摘 要：針對以重油為燃料的三段式連續加熱爐，在實施計算機DCS系統的基礎上，運用專家控制實現了加熱爐溫度的自動調節。實際運行結果表明，控制效果很好。 關鍵詞：加熱爐 溫度 DCS 專家控制 1 引言 　　某軋鋼廠加熱爐，為三段式連續加熱爐，以重油作為燃料，每段的上下均設有一排燒嘴，但二加熱段上面的燒嘴沒使用。考慮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。為保證加熱質量，提高產量，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了加熱爐溫度的自動調節。 2 系統硬件配置 　　計算機集散控制系統（即計算機DCS系統）由上位系統和下位系統組成。上位系統采用工業控制計算機，用Siemens組態軟件WinCC完成現場數據的實時顯示、存儲、報警處理、打印及控制參數設定。下位系統由Siemens PLC構成，與現場設備相連。上位系統和下位系統之間的通訊采用Profibus方式，其最高傳輸速率可達1.5Mbit/s，完全滿足對數據實時監控的要求。DCS系統組成如圖1所示。 3 專家控制器及軟件組態 　　3.1 專家控制器 　　此加熱爐原來是手操控制，由于手操控制調節不及時，而且對操作工的經驗有依賴性，一直能耗降不下來。采用常規的PID自動控制，特別是在燃油的粘稠度、熱值有很大差異，現場設備老化的情況下，顯得適應性不夠，控制效果也不好。因此，結合現場實際情況，我們采用了專家控制的思想，設計了加熱爐溫度的專家控制器。 　　專家控制器由知識庫、控制規則集、推理機構及信息獲取與處理四個部分組成。其結構圖如圖2所示。 [align=center] 圖2 專家控制器結構圖[/align] 　　3.1.1 知識庫 　　由事實集和經驗數據庫、經驗公式等組成。事實集主要包括被控對象（加熱爐）的有關知識，如該加熱爐為三段式（二加熱段、一加熱段和均熱段）推鋼連續加熱爐，每段分為東、西兩側溫度檢測點，是通過控制電動執行閥的開度，調節燃油和空氣的流量來控制加熱爐各段溫度的。經驗數據庫中的數據包括加熱爐的參數變化范圍，控制參數的調整范圍及其限幅，傳感器的靜、動態特性、參數及閾值，控制系統的性能指標以及由專家總結的經驗公式等。 　　3.1.2 控制規則集 　　根據專家（或熟練操作工）對被控對象的特點及其操作控制的經驗，可采用產生式規則、模糊關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。 　　我們通過在現場的一段時間調研，觀察總結三個班次的熟練操作工的操作控制經驗，結合書本上的理論知識，采用產生式規則構成控制規則集。在調試過程中，一開始發現響應慢，調節時間比較長，于是在規則中考慮了一個回調量，但是后來又發現最大偏差值增大（即超調量增大），于是決定在偏差大時不加回調，當偏差小于某一個值時，再加回調，使系統盡快達到穩態。這里，把輸入量1（溫度偏差）根據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，總結出了55條控制規則，即形成本專家控制器的控制規則集。 　　3.1.3 推理機構 　　由于本專家控制器的知識庫及控制規則集的規模較小，因此，推理機構的搜索空間有限，采用的是前向推理機制。對于控制規則由前向后逐條匹配，直至匹配成功（當然，編寫控制規則時要考慮不能出現失控現象）。 　　3.1.4 信息獲取與處理 　　信息獲取主要是通過閉環控制的反饋信息及系統的輸入信息而得到，通過對信息的處理得到控制系統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據濾波措施。本系統采用算術平均濾波。 　　3.2 軟件組態 　　3.2.1 監控界面組態 　　在上位機上，對采集的數據實時顯示，使操作員能及時了解加熱爐的工作狀態，對主要數據可存儲達一年之久，可方便地查詢和打印，并可完成控制參數的設定、報警參數的設定。用WinCC組態的主監控界面如圖3所示。 [align=center] 圖3 主監控界面[/align] 　　另外，根據現場需要，還組態了包括汽包畫面、控制參數設置界面、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。它們都與實測數據相鏈接，并在界面上動態地顯示出來。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 　　專家控制的控制算法在下位系統（PLC）上實現，用Step 7編程。考慮到加熱爐的生產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，否則會產生振蕩。所以，每經過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 應用效果 　　采用DCS系統及專家控制以后，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，調節比較及時，超調不大，穩定運行時，上下波動在±5℃以內。從節能降耗看，每天節省重油約3噸，按每噸1100元人民幣計算，每月節省約10萬，每年獲利潤約120萬人民幣。給企業帶來了經濟效益。 4 結束語 　　本系統投運以來，一直穩定運行。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•神經控制和智能控制論，哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，1996：244～246 　　2 孫增圻，智能控制理論與技術，北京：清華大學出版社，1997：264～270