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摘 要：焦炉集气管压力是炼焦生产中的重要参数，集气过程具有强耦合性、高度非线性、时变特性，是个扰动变化激烈且幅值大的多变量系统，传统的PID调节方式不能稳定的控制集气管压力，波动较大，那么怎样才能让集气管压力更加平稳就变得非常重要。本论文提出了一种新的集气管压力的控制方式，使得集气管压力得到更加平稳的控制。
关键词：智能控制 集气管压力 专家系统
一、引言
唐钢美锦（唐山）煤化工有限公司搬迁改造工程，设计2座7米大型焦炉及配套的煤气净化系统、干熄焦系统和公辅系统，年产干全焦150万吨。
目前为了控制好集气管压力的稳定，国内最多的是采用PID控制和模糊控制，形成一个单闭环的反馈控制回路。但是由于焦炉集气过程的复杂特性，控制对象受装煤量的变化、出炉数变化、鼓风机入口吸力的变化、鼓风机后压力的变化等多种因素影响，因此这种单一的控制算法的控制效果不佳。所以焦炉集气管压力的控制的好坏对于焦炉生产中节约能源、改善环境、提高焦炭和煤气等辅助产品的产量和质量起到很关键的作用，具有重要的经济和社会意义
二、技术方案
1、单集气管压力控制采用变结构模糊插值方法：根据集气管压力实时值，在考虑集气管压力可能变化的情况下，采用变结构模糊插值方法计算合理的阀位输出值，保证集气管压力逐步逼近设定值。其基本思想是利用计算机来实现人的控制经验，而这些经验语言表达都是具有相当模糊性的控制规则，在程序中不需要建立集气管的精确数学模型，使得控制机理更加实用，干扰和参数变化对控制效果的影响减弱，其推理模仿人的思维过程，使得控制器具有很强的适应现场工况变化的能力。
2、装煤时集气管压力的大幅波动采用前馈控制方法：装煤过程中采用高压氨水的喷射把荒煤气吸入集气管内，减少煤气外泄，当大量荒煤气因高压氨水的喷射力而进入集气管时容易造成某一段时间集气管压力过高的现象。根据现场的实际观察取样，在这一过程中，集气管压力过高的现象经常发生，对压力调节造成很不利的影响，是集气管压力控制技术致力要解决的问题之一。专家系统根据焦炉装煤操作信号，对焦炉集气管压力可能出现的阶跃时式干扰进行预判，用前馈控制方法解决瞬间集气管压力过高的问题。
3、多集气管间解耦方法：集气管间的耦合是目前许多系统运行效果不佳的重要原因，当某一点的焦炉煤气压力发生变化时，煤气压力会以此为中心传递出去，引起相互贯通的管道内所有检测点的煤气压力发生变化，煤气压力在传递过程中与管壁等阻碍物发生碰撞，在风机吸力的催动下发生激荡，引起更多点的压力变化；当多个点的压力发生变化时，整个管道系统内就会发生压力激荡，形成耦合振荡，这是焦炉煤气压力波动的最基本因素。耦合强度与管道阻力传输距离有关，集气管之间距离越近耦合越强，同时其压力自平衡能力也越强。专家系统根据集气管间压力和阀位的不同，对用变结构模糊插值方法得到的阀位输出值进行调整，实现多集气管系统的解耦控制。
4、鼓风机前电液执行器自动调节来保持初冷器前吸力稳定的问题采用鼓风机前执行器控制与自动智能控制系统协同合作的方法：鼓风机前电液行器的变化会引起集气管压力的变化，集气管压力出现大的波动或阀门调节无法满足压力调整等情况下，需要根据工况对初冷器前吸力进行调整。但是鼓风机的控制仍以维持集气管压力为主，根据焦炉集气管压力和阀位的分布情况，通过煤气发生量和吸力情况，将鼓风机前电液执行器的动作方向设置为以集气管压力为参考值，使鼓风机前电液执行器动作为焦炉集气管调节阀创造更大的可调空间。
三、技术特点
1、OPC提出了一套统一的标准，采用典型的CLIENT/SERVER模式，针对硬件设备的驱动程序由硬件厂商或专门的公司完成，并且提供具有统一OPC接口标准的SERVER程序，软件只需按照OPC标准编写CLIENT程序访问（读/写）SERVER程序，即可实现与硬件设备的通信。
2、提供独立的、可组态的画面开发工具来完成实时监控人机界面的绘制，可以灵活配置集气管系统生产画面、通信变量和工艺参数等内容，适用于不同型号、不同结构的多焦炉集气管系统。实时反应焦炉集气系统的拓扑结构，以及相关变量数据。
3、把焦炉集气管压力通过信号送到鼓冷PLC控制系统，集气管壓力设计为一座焦炉分三段，每段有三个压力，每段三个压力通过比较，将两个最接近的值，算平均值送到鼓冷PLC系统中，鼓冷PLC系統再通过将每座焦炉送来的三个平均值压力，取两个最接近的值，再算平均值，最后两座焦炉算出的平均值再算平均值，根据最后算出平均值作为调节对象调节鼓风机前的电液执行器。鼓风机前电液执行器与焦炉电液执行器动作方向基本一致，避免相互干扰，即可以使器前吸力得到稳定，又可以使集气管压力稳定。
四、实施效果
分析系统投运后连续168小时的运行情况，选取约600，000个记录，统计数据如表1所示。
从表1可以得出这样的结论，两座焦炉的集气管压力而波动范围在设定值±20Pa的数值占全部数值的74%以上；在设定值±30Pa的数值占全部数值的70%以上而在设定值±40Pa的数值占全部数值的96%以上。所以当焦炉在进行换向加热时产生的机焦侧吸力的剧烈波动，系统会在短时间内调节执行器，使其恢复到一个稳定状态，达到工艺生产的要求。
五、结束语
焦炉集气管专家控制系统能够降低集气管压力和初冷器前吸力的波动，延长焦炉使用寿命，进而提高了焦炭质量，稳定后续化产工段生产，保证化产品质量，创造经济效益，同时集气管调节稳定，就减少了焦炉跑烟冒火对环境的污染，其环保价值也是不可估量的。
作者简介：
李雕（1984.12-）：男，汉族，河北唐山人，大学本科学历，河钢集团唐钢公司，工程师，主要从事仪表自动化设备的维护工作。
关键词：智能控制 集气管压力 专家系统
一、引言
唐钢美锦（唐山）煤化工有限公司搬迁改造工程，设计2座7米大型焦炉及配套的煤气净化系统、干熄焦系统和公辅系统，年产干全焦150万吨。
目前为了控制好集气管压力的稳定，国内最多的是采用PID控制和模糊控制，形成一个单闭环的反馈控制回路。但是由于焦炉集气过程的复杂特性，控制对象受装煤量的变化、出炉数变化、鼓风机入口吸力的变化、鼓风机后压力的变化等多种因素影响，因此这种单一的控制算法的控制效果不佳。所以焦炉集气管压力的控制的好坏对于焦炉生产中节约能源、改善环境、提高焦炭和煤气等辅助产品的产量和质量起到很关键的作用，具有重要的经济和社会意义
二、技术方案
1、单集气管压力控制采用变结构模糊插值方法：根据集气管压力实时值，在考虑集气管压力可能变化的情况下，采用变结构模糊插值方法计算合理的阀位输出值，保证集气管压力逐步逼近设定值。其基本思想是利用计算机来实现人的控制经验，而这些经验语言表达都是具有相当模糊性的控制规则，在程序中不需要建立集气管的精确数学模型，使得控制机理更加实用，干扰和参数变化对控制效果的影响减弱，其推理模仿人的思维过程，使得控制器具有很强的适应现场工况变化的能力。
2、装煤时集气管压力的大幅波动采用前馈控制方法：装煤过程中采用高压氨水的喷射把荒煤气吸入集气管内，减少煤气外泄，当大量荒煤气因高压氨水的喷射力而进入集气管时容易造成某一段时间集气管压力过高的现象。根据现场的实际观察取样，在这一过程中，集气管压力过高的现象经常发生，对压力调节造成很不利的影响，是集气管压力控制技术致力要解决的问题之一。专家系统根据焦炉装煤操作信号，对焦炉集气管压力可能出现的阶跃时式干扰进行预判，用前馈控制方法解决瞬间集气管压力过高的问题。
3、多集气管间解耦方法：集气管间的耦合是目前许多系统运行效果不佳的重要原因，当某一点的焦炉煤气压力发生变化时，煤气压力会以此为中心传递出去，引起相互贯通的管道内所有检测点的煤气压力发生变化，煤气压力在传递过程中与管壁等阻碍物发生碰撞，在风机吸力的催动下发生激荡，引起更多点的压力变化；当多个点的压力发生变化时，整个管道系统内就会发生压力激荡，形成耦合振荡，这是焦炉煤气压力波动的最基本因素。耦合强度与管道阻力传输距离有关，集气管之间距离越近耦合越强，同时其压力自平衡能力也越强。专家系统根据集气管间压力和阀位的不同，对用变结构模糊插值方法得到的阀位输出值进行调整，实现多集气管系统的解耦控制。
4、鼓风机前电液执行器自动调节来保持初冷器前吸力稳定的问题采用鼓风机前执行器控制与自动智能控制系统协同合作的方法：鼓风机前电液行器的变化会引起集气管压力的变化，集气管压力出现大的波动或阀门调节无法满足压力调整等情况下，需要根据工况对初冷器前吸力进行调整。但是鼓风机的控制仍以维持集气管压力为主，根据焦炉集气管压力和阀位的分布情况，通过煤气发生量和吸力情况，将鼓风机前电液执行器的动作方向设置为以集气管压力为参考值，使鼓风机前电液执行器动作为焦炉集气管调节阀创造更大的可调空间。
三、技术特点
1、OPC提出了一套统一的标准，采用典型的CLIENT/SERVER模式，针对硬件设备的驱动程序由硬件厂商或专门的公司完成，并且提供具有统一OPC接口标准的SERVER程序，软件只需按照OPC标准编写CLIENT程序访问（读/写）SERVER程序，即可实现与硬件设备的通信。
2、提供独立的、可组态的画面开发工具来完成实时监控人机界面的绘制，可以灵活配置集气管系统生产画面、通信变量和工艺参数等内容，适用于不同型号、不同结构的多焦炉集气管系统。实时反应焦炉集气系统的拓扑结构，以及相关变量数据。
3、把焦炉集气管压力通过信号送到鼓冷PLC控制系统，集气管壓力设计为一座焦炉分三段，每段有三个压力，每段三个压力通过比较，将两个最接近的值，算平均值送到鼓冷PLC系统中，鼓冷PLC系統再通过将每座焦炉送来的三个平均值压力，取两个最接近的值，再算平均值，最后两座焦炉算出的平均值再算平均值，根据最后算出平均值作为调节对象调节鼓风机前的电液执行器。鼓风机前电液执行器与焦炉电液执行器动作方向基本一致，避免相互干扰，即可以使器前吸力得到稳定，又可以使集气管压力稳定。
四、实施效果
分析系统投运后连续168小时的运行情况，选取约600，000个记录，统计数据如表1所示。
从表1可以得出这样的结论，两座焦炉的集气管压力而波动范围在设定值±20Pa的数值占全部数值的74%以上；在设定值±30Pa的数值占全部数值的70%以上而在设定值±40Pa的数值占全部数值的96%以上。所以当焦炉在进行换向加热时产生的机焦侧吸力的剧烈波动，系统会在短时间内调节执行器，使其恢复到一个稳定状态，达到工艺生产的要求。
五、结束语
焦炉集气管专家控制系统能够降低集气管压力和初冷器前吸力的波动，延长焦炉使用寿命，进而提高了焦炭质量，稳定后续化产工段生产，保证化产品质量，创造经济效益，同时集气管调节稳定，就减少了焦炉跑烟冒火对环境的污染，其环保价值也是不可估量的。
作者简介：
李雕（1984.12-）：男，汉族，河北唐山人，大学本科学历，河钢集团唐钢公司，工程师，主要从事仪表自动化设备的维护工作。