摘 要：針對以重油為燃料的三段式連續(xù)加熱爐，在實施計算機DCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，運用專家控制實現(xiàn)了加熱爐溫度的自動調(diào)節(jié)。實際運行結(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?？紤]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，首先利用DCS系統(tǒng)對電控部分進行了改造，取代了原來的分散手操控制，并運用專家控制實現(xiàn)了加熱爐溫度的自動調(diào)節(jié)。 2 系統(tǒng)硬件配置 　　計算機集散控制系統(tǒng)（即計算機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)控制計算機，用Siemens組態(tài)軟件WinCC完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時顯示、存儲、報警處理、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1.5Mbit/s，完全滿足對數(shù)據(jù)實時監(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 　　此加熱爐原來是手操控制，由于手操控制調(diào)節(jié)不及時，而且對操作工的經(jīng)驗有依賴性，一直能耗降不下來。采用常規(guī)的PID自動控制，特別是在燃油的粘稠度、熱值有很大差異，現(xiàn)場設(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)場實際情況，我們采用了專家控制的思想，設(shè)計了加熱爐溫度的專家控制器。 　　專家控制器由知識庫、控制規(guī)則集、推理機構(gòu)及信息獲取與處理四個部分組成。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 知識庫 　　由事實集和經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫、經(jīng)驗公式等組成。事實集主要包括被控對象（加熱爐）的有關(guān)知識，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)溫度檢測點，是通過控制電動執(zhí)行閥的開度，調(diào)節(jié)燃油和空氣的流量來控制加熱爐各段溫度的。經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫中的數(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、動態(tài)特性、參數(shù)及閾值，控制系統(tǒng)的性能指標以及由專家總結(jié)的經(jīng)驗公式等。 　　3.1.2 控制規(guī)則集 　　根據(jù)專家（或熟練操作工）對被控對象的特點及其操作控制的經(jīng)驗，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描述被控對象的特征，這樣可以處理各種定性的、模糊的、定量的、精確的信息。 　　我們通過在現(xiàn)場的一段時間調(diào)研，觀察總結(jié)三個班次的熟練操作工的操作控制經(jīng)驗，結(jié)合書本上的理論知識，采用產(chǎn)生式規(guī)則構(gòu)成控制規(guī)則集。在調(diào)試過程中，一開始發(fā)現(xiàn)響應(yīng)慢，調(diào)節(jié)時間比較長，于是在規(guī)則中考慮了一個回調(diào)量，但是后來又發(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不加回調(diào)，當偏差小于某一個值時，再加回調(diào)，使系統(tǒng)盡快達到穩(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等級;把輸入量2（溫度偏差的變化量）按其大小分為七個等級。把控制量（電動執(zhí)行閥的開度）的輸出（增量式）分為13個等級。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 推理機構(gòu) 　　由于本專家控制器的知識庫及控制規(guī)則集的規(guī)模較小，因此，推理機構(gòu)的搜索空間有限，采用的是前向推理機制。對于控制規(guī)則由前向后逐條匹配，直至匹配成功（當然，編寫控制規(guī)則時要考慮不能出現(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閉環(huán)控制的反饋信息及系統(tǒng)的輸入信息而得到，通過對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控制有用的信息。本加熱爐是用熱電偶來檢測各段爐溫，然后與各段爐溫設(shè)定值比較得到其偏差量，并通過計算得到偏差的變化量。分段實施控制。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) 　　在上位機上，對采集的數(shù)據(jù)實時顯示，使操作員能及時了解加熱爐的工作狀態(tài)，對主要數(shù)據(jù)可存儲達一年之久，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、歷史趨勢曲線界面、壓力水位界面、報警界面及報表打印界面等。它們都與實測數(shù)據(jù)相鏈接，并在界面上動態(tài)地顯示出來。同時，在此界面上還可以進行手、自動的無擾切換。 　　3.2.2 控制算法的實現(xiàn) 　　專家控制的控制算法在下位系統(tǒng)（PLC）上實現(xiàn)，用Step 7編程?？紤]到加熱爐的生產(chǎn)過程是一個慢變化過程，具有時間延遲，控制信號的輸出不能過于頻繁，否則會產(chǎn)生振蕩。所以，每經(jīng)過5個采樣周期輸出一次控制信號。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，使用鼠標點擊即可，整個加熱爐的運行狀況在計算機屏幕上一目了然。從控制性能看，調(diào)節(jié)比較及時，超調(diào)不大，穩(wěn)定運行時，上下波動在±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元人民幣計算，每月節(jié)省約10萬，每年獲利潤約120萬人民幣。給企業(yè)帶來了經(jīng)濟效益。 4 結(jié)束語 　　本系統(tǒng)投運以來，一直穩(wěn)定運行。其專家控制算法簡單實用，控制效果好，對于中小型軋鋼加熱爐值得推廣。 參考文獻 　　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