1、.：.；焦爐壓力控制的研討摘要在煉焦消費過程中，焦爐集氣管壓力是煉焦消費中的重要參數，它的穩定性直接影響著焦爐的運用壽命和焦碳的消費。因此，如何控制集氣管壓力在給定值范圍內是焦化消費中的重要問題，也是處理焦爐對環境產生污染的有效方法之一。隨著科學的開展和提高，焦化行業向大規模開展，更多地采用多座焦爐并聯的系統。由于管線相通，存在很強的耦合干擾，給集氣管壓力控制帶來很多難題。本文在分析了雙焦爐共用一套鼓風冷卻系統的消費工藝特點后，提出了基于模糊傳感器技術和雙閉環層反響控制方案。內環采用PID算法，PID控制器根據實測壓力值和給定值的偏向，控制各自的執行機構，完成第一層反響控制。外環采用模糊控制技

2、術，集氣管壓力形狀模糊傳感器在丈量背景知識下，給出當前兩個集氣管壓力形狀的言語描畫。模糊控制器根據該言語值動態修正總管給定值，經過總管吸力的調理，完成第層反響控制，實現集氣管和總管的雙閉環控制。本文在焦爐集氣管壓力控制上的主要研討成果如下:基于內環和外環反響設計了集氣管壓力控制系統，內環采用優化PID控制，外環采用模糊控制技術；采用模糊傳感器技術，實現總管給定值的動態修正，處理了焦爐產氣缺乏時和過足時的控制難題；根據蝶閥開度動態變化的特點，采用調理總管吸力為監視級控制，降低了個集氣管的耦合干擾。關鍵詞：集氣管壓力 模糊控制傳感器 多變量解耦 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目錄 TOC o - h z u HYPERLINK l _Toc 第一章 緒論 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 課題背景 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 焦化工藝流程簡介 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 集氣管壓力控制存在的問題 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 荒煤氣對環境產生的污染及防護 PAGERE

11、F _Toc h HYPERLINK l _Toc . 工業控制實際綜述 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 經典控制實際 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 現代控制實際 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 智能控制實際 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 集氣管壓力控制方面的國內外現狀 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 本工程研討的任務重點 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 本章小節 PAGERE

12、F _Toc h HYPERLINK l _Toc 第二章 集氣管壓力控制系統的總體設計 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .引言 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .集氣管壓力控制原理 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .集氣管壓力與鼓風機吸力的關系 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .集氣管壓力控制戰略的研討 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .集氣管壓力控制系統的邏輯構造 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .

13、PLC的構造和任務原理 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . PLC的根本構造 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . PLC的任務原理 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . PLC的編程言語 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . PLC控制系統的組成 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . PLC控制系統的設計原那么 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . PLC控制系統的設計步驟 PAGEREF _Toc h HYPE

14、RLINK l _Toc . PLC控制系統硬件設計 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . PLC機型選擇 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . I/O模塊及點數的選擇 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 存儲容量的選擇 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 特殊功能模塊的選擇 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 集氣管壓力控制系統的硬件配置 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . PLC控制系統軟件設計 PAGE

15、REF _Toc h HYPERLINK l _Toc . PLC程序設計步驟 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . PLC程序設計方法 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 上位機程序設計 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 本章小節 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 第三章 集氣管壓力形狀模糊傳感器的研討 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .引言 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .模糊實際綜述 PAGEREF

16、 _Toc h HYPERLINK l _Toc .模糊集合的定義和表達方式 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .模糊邏輯與推理 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .集氣管壓力形狀模糊傳感器的研討與設計 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .模糊傳感器的根本構造和功能 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .模糊傳感器概念生成的根本原理 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 集氣管壓力形狀模糊傳感器的言語描畫方法 PAGEREF _Toc h HYPE

17、RLINK l _Toc . 集氣管壓力形狀的丈量和言語輸出 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .集氣管壓力形狀對環境的順應性 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 模糊傳感器在焦爐集氣管壓力控制上的實現 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 本章小節 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 第四章 系統的內、外環控制系統的研討與設計 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .內環控制系統的研討與設計 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _

18、Toc . PID算法的簡單原理 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 內環數字PID算法的設計與實現 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 積分飽和問題的處理方法 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .參數整定 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 外環控制系統的研討與設計 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .模糊控制的根本原理 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 外環監視控制戰略的研討 PAGEREF _Toc

19、h HYPERLINK l _Toc . 本章小節 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 第五章 總結與展望 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 全文總結 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 主要研討成果和創新性 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 主要缺乏與今后研討任務展望 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 致謝 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 參考文獻 PAGEREF _Toc h 第一章 緒論. 課題背景中

20、國是全世界最大的焦炭消費國，每年估計有億噸左右的優質煤用于消費焦炭。煤在煉焦時約%變成焦炭供冶金運用，另外%生成各種其它化學產品和煤氣。因此，煉焦化工對我國煤炭資源的綜合利用有著極其重要的作用。煉焦工業消費中的關鍵環節是提高焦炭質量和產量、延伸焦爐的運用壽命、維持焦爐的正常消費。集氣管壓力的穩定是焦爐正常消費的前提，集氣管壓力的穩定直接影響到焦炭和煤氣的質量、焦爐的運用壽命和消費環境。集氣管壓力過低，焦爐吸入空氣導致焦炭熄滅，影響爐體運用壽命，降低煤氣質量。集氣管壓力過高，導致焦爐冒煙，既污染環境又浪費大量能源。因此，集氣管壓力的穩定對焦爐消費有著非常重要的意義。雖然我國煉焦配備和工藝程度有一

21、定的提高，環境維護設備也有一定的改善。但從整體上看，所采用的工藝方法和設備控制手段與國際先進程度相比仍比較落后。其產質量量及能源耗費和興隆國家相比都存在很大差距，尤其是對環境的污染曾經引起國家有關部門的高度注重。. 焦化工藝流程簡介焦炭的消費過程稱為煉焦，將配好的原料煤在焦爐內進展高溫干餾。所謂干餾是:在密閉的焦爐內，將煤隔絕空氣高溫加熱放出水分和吸附氣體，分解產生煤氣和焦油，剩下的是焦炭。這種煤熱解過程通常稱為煤的干餾。煤成焦后，由推焦機推出 。普通焦化廠普遍采用一套鼓風冷卻系統帶兩座焦爐的任務方式，見圖-所示：在煉焦消費過程中，焦爐產生的荒煤氣，首先進入集氣管。-左右的荒煤氣在初冷處經循環

22、氨水的噴灑，冷卻到左右，再由總管風機吸入凈化處置系統，可得到各種化學產品及煤氣。焦化消費過程中，主要包括熄滅控制操作和推焦/加煤操作:一、熄滅控制操作:按照消費方案和配煤車間的煤成份分析數據決議煤的結焦時間，以保證消費的焦炭質量。二、推焦/加煤操作:根據消費方案和配煤成分確定的焦化時間，制定推焦/圖l- 雙焦爐一套鼓風冷卻系統的消費工藝流程圖加煤操作方案。推焦/加煤操作需求翻開爐門，會對集氣管產生較大的干擾。裝煤車將煤料裝入炭化室中，熄滅室中煤氣熄滅產生熱量，經過爐墻傳給炭化室中的煤料，使煤料結焦，最終成為焦炭。最后由推焦車將焦炭推出。. 集氣管壓力控制存在的問題.集氣管壓力調理的簡單原理設#

23、集氣管壓力為P，#集氣管壓力為P，總管吸力的壓力為P(參見圖l-)。兩個集氣管蝶閥的動作直接影響到集氣管壓力P和P，改動蝶閥開度可使兩個集氣管壓力穩定在給定值的范圍之內。蝶閥開度增大，集氣管壓力下降。蝶閥開度減小，集氣管壓力上升。總管吸力的變化也會引起，#集氣管壓力P和#集氣管壓力P的變化。假設鼓風機前的蝶閥開度增大，吸力P增大，集氣管壓力P、P下降。反之，吸力P下降，P、P上升。從氣體流量的概念來了解，蝶閥開度大，意味著氣流量大，使集氣管壓力下降。.存在的問題根據焦化消費工藝原理，要求集氣管壓力維持在(PaPa)的范圍內，才干保證焦爐底部不出現負壓、焦爐不出現冒煙、污染環境等景象。但在控制上

24、存在以下幾個難點:對于一個鼓風冷卻系統帶兩座焦爐的工藝，由于煤氣保送管線采用并聯方式，且間隔 不等。風機對兩個集氣管的影響不同，常見的問題是兩個蝶閥脫離正常位置(最正確位置是%)；由于管道相通，兩個集氣管之間存在嚴重的耦合干擾。常出現一個壓力偏高，一個壓力偏低；單一調理集氣管蝶閥，無法使集氣管壓力順應焦爐產氣量的；焦爐煉焦的消費工藝與普通的化工消費不同，在延續消費伴隨著有規律的加煤、推焦的過程。在加煤推焦過程中，由于要爐的封鎖門，必然會對集氣管壓力產生很大的干擾。因此，集氣是一個具有非線性、多耦合、強擾動的多變量時變系統。. 荒煤氣對環境產生的污染及防護荒煤氣是指未經過濾的煤氣(主要成分是一氧

25、化炭、氮氧化合物)。焦爐在加煤和推焦時會產生對人體有害的荒煤氣，煤在低于攝氏度熄滅時還會產生強致癌物質苯丙芘。 文獻，引見了國內外焦爐污染物的排放情況，并列舉了大據加以闡明。近年來我國也非常注重焦爐的污染排放量，制定了工業污染的排放規范。為了減少焦爐的污染，工藝操作上應該留意以下幾點:加強集氣管壓力的穩定控制，從而減少荒煤氣的外逸；減少工況過程中人與外逸有害氣體的接觸；加強焦爐密閉、負壓操作，裝煤、推焦、熄焦、均實現自動化。. 工業控制實際綜述工業控制技術是一種運用控制實際、儀器儀表、計算機技術，對工業消費過程實現檢測、控制、優化的綜合性技術。在企業消費過程中有著舉足輕重的位置。工業控制實際的

26、開展與工業實踐運用是不可分的，世紀的控制實際閱歷了幾個重要的開展時期:首先是世紀初的Lyapunov穩定實際和PID控制器；而后，年代的反響放大器；年代的Nyquist與Bode圖；年代Weiner控制論；年代美國學者Bellman的動態規劃實際和蘇聯學者龐特里雅金的最大值原理；年代Kalman濾波器；年代的自順應控制；年代的魯棒控制；年代的智能控制實際。文獻引見了現代控制技術的根本實際，深化討論當前運用最廣泛的模糊控制、神經網絡控制及基于知識的專家控制等智能控制技術。并指出了世紀現代控制技術的開展趨勢。. 經典控制實際經典控制實際是建立在系統的數學模型上，而數學模型的準確程度對控制系統性能的

27、影響很大，往往由于對象參數發生變化，使數學模型不能準確地反映對象特性，從而無法到達期望的控制程度。、PID控制PID控制是經典控制技術中運用最廣泛、技術最成熟的控制方式。它是根據輸入的偏向值，按比例、積分、微分的函數關系進展運算得到控制輸出。傳統的PID控制運用于復雜的實踐系統時存在一定的局限性，許多專家將傳統PID交融了先進智能控制思想，文獻引見幾種常見的智能PID控制器的構成方式，包括模糊PID、神經網絡PID、專家PID控制及基于遺傳算法的PID控制等，并分析了各自的特點。、DDC直接數字控制直接數字控制技術是基于離散實際，被控對象可以用離散模型來描畫。離散實際的根底是Z變換。直接數字控

28、制是從被控對象的實踐特性出發，根據采樣系統實際來設計數字控制器。IBM公司的達林在年提出了一種針對工業消費過程中含純滯后的控制算法(稱為達林算法)。文獻經過實際推導和仿真驗證，進一步闡明達林算法的動態控制性能。文獻給出了實現達林算法的計算機程序。. 現代控制實際現代控制實際與經典控制實際相比，它更適用于工業過程的復雜性、非線性和不確定性。因此遭到工程界越來越多的注重并得到廣泛的運用。由于基于定量數學模型的控制方法己不能滿足高性能控制的要求，因此，現代控制技術得到了快速開展。、系統辨識所謂系統辨識就是經過觀測一個系統的輸入、輸出關系來確定其數學模型的方法。系統辨識領域有個熱點研討方向:魯棒辨識(

29、基于魯棒控制的數學模型)，系統辨識(基于特殊信號驅動)和非線性系統辨識(基于智能信息處置)。、最優控制最優控制是現代控制技術中一個重要的組成部分。最優控制問題是在己知系統的形狀方程、初始條件以及某些約束條件下，尋求一個最優控制向量，使系統的形狀或輸出在控制向量滿足某種最正確準那么或使某一目的泛函到達最優值。處理最優控制方法有:變分法、龐特里亞金的極大值原理和貝爾曼的動態規劃方法等。、自順應控制自順應控制系統是控制器的參數要順應環的變化而自動變化，使得整個系統依然滿足最優準那么。有兩類自制:模型參考自順應控制和自校正自順應控制。由于計算機技術的使自順應控制得到了廣泛的運用。. 智能控制實際年，L

30、eondes和Mendel教授初次運用“Intelligent Control一詞。并給出了定義:假設對于一個問題的鼓勵輸入，系統具備一定的智能行為，它可以產生適宜的輸出，這樣的系統便稱為智能控制系統。智能控制實際不同于經典控制實際和現代控制實際，它研討的主要目的不僅僅是被控對象，而且也包含控制器本身。文獻對智能控制產生、開展給出了全面的回想，并指出智能控制是一個復雜的概念，包含學科層次、技術層次、目的層次、系統層次。、模糊控制技術模糊控制是一種非線性控制，它不需求準確的控制對象模型。模糊控制在一定程度上模擬了人的控制，因此它是一種智能控制的方法。模糊控制是基于規那么的控制，這些規那么通常是現

31、場操作人員的控制閱歷或相關專家的知識積累而組成。由于模糊控制的機理和戰略易于接受與了解，所以模糊控制既可用于簡單的控制對象，也可用于復雜的控制過程。、人工神經網絡技術人工神經網絡控制是一種不依賴于模型的控制方法，它比較適用于那些具有不確定性或高度非線性的控制對象。人工神經網是模擬人腦神經元的活動，由大量的神經元組成。它利用神經元之間的結合與權值的分布來表示特定的信息。因此具有分布存儲信息的特點，是智能控制中一種流行的方式。美國物理學家J.J.Hopfield在和年發表了兩篇神經網絡的文章并提出了一種反響互連網，該網絡后來稱為Hopfield網。年D.E.Rumelhart.和J.L.Mecle

32、lland等人提出了多層前饋網的反向傳播算法，簡稱BP網絡或BP算法。神經網絡設計的控制系統具有:順應性、魯棒性、智能性。能較好的處置復雜工業消費過程的控制問題。但人們對神經網絡控制的很多實際問題尚未處理，真正的在線運用有待進一步開展。、遺傳算法遺傳算法是一種新開展起來的優化算法，遺傳算法的概念最早是由Bagley J.D在年提出的，年Michigan大學的J.H.Holland教授開場了遺傳算法的實際和方法的系統性研討，并給出了大量的數學證明。年，David E.Goldberg教授出版了“Genetic Algorichms一書，是對遺傳算法的全面總結。、專家控制瑞典學者K.J.Astor

33、m年首先把專家系統引入控制領域，年提出了專家控制的概念。專家控制是基于知識的智能控制，是表達知識決策的推理機構和控制領域的知識庫構成的主體框架。經過對控制領域知識的獲取與組織，按某種戰略及時地選用恰當的規那么進展推理輸出，進而對過程對象實施控制。、學習控制年，著名學者K.Full詳細的論述了學習控制的意義:學習控制的義務是在系統運轉中估計未知信息，并基于這種估計的信息確定最優控制，逐漸改良系統性能。年，L.Walter和J.A.Farrel教授給出學習控制的定義:一個學習控制系統是具有這樣才干的系統，它能經過與控制對象和環境的閉環交互作用，根據過去獲得的信息，逐漸改良系統本身的未來特性。自從美

34、國學者Wiener于世紀年代創建控制論以來，控制科學己經閱歷了經典控制實際、現代控制實際和智能控制實際三個階段。在處置復雜問題時，經典控制實際無法面對系統的復雜性、不確定性和突變性。越來越多的控制專家把經典控制實際與模糊邏輯、神經網絡和遺傳算法等人工智能技術相結合，充分利用人的控制閱歷對復雜系統進展智能化控制，逐漸構成了智能控制實際的完好體系。. 集氣管壓力控制方面的國內外現狀國內自年代以來，對焦爐自動控制引起注重，并采用開發和引進兩種方法來提高焦爐控制的程度。如:寶鋼二期引進美國凱撒公司的COHC技術，酒鋼引進德國OTTO公司的ABC技術等。自行開發的有:鞍鋼與冶金部自動化研討院協作研制勝利

35、的焦爐熄滅控制系統、中科院新疆物理所和上海焦化廠的焦爐計算機控制系統、北京科技大學和鐵道科學研討院及北京焦化廠的焦爐模糊優化控制系統等。經過調研，在國內具有一定特點的焦爐集氣管壓力控制技術主要有:中國礦業大學的譚得健等人，經過分析影響集氣管壓力控制的多種要素，提出一種基于模糊控制和變頻技術的多級控制算法，并在充州礦區焦化廠投入實踐運用。湖南株洲工學院的王欣等人，針對焦爐集氣管壓力多變量非線性系統，提出一種基于模糊神經網絡的智能協調控制方案。運用遺傳算法對模糊神經網絡構造和參數進展優化，并采用PLC的邏輯梯形圖言語編程實現智能協調運算。設計了，并在湘潭鋼鐵集團焦化廠投人運轉。中南大學的秦斌等人提

36、出了一種基于PID神經網絡和RBF模糊神經網絡的多變量解禍控制方案，RBF模糊神經網絡對多變量對象進展解耦，PID神經網絡控制器控制過程的動態特性。西林鋼鐵公司焦化廠原有集氣管壓力調理系統為人工手動調理，現采用德國西門子公司的S-系列可編程序控制器(PLC)，實現兩套集氣管壓力及變頻器對鼓風機的自動控制，最終實現集氣管總管壓力的控制。西安石油大學的張乃祿等人采用組態王和新一代邏輯控制軟件KingACT實現了針對焦爐集氣管壓力系統的準確控制，為非線性、多時變、多耦合的復雜系統提出了一種新的方法。該方法在山西靜樂焦化廠得到了運用。太原亞樂士新技術開發的焦爐集氣管壓力與鼓風機轉速結合調理控制系統(簡

37、稱PACS系統)，運用模糊數學實際，結合調理集氣管壓力與鼓風機轉速，實如今正常消費情況下集氣管壓力的平衡。系統在山焦集團、陽光集團等幾組焦爐上投入運轉。凌鋼集團第一焦化廠的改造工程，經過控制集氣管蝶閥與鼓風機轉速，實現了“解耦。改造運轉以來，防止了集氣管壓力拉鋸式振蕩。國外方面，美國、法國、荷蘭、德國和日本等國家都實現了焦爐自動控制。隨著對環境污染的注重，年代起，國外很多米以下的焦爐根本關停。只需米以上的焦爐在運用，而且都采用現代自動化的焦爐工藝。例如：德國史威爾根新焦化廠采用炭化室調壓技術，明顯減小對焦爐密封系統的壓力；日本室蘭焦化廠采用焦爐煙道氣對煤料調濕的流化床CMC安裝，美國弗吉尼亞萬

38、森特太陽煉焦廠的Jewell-Thompson焦爐、澳大利亞伊拉瓦拉ThysenKrupp Eneok焦爐和烏克蘭阿夫迭也焦化廠采用SCOPE(世紀焦爐技術)技術等。綜上，目前焦爐集氣管壓力控制的主要方法有：變頻控制：結合風機的變頻技術，實現總管和集氣管的閉環控制，控制效果比較好，但要求風機實現變頻控制，改造難度及經費比較大；PLC邏輯控制器：利用PLC邏輯控制器和控制算法(PID)，這種方法簡單適用，但控制算法調理難度大，適用于通用場所；模糊控制：根據詳細的控制對象，設計模糊控制器，能更好的順應詳細的情況；模糊神經網絡：近幾年，隨著神經網絡控制的開展，很多任務者把該技術引進到集氣管壓力控制中

39、。該方法設計比較復雜，但對詳細的、復雜環境能得到比較好的控制結果；組態軟件：運用工業控制組態軟件，設計簡單，功能齊全，界面好。但對待詳細問題時，控制算法的調整不是非常靈敏；控制儀表：運用型控制儀表和執行器，儀表的控制戰略采用PID算法。這種方法簡單，很多焦化廠依然在采用，控制效果不理想；目前我國的焦化廠普遍采用集氣管和總管單閉環；風機恒速；靠蝶閥阻撓煤氣的流量來改動集氣管壓力。單環內的控制算法各不一樣，如采用：PID控制、模糊控制、模糊神經網絡控制等等。. 本工程研討的任務重點經過分析雙焦爐一套鼓冷系統下的集氣管壓力不穩定要素，采用適宜的控制戰略，使集氣管壓力穩定在給定值的范圍之內，從而改善焦

40、爐對環境的污染。主要研討的內容是：、控制戰略的研討在焦化消費中的集氣管壓力調理是一個難題，特別是對于雙焦爐共用一套鼓風冷卻系統，緣由是耦合干擾大、調理滯后、非線性和吸力不平衡等。經過大量的現場分析、實驗研討、同儀表操作人員的討論、結合專家控制的知識，得到一些控制閱歷。他們綜合思索各種要素，參考國內外文獻，設計了基于模糊傳感器技術的雙閉環集氣管壓力控制系統。內環采用優化的PID技術，外環采用模糊控制技術。、集氣管壓力形狀模糊傳感器的研討根據模糊邏輯的根本原理和焦爐集氣管任務形狀的特點，作者對集氣管壓力形狀模糊傳感器進展了比較深化的研討。在集氣管壓力形狀的模糊傳感器中，蝶閥形狀起到非常重要的作用，

41、它反映了焦爐產氣形狀。作者把蝶閥開度作為丈量背景，對數值丈量結果進展了順應性處置。處理了吸力不平衡呵斥的閥位偏移和耦合干擾等問題。、控制系統的硬件、軟件設計系統由西門子S-系列PLC構成，處理了兩座焦爐的集氣管之間、集氣管與風機吸力之間的壓力耦合問題。. 本章小節本章首先引見了課題的背景，并對各種工業控制實際作了綜述。接下來引見了集氣管壓力控制方面的國內外現狀，最后對本工程研討的任務重點作了簡明扼要的概括。第二章 集氣管壓力控制系統的總體設計.引言集氣管的作用是聚集各焦爐導出的荒煤氣，集氣管壓力那么是焦化工藝的重要參數之一。假設壓力過低會導致焦爐負壓，呵斥焦炭接觸空氣而熄滅，影響焦爐壽命。假設

42、壓力過高，會導致上升管煤氣放散，呵斥環境污染及能源浪費。因此集氣管壓力的穩定是焦爐消費中的重要技術目的。文獻采用了自順應模糊控制算法控制集氣管壓力，在線調理控制參數。文獻針對回爐煤氣壓力的特點及焦爐加熱系統的工藝要求，利用專家PID控制方法控制回爐煤氣主管壓力，使其穩定在給定壓力上。文獻對典型非線性的集氣管壓力系統，提出一種智能協調算法，并采用DCS的邏輯梯形圖言語編程完成智能協調運算。文獻針對焦爐集氣管壓力的強耦合、多變量、參數時變的特點，在進展系統特性分析的根底上，提出了一種自尋優模糊控制器。文獻采用西門子可編程控制器實現焦爐集氣管壓力自動控制。綜上文獻，在集氣管壓力控制中都采用單閉環控制

43、，單環內采用各種不同的控制算法。因此普遍存在個問題：集氣管壓力無法順應焦產氣形狀，個集氣管蝶閥經常偏離正常位置。本文經過對集氣管壓力變化的研討和參考各種關于集氣管壓力控制方面的文獻，設計了。經過年多的實踐運轉，證明系統的有效性、可行性和合理性，根本處理了以上個常見問題。本章主要引見控制系統的總體設計。.集氣管壓力控制原理焦化消費工藝流程見圖-所示，#焦爐和#焦爐產生的煤氣在其蝶閥的作用下被總管風機吸入冷卻塔。由于#、#焦爐和風機的間隔 不等，所以風機對l#、#集氣管的吸力就不一樣。經過調理#和#蝶閥，可以使#集氣管和#集氣管壓力穩定在給定值的范圍之內。圖- 雙焦爐消費工藝流程表示圖影響集氣管壓

44、力變化的要素很多且都是動態的。因此集氣管壓力本質上是一個非線性的、具有較強禍合特性的時變參數，用數學模型很難描畫其過程。.集氣管壓力與鼓風機吸力的關系在雙焦爐消費工藝下，兩座焦爐產生的煤氣首先進入各自的集氣管，經集氣管上的控制蝶閥匯入煤氣總管，再由鼓風機將座焦爐的煤氣吸出。#和#焦爐的集氣管管線并聯，同時又與鼓風機串聯，相互間存在著嚴重的耦合關系，其中存在負耦合和正耦合。文獻詳細分析了雙焦爐工藝下，兩個集氣管壓力和風機吸力的耦合關系，可以描畫為:、正耦合#和#集氣管是一條總管上的兩條并聯支路，是典型的雙變量正耦合系統。其中P、P分別為#和#集氣管壓力，控制量V、V分別控制#和#集氣管蝶閥的開度

45、，Q為總管流量，Q、Q分別是#、#集氣管通道的煤氣流量，他們之間應滿足如下關系：Q=Q+QQ=V+ VQ=V+ V 式-其中：是#集氣管通道的系數；是#集氣管對#集氣管通道的影響系數；是#集氣管對#集氣管通道的影響系數；是#集氣管通道的系數。當V恒定(#集氣管蝶閥固定)、總管吸力Q恒定。假設#焦爐翻開爐門加煤瞬間，P下降，V關小，Q流量減少，Q流量那么增大，導致#集氣管壓力P下降。而#焦爐加煤終了關門瞬間，P忽然上升，V加大，Q流量添加，Q流量那么減小，導致#集氣管壓力P升高。、負耦合#和#集氣管與鼓風機為串聯關系，任何焦爐煤氣量的變化，都會引起該焦爐集氣管壓力的變化。例如：某時辰煤氣產量高，

46、Q變化將引起鼓風機吸力變化，吸力變化又會引起各焦爐集氣管壓力的變化。吸力升高，導致集氣管壓力下降。所以各焦爐集氣管壓力與鼓風機的吸力之間屬于負耦合方式。#集氣管壓力P、#集氣管壓力P和總管吸力P互為條件互為促進，一旦#焦爐的煤氣流量Q和#焦爐的煤氣流量Q發生變化，都會呵斥集氣管壓力的動搖。.集氣管壓力控制戰略的研討集氣管壓力調理看似簡單的操作過程，但是用常規工業控制技術很難獲得好的效果。緣由是干擾大、調理滯后、非線性等。根據手動操作閱歷，總結以下控制閱歷：個集氣管壓力直接反映各焦爐的煤氣產量，其蝶閥的開度直接影響煤氣的輸出量，假設壓力偏高，應加大蝶閥的開度。假設壓力偏低，應減小蝶閥的開度；調理

47、一個蝶閥其它的集氣管壓力也會變化，由于幾個管道是相通的，氣體是流動的，一個蝶閥的動作會影響其它管道的氣體流量；總管鼓風機運轉時維持一個較大的機前吸力-Pa左右。普通風機前的調理蝶閥和個集氣管蝶閥的最正確開度為%；個集氣管壓力均超越給定值時，那么應加大鼓風機前的蝶閥開度，保證比較大的總管吸力。實際證明，經過總管吸力控制個集氣管壓力，可以消除耦合干擾；個集氣管壓力均小于給定值，那么減小鼓風機前的蝶閥開度；焦爐煤氣消費中因人工操作如加煤、推焦、開、關氨水會引起的較大的壓力動搖值，要求在短時間內，經過控制相應的蝶閥，使集氣管壓力回到正常值；集氣管壓力調理看似簡單，其實是一個復雜的操作過程。對于雙焦爐而

48、言，不能以單個集氣管為控制回路，應該以集氣管壓力、總管吸力和集氣管蝶閥開度為雙控制回路。控制算法不能單以PID控制為主，應該采用擬人操作的模糊控制和PID算法相結合。輸入參數不能只是集氣管壓力，還應該思索集氣管的蝶閥開度。綜合思索以上要素，結合操作人員的閱歷和專家的知識，參閱文獻，他們設計了以圖-為控制方式的雙閉環層反響控制戰略：內環控制采用改良的PID控制器，即個單回路控制#集氣管、#集氣管和總管。用戶根據工藝需求可以自在修正控制參數。外環控制采用基于蝶閥形狀為丈量背景的模糊傳感器技術。將#集氣管、#集氣管壓力形狀的模糊傳感器輸出，反響到總管給定值的修正回路中，自動修正總管給定值。使總管吸力

49、順應焦爐產氣形狀，實現第二層反響控制。外環控制處理了焦爐產氣缺乏和產氣過足時，集氣管蝶閥無法順應其產氣形狀的難題，也處理了個集氣管的耦合干擾問題。總管吸力的優化控制是集氣管壓力穩定的主要保證。在調理每個集氣管壓力時，不同的總管吸力均可保證集氣管壓力控制在給定值的范圍內。這是由于各集氣管的蝶閥開度可以處于不同的位置。同樣的氣體流量，蝶閥開度大，所需求圖- 雙層反響控制的集氣管壓力控制表示圖的風機吸力就小，蝶閥開度小，所需求的風機吸力就大。因此，在保證集氣管壓力為正常范圍內，優化控制的條件是：集氣管蝶閥能否在最正確開度，最正確開度為%。將總管吸力作為監視控制，實現個集氣管壓力的解耦控制。.集氣管壓

50、力控制系統的邏輯構造集氣管壓力自動控制系統的邏輯構造見圖-所示：個單閉環回路：#集氣管、#集氣管和總管吸力，經過壓力變送器得到的壓力值，送入PLC。PLC根據實踐壓力值和采用的控制算法，計算出合理的控制電流，送到執行器和調理閥，控制管道的煤氣流量，到達調理壓力的目的。邏輯構造能反映系統的控制流程。從邏輯構造圖中，他們看出個內環反響控制的流程。外環控制是在工業控制計算機的內部經過軟件構成模糊控制器來實現的，模糊控制器的控制對象是總管給定值。模糊控制器根據集氣管壓力和蝶閥形狀，動態修正總管給定值，完成外環控制。下一章他們要詳細引見。. PLC的構造和任務原理. PLC的根本構造PLC的組成與計算機

51、非常類似，主要由中央處置器CPU、存儲器、輸入/輸出I/O接口、電源等部分組成，如圖-所示。圖- PLC的根本組成簡圖 圖- 集氣管壓力控制系統的邏輯構造圖中央處置器CPU：CPU是PLC的中心，控制從編程器鍵入的用戶程序和數據的接納與存儲；用掃描的方式經過I/O部件接納現場的形狀或數據；診斷PLC內部電路的任務缺點和編程中的語法錯誤等；執行用戶程序、完成各種數據的運算、傳送和存儲等功能；根據數據處置的結果，刷新相關標志位的形狀和輸出形狀存放器的內容，實現輸出控制、制表打印或數據通訊等功能。現代PLC常用的CPU有通用微處置器、單片微處置器存儲器：根據存儲器在系統中的作用，PLC存儲器包括系統

52、存儲器和用戶存儲器兩部分。系統存儲器用來存放系統程序，并固化在ROM中，用戶不能直接更改。用戶存儲器包括用戶程序存儲器程序區和功能存儲器數據區兩部分。用戶程序存儲器用來存放根據詳細的控制義務編寫的PLC程序，需求經常調試、修正，存儲器類型普通為RAM有掉電維護、EPROM或EEPROM等。用戶功能存儲器那么普通用來存放用戶程序中運用的形狀變量、數值數據等。輸入/輸出I/O接口：PLC經過I/O接口與外界銜接，輸入接口接納和采集開關量輸入信號或模擬量輸入信號，如按鈕、行程開關、電位器、傳感器等；輸出接口銜接被控對象中的各種執行元件，如電磁閥、指示燈、電機等。電源：小型PLC內部有一個開關式穩壓電

53、源，普通可以為輸入電路和外部的電子傳感器提供V直流電源。. PLC的任務原理PLC從硬件構造上看與計算機組成類似，它也有中央處置器CPU、存儲器、輸入/輸出I/O接口、電源等。PLC有兩種操作方式：RUN方式與STOP方式。在RUN方式，經過執行用戶程序來實現控制功能；在STOP方式，CPU不執行用戶程序，可用編程軟件創建和編輯用戶程序，并將用戶程序下載到PLC中。PLC的任務過程可以概括地歸納為上電初始化，CPU自診斷過程，網絡通訊處置，用戶程序掃描，輸入/輸出信息處置等五個階段。圖-為PLC的任務過程表示圖。圖- PLC的任務過程上電初始化：PLC上電后進展系統初始化，去除內部繼電器區，復

54、位定時器等，對電源、PLC內部電路、用戶程序的語法進展檢查。CPU自診斷：PLC在每個掃描周期都要進入CPU自診斷階段，以確保系統可靠進展。自診斷程序定期檢查用戶程序存儲器、I/O單元的銜接、I/O總線能否正常，定期復位監控定時器等。網絡通訊處置：配有網絡的PLC系統才有此處置過程。在這個階段，進展PLC之間以及PLC與計算機或其他終端設備之間的信息交換。用戶程序掃描階段：PLC靠執行用戶程序來實現控制要求。PLC的CPU采用分時操作的原理，其任務方式是一個不斷循環的順序掃描過程，掃描從第一條用戶程序開場，在無中斷或跳轉控制的情況下，按存儲地址號遞增的方式順序逐條掃描用戶程序，也就是順序執行程

55、序，直到程序終了，即完成一個掃描周期，然后又從頭開場執行用戶程序，并周而復始地反復。輸入/輸出信息處置：PLC在正常運轉形狀下，每一個掃描周期都要進展輸入、輸出信息處置。PLC在內存中設置了兩個映像區：一個為輸入映像區，另一個為輸出映像區。此過程以掃描的方式把外部輸入信號的形狀存入輸入映像區；將運算后的結果存入輸出映像區，直至傳送到外部被控設備。. PLC的編程言語PLC的邏輯控制功能是經過編程言語來實現的。普通來說，有五種PLC編程言語：順序功能圖、功能塊圖、梯形圖、指令表和構造文本，其中最常用的是順序功能圖編程言語和梯形圖編程言語，下面詳細引見這兩種編程言語。順序功能圖SFC圖- 順序功能

56、圖順序功能圖是為了滿足順序邏輯控制而設計的編程言語。編程時將順序的動作流程分成步和轉換條件，如圖-所示，根據轉換條件一步一步的按照順序動作來執行控制過程。圖中每一步代表一個控制功能義務，每個控制義務可以有一個或者多個動作。每一步用一個方框表示，在方框內有用于完成相應控制功能義務的梯形圖邏輯。順序功能圖使程序的構造明晰，易于閱讀和維護，減輕了編程、調試的任務量，主要運用于系統的規模較大、程序關系較復雜的場所。梯形圖LD梯形圖是PLC程序設計中用得最多的一種編程言語。梯形圖采用因果關系來描畫事件發生的條件和結果。在PLC梯形圖中運用的內部繼電器、定時器、計數器等都是由軟件來實現的，因此運用方便，修

57、正靈敏。梯形圖與繼電器控制系統的電路圖非常類似，在工業過程控制領域，電氣技術人員對繼電器邏輯控制技術較為熟習，因此，易于掌握和學習梯形圖，使得梯形圖得到了廣泛的運用。. PLC控制系統的組成PLC控制系統主要由硬件部分和軟件部分組成硬件部分PLC控制系統的硬件部分不僅包括符合系統控制要求的PLC機型、存儲器容量、輸入/輸出模塊、電源模塊、通訊模塊、模擬量輸入/輸出模塊和其他特殊功能模塊等，還包括適宜的外圍安裝，如輸入設備按鈕、開關、傳感器等、輸出設備接觸器、繼電器等和執行安裝控制的現場設備電機、水泵、閥門等。軟件部分PLC控制系統軟件部分包括對I/O地址、內部繼電器、定時器、計數器的運用和分配

58、，根據要求設計的PLC控制程序及人機界面等。. PLC控制系統的設計原那么PLC控制系統是為現場工藝控制效力的，其設計普通應遵照以下幾個原那么：根據工藝流程進展設計，保證能滿足控制對象的工藝要求，能按照工藝流程準確、可靠的任務。在滿足控制要求的前提下，設計合理、經濟，既要能發揚PLC控制技術的優點，又要盡量減少PLC系統硬件的費用。要思索PLC控制系統未來的可擴展性。控制系統的構成應力求簡單、適用，操作、維護、檢修方便，平安可靠。. PLC控制系統的設計步驟圖-為PLC控制系統設計的普通步驟，詳細分析如下：分析控制要求：在設計PLC控制系統之前，要深化了解和分析被控對象的工藝要求和控制要求，設

59、計出令人稱心的控制系統。確定輸入/輸出設備：根據控制要求選擇適宜的輸入設備控制按鈕、開關、傳感器等和輸出設備接觸器、繼電器等，并確定PLC所需的I/O點數。選擇適宜的PLC：根據所需的I/O點數和詳細PLC控制系統的功能要求，選擇類型適宜的PLC，需求思索PLC的機型、存儲容量、電源模塊和其他功能模塊等。圖- PLC控制系統設計步驟表示圖I/O分配：規定PLC的I/O端子和輸入/輸出設備之間的對應關系，繪制出I/O端子的銜接圖。PLC程序設計：根據控制對象和控制要求對PLC進展編程。在PLC程序設計階段普通先畫出程序流程圖，再編寫程序。模擬調試：可以用按鈕、開關來模擬數字量，用電壓源和電流源來

60、替代模擬量，對程序反復調試、修正，直到滿足控制要求。現場安裝與配線：將輸入/輸出設備與PLC之間的連線接好。聯機調試：將PLC程序與現場的輸入/輸出設備一同進展調試，處理發現的問題，使系統滿足控制要求。整理技術文檔：要整理的技術文檔包括設計闡明書、I/O接線原理圖、程序清單、元器件明細表、運用闡明書等。. PLC控制系統硬件設計在PLC控制系統的設計中硬件設計和軟件設計是兩個主要部分。PLC控制系統的硬件設計主要指硬件的選型、外部電路的設計及PLC接線圖的繪制等，其中PLC及其功能模塊的選擇又是硬件設計中首要思索要素，也是本節PLC控制系統硬件設計的主要討論內容。. PLC機型選擇在思索PLC