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1、（情绪管理）焦炉压力控制的研究焦炉压力控制的研究摘要在炼焦生产过程中，焦炉集气管压力是炼焦生产中的重要参数，它的稳定性直接影响着焦炉的使用寿命和焦碳的生产。因此，如何控制集气管压力在给定值范围内是焦化生产中的重要问题，也是解决焦炉对环境产生污染的有效方法之一。随着科学的发展和进步，焦化行业向大规模发展，更多地采用多座焦炉并联的系统。由于管线相通，存在很强的耦合干扰，给集气管压力控制带来很多难题。本文在分析了双焦炉共用一套鼓风冷却系统的生产工艺特点后，提出了基于模糊传感器技术和双闭环2层反馈控制方案。内环采用PID算法，PID控制器根据实测压力值和给定值的偏差，控制各自的执行机构，完成第一层反馈
2、控制。外环采用模糊控制技术，集气管压力状态模糊传感器在测量背景知识下，给出当前两个集气管压力状态的语言描述。模糊控制器根据该语言值动态修改总管给定值，通过总管吸力的调节，完成第2层反馈控制，实现集气管和总管的双闭环控制。本文在焦炉集气管压力控制上的主要研究成果如下:基于内环和外环反馈设计了集气管压力控制系统，内环采用优化PID控制，外环采用模糊控制技术；采用模糊传感器技术，实现总管给定值的动态修改，解决了焦炉产气不足时和过足时的控制难题；根据蝶阀开度动态变化的特点，采用调节总管吸力为监督级控制，降低了2个集气管的耦合干扰。关键词：集气管压力模糊控制传感器多变量解耦PLCStudyofGasCo
3、llectorControlSystemABSTARCTIncokingprocess,thestablepressureofgascollectorisanimportantindustrialparameter.Itsstabilitydirectlyinfluencesthelifeofcokeovensandcokeproduction.Therefore,howtocontolthepressureofgascollectorwithinascopeisveryimportantinthecokingprocess,andisalsovalidtosolvetheenvironmen
4、tproblem。Alongwiththescienceandtechonlogydevelopment,manycokeovensinparallelsystemareadopedgraduallybecauseofcokeindustrydevelopingonalargescale,andthecontolofgaspressurehavealotofdifficultiesasthegaspipesareconnecetedtogether.Thistextanalysethetechnologyfeatureofaair-blastsystemwhichlinkstotwocokeo
5、vens,andputforwardacontrolschemebasedonthetechnologyoffuzzysensorandthetwo-storeyfeedbackwithtwoclosedloop.TheinsidecircleusethePIDalgorithm,thePIDcontrollersaccomplishthefirstfeedback，controllingtheactionmechanismaccordingtothedeviatebetweenthetruepressureandthegivenpressure.Theoutsideusethefuzzy-c
6、ontroltechnology.Thestatefuzzysensorofgascollectorgiveadescriptionofthestateofthegascollector,accordingtotheknowledgeofmeasurebackground.Fuzzycontrollersmodifythegivenvalueoftheheadpipeaccordingtothelanguagevalue,andthesuctionoftheheadpipeismodified,whichaccomplishesthesecondfeedback,andaccomplishes
7、thecontrolwithtwoclosedloopbetweenthegascollectorandtheheadpipe.Theachievementsinscientificresearchofthistextonthecontrolsystemofthegascollector:Thecontrolsystemofthegascollectorbasedonthedesignofthefeedbackintheinsidecircleandtheoutsidecircleisaccomplished.Thefuzzysensortechnologyisusedtoaccomplish
8、thethedynamicmodification,andsolvethecontolproblemwhichappearswhenthegasisnotenoughandwhenthegasissurplus.Theplanofmodifyingthesuctionoftheheadpipeisused,accordingtothecharacteristicsofthedynamicmodificationoftheflygateaperture,andreducethedisturbbetweenthetwogascollector.Keywords:gascollectorpressu
9、refuzzycontrolsensormultivariabledecouplingPLC目录第一章 绪论41.1 课题背景41.1.1 焦化工艺流程简介51.1.2 集气管压力控制存在的问题61.1.3 荒煤气对环境产生的污染及防护61.2 工业控制理论综述71.2.1 经典控制理论71.2.2 现代控制理论81.2.3 智能控制理论81.3 集气管压力控制方面的国内外现状101.4 本项目研究的工作重点121.5 本章小节12第二章 集气管压力控制系统的总体设计132.1引言132.2集气管压力控制原理142.2.1集气管压力与鼓风机吸力的关系142.2.2集气管压力控制策略的研究152
10、.2.3集气管压力控制系统的逻辑结构172.3 PLC的结构和工作原理172.3.1 PLC的基本结构172.3.2 PLC的工作原理192.3.3 PLC的编程语言202.4 PLC控制系统的组成212.5 PLC控制系统的设计原则212.6 PLC控制系统的设计步骤212.7 PLC控制系统硬件设计232.7.1 PLC机型选择232.7.2 I/O模块及点数的选择232.7.3 存储容量的选择242.5.4 特殊功能模块的选择242.5.5 集气管压力控制系统的硬件配置242.6 PLC控制系统软件设计252.6.1 PLC程序设计步骤252.6.2 PLC程序设计方法262.6.3 上
11、位机程序设计282.7 本章小节31第三章 集气管压力状态模糊传感器的研究323.1引言323.2模糊理论综述323.2.1模糊集合的定义和表达形式333.2.2模糊逻辑与推理343.3集气管压力状态模糊传感器的研究与设计363.3.1模糊传感器的基本结构和功能363.3.2模糊传感器概念生成的基本原理383.3.3 集气管压力状态模糊传感器的语言描述方法393.3.4 集气管压力状态的测量和语言输出403.3.5集气管压力状态对环境的适应性413.4 模糊传感器在焦炉集气管压力控制上的实现453.5 本章小节46第四章 系统的内、外环控制系统的研究与设计474.1内环控制系统的研究与设计47
12、4.1.1 PID算法的简单原理484.1.2 内环数字PID算法的设计与实现484.1.3 积分饱和问题的解决方法494.1.4参数整定504.2 外环控制系统的研究与设计504.2.1模糊控制的基本原理514.2.2 外环监督控制策略的研究524.3 本章小节63第五章 总结与展望645.1 全文总结645.2 主要研究成果和创新性645.3 主要不足与今后研究工作展望65致谢66参考文献67第一章绪论1.1课题背景中国是全世界最大的焦炭生产国，每年估计有3亿吨左右的优质煤用于生产焦炭。煤在炼焦时约75%变成焦炭供冶金使用，另外25%生成各种其它化学产品和煤气。因此，炼焦化工对我国煤炭资源
13、的综合利用有着极其重要的作用。炼焦工业生产中的关键环节是提高焦炭质量和产量、延长焦炉的使用寿命、维持焦炉的正常生产。集气管压力的稳定是焦炉正常生产的前提，集气管压力的稳定直接影响到焦炭和煤气的质量、焦炉的使用寿命和生产环境。集气管压力过低，焦炉吸入空气导致焦炭燃烧，影响炉体使用寿命，降低煤气质量。集气管压力过高，导致焦炉冒烟，既污染环境又浪费大量能源。因此，集气管压力的稳定对焦炉生产有着十分重要的意义。虽然我国炼焦装备和工艺水平有一定的提高，环境保护设施也有一定的改善。但从整体上看，所采用的工艺方法和设备控制手段与国际先进水平相比仍比较落后。其产品质量及能源消耗和发达国家相比都存在很大差距，尤
14、其是对环境的污染已经引起国家有关部门的高度重视。1.1.1焦化工艺流程简介焦炭的生产过程称为炼焦，将配好的原料煤在焦炉内进行高温干馏。所谓干馏是:在密闭的焦炉内，将煤隔绝空气高温加热放出水分和吸附气体，分解产生煤气和焦油，剩下的是焦炭。这种煤热解过程通常称为煤的干馏。煤成焦后，由推焦机推出。一般焦化厂普遍采用一套鼓风冷却系统带两座焦炉的工作方式，见图1-1所示：在炼焦生产过程中，焦炉产生的荒煤气，首先进入集气管。650-750左右的荒煤气在初冷处经循环氨水的喷洒，冷却到90左右，再由总管风机吸入净化处理系统，可得到各种化学产品及煤气。焦化生产过程中，主要包括燃烧控制操作和推焦/加煤操作:一、燃
15、烧控制操作:按照生产计划和来自配煤车间的煤成份分析数据决定煤的结焦时间，以保证生产的焦炭质量。二、推焦/加煤操作:根据生产计划和配煤成分确定的焦化时间，制定推焦/图l-1双焦炉一套鼓风冷却系统的生产工艺流程图加煤操作计划。推焦/加煤操作需要打开炉门，会对集气管产生较大的干扰。装煤车将煤料装入炭化室中，燃烧室中煤气燃烧产生热量，通过炉墙传给炭化室中的煤料，使煤料结焦，最终成为焦炭。最后由推焦车将焦炭推出。1.1.2集气管压力控制存在的问题1.1.2.1集气管压力调节的简单原理设1#集气管压力为P，2#集气管压力为P，总管吸力的压力为P(参见图l-1)。两个集气管蝶阀的动作直接影响到集气管压力P和P，改变蝶阀开度可使两个集气管压力稳定在给定值的范围之内。蝶阀开度增大，集气管压力下降。蝶阀开度减小，集气管压力上升。总管吸力的变化也会引起，1#集气管压力P和2#集气管压力P的变化。若鼓风机前的蝶阀开度增大，吸力P增大，集气管压力P、P下降。反之，吸力P下降，P、P上升。从气体流量的概念来理解，蝶阀开度大，意味着气流量大，使集气管压力下降。1.1.2.2存在的问题根据焦化生产工艺原理，要求集气管压力维持在(90Pa20Pa)的范围内，才能保证焦炉底部不出现负压、焦炉不出现冒烟、污染环境等现象。但在控制上存在以下几个难点:对于一
