理滞后、非线性等。根据手动操作阅历，总结以下控制阅历：个集气管压力直接反映各焦炉的煤气产量，其蝶阀的开度直接影响煤气的输出量，假设压力偏高，应加大蝶阀的开度。假设压力偏低，应减小蝶阀的开度；调理

47、一个蝶阀其它的集气管压力也会变化，由于几个管道是相通的，气体是流动的，一个蝶阀的动作会影响其它管道的气体流量；总管鼓风机运转时维持一个较大的机前吸力-Pa左右。普通风机前的调理蝶阀和个集气管蝶阀的最正确开度为%；个集气管压力均超越给定值时，那么应加大鼓风机前的蝶阀开度，保证比较大的总管吸力。实际证明，经过总管吸力控制个集气管压力，可以消除耦合干扰；个集气管压力均小于给定值，那么减小鼓风机前的蝶阀开度；焦炉煤气消费中因人工操作如加煤、推焦、开、关氨水会引起的较大的压力动摇值，要求在短时间内，经过控制相应的蝶阀，使集气管压力回到正常值；集气管压力调理看似简单，其实是一个复杂的操作过程。对于双焦炉而

48、言，不能以单个集气管为控制回路，应该以集气管压力、总管吸力和集气管蝶阀开度为双控制回路。控制算法不能单以PID控制为主，应该采用拟人操作的模糊控制和PID算法相结合。输入参数不能只是集气管压力，还应该思索集气管的蝶阀开度。综合思索以上要素，结合操作人员的阅历和专家的知识，参阅文献，他们设计了以图-为控制方式的双闭环层反响控制战略：内环控制采用改良的PID控制器，即个单回路控制#集气管、#集气管和总管。用户根据工艺需求可以自在修正控制参数。外环控制采用基于蝶阀形状为丈量背景的模糊传感器技术。将#集气管、#集气管压力形状的模糊传感器输出，反响到总管给定值的修正回路中，自动修正总管给定值。使总管吸力

49、顺应焦炉产气形状，实现第二层反响控制。外环控制处理了焦炉产气缺乏和产气过足时，集气管蝶阀无法顺应其产气形状的难题，也处理了个集气管的耦合干扰问题。总管吸力的优化控制是集气管压力稳定的主要保证。在调理每个集气管压力时，不同的总管吸力均可保证集气管压力控制在给定值的范围内。这是由于各集气管的蝶阀开度可以处于不同的位置。同样的气体流量，蝶阀开度大，所需求图- 双层反响控制的集气管压力控制表示图的风机吸力就小，蝶阀开度小，所需求的风机吸力就大。因此，在保证集气管压力为正常范围内，优化控制的条件是：集气管蝶阀能否在最正确开度，最正确开度为%。将总管吸力作为监视控制，实现个集气管压力的解耦控制。.集气管压

50、力控制系统的逻辑构造集气管压力自动控制系统的逻辑构造见图-所示：个单闭环回路：#集气管、#集气管和总管吸力，经过压力变送器得到的压力值，送入PLC。PLC根据实践压力值和采用的控制算法，计算出合理的控制电流，送到执行器和调理阀，控制管道的煤气流量，到达调理压力的目的。逻辑构造能反映系统的控制流程。从逻辑构造图中，他们看出个内环反响控制的流程。外环控制是在工业控制计算机的内部经过软件构成模糊控制器来实现的，模糊控制器的控制对象是总管给定值。模糊控制器根据集气管压力和蝶阀形状，动态修正总管给定值，完成外环控制。下一章他们要详细引见。. PLC的构造和任务原理. PLC的根本构造PLC的组成与计算机

51、非常类似，主要由中央处置器CPU、存储器、输入/输出I/O接口、电源等部分组成，如图-所示。图- PLC的根本组成简图 图- 集气管压力控制系统的逻辑构造图中央处置器CPU：CPU是PLC的中心，控制从编程器键入的用户程序和数据的接纳与存储；用扫描的方式经过I/O部件接纳现场的形状或数据；诊断PLC内部电路的任务缺点和编程中的语法错误等；执行用户程序、完成各种数据的运算、传送和存储等功能；根据数据处置的结果，刷新相关标志位的形状和输出形状存放器的内容，实现输出控制、制表打印或数据通讯等功能。现代PLC常用的CPU有通用微处置器、单片微处置器存储器：根据存储器在系统中的作用，PLC存储器包括系统

52、存储器和用户存储器两部分。系统存储器用来存放系统程序，并固化在ROM中，用户不能直接更改。用户存储器包括用户程序存储器程序区和功能存储器数据区两部分。用户程序存储器用来存放根据详细的控制义务编写的PLC程序，需求经常调试、修正，存储器类型普通为RAM有掉电维护、EPROM或EEPROM等。用户功能存储器那么普通用来存放用户程序中运用的形状变量、数值数据等。输入/输出I/O接口：PLC经过I/O接口与外界衔接，输入接口接纳和采集开关量输入信号或模拟量输入信号，如按钮、行程开关、电位器、传感器等；输出接口衔接被控对象中的各种执行元件，如电磁阀、指示灯、电机等。电源：小型PLC内部有一个开关式稳压电

53、源，普通可以为输入电路和外部的电子传感器提供V直流电源。. PLC的任务原理PLC从硬件构造上看与计算机组成类似，它也有中央处置器CPU、存储器、输入/输出I/O接口、电源等。PLC有两种操作方式：RUN方式与STOP方式。在RUN方式，经过执行用户程序来实现控制功能；在STOP方式，CPU不执行用户程序，可用编程软件创建和编辑用户程序，并将用户程序下载到PLC中。PLC的任务过程可以概括地归纳为上电初始化，CPU自诊断过程，网络通讯处置，用户程序扫描，输入/输出信息处置等五个阶段。图-为PLC的任务过程表示图。图- PLC的任务过程上电初始化：PLC上电后进展系统初始化，去除内部继电器区，复

54、位定时器等，对电源、PLC内部电路、用户程序的语法进展检查。CPU自诊断：PLC在每个扫描周期都要进入CPU自诊断阶段，以确保系统可靠进展。自诊断程序定期检查用户程序存储器、I/O单元的衔接、I/O总线能否正常，定期复位监控定时器等。网络通讯处置：配有网络的PLC系统才有此处置过程。在这个阶段，进展PLC之间以及PLC与计算机或其他终端设备之间的信息交换。用户程序扫描阶段：PLC靠执行用户程序来实现控制要求。PLC的CPU采用分时操作的原理，其任务方式是一个不断循环的顺序扫描过程，扫描从第一条用户程序开场，在无中断或跳转控制的情况下，按存储地址号递增的方式顺序逐条扫描用户程序，也就是顺序执行程

55、序，直到程序终了，即完成一个扫描周期，然后又从头开场执行用户程序，并周而复始地反复。输入/输出信息处置：PLC在正常运转形状下，每一个扫描周期都要进展输入、输出信息处置。PLC在内存中设置了两个映像区：一个为输入映像区，另一个为输出映像区。此过程以扫描的方式把外部输入信号的形状存入输入映像区；将运算后的结果存入输出映像区，直至传送到外部被控设备。. PLC的编程言语PLC的逻辑控制功能是经过编程言语来实现的。普通来说，有五种PLC编程言语：顺序功能图、功能块图、梯形图、指令表和构造文本，其中最常用的是顺序功能图编程言语和梯形图编程言语，下面详细引见这两种编程言语。顺序功能图SFC图- 顺序功能

56、图顺序功能图是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程言语。编程时将顺序的动作流程分成步和转换条件，如图-所示，根据转换条件一步一步的按照顺序动作来执行控制过程。图中每一步代表一个控制功能义务，每个控制义务可以有一个或者多个动作。每一步用一个方框表示，在方框内有用于完成相应控制功能义务的梯形图逻辑。顺序功能图使程序的构造明晰，易于阅读和维护，减轻了编程、调试的任务量，主要运用于系统的规模较大、程序关系较复杂的场所。梯形图LD梯形图是PLC程序设计中用得最多的一种编程言语。梯形图采用因果关系来描画事件发生的条件和结果。在PLC梯形图中运用的内部继电器、定时器、计数器等都是由软件来实现的，因此运用方便，修

57、正灵敏。梯形图与继电器控制系统的电路图非常类似，在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟习，因此，易于掌握和学习梯形图，使得梯形图得到了广泛的运用。. PLC控制系统的组成PLC控制系统主要由硬件部分和软件部分组成硬件部分PLC控制系统的硬件部分不仅包括符合系统控制要求的PLC机型、存储器容量、输入/输出模块、电源模块、通讯模块、模拟量输入/输出模块和其他特殊功能模块等，还包括适宜的外围安装，如输入设备按钮、开关、传感器等、输出设备接触器、继电器等和执行安装控制的现场设备电机、水泵、阀门等。软件部分PLC控制系统软件部分包括对I/O地址、内部继电器、定时器、计数器的运用和分配

58、，根据要求设计的PLC控制程序及人机界面等。. PLC控制系统的设计原那么PLC控制系统是为现场工艺控制效力的，其设计普通应遵照以下几个原那么：根据工艺流程进展设计，保证能满足控制对象的工艺要求，能按照工艺流程准确、可靠的任务。在满足控制要求的前提下，设计合理、经济，既要能发扬PLC控制技术的优点，又要尽量减少PLC系统硬件的费用。要思索PLC控制系统未来的可扩展性。控制系统的构成应力求简单、适用，操作、维护、检修方便，平安可靠。. PLC控制系统的设计步骤图-为PLC控制系统设计的普通步骤，详细分析如下：分析控制要求：在设计PLC控制系统之前，要深化了解和分析被控对象的工艺要求和控制要求，设

59、计出令人称心的控制系统。确定输入/输出设备：根据控制要求选择适宜的输入设备控制按钮、开关、传感器等和输出设备接触器、继电器等，并确定PLC所需的I/O点数。选择适宜的PLC：根据所需的I/O点数和详细PLC控制系统的功能要求，选择类型适宜的PLC，需求思索PLC的机型、存储容量、电源模块和其他功能模块等。图- PLC控制系统设计步骤表示图I/O分配：规定PLC的I/O端子和输入/输出设备之间的对应关系，绘制出I/O端子的衔接图。PLC程序设计：根据控制对象和控制要求对PLC进展编程。在PLC程序设计阶段普通先画出程序流程图，再编写程序。模拟调试：可以用按钮、开关来模拟数字量，用电压源和电流源来

60、替代模拟量，对程序反复调试、修正，直到满足控制要求。现场安装与配线：将输入/输出设备与PLC之间的连线接好。联机调试：将PLC程序与现场的输入/输出设备一同进展调试，处理发现的问题，使系统满足控制要求。整理技术文档：要整理的技术文档包括设计阐明书、I/O接线原理图、程序清单、元器件明细表、运用阐明书等。. PLC控制系统硬件设计在PLC控制系统的设计中硬件设计和软件设计是两个主要部分。PLC控制系统的硬件设计主要指硬件的选型、外部电路的设计及PLC接线图的绘制等，其中PLC及其功能模块的选择又是硬件设计中首要思索要素，也是本节PLC控制系统硬件设计的主要讨论内容。. PLC机型选择在思索PLC