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基于滑模控制的转炉炉口微差压控制系统研究
资讯类型:科技前沿 加入时间:2009年8月12日16:1
 
基于滑模控制的转炉炉口微差压控制系统研究
   常 发 ,章家岩, 彭玉龙 ,李绍铭 ,李天平
   ([1]安徽工业大学电气信息学院 安徽马鞍山 243002);[2]宝钢梅山钢铁公司炼钢厂 江苏南 京  210039)
   ( [ 3 ]上海国冶公司 上   海 200000;[4]山东师范大学传播学院 山东济 南 250014)
   摘 要:转炉烟气净化与煤气回收系统中,炉口微差压的精确控制至关重要。介绍炉口微差压控制系统工作原理,提出了基于趋近律的滑模变结构微差压控制系统设计方案和控制策略。
   关键词:转炉;炉口微差压;控制系统
   中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1672-9994(2009)02-0023-04
   氧气顶吹转炉在吹炼期间产生大量高温炉气,炉气中含大量CO和含铁量为60 %左右的粉尘(80~100g/m³)。炉气冲出炉口后形成烟气,高温烟气经过冷却净化处理后即可成为煤气,加以利用。
   OG装置是湿法烟气净化与回收利用系统,它对转炉烟气进行相应处理和排放控制。由于转炉炼钢的特点决定,转炉烟气的波动性大,烟气量及烟气成分随冶炼周期的变化而变化。因此,为了保证烟气净化效果、安全有效地进行转炉煤气回收,在OG装置中设有炉口微差压自动控制系统,使炉口处及烟罩内气体压力和外部大气压力差保持稳定,一般控制在±20Pa范围内。
   1 控制方案构建
   根据转炉炉口微差压控制的技术要求构建的系统的控制方案如图1所示。
   
   在转炉吹炼过程中,由转炉炉口下部烟罩处的取压孔连续取出炉口处的压力PV,经导压管输送到附近的微差压变送器,与现场的大气压比较后的差压信号经微差压变送器转换为4 mA~20 mA标准电信号DV,该测量值送入电气室内控制柜的DCS系统中,在DCS内与设定值SV比较后产生偏差信号△E,输入到调节器。调节器依据该偏差信号按一定的控制算法计算得到4~20mA电信号MV,该信号和P-A挡板位置反馈的4~20mA信号进行差值比较后,由伺服放大器输出0~±200mA信号,然后输出至电液伺服阀,通过电液伺服阀,电信号就转换成0~2.94MPa的液压信号,由该液压信号推动连接在二文喉口的P-A挡板的液压缸,以此调节二文喉口的P-A挡板的开度,从而控制炉口微差压,使炉口内压力与炉外大气压的压力差值始终保持稳定。
   2 微差压控制系统设计
   2.1 控制对象特性
   在转炉炼钢期间,炉内的烟气量在不断地变化,炉口微差压也就随着变化。因此,炉口微差压控制系统在转炉炼钢过程中非常关键,控制效果将直接影响冶炼过程的安全性和系统的稳定性,也是保证整个OG系统正常运行的关键所在,对转炉煤气回收的数量、质量以及车间的生产环境产生很大的影响。目前,转炉炉口微差压系统的控制策略基本上都是采用了PID控制。由于控制对象特性复杂,使得PID调节效果不理想,从而导致炉口出现大量火焰外冒现象,这不仅会损坏裙罩,还会使烟气净化效果变差、降低煤气回收率。烟气的大量外溢也污染了厂区的环境。针对这一问题,研究了一种基于滑模变结构的炉口微差压控制系统,并采用趋近律的滑模控制设计方法,优化控制律参数,从而提高控制性能。
   2.2 控制策略
   炉口压力(p0)控制是工程中通常采用的方法,它具有简单易行、煤气回收率较高(可达80%以上)的特点,其被控对象的传递函数描述为:
   
   
   仿真结果如图3所示,其中(a)是输出值,(b)是滑模运动的相轨迹。
   由仿真结果可见,滑模控制效果很理想,响应速度快(为2.141s)、稳态误差小(为0.088%),超调量为0.088%。从相轨迹图可看出系统状态在原点的抖振不明显,这是因为采用趋近律法设计控制器,有效地抑制了抖振。
   3 系统实现
   本文所述150 t转炉的基础自动化系统采用了ABB Bailey INFI-90 DCS,炉口微差压控制系统也采用INFI-90加以实现。因此,炉口微差压控制系统的调节器、折线功能发生器,以及指示记录部分的各种功能都在INFI-90系统的PCU(ProcessControl Unit过程控制单元)里进行开发,以INFI-90DCS为开发平台,实现炉口微差压控制系统的网络控制功能。
   INFI-90系统主要由过程控制单元(PCU)、操作员站(OIS)、工程师站(EWS)、计算机接口单元及通信网络组成。在INFI-90中,PCU是核心,它以多功能处理器(MFP)为中心,实现回路模拟、顺序、批处理等控制功能。在操作员站OIS上对生产过程和系统本身进行监视、操作和管理。OIS从PCU中获得过程参数、设备状态和报警信号,并向PCU发出各种操作指令,手动输出和改变设定值。在工程师站EWS上开发系统工程软件和执行系统监控,并在一个方便用户的软件环境中进行维护。为扩大系统规模,INFI-90可通过网络接口单元连成环网结构。实现控制功能的网络连接关系如图4所示。
   
   5 结论
   针对转炉炉口微差压控制系统的特点,本文将具有强鲁棒性的滑模变结构控制策略应用于该系统,采用炉口压力控制模型,设计相应的控制算法,研究了一种基于滑模变结构的炉口微差压控制系统,并采用基于趋近律的滑模控制器设计方法,优化控制律参数,从而提高控制性能,同时更有效地改善控制系统的动态响应品质。
文章来自:滑模技术交流网
文章作者:信息部
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