基于工况判断的焦炉火道温度智能集成控制方法

摘要

焦炉加热燃烧过程是一种复杂的工业过程，具有多变量、非线性、大时滞、工况复杂、难以建立数学模型等控制难点。火道温度是影响焦炉燃烧过程的重要参数，如何确定煤气的流量和烟道的吸力，使焦炉处于最优的燃烧状态，是进行焦炉火道温度控制的关键性问题。 焦炉加热燃烧过程中，工况的复杂性增加了火道温度控制的难度。本文在分析焦炉生产工艺的基础上，根据生产操作对焦炉耗热量的影响，对焦炉加热燃烧过程的工况进行了划分。提出了基于决策层信息融合的工况判断方法，根据各炭化室上升管的荒煤气温度判断焦炉加热燃烧过程的实时工况。首先采用趋势分析的方法判断每个上升管中温度传感器的有效性，再在进行单个炭化室的工况判断的基础上，采用基于加权最小二乘的支持向量机对各个炭化室的判断结果进行信息融合，得出焦炉加热燃烧过程的实时工况。通过工况判断，并针对每种工况进行控制，可使每种工况下的控制问题变得相对简单。 针对多工况环境下焦炉火道温度的控制问题，本文建立了焦炉火道温度智能集成控制结构，将控制系统分为主副两个回路：主回路为温度智能控制部分，通过分析焦炉在不同工况下的加热燃烧特性，建立基于加权系数的多模态模糊专家控制模型；同时建立软切换控制策略，根据工况判断模块的输出结果，在线切换多模态控制器模态，降低了焦炉火道温度控制的复杂性。根据焦炉内气流方向和工艺机理，建立了吸力的控制模型，通过调节煤气流量和烟道吸力保证火道温度稳定在目标值附近。副回路为阀门控制部分，采用智能控制方法，设计阀门控制器，保证现场的煤气流量与烟道吸力稳定且跟随设定值。 本文在WinCC组态软件的操作平台下，以VC++为开发工具，运用OPC通讯技术，实现了焦炉火道温度的智能集成控制系统软件的设计。运行结果表明，本文设计的控制策略在实际应用中取得了较好的控制效果，降低了炉温波动，保证了加热煤气的充分合理燃烧，同时减轻了工人的劳动强度，为焦炉加热燃烧过程的智能集成控制提供了一种有效的途径。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容

1.4论文构成

第二章火道温度智能集成控制整体架构设计

2.1焦炉生产工艺

2.1.1焦炉结构及生产过程

2.1.2加热方式

2.1.3推焦串序

2.2焦炉加热燃烧过程分析

2.2.1火道温度影响因素

2.2.2控制问题与难点

2.3智能集成控制架构

2.3.1智能集成控制基本思想

2.3.2智能集成控制整体架构

2.5 小结

第三章焦炉加热燃烧过程工况判断

3.1加热燃烧过程工况划分

3.2基于信息融合的工况判断结构

3.3数据采集与可靠性分析

3.3.1趋势分析方法

3.3.2荒煤气温度数据的采集与预处理

3.3.3基于趋势分析的数据判断

3.4单个炭化室工况判断

3.5焦炉加热燃烧过程工况判断

3.5.1基于支持向量机的决策层信息融合

3.5.2仿真实验及分析

3.6小结

第四章焦炉火道温度智能集成控制方法

4.1 工业大时滞系统控制方法及选择

4.2火道温度智能集成控制结构

4.3焦炉供热量智能控制

4.3.1多模态模糊专家控制方法

4.3.2不同工况模糊控制规则设计

4.3.3多模态模糊控制器的在线专家补偿

4.3.4控制模态的模糊自适应软切换

4.4空气量给定控制

4.4.1不同加热方式下的烟道吸力调节

4.4.2烟道吸力控制模型的设计

4.5焦炉阀门控制

4.5.1阀门控制策略

4.5.2混煤压控制器的设计

4.5.3烟道吸力控制器的设计

4.6小结

第五章系统实现与工业应用

5.1控制系统实现

5.1.1控制系统整体框架

5.1.2控制软件功能

5.1.3通信机制

5.2控制算法实现

5.2.1焦炉加热燃烧过程工况判断

5.2.3火道温度智能控制算法

5.3 工业运行

5.4小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果