[摘 要]：介紹了轉爐煙氣凈化及回收設備的電氣控制系統。轉爐煉鋼在吹煉過程中，產生的CO氣體具有很高的回收利用價值。運用模糊控制原理代替了以往系統中采用PID調節器的方法，改善了系統的性能指標件，提高了轉爐煙氣回收的效果，同時又凈化了大氣環境。

1 概述
　　轉爐煉鋼在吹煉過程中，產生大量以CO為主要成分的轉爐煤氣，特別是在吹煉中期CO的濃度可達80％以上。轉爐煙氣中CO具有很高的回收利用價值。通過轉爐煤氣的回收，不僅可以節約大量能源，而且對煙塵加以綜合利用，變廢為寶，同時又凈化了大氣環境。

　　為了提高煤氣的回收量，就必須精確地控制爐口的壓力。如爐內壓力大于大氣壓力，則煙氣噴出，污染環境，降低煤氣的回收量；如爐內壓力小于大氣壓力，則從爐口吸人空氣使CO燃燒而變成CO2，也降低了合格煤氣的回收量。從理論上講，理想的微差壓控制應在±0Pa，但在實際運行中，根據排煙效果及回收煤氣的質量一般控制在±20Pa。

　　爐口微差壓的控制范圍是影響轉爐煤氣成份及回收量的重要因素之一。在轉爐煉鋼中，爐內的煙氣量在不斷的變化，爐口微差壓也就隨著變化。通過爐口微差壓的變化，對可調文氏管喉口裝置中RD閥的開口度實行自動調節，從而使風機的抽風量與煙氣的生成量保持一致，也就是通過對爐口微差壓的自動控制，來達到對煤氣回收的最佳控制。

2 系統的組成及控制思想
2．1 系統的組成
取壓環管安裝在活動煙罩上，從爐口取出爐內與爐外的壓差，經過微差壓變送器將其轉化為電信號送入西門子S7-300可編程控制器（PLC），CPU經過模糊推理法計算出準確的輸出值，送人伺服放大器，伺服閥工作，再通過執行機構帶動RD閥轉動。此時，安裝在執行機構上的角位移傳感器發出反饋信號與調節信號相比較，直至伺服放大器的輸出為零。RD閥轉動停止，此時爐口微差壓的實際值基本上控制在微差壓的給定值。系統框圖見圖1。

　　在轉爐煉鋼過程中，爐口微差壓的變化受到諸多因素的影響。冶煉初期從兌鋼水，加廢鋼起開始吹氧氣，加渣料到吹煉前期，煙氣量上升較快，RD閥口開度也應該較大；在吹氧停止后煙氣量較少，RD閥口開度也應該較小。RD閥是連接轉爐煉鋼與煤氣回收的關鍵設備，它的控制既影響到煉鋼的質量，又影響到煤氣的回收。因此，對RD閥的自動控制就顯得尤為重要。

2.2 控制思想
　　在轉爐煉鋼過程中RD閥是煉鋼及煤氣回收的紐帶。RD閥的執行機構是由液壓伺服系統控制完成的，它屬于典型非線性、時變、滯后系統。在我國冶金行業中，轉爐微差壓控制系統大都采用微差壓閉環控制系統，其具有一定的抗干擾能力，但當煙氣流量變化較大及風機負載突變時，往往需要操作人員使用手動操作，顯然該系統的自動功能不能滿足煉鋼及回收的工藝要求。因而我們提出了采用模糊控制的思想。

　　在煉鋼過程中很難對RD閥建立一個精確數學模型，對RD閥的控制，就是要將爐口微差壓控制在一個很小的變化范圍內，但是煙氣量的變化諸多因素的影響。又受風機轉速等影響，建立一個精確數學模型很困難。但是對于有經驗的操作人員，他們通常是根據爐口火焰及煙氣量，來調節RD閥的開口度。而模糊控制能夠方便地解決工業領域上常見的強耦合、非線性、時變性、大慣性、純滯后的復雜問題。其基本思想就是利用計算機來實現人的控制經驗。模糊控制器的模型不是由數學公式表達的數學模型，而是由一組模糊條件語句構成的語言形式；它是由帶有模糊性的有關控制人員及專家的控制經驗和知識組成的知識模型。基于這一思想以及轉爐煉鋼的實際情況，設計一個基本的二維模糊控制器。

2.3 實現方法
　　硬件由上位機、西門子S7-300可編程序控制器及繼電控制回路組成。微差壓傳感器、角位移傳感器產生的電流信號通過S7-300的模擬量輸入模板，經過模數轉換，進入CPU進行模糊計算給出相應的目標值，通過S7-300的模擬量輸出模板進行數模轉換后，送入液壓伺服閥從而對RD閥的開度進行控制。上位機與PLC的通信為工業以太網方式。硬件組態見圖2。

　　在軟件設計上，有就地、集中兩種操作。就地操作為現場操作；集中操作為在上位機上通過畫面進行操作。在集中操作中又分為手動操作及自動操作。
2.3.1 手動操作
　　在就地、集中操作中均可以實現手動操作。手動操作采用PID調節方式，通過手動給定某一固定角度作為PID調節器的輸入，利用Step7V5.2軟件中提供的PID調節器，通過改變參數找到一組最佳的系統階躍響應曲線，從而得到一組最佳的PID調節器的參數。經過實踐得出在本系統中采用比例積分調節器即可滿足RD閥的開度控制。但是，這種方式不能夠滿足系統微差壓很好地控制在±20Pa的要求。

2.3.2 自動操作
　　在集中操作中可以實現自動操作。自動操作采用模糊控制原理。模糊控制器的輸入為：爐口內外的壓力差E（Pa）及壓差的變化率EC（Pa／s）。模糊控制器的輸出為：液壓伺服閥的開度U（mA）。根據現場經驗及人的思維習慣，將正E，EC，U的模糊集取為：｛NB，NM，NS，0，PS，PM，PB｝即｛負大，負中，負小，零，正小，正中，正大｝7檔。
考慮到E的變化驗范圍化范圍（－10，＋10）U的化范圍（4，20）。EEC的論域取為｛－3，－2，－1，0，1，2，3｝由此得到量化因子、比例因子。確定E，EC，U隸屬度，從而得到模糊變量賦值表。
根據二維模糊控制器算法器的控制規則及對現場操作工人工作經驗的總結，建立模糊控制器的規則如下。
1）if E＝PB and EC=PB then U=PBB如果偏差E是“正大”且偏差變化EC也是“正大”，則閥門要大開，使爐內壓力減小。
2）if E＝PB and EC＝PM or PS then U＝PB如果偏差正是“正大”且偏差變化EC也是“正中”，或是“正小”，則閥門要大開。
3）if E＝PM and EC＝PB or PM then U＝PB如果偏差正是“正中”且偏差變化正C也是“正大”，或是“正中”，則閥門要大開。
…（略）
設計的原則是：當誤差較大時，控制量的變化應盡力使誤差迅速減小。當誤差小時，除了要消除誤差外，還要考慮系統的穩定性，以防止系統超調、振蕩。根據表1 及模糊變量賦值表得出控制表，通過軟件編程，儲存在PLC中。在自動操作時，使系統通過查表的方式進行優化的自動控制。

2.3.3 HMI組態設計
　　在S7-300中，使用CP343-1與上位機進行工業以太網的通訊，組態軟件采用WINCCV6.0。在設計中將WinCC的數據庫、畫圖、顯示、歷史趨勢、報警等功能緊密結合起來，做出模擬現場實際的工藝流程圖、液壓泵站的系統圖。這樣在上位機畫面中操作人員不但可以很直觀地看到現場設備的狀態及實時數據，而且可以簡單方便地完成對現場設備的操作及監控，如液壓泵站的起、停控制，工作狀態顯示及報警顯示；RD閥的開度顯示及設定、手動操作、自動操作；爐口微差壓的顯示及設定、急停操作等。
使用“變量記錄”組件來組態過程值的歸檔，能夠將數據庫的數據按時間存放在數據文件里，并可以在系統運行中以趨勢曲線和表格的方式顯示出來，這樣就便于分析事故和改進工藝；使用報警記錄編輯器，采集系統工作過程中的操作狀態及過程故障狀態并保存記錄，如RD閥的開度是否到達臨界值、液壓站的油溫、液位是否到達臨界值、電機是否過熱等狀態，這樣可以提早通知操作人員，及時排除故障，避免更大事故的發生。
3 結論
　　目前我們在系統中采用模糊控制器，將工作人員的經驗輸入PLC后，系統的穩定性、抗干擾性、精確性有了極大的提高。克服了原來系統因外部干擾而帶來的不穩定性。轉爐煙氣凈化及煤氣回收系統中爐口微差壓的自動控制設備現已經在韶鋼煉鋼廠120T＃，2＃轉爐中投入使用，系統工作穩定可靠。由于自動化程度的提高，煤氣的熱值明顯提高，回收效率高，除塵效果好，本設備完全符合《國家環境保護十五規劃》對防治工業污染排放的精神，益于推廣。