1 引 言
　　邢臺(tái)鋼鐵有限責(zé)任公司燒結(jié)廠（簡(jiǎn)稱(chēng)邢鋼燒結(jié)廠）8m2豎爐監(jiān)控系統(tǒng)是由監(jiān)控計(jì)算機(jī)及A-B公司的PLC構(gòu)成的小型集散系統(tǒng)，其中PLC負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并發(fā)出控制信號(hào)。上位機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)監(jiān)控，上位機(jī)與PLC之間通過(guò)A-B專(zhuān)用通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。該爐已在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)手動(dòng)調(diào)節(jié)，操作人員可在上位機(jī)或直接在手操器上手動(dòng)設(shè)定各段的煤氣和助燃風(fēng)的閥位，從而控制合適的爐溫。但因豎爐的燃燒過(guò)程是受多因素影響、具有大慣性、純滯后的非線性分布參量的隨機(jī)過(guò)程，手動(dòng)控制難于滿足要求。因此，必須建立豎爐的自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)。
2 豎爐燃燒工藝控制要求
　　燃燒狀況及成球質(zhì)量的好壞受多個(gè)因素的影響，包括生球質(zhì)量、烘干狀況、煤氣成分和配風(fēng)量等。前幾個(gè)因素主要由自然條件決定，而配風(fēng)量是一個(gè)便于調(diào)節(jié)的外在因素。配風(fēng)量的大小對(duì)燃燒狀況和豎爐燃耗的影響十分明顯，在燃料穩(wěn)定不變的情況下，調(diào)節(jié)空氣閥的閥位，燃燒室溫度隨空氣閥位的變化而變化，當(dāng)閥位在某一位置附近時(shí)，燃燒室溫度達(dá)到最高值。從理論上分析，在燃燒室溫度達(dá)到最高值時(shí)，空氣與燃料的配比接近燃燒的最佳空燃比。此時(shí)，若進(jìn)一步增加空氣量，相對(duì)低溫的過(guò)剩空氣會(huì)使燃燒室溫度下降；若減少空氣量，燃料不能完全燃燒，燃燒室溫度也會(huì)下降。但成球的過(guò)程是一個(gè)氧化過(guò)程，要求爐內(nèi)為氧化氣氛，否則會(huì)生成低熔點(diǎn)化合物，造成爐內(nèi)結(jié)塊。因此，準(zhǔn)確的配風(fēng)是非常重要的。傳統(tǒng)的PID控制策略實(shí)現(xiàn)燃燒控制效果不理想，必須采用人工智能控制，才能取得較好的控制效果。豎爐的計(jì)算機(jī)控制要求可以劃分為如下三個(gè)方面：
　　（1）以提高燃料利用效率、維持合理空燃比為目的，實(shí)現(xiàn)燃燒過(guò)程的基礎(chǔ)自動(dòng)化控制。現(xiàn)在已能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)準(zhǔn)確控制某些單獨(dú)的變量，例如流量，壓力等。
　　（2）以爐況順行為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)溫度、煤氣流量、助燃風(fēng)流量的多變量的聯(lián)合控制。
　　（3）前后工序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，以協(xié)調(diào)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)豎爐工序的計(jì)算機(jī)智能控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)指標(biāo)的優(yōu)化。
3 豎爐燃燒控制方案
　　考慮豎爐的燃燒特點(diǎn)，如果全面控制所有的參數(shù)，既不可能，也做不到。為此，在本智能控制器中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集到的信息，不以全面控制各個(gè)溫度為目標(biāo)，而是以燒成質(zhì)量和產(chǎn)量為目的，主要控制燃燒室溫度、廢氣量、廢氣含氧量等可控參數(shù)，而其他參數(shù)靠現(xiàn)場(chǎng)的工藝條件來(lái)保證[3]。系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　本系統(tǒng)采用了如下控制方案：
　　（1）模糊控制與PID控制相結(jié)合。偏差較大時(shí)，采用模糊控制可以解決系統(tǒng)非線性、大滯后等問(wèn)題；偏差較小時(shí)，采用PID方式可提高系統(tǒng)的靜態(tài)性能。
　　（2）模糊決策的自適應(yīng)控制。在燃?xì)饬亢愣ǖ那闆r下，空氣量越大，溫度越低；空氣量越小，溫度越高（在一定的范圍內(nèi)），據(jù)此可建立模糊規(guī)則模型。若燃?xì)饬吭龃螅杖急仍黾樱瑒t溫度升高。因此，空氣量的大小應(yīng)與煤氣量相對(duì)平衡。燃?xì)饬砍艘院侠淼目杖急认禂?shù)作為空氣給定量。
　　燃?xì)庵械腃O的含量一般在10%～20％ 之間。當(dāng)CO含量波動(dòng)時(shí)，原來(lái)建立的模糊規(guī)則發(fā)生偏移，模糊化決策對(duì)應(yīng)的控制量發(fā)生變化，穩(wěn)定時(shí)偏差不能夠達(dá)到合理的范圍。因此需要對(duì)決策范圍進(jìn)行調(diào)整，使穩(wěn)定時(shí)偏差為0。由此設(shè)計(jì)了模糊決策偏差檢測(cè)模塊及最佳決策輸出模塊，以實(shí)現(xiàn)模糊控制的自適應(yīng)過(guò)程。
　　（3）模糊決策正確性診斷。模糊決策正確性判斷的原則為：當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，溫度偏差趨向于模糊量O（PO或NO），由此可以確定在如下幾種情況下模糊決策出現(xiàn)偏差：當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，模糊偏差保持某一偏差值，且模糊變化率為O；當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，模糊偏差雖發(fā)生變化，但不為PO或NO，變化率也發(fā)生變化，兩量在規(guī)則表的某一區(qū)域內(nèi)形成回環(huán)；當(dāng)系統(tǒng)誤差為PO或NO情況下，由PID調(diào)節(jié)，且穩(wěn)定運(yùn)行較長(zhǎng)的時(shí)間后，其PID調(diào)節(jié)量與模糊輸出O對(duì)應(yīng)的決策量存在較大的差別。前兩種情況將造成系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)存在偏差。后一種情況不但會(huì)造成偏差，同時(shí)還由于系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化情況下，模糊決策不及時(shí)修正造成由PID轉(zhuǎn)為模糊控制后的波動(dòng)。因此以上幾種情況都需要進(jìn)行模糊決策的修正。
　　（4）模糊決策的修正。當(dāng)系統(tǒng)模糊決策偏離時(shí)，首先將系統(tǒng)調(diào)整到無(wú)差穩(wěn)定狀態(tài)，并將此時(shí)的控制量定為模糊決策的輸出。將系統(tǒng)調(diào)整到無(wú)差狀態(tài)，由PID調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)；穩(wěn)定狀態(tài)的判斷，通過(guò)檢測(cè)一定時(shí)間內(nèi)是否滿足一定的誤差范圍；根據(jù)模糊決策公式，修正相應(yīng)的參數(shù)使模糊決策得以修正。
4 模糊推理軟件的建立
　　模糊PID控制流程如圖2所示。模糊推理軟件的主體程序建立在上位機(jī)RSVIEW軟件上，根據(jù)時(shí)間和事件發(fā)生周期啟動(dòng)，并在后臺(tái)運(yùn)行。模糊推理軟件由RSVIEW中的VBA實(shí)現(xiàn)。煤氣流量及助燃風(fēng)流量的PID控制算法由PLC的梯形圖實(shí)現(xiàn)。人機(jī)界面采用RSVIEW組態(tài)軟件設(shè)計(jì)，主要完成數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、邏輯與控制、操作界面設(shè)計(jì)。

5 結(jié)束語(yǔ)
　　經(jīng)過(guò)在線調(diào)試和工業(yè)試運(yùn)行階段后，該控制系統(tǒng)已投入正式運(yùn)行。在工業(yè)試運(yùn)行期間，爐況穩(wěn)定，燃燒效果和爐溫的穩(wěn)定性均較好。采用該控制系統(tǒng)進(jìn)行爐溫的自動(dòng)控制，克服了大擾動(dòng)、非線性和滯后給爐溫控制帶來(lái)的困難，提高了爐溫控制的準(zhǔn)確性。