面向節(jié)能目標(biāo)的焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程

面向節(jié)能目標(biāo)的焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程

中南大學(xué)摘要焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程是一種復(fù)雜的工業(yè)過(guò)程，具有強(qiáng)非線性，大時(shí)滯，工況復(fù)雜等控制難點(diǎn)。如何優(yōu)化焦?fàn)t加熱控制過(guò)程，確定合適的煤氣流量和空氣量，使焦?fàn)t處于最優(yōu)的燃燒狀態(tài)，降低煉焦能耗，是進(jìn)行焦?fàn)t加熱燃燒優(yōu)化控制的關(guān)鍵性問(wèn)題。本文在原有反饋控制結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)前饋供熱量模型，將前饋和反饋的方式結(jié)合。首先分析煉焦供熱量機(jī)理，在考慮焦?fàn)t操作，煤和燃?xì)馓匦约敖範(fàn)t過(guò)程變量等可測(cè)干擾對(duì)燃燒控制的影響，建立一個(gè)簡(jiǎn)化的符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的供熱量模型，同時(shí)通過(guò)分析燃燒過(guò)程的實(shí)時(shí)工況，根據(jù)火道溫度的測(cè)量值與設(shè)定值之差，采用模糊PID控制器計(jì)算出立火道溫度增減所需改變的煤氣流量，得到每種工況下的煤氣流量?jī)?yōu)化設(shè)定值。針對(duì)焦?fàn)t現(xiàn)場(chǎng)廢氣含氧量不能實(shí)時(shí)檢測(cè)和樣本數(shù)據(jù)點(diǎn)過(guò)少的問(wèn)題,本文采取支持向量機(jī)組合預(yù)測(cè)方法，建立空氣系數(shù)預(yù)測(cè)模型。首先,利用啟發(fā)式搜索算法，得到優(yōu)化的基于RBF核函數(shù)和多項(xiàng)式核函數(shù)支持向量機(jī)子模型，然后，基于模糊組合的原理，將子模型進(jìn)行加權(quán)集成,得到組合預(yù)測(cè)模型。本文在WinCC組態(tài)軟件的操作平臺(tái)下，以VC十+為開(kāi)發(fā)工具，運(yùn)用OPC通訊技術(shù)，進(jìn)行焦?fàn)t加熱燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，仿真結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的控制策略能取得較好的控制效果,降低爐溫波動(dòng),保證加熱煤氣的充分合理燃燒，為焦?fàn)t熱工操作,提高焦?fàn)t熱工管理水平，降低產(chǎn)品能耗提供依據(jù)。關(guān)鍵詞焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程，供熱量模型，煙道吸力，支持向量機(jī)，組合預(yù)測(cè)第一章緒論本文以某焦化廠焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程為研究對(duì)象，以實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t節(jié)能為日標(biāo)，針對(duì)實(shí)際焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程中存在的問(wèn)題，分析焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程的工藝，根據(jù)焦?fàn)t火道溫度控制的特點(diǎn)與難點(diǎn)，通過(guò)建立煉焦供熱量模型，多工況模糊PID溫度控制器以及煙道吸力優(yōu)化設(shè)定模型，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程的優(yōu)化，降低煉焦能耗。1.1研究背景及意義1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀焦?fàn)t的節(jié)能主要從煉焦的工藝和優(yōu)化控制方案兩個(gè)方面來(lái)考慮：在工藝方面,節(jié)能環(huán)保型的焦?fàn)t正在興起，包括以下三個(gè)方面的發(fā)展：發(fā)展節(jié)能環(huán)保型的焦?fàn)t必然走焦?fàn)t大型化和高效的途徑.)研制薄爐墻的焦?fàn)t，由傳熱原理可知它可大大提高傳熱速率和熱效率，降低煉焦耗熱量.發(fā)展寬幅炭化室焦?fàn)t，通過(guò)實(shí)際運(yùn)用,發(fā)現(xiàn)寬幅炭化室煤料絕對(duì)值收縮量增加,對(duì)爐墻膨脹壓力減少，有利于爐體維護(hù)，而且堆密度的提高也擴(kuò)大了煤源;最后是寬幅與薄爐墻焦?fàn)t的綜合發(fā)展.現(xiàn)有的焦?fàn)t加熱控制技術(shù)，基本上可歸納為兩大類(lèi)：前饋控制為主，反饋控制為輔的控制系統(tǒng);反饋控制為主，前饋為輔的控制系統(tǒng)。通過(guò)分析可以看出，以上系統(tǒng)都具備以下兩種功能：⑴控制最佳供熱量，即根據(jù)設(shè)定的全爐代表溫度或計(jì)算機(jī)計(jì)算的煉焦耗熱量同條件變化（煤氣熱值!煤水分以及裝煤量!配煤質(zhì)量等）后實(shí)測(cè)值的偏差來(lái)調(diào)節(jié)煤氣供熱量。（2）調(diào)節(jié)廢氣含氧量（或空氣系數(shù)）,實(shí)現(xiàn)最佳燃燒，利用分煙道含氧量（或換算為空氣系數(shù)）的測(cè)定值同日標(biāo)值的偏差,在保證看火孔壓力穩(wěn)定的條件下及時(shí)調(diào)節(jié)分煙道吸力。1.3研究?jī)?nèi)容完成火道溫度優(yōu)化控制的以下兩個(gè)方面：（1） 焦?fàn)t加熱系統(tǒng)供熱量的控制焦?fàn)t火道溫度控制貫穿于煉焦生產(chǎn)的始終,是一個(gè)具有純時(shí)滯，慣，時(shí)變與非線性的過(guò)程，本文改進(jìn)的加熱系統(tǒng)主要包括前饋供熱量模型和基于溫度反饋的模糊PID控制器兩部分。首先，將在焦化廠現(xiàn)有的生產(chǎn)與檢測(cè)條件下，建立一個(gè)符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的前饋供熱量模型，通過(guò)前饋供熱量模型得到日標(biāo)火道溫度下的煤氣流量初始設(shè)定值，然后，對(duì)于其它不可測(cè)因素以及未知因素造成的干擾，在工況判斷結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用多工況模糊PID溫度控制器對(duì)煤氣流量進(jìn)行在線補(bǔ)償修正，實(shí)現(xiàn)火道溫度與日標(biāo)設(shè)定溫度之間存在偏差時(shí)煤氣流量的正確調(diào)節(jié)，達(dá)到穩(wěn)定爐溫的日的。（2） 焦?fàn)t燃燒系統(tǒng)煙道吸力控制模型的設(shè)計(jì)（略）1.4論文構(gòu)成第二章為焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程智能優(yōu)化控制整體架構(gòu)的設(shè)計(jì)部分。第三章詳細(xì)介紹焦?fàn)t供熱量模型與多工況模糊PID溫度控制器的建立。第四章詳細(xì)闡述焦?fàn)t煙道吸力優(yōu)化設(shè)定模型。第五章闡述系統(tǒng)控制方法的實(shí)現(xiàn)和仿真實(shí)驗(yàn)。第六章對(duì)本文所做的工作進(jìn)行總結(jié)，指出今后需要進(jìn)一步開(kāi)展的研究工作。第二章焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程智能優(yōu)化控制結(jié)

構(gòu)本章首先詳細(xì)地介紹了焦?fàn)t的生產(chǎn)工藝,分析焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程節(jié)能的主要影響因素及針對(duì)焦?fàn)t現(xiàn)場(chǎng)的控制問(wèn)題與難點(diǎn)，給出了焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程智能優(yōu)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。主要包括前饋供熱量模型,多工況的模糊PID溫度控制器以及煙道吸力優(yōu)化設(shè)定模型三個(gè)部分。通過(guò)建立的供熱量模型和模糊PID溫度控制器,得到不同工況下的煤氣流量設(shè)定值，以及通過(guò)建立煙道吸力優(yōu)化設(shè)定模型得到最佳的煙道吸力設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)最佳燃燒控制，達(dá)到焦?fàn)t節(jié)能的日的。2.1工藝機(jī)理分析原理是將煤在隔絕空氣的情況下進(jìn)行高溫干餾，從而產(chǎn)生焦炭，煤氣以及焦油等其它有機(jī)化學(xué)副產(chǎn)品。2.1.1焦?fàn)t結(jié)構(gòu)與焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程集氣管焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程是把一定量的配合煤裝入炭化室，再將一定量的煤氣和經(jīng)蓄熱室預(yù)熱過(guò)的空氣，送燃燒室混合并燃燒,對(duì)炭化室中的入爐煤進(jìn)行高溫干餾，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的加熱,形成最終產(chǎn)品，主要是焦炭。煤氣和諸多化工產(chǎn)品。燃燒后所產(chǎn)生的廢氣，經(jīng)蓄熱室。廢氣陀。煙道。煙窗排出。焦?fàn)t加熱方式有焦?fàn)t煤氣加熱，高爐煤氣加熱和混合煤氣加熱三種。2.1.2焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程節(jié)能影響因素分析造成影響焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程的因素眾多，主要包括結(jié)焦時(shí)間，配合煤品質(zhì)，煤氣種類(lèi)和熱值，生產(chǎn)計(jì)劃，大氣溫度和風(fēng)向等因素，從加熱系統(tǒng)煉焦耗熱量和燃燒系統(tǒng)煙道吸力控制兩個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)的節(jié)能進(jìn)行分析。(1)煉焦耗熱量焦?fàn)t耗熱量與煉焦熱的關(guān)系如下煉焦耗熱量=煉焦熱+焦?fàn)t散熱+廢氣熱焓煉焦熱主要跟下面幾個(gè)因素相關(guān)：1）入爐煤工藝因素當(dāng)入爐煤水分低于8%時(shí)，水分對(duì)煉焦熱的影響不大，即當(dāng)水分低于8%時(shí)，增加水分不要求附加煉焦熱。高于8%時(shí),每改變1%的水分對(duì)煉焦熱的影響如表2-1所示表2-1水分對(duì)煉焦熱的影響水分范圍，%8-1010?1250?59kJ/kg（干煤）59-71kJ/kg（干煤）每變化1%的煉焦熱變化值一33.5kJ/kg（濕煤）38-53kJ/kg（濕煤）煤料堆密度與水分也有較大的關(guān)系，千煤堆密度最大，隨著水分增加堆密度減少,當(dāng)水分為7—8%時(shí),堆密度最小，是干煤堆密度的85%左右，水分繼續(xù)增加,85%左右，水分繼續(xù)增加,堆密度稍有增加，如圖2-2所示0 7?8 入爐煤水分（％）圖2-2入爐煤《分與埃密度的關(guān)系700堆密度（屈/濕）如果入爐煤水分每增加1%,要求日標(biāo)火道溫度上升5-7攝氏度,煉焦耗熱量增加約30kJ/kg，結(jié)焦時(shí)間將延長(zhǎng)10-15分鐘。結(jié)焦時(shí)間結(jié)焦時(shí)間過(guò)短，火道溫度的提高需要更多的煤氣消耗;而結(jié)焦時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，為保持爐頭溫度，標(biāo)準(zhǔn)火道的溫度不能隨結(jié)焦時(shí)間的延長(zhǎng)而進(jìn)一步降低，也會(huì)使煤氣消耗量增加，煉焦熱也增加，造成能耗的損失。每孔裝煤量每孔裝煤量的多少直接影響到加熱過(guò)程中所需的煤氣量，從而導(dǎo)致所需耗熱量的變化，兩者存在一定的線性關(guān)系。當(dāng)保持煤氣流量和入爐煤水分不變時(shí),每增加或減少100kg裝煤量，日標(biāo)火道溫度將增加或減少1攝氏度左右。(2)煙道吸力控制加熱煤氣的合理燃燒是提高節(jié)能效率的關(guān)鍵，在焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程中，為了保證煤氣的合理充分燃燒，需調(diào)整空氣量，通過(guò)煙道吸力控制實(shí)現(xiàn)最佳燃燒，在實(shí)際控制中常用空氣系數(shù)表示。2.2控制問(wèn)題與難點(diǎn)本文針對(duì)某焦化廠的州60型焦?fàn)t，為了提高焦炭質(zhì)量，降低焦?fàn)t耗熱量,提高煤氣利用率，延長(zhǎng)焦?fàn)t壽命,存在以下兩個(gè)主要控制問(wèn)題：(1)供熱量控制供熱量前饋控制模型的控制方法簡(jiǎn)單！容易實(shí)施!對(duì)硬件要求低，比較適合焦?fàn)t生產(chǎn)穩(wěn)定的場(chǎng)合"這種控制模型是先根據(jù)煤料的性狀和焦炭的平均溫度計(jì)算煉焦熱，再由生產(chǎn)任務(wù)，廢氣熱損失和散熱等通過(guò)熱平衡方法計(jì)算煉焦耗熱量，最后通過(guò)煤氣熱值，裝煤量等算出焦?fàn)t供熱量,進(jìn)而計(jì)算出煤氣流量"該控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是前饋調(diào)節(jié)不需考慮爐溫變化慢時(shí)的影響，監(jiān)測(cè)點(diǎn)少，能減少儀表和測(cè)量誤差，可以為煤氣流量的調(diào)節(jié)提供理論基礎(chǔ)。(2)煙道吸力控制(略)2.3焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程優(yōu)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.3.1基本思想焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程優(yōu)化控制系統(tǒng)是以?xún)?yōu)化焦?fàn)t加熱燃燒，提供最佳供熱量為主要日的，選擇整個(gè)爐組作為熱量和溫度的控制對(duì)象"基于焦化加熱的工藝參數(shù)，以及現(xiàn)場(chǎng)焦?fàn)t的實(shí)際情況和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，全面考慮焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程中可測(cè)干擾對(duì)加熱燃燒控制的影響,建立前饋供熱量模型，結(jié)合模糊PID溫度控制策略，給出多工況下的煤氣流量設(shè)定值，為現(xiàn)場(chǎng)工人提供操作指導(dǎo)"同時(shí)通過(guò)建立空氣系數(shù)預(yù)測(cè)模型,得到空氣系數(shù)預(yù)測(cè)值與日標(biāo)值之差，實(shí)時(shí)反饋對(duì)機(jī)側(cè)和焦側(cè)的煙道。吸力進(jìn)行調(diào)節(jié)，使煙道吸力穩(wěn)定在優(yōu)化設(shè)定值，以保證進(jìn)入到各個(gè)燃燒室的煤氣能充分燃燒"這樣,就構(gòu)成了一個(gè)基于溫度和壓力反饋的優(yōu)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程的智能優(yōu)化控制。2.3.2總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本文提出了改進(jìn)后的焦?fàn)t加熱燃燒優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)如圖2-3所示"主要包括:前饋供熱量模型，多工況模糊PID控制器和煙道吸

力優(yōu)化設(shè)定模型。圖2-3總體姑構(gòu)設(shè)計(jì)圖(1)前饋供熱量模型本文基于長(zhǎng)期的焦化加熱經(jīng)驗(yàn)和焦化機(jī)理數(shù)學(xué)模型，全面考慮焦?fàn)t操作!煤和燃?xì)馓匦约敖範(fàn)t過(guò)程變量等可測(cè)干擾對(duì)加熱燃燒控制的影響，以焦?fàn)t熱平衡理論為基礎(chǔ)，建立了前饋供熱量模型"在建立過(guò)程中作了一些簡(jiǎn)化，刪除了一些次要因素，保留了幾個(gè)對(duì)焦?fàn)t供熱量模型產(chǎn)生主要影響的因素"由于現(xiàn)場(chǎng)在線儀器的問(wèn)題,很多量一般很難檢測(cè)"對(duì)于本文涉及的焦化廠來(lái)說(shuō)，有固定的煤源及配比，裝爐煤水分的變化和加熱煤氣氣源相對(duì)穩(wěn)定,因此通過(guò)收集現(xiàn)場(chǎng)可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行回歸處理，其中一些量擬采用常數(shù)進(jìn)行替代，在模型建立的過(guò)程中將其做相對(duì)固定值輸入"通過(guò)簡(jiǎn)化的供熱量模型，可以得到煤氣流量的初始設(shè)定值。多工況模糊PID控制器工況的實(shí)時(shí)變化將會(huì)導(dǎo)致焦?fàn)t火道溫度的波動(dòng)，而且會(huì)導(dǎo)致焦?fàn)t整體耗熱量的變化，改變焦?fàn)t整體的加熱水平"而處于不同工況時(shí)對(duì)焦?fàn)t供熱量的控制要求也會(huì)有所不同"在正常工況下，供熱量調(diào)節(jié)的日的主要是使火道溫度穩(wěn)定在日標(biāo)值附近；在停止推焦?fàn)顟B(tài)下，此時(shí)的任務(wù)主要是抑制火道溫度的快速升高；在等待推焦?fàn)顟B(tài)下，此時(shí)供熱量的調(diào)節(jié)主要是抑制火道溫度的降低"通過(guò)分析處于三種不同的工況時(shí)，焦?fàn)t加熱燃燒系統(tǒng)控制精度和控制日的的不同，結(jié)合隸屬度函數(shù)的特點(diǎn)，根據(jù)PID控制的調(diào)節(jié)規(guī)律以及對(duì)不同工況下火道溫度調(diào)節(jié)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)這三種狀態(tài)分別設(shè)計(jì)了模糊PID溫度反饋控制器，得到三種不同工況下的煤氣流量補(bǔ)償值。煙道吸力優(yōu)化設(shè)定模型(略)2.4小結(jié)本章從焦?fàn)t的結(jié)構(gòu)!焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程兩個(gè)方面詳細(xì)地分析焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程機(jī)理，并詳細(xì)的分析了焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程的節(jié)能影響因素，總結(jié)了日前某煉焦生產(chǎn)企業(yè)加熱燃燒系統(tǒng)控制存在的問(wèn)題與難點(diǎn)"通過(guò)對(duì)實(shí)際焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程的特性分析，設(shè)計(jì)了焦?fàn)t火道溫度智能優(yōu)化控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)"控制系統(tǒng)主要包含三部分:前饋供熱量控制模塊!多工況模糊PID溫度控制器和煙道吸力優(yōu)化設(shè)定模塊"通過(guò)供熱量控制模塊得到煤氣流量初始值，然后根據(jù)焦?fàn)t耗熱量的變化對(duì)工況進(jìn)行劃分，選擇不同工況下的溫度控制器獲得煤氣流量修正量"煙道吸力優(yōu)化設(shè)定模塊根據(jù)最新算出的煤氣流量設(shè)定值和預(yù)測(cè)出的空氣系數(shù)來(lái)計(jì)算最優(yōu)煙道吸力設(shè)定值"這樣就構(gòu)成了基于溫度!煤氣流量和煙道吸力前反饋相結(jié)合的智能優(yōu)化控制系統(tǒng)的基本框架。第三章煤氣流量?jī)?yōu)化設(shè)定模型建立焦?fàn)t供熱量模型是進(jìn)行焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程分析的重要環(huán)節(jié)"該模型是以整座焦?fàn)t為控制體系，結(jié)合熱工標(biāo)定的數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際，將影響焦?fàn)t總供熱量的各種因素按照其干擾作用的大小分為兩類(lèi):一類(lèi)為控制因素，即模型參數(shù)"例如:裝爐煤參數(shù)!焦餅中心溫度!加熱煤氣成分!結(jié)焦時(shí)間!廢氣量及廢氣溫度等；另一類(lèi)為輔助變量或者常數(shù),如爐體散熱!漏氣率!各種物質(zhì)比熱等"通過(guò)焦?fàn)t熱平衡測(cè)試的方式或者根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)歸納分析數(shù)據(jù)處理得到"最后按照焦?fàn)t所需總熱量，建立焦?fàn)t熱平衡方程模型。3.1煉焦供熱量機(jī)理分析供熱量模型的基本原理有三種形式:一是根據(jù)焦?fàn)t傳熱雙層平壁不穩(wěn)定導(dǎo)熱方程式推導(dǎo)，從焦?fàn)t傳熱的角度進(jìn)行理論計(jì)算，得到日標(biāo)火道溫度下的理論供熱量模型"二是由熱平衡計(jì)算分析，建立幾乎考慮了所有的熱工參數(shù)的模型"三是由實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)!專(zhuān)家系統(tǒng)!數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)行優(yōu)化串級(jí)分段!分檔控制，給出煤氣量的給定值。焦?fàn)t標(biāo)準(zhǔn)的熱平衡模型如圖3一1所示

不完全燃燒熱0廢％豎熱①爐體散熱紗/「?焦炭易熱/一凈煤氣顯熱0干煤顯熱彷配煤水顯熱。5泄漏粗煤氣燃燒熱06干煤顯熱彷配煤水顯熱。5泄漏粗煤氣燃燒熱06一?粗苯潛、顯熱Q/煤氣燃燒趣2；煤氣燃燒趣2；煤氣顯熱0空氣和煤水潛、顯熱Q-1f氨顯熱t(yī)e=L j-l(3-16)te=L j-l(3-16)圖3-1焦?fàn)t標(biāo)準(zhǔn)熱平衡模型熱平衡模型左方為原料帶入熱，右方為有效熱，下方為供入熱，上方為損失熱最后根據(jù)焦?fàn)t的全入能平衡可得如下方程式：由上述熱平衡方程，將各個(gè)部分的公式代入，即可得標(biāo)準(zhǔn)的供熱量方程,但是這個(gè)理論的供熱量模型中許多變量在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中并不能獲得，所以需要在理論供熱量模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)一些假設(shè)條件給出了一個(gè)簡(jiǎn)化的供熱量模型3.2供熱量簡(jiǎn)化模型3.2.1簡(jiǎn)化思路及方法對(duì)于本文涉及的焦化廠來(lái)說(shuō),有固定的煤源及配比，并且入爐煤的水分變化和加熱煤氣氣源相對(duì)穩(wěn)定，因此可以通過(guò)收集可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),采用統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行回歸處理，擬用常數(shù)進(jìn)行替代，在模型建立的過(guò)程中對(duì)某些量做相對(duì)固定值輸

入。3.2.2焦餅中心溫度軟測(cè)量模型軟測(cè)量方法已在工業(yè)控制中取得廣泛的應(yīng)用，日前的軟測(cè)量主要有基于回歸分析的軟測(cè)量!基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟測(cè)量和基于模糊數(shù)學(xué)的軟測(cè)量等方法。本章首先找出影響焦餅中心溫度的因素，采用的就是基于回歸分析的軟測(cè)量方法，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，建立焦餅中心溫度的軟測(cè)量模型。煎3-1機(jī)湖房餅中心溫定就副量建蟆原菇■敷福序號(hào)皓咨時(shí)間(bj火道涓度C1C)'入爐煤水分(%)焦餅中心溫度911213【1.610802⑵3[1.5『的53蜀31859.91020420[]809.S1010520L]射9.21012620仃射9.2驅(qū)。7201?02<3,59638卻1:95980920120211.71QW10201207!1.61"U19]202皿965]219廁蜘1519I2C5L0.B9S214仔1195H1.7蚣ISIH120410.696316IX1250E297617I&125012954沽]?12501295419IKI25Q129532(.IS125012952由線性回歸建模原理，首先對(duì)歷史數(shù)據(jù)分析,獲得一定數(shù)量的樣本,分析樣本的統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律，可以建立焦餅中心溫度的機(jī)焦側(cè)回歸軟測(cè)量模型。采取最小二乘法求出四元線性回歸擬合方程如下必二722.6648+30.56407—0.42804七十18.34836" (3-17)同理采取最小二乘法求得焦側(cè)焦餅中心溫度的擬合方程如下,其回歸數(shù)據(jù)見(jiàn)表3-2:上=626.7751+30.75393"0.32153。+16.45824叫 (3-18)^3-2底他您愣中心溫度枚測(cè)量定模原始敏據(jù)庠號(hào)黠塢時(shí)閆⑴火道溫度(Z)入爐瑕應(yīng)分席餅中心沮度］?\2212G3L1.6沖如222127311.5im32012359-9ini??12012339-8101052012459.210126201洗9S0720I25U幻海820LW9,4油920L25311.71020]<J2012601L.6L<J1211掙P(guān)5O9.2順]219L254]D.K970131912551O.S141占]25010.7960159S1254W.6短1618130012171811021295B捋130012956E1813值1295020181302129打3.2.3簡(jiǎn)化模型的建立根據(jù)熱量平衡，經(jīng)整理可得103^+16.75^=-。.04945建-11.0923/小+1870.84“十495911.5+ (3-31)而普廣(3499340+784&Q十1.593牝兒＞＜上＞＜%1十140.1】叫在整個(gè)結(jié)焦周期內(nèi)，由于溫差的變小和煤導(dǎo)熱性能的變化,決定了所需的熱量是變化的。在結(jié)焦初期，由立火道傳給炭化室墻的熱量小于炭化室墻傳給煤料的熱量，爐墻的吸熱小于放熱;結(jié)焦中期，爐墻吸熱逐漸減小，吸熱稍微大于放熱;結(jié)焦末期，焦炭已大部分成熟，爐墻吸熱大于放熱"在焦?fàn)t自動(dòng)加熱控制過(guò)程中要求在結(jié)焦初期快速提供熱量，其加熱速度相對(duì)常規(guī)加熱比較快,當(dāng)達(dá)到固化溫度時(shí)再逐漸減少供熱量"因此，焦?fàn)t加熱煤氣流量補(bǔ)償控制的基本思想就是根據(jù)不同工況下對(duì)焦?fàn)t供熱量控制要求的不同，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程工藝機(jī)理分析的基礎(chǔ)上,主要根據(jù)實(shí)時(shí)耗熱量的變化，劃分三種不同的工況，通過(guò)對(duì)不同工況的判斷，得到不同工況下的煤氣流量補(bǔ)償值。3.3.1工況判斷根據(jù)以上分析，對(duì)焦?fàn)t的生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行分類(lèi)，劃分如下⑴正常生產(chǎn)狀態(tài)在這個(gè)狀態(tài)，按照生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行，即按照生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行裝煤!推焦操作和檢修等操作，生產(chǎn)計(jì)劃的編制己經(jīng)考慮到推焦均衡的進(jìn)行，因此盡管在這種狀態(tài)有檢修,但是不會(huì)影響到生產(chǎn)的進(jìn)行,不用考慮間歇性操作對(duì)火道溫度的影響，火道溫度穩(wěn)定性較好。(2)停止推焦?fàn)顟B(tài)即在正常生產(chǎn)進(jìn)行過(guò)程中，由于設(shè)備故障使生產(chǎn)被迫停止，并且停止時(shí)間較長(zhǎng)，或者正在進(jìn)行一次時(shí)間較長(zhǎng)的集中檢修,這時(shí)炭化室中的焦炭已成熟，并且隨著時(shí)間的推移,焦炭成熟的炭化室越來(lái)越多，炭化室平均吸熱速率降低，燃燒室平均熱能增加，火道溫度呈整體上升趨勢(shì)。⑶等待推焦?fàn)顟B(tài)即當(dāng)排除故障后，由于長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有出焦，為了恢復(fù)正常生產(chǎn)，必須對(duì)需要出爐的炭化室進(jìn)行處理，但是，處于結(jié)焦初期的炭化室很多，大部分炭化室處于吸熱的狀態(tài)，炭化室吸熱速率升高,這時(shí)焦?fàn)t的整體溫度呈下降趨勢(shì)。3.3.2多工況模糊PJD控制器方法通過(guò)對(duì)焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程的工況判斷，可以分析出當(dāng)前焦?fàn)t加熱過(guò)程處于正常生產(chǎn)狀態(tài)。停止推焦?fàn)顟B(tài)和等待推焦?fàn)顟B(tài)的工況，而處于三種不同的工況時(shí)才控制精度和控制目的都是不同的，針對(duì)這三種狀態(tài)分別設(shè)計(jì)溫度反饋控制器，得到三種狀態(tài)下的煤氣流量設(shè)定值。在正常工況下，即按照正常的生產(chǎn)計(jì)劃出爐時(shí)，供熱量調(diào)節(jié)的目的是使溫度穩(wěn)定在目標(biāo)值附近；在停止推焦?fàn)顟B(tài)下，隨著時(shí)間的推移，越來(lái)越多的炭化室內(nèi)的焦炭處于趨于成熟，需要吸收的熱量減少，此時(shí)的主要任務(wù)是抑制溫度的快速升高;在等待推焦?fàn)顟B(tài)下，火道溫度下降較快，此時(shí)處于結(jié)焦初期的炭化室增多，加熱過(guò)程對(duì)于溫度負(fù)偏差和負(fù)偏差變化率比較敏感，因此供熱量的調(diào)節(jié)主要是抑制火道溫度的降低。針對(duì)焦?fàn)t生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)，本文在設(shè)計(jì)模糊控制器的時(shí)候采用的是二維模糊控制器。

3.3.3多工況煤氣流量補(bǔ)償定義模糊子集根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)模糊整定PID這三個(gè)參數(shù)，選擇輸入語(yǔ)言變量為誤差"和偏差ec,設(shè)置"的基本論域是｛-12攝氏度,12攝氏度｝,ec的基本論域是｛-8攝氏度,8攝氏度｝,E和Ec的模糊論域?yàn)椋?6,-5,-4,-3,-2,-1,0,l,2,3,4,5,6｝輸出變量么*暴:、的模糊子集域｛-0.06,-0.05,-0.04,-0.03,-0.02,-0.01,0,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05,0.06｝&EC，頊?zhǔn)?，△?模糊變量的詞集都選擇為7個(gè):｛NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB｝,子集中元素分別代表負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，止中，正大確定模糊子集的隸屬度函數(shù)-6^-2 0 2 4 6EEC圖3*4正常工況下E、EC的案屬度函數(shù)圖■6 4 -2 0 2 4BEECS3-5停止推焦工況下島EC的隸屬度函數(shù)圖-6^-2 0 2 4 6EEC圖3書(shū)等待推焦工況下舊EC的隸屬度函數(shù)圖?3-1￡、KM案屬度函教困表3-3附的模糊規(guī)則表EECNEiNS20...hIMVL=PSNSH=70ZE.H=Z0PSv,=zaPMV,=7.0PBNBPB\l*BVPBPB\PBIPBPM'tPWPMPM\PM\PMPS\PS'.PSZE'ZE.\ZEZE'ZE'ZENMPB\PB\PBPB\PMPBPM\PM\PMPS.PS\PSP*PSkPSZDZEVZEN*NgNSPM'PMTBPM\PM\P8IMPM\PMPSIPSkPSZl.'.ZE\7FNS\NS\^SNS\NS\NSZEPM睥PMPM\PS\PMPS\PS\PSZE'.ZL.ZENS'.NS\NSNM\NM\NSNM\NM\NMPSPS\PS\FMi'S'71，：lPSZEX7RZFNS\NWNSN&N&NSKM\NM\NMNM\NB\NMPMPS\PSkPSZEkZE'.PSNS\NS\NSNM\NMkNMNM\NMNMNM\NB\NMNB'iNB'.NBPBZE\ZE'.PSZE^ZE\ZENM\NNCNMNM\NM\NMNMWMWMNR，.NMNGNB\NB\HB

表扣的模糊規(guī)則衷EECNBNMNSZEPSPMPBNBNBiNBVNBNMVNM巾MNM\NM\NMNS'NS'.NSZE^ZBZEZE逕ElZENMNBYNRINRNB\NB\NBNS-NS■■N皇NSINSZEUE.ZEZE\Z?：\ZENSNB1NBLNBNMNM\NMN&NS\NSNSVNSVNSPSIPS*PSPS\PS\PSPS\PS\PSZENW-NMVNMNM\NM\NMNS\NS\NSZEVZE'iZEPM\PMUJMPM\PM1PMPMXPMXPMPSNN-r-.NM-iNMNS\NS\NSmZEWEPSIPS\PSPM1PM1PMPM'1.PM\PMPBAPBVPBPMZE\ZE\ZEZE\ZE\ZEPS\PS\P$PM\PM\PMPB'PB'PBPB\PB\PBPB2E\ZE\ZEZE\lv\ZEP^PS\PSPMXPM'PMPWPB'PBPBIP囤PRPR"曲PBEECNHNMNSZEPSPMPBNBPS\PS\PMNS\NS\NMNB\NB''.NBNB'.NB\NBNM\NM\NMPS\PS\PSNMPSPS\PMNS\NS'NMNW\NM\NMNS'.NM'.NSZEAPSAZENS2"i:\ZENSVNS\NSNM\NM\NMNM\NM\NMMSNtNSNSNS心SZE\ZE\ZEZEZEIZE\ZENS\N$\NSNM\NM\NMNMVNMXNMNS\NS\NSNS\NS'.NSZE\ZE\ZEPSZI'V.■■:\ZE2片,ZE'.ZE7.F.\7.F：'ZE?.F.\ZE\ZEZR\ZBZEZE\ZE\ZFZE\PS\PSPMPB\PEtPBMSANS\NSPS\PS\?SPSgPSPS\PS\PSPSVPSkPSPB\PA\PBPB皈PB1PBPM\PM，PMPTPWPMPM\P林PMPS\PS\PSFSPM\PSPB\PB\PB解模糊解模糊可采用多種不同的方法,用不同的方法得到的結(jié)果也是不同的"主要的有以下三種方法，最大隸屬度函數(shù)法，重心法，加權(quán)平均法。其中最大隸屬度函數(shù)法不考慮隸屬度函數(shù)形狀，因此會(huì)丟失很多信息,適合對(duì)控制要求不高的場(chǎng)合"在實(shí)際應(yīng)用中重心法比較理想，與最大隸屬度函數(shù)法比較，它具有更平滑的輸出推理控制"加權(quán)平均法在某種特定的情況下，可轉(zhuǎn)化為中心法。本文采用在控制技術(shù)中常用的面積重心法，它對(duì)不同的隸屬度函數(shù)形狀會(huì)有不同的推理輸出結(jié)果。面積重心法的計(jì)算式為：力（"％峋=弓 G-32）r=]3.42小結(jié)本章針對(duì)焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程的特性，在假定火道溫度設(shè)定為恒值的情況下，通過(guò)建立理論結(jié)合實(shí)際的供熱量數(shù)學(xué)模型得到此設(shè)定溫度下的供熱量（煤氣流量），再對(duì)實(shí)際工況判斷，通過(guò)模糊PID控制器給出多工況下的煤氣流量最優(yōu)設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t供熱量的在線智能調(diào)節(jié)。第四章煙道吸力優(yōu)化設(shè)定模型（略）第五章系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)本章詳細(xì)闡述了將面向節(jié)能日標(biāo)的焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程優(yōu)化控制方法應(yīng)用于煉焦生產(chǎn)過(guò)程仿真試驗(yàn)平臺(tái)中，首先將介紹系統(tǒng)的整體框架!軟件結(jié)構(gòu)!通信機(jī)制及控制算法的流程，最后對(duì)系統(tǒng)仿真運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行分析。5.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1.1系統(tǒng)整體框架時(shí)巾"1±{￡由咯實(shí)*牌與局k調(diào)垸臺(tái)生產(chǎn)目際忱"嵯茬爐K飛管區(qū)力投削系敏照爐加姓花斑杓劄康fit蠣爐作業(yè)俱堡四及系挽ADOK^In o嚀MT I，".—1□PC擊氓星MlrJJ土房柱程建摧舊匚立以火網(wǎng)圍5-1控制系既站構(gòu)樞田5.1.2應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)圖，2控制軟件功能模塊5.1.3系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊5.2控制算法實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t加熱燃燒優(yōu)化控制算法主要包括主回路溫度控制部分和副回路閥門(mén)控制部分，其中溫度控制周期為小時(shí)級(jí)，閥門(mén)控制周期為15s溫度控制算法流程圖如圖5一3所示（開(kāi)始）ffiS-3火迷溫度應(yīng)程圖5.3控制系統(tǒng)仿真運(yùn)行及分析tfX4b.)機(jī)側(cè)火道實(shí)測(cè)ItfX4b.)機(jī)側(cè)火道實(shí)測(cè)I溫度焦側(cè)火道實(shí)刪溫度機(jī)側(cè)火道目標(biāo)溫度焦側(cè)火道口標(biāo)溫度機(jī)側(cè)火道目標(biāo)溫度焦側(cè)火道口標(biāo)溫度S5-4系統(tǒng)改進(jìn)前現(xiàn)場(chǎng)火道溫度情況30O31A9(2Xj口"尸靜心/nW：!TOC\o"1-5"\h\z■ ( i1230 ' 1 1 J1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121 131t(X4h)—機(jī)側(cè)火道實(shí)測(cè)溫度 ——'焦側(cè)火道災(zāi)刪溫度機(jī)側(cè)火道目標(biāo)溫度焦側(cè)火道目標(biāo)溫度機(jī)側(cè)火道目標(biāo)溫度焦側(cè)火道目標(biāo)溫度圖5?5系統(tǒng)故進(jìn)后火道溫度情況本章將焦?fàn)t加熱燃燒過(guò)程智能優(yōu)化控制策略在煉焦平臺(tái)上進(jìn)行仿真,

在原有控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了供熱量模型!模糊PID溫度控制模塊

和煙道吸力優(yōu)化設(shè)定模型"從實(shí)時(shí)性!數(shù)據(jù)的采集