基于模糊控制的煤气鼓风机液偶调速技术应用

基于模糊控制的煤气鼓风机液偶调速技术应用

蒲胜华

（酒泉集团宏兴股份有限公司焦化厂甘肃嘉峪关735100）

摘要：本文针对目前焦炉集气管压力控制系统存在的问题，通过液力耦合器执行器自动控制实现煤气鼓风机自动调速，彻底解决了液偶鼓风机转速的突变性、滞后性和非线性，使得模糊控制系统运行最经济、更安全。

关键词：集气管压力；自动调速

一、概述

煤气鼓风机是焦化厂核心动力设备，其产生的吸力及控制承担着实时平衡输送焦炉煤气的关键任务，对焦化生产稳定、环保和安全等发挥着重要作用。

目前国内焦化厂液偶煤气鼓风机普遍是定速运行，辅助以人工调整干预转速，很难适应焦化生产工况的复杂变化，导致焦炉压力波动频繁，时常居高不下造成跑烟冒火或者负压运行影响安全，给生产管理、能源消耗、环保问题等带来很大压力。

为了自动调节鼓风机的吸力，通过对鼓风机变频改造来解决，但变频器运行中时常出现的鼓风机跳停给环保和煤气的连续输送造成的压力太大，可靠性不如液力偶合器。不得不依赖开启大循环管道，通过其调节阀调节鼓风机吸力，而大循环的使用又带来化产系统流程能耗的全面上升，每年额外增加耗能。

二、焦炉集气管煤气压力控制存在问题

焦炉集气管煤气压力的稳定对要求能实现鼓风机吸力的精确控制和主动变化，以保持集气管压力的稳定并适应工艺复杂变化，但由于液力偶合器固有的复杂特性，传统控制技术难以实现液力偶合器精准调速，因此难以满足生产需求。

由于鼓风机液偶调速存在突变性、滞后性、非线性、自变性，转速往往是要么不变，要么突变100多转，难以稳定控制，影响鼓风机安全运行，也不能及时满足生产的需要，因此鼓风机液偶自动调速在以往是不可能实现的难题，焦化生产企业只能人工调整鼓风机液偶转速，但由于人工操作固有的局限性，不可能时时刻刻去关注鼓风机转速，吸力难以稳定，导致焦炉频繁出现压力居高不下和长时间负压的情况，焦炉跑烟冒火现象突出，焦炉和冷鼓经常在电话里“打架”。如果大循环自动调节阀再出现故障或反应不灵敏，压力更是难以有效稳定。一些企业期望通过对鼓风机变频改造来解决，但变频器运行有跳车现象导致鼓风机停车，可靠性不如液力偶合器。

三、基于模糊控制的煤气鼓风机液偶调速

基于模糊控制系统煤气鼓风机液偶全自动调速技术，彻底解决了液偶鼓风机转速的突变性、滞后性和非线性，同时也突破性解决了两台煤气鼓风机并联运行时，鼓风机后抢风互顶难题，运行安全平稳可靠。

1.PID参数的确定

在实际的工艺生产过程中，每30min一次的炉底换向剧烈扰动将引起集气管压力大幅度波动，调节跟踪不上，很难平衡。为了避免调节过程中由于炉底换向导致的调节不及时，采用时间最优PID控制，也叫快速时间最优控制原理，它是研究满足约束条件下获得允许控制的方法。首先只整定比例部分。即将比例系数由小变大，并观察相应的系统响应，直到得到反应快，超调小的响应曲线。如果系统没有静差或静差已小到允许范围内，并且响应曲线已属满意，则只需用比例调节器即可，最优比例系数可由此确定。

2.计算机控制系统实现

压力变送器、电动执行机构、调节阀、热电阻等监测的信号送往DCS中，实现计算机实施监控，在上位机上，均可进行监控和数据程序的管理。经过相应的程序运算，实现对集气管压力生产过程自动控制的目的。

3.鼓风机前吸力控制

由于2根集气管最终都汇集到一根总管，总管吸力的调节对各集气的压力影响都很大。正常控制时，采用串级控制，2个集气管压力平均值作为外环，总管吸力作为内环。同时根据各管开度、当前压力以及机前吸力情况，对总管蝶阀开度作出修正。

4.鼓风机液偶自动调速

两台煤气鼓风机液偶执行器进行相应改造，实现全自动调速，在鼓风机输送能力范围内，最大程度适应鼓风机后阻力变化，稳定鼓风机吸力。两台煤气鼓风机液偶执行器进行相应改造，实现全自动调速，在鼓风机输送能力范围内，最大程度适应鼓风机后阻力变化，稳定鼓风机吸力。引进煤气鼓风机转速液偶自动控制系统和专用软件，鼓风机转速全自动调节，正常生产中不需要人工进行干预，采取充分安全措施保证鼓风机安全平稳运行。保留大循环自动控制功能，平时完全关闭，如果遇到大幅度减产或特殊工况，可以恢复使用。采集现场数据，现有集气管压力模糊控制系统PLC扩充自动控制系统在完成，通过智能软件系统实现工艺与设备的有机控制，解决液偶鼓风机转速的突变性、滞后性和非线性等固有调速难题。敷设控制电缆，信号传输给自动控制系统，完成系统联动实时控制。

5.集气管压力控制

推焦、装煤等情况时，集气管压力也会产生大幅变化，此时采用规则表，采集集气管压力的变化率、偏差范围等参数，根据压力变化范围、偏差范围等设定集气管压力的输出信号。

自动控制系统在现有集气管压力模糊控制系统PLC扩充完成，采集现场数据，通过智能软件系统实现工艺与设备的有机控制，实现预期除尘目标。鼓风机转速全自动调节，正常生产中不需要人工进行干预，采取充分安全措施保证鼓风机安全平稳运行。保留大循环自动控制功能，平时完全关闭，如果遇到大幅度减产或特殊工况，可以恢复使用。智能分析机前机后负荷变化，使鼓风机始终以相对最低点运行，节能效益最大化。鼓风机液偶转速全自动调节技术，风机运行速度实现了闭环自动控制，鼓风机转速下降200～500r/min,鼓风机运行电流下降6.5A，降低能源消耗；解决制约焦炉集气管压力平稳的吸力基础性控制难题；减少了初冷器前气流横切干扰，集气管压力平衡稳定。

采用计算机进行集中测控,将2座焦炉集气管压力、调节阀执行机构等信号均由计算机统一测控。应用模糊控制理论,开发计算机控制软件系统,克服耦合振荡干扰,动态控制初冷器前吸力,平衡和稳定各焦炉集气管压力在设定值±30Pa以内。

该技术原有模糊控制系统中增加了煤气鼓风机闭环控制，引用原有的机前吸力、机后压力、集气管压力和煤气鼓风机电机电流，进行建模，相关控制参数匹配，煤气鼓风机转速自动调节，使得模糊控制系统运行最经济、更安全。

结束语：

该技术运用后平时完全关闭循环，全程自动控制鼓风机转速，不需要人工进行任何干预操作，从根本上解决了制约焦炉集气管压力平稳的吸力基础性控制难题，减少了初冷器前气流横切干扰，解决了人工配合操作鼓风机存在的及时性、准确性、有效性等方面存在的固有难题，取得良好的集气管压力平衡稳定效果，同时在降本增效方面效果很明显，年节电在50万元以上。实现了焦炉集气管压力控制系统。在减少人为误差、减轻工人劳动强度、加强现代化管理等方面有着积极的意义。稳定了焦炉集气管压力的波动，控制在120Pa±40Pa范围内，有利于稳定和提高焦炭质量，以达到有利于环保和节能的目的，达到清洁工厂的目的。

参考文献：

【1】张世峰;周建芳;焦炉集气管压力自适应预测解耦控制系统设计[J];重庆大学学报;2009年01期

【2】丁学泽;多焦炉集气管压力全自动模糊动态控制系统的运用[J];云南科技管理;2010年03期.