本發(fā)明涉及一種高爐trt系統(tǒng)頂壓控制方法，屬于高爐trt系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

高爐爐頂煤氣余壓回收透平發(fā)電裝置trt(blastfurnacetopgasrecoveryturbineunit)是一種高效的二次能源回收裝置，高爐冶煉過程中，產(chǎn)生大量的高爐煤氣，對高爐煤氣處理通常經(jīng)過減壓裝置后，輸入煤氣總管進(jìn)行收集，然后進(jìn)行再利用，或者燃燒后放散，爐頂頂壓回收透平裝置（俗稱trt）就是類似于安裝于煤氣總管和高爐之間，利用高爐和煤氣總管之間的壓差，驅(qū)動trt發(fā)電裝置的葉輪，進(jìn)行發(fā)電。

trt裝置需要既保證最大發(fā)電量，又要保證經(jīng)過該裝置減壓過程對高爐頂壓不能產(chǎn)生波動，這就是trt的主要功能?？梢娖溥\(yùn)行的前提是必須確保高爐頂壓的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)高爐trt頂壓控制系統(tǒng)大多采用經(jīng)典pid控制，存在pid參數(shù)調(diào)節(jié)不便、抗擾動性不強(qiáng)以及對被控對象的適應(yīng)能力差等問題，同時(shí)由于需要考慮高爐頂壓的穩(wěn)定性，減壓閥組通常不會全部關(guān)閉，導(dǎo)致trt無法達(dá)到最佳發(fā)電量，因此控制效果很難達(dá)到期望水平?？紤]到trt頂壓控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響因素比較復(fù)雜，被控過程存在復(fù)雜性，高度非線性，時(shí)變不確定性等特點(diǎn)，且靜葉對高爐的頂壓調(diào)節(jié)存在一定的滯后，通過pid自整定的方法實(shí)現(xiàn)對高爐trt頂壓控制系統(tǒng)中pid參數(shù)的自動整定，而且在透平機(jī)發(fā)生故障時(shí)，通過無擾動切換到調(diào)節(jié)減壓閥組來實(shí)現(xiàn)對高爐頂壓的穩(wěn)定控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述存在的問題，本發(fā)明公開了一種高爐trt系統(tǒng)頂壓控制方法，該技術(shù)方案改善高爐trt頂壓控制系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備靜葉的動態(tài)調(diào)整效果，達(dá)到對高爐頂壓的穩(wěn)定控制。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下，高爐trt系統(tǒng)頂壓控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步驟：1）pid自整定參數(shù)的控制和設(shè)定，2）無擾動切換到減壓閥組調(diào)節(jié)高爐頂壓，3）人機(jī)對話實(shí)現(xiàn)動態(tài)模型及時(shí)控制。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述步驟1）pid自整定參數(shù)的控制和設(shè)定具體如下，高爐生產(chǎn)發(fā)生的煤氣通過干法除塵清洗后，經(jīng)過透平機(jī)裝置（trt）帶動汽輪機(jī)做功而產(chǎn)生電能，然后再回到煤氣總管進(jìn)行利用或者燃燒放散，通過調(diào)節(jié)透平機(jī)靜葉來穩(wěn)定高爐生產(chǎn)所需的爐頂壓力值，為了保證高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定順行，要求高爐爐頂壓力穩(wěn)定可靠、抗外界干擾能力強(qiáng)，其波動為±10kpa。但是現(xiàn)場的實(shí)際頂壓測量值波動大、穩(wěn)定性能差、抗干擾能力弱，因此我們采用該發(fā)明進(jìn)行優(yōu)化控制。

對于本發(fā)明中不同的爐頂頂壓誤差|e|和誤差變化率|ec|，經(jīng)過現(xiàn)場多次實(shí)驗(yàn)論證，得出pid參數(shù)修正值△kp、△ki、△kd的自整定原則為：(1)當(dāng)|e|≥10時(shí)，為了加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使系統(tǒng)具有快速的跟蹤性能，△kp的取值范圍為0.75～0.9，△kd的取值范圍為0.05～0.25，同時(shí)，為了防止積分飽和，避免系統(tǒng)超調(diào)過大，應(yīng)限制△ki的大小或使其為零，(2)當(dāng)5≤|e|≤10時(shí)，為了使系統(tǒng)具有較小的超調(diào)，△kp的取值范圍為0.1～0.35，△kd的取值范圍為0.05～0.15，△ki的取值為0.2左右；(3)當(dāng)|e|≤5時(shí)，為使系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)態(tài)性能，△kp的取值范圍為0.6～0.85,△ki的取值范圍為0.5～0.75；同時(shí)，為避免系統(tǒng)在平衡點(diǎn)附近出現(xiàn)振蕩，△kd的取值在0.15左右；|ec|較大時(shí)，應(yīng)取較小的△kd；|ec|較小時(shí)，應(yīng)取較大的△kd，以此來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)pid中kp、ki、kd的參數(shù)修正（即△kp、△ki、△kd的值）；輸出的控制量是pid控制中3個(gè)參數(shù)kp、ki、kd的調(diào)整量或者說是修正值，利用該調(diào)整量對pid中的3個(gè)參數(shù)進(jìn)行動態(tài)整定，其整定公式如下：

(1)

(2)

(3)

其中，△kp、△ki、△kd為參數(shù)的修正值，、、為常規(guī)pid的預(yù)整定參數(shù)值。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述步驟2）無擾動切換到減壓閥組調(diào)節(jié)高爐頂壓，當(dāng)trt正常工作時(shí)，手動開啟靜葉開度到5%，滿足其汽輪機(jī)升轉(zhuǎn)速達(dá)到3000r/min的工藝要求后，通過此方法實(shí)現(xiàn)pid控制汽輪機(jī)的靜葉達(dá)到預(yù)期的平穩(wěn)狀態(tài)，關(guān)閉減壓閥組使trt工作在最佳發(fā)電狀態(tài)，產(chǎn)生最大發(fā)電量。而此時(shí)靜葉的調(diào)節(jié)只需根據(jù)高爐頂壓的波動進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)即可。當(dāng)trt發(fā)生故障時(shí)，為了穩(wěn)定高爐頂壓，此時(shí)需要立即打開減壓閥組的快開閥，然后通過調(diào)節(jié)其他三個(gè)減壓閥組來穩(wěn)定高爐頂壓，確保高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述步驟3）人機(jī)對話實(shí)現(xiàn)動態(tài)模型及時(shí)控制具體如下，利用工程監(jiān)控畫面，通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)畫面控制與plc控制程序中pid通訊，方便快捷，只要我們在人機(jī)界面編程好操作控制畫面，然后錄入適合此時(shí)高爐頂壓控制的pid參數(shù)設(shè)定值（即、、值，該值調(diào)試好以后基本保持不動），高爐trt頂壓為150～300kpa，經(jīng)過多次論證后，通常高爐爐況穩(wěn)定時(shí)頂壓為220kpa左右，在每個(gè)周期內(nèi)上料時(shí)間大約持續(xù)40s，上料操作對爐頂壓力影響的滯后時(shí)間大約為6s，靜葉通道的滯后時(shí)間大約為2s。

正常生產(chǎn)時(shí)，將界面選擇開關(guān)選擇至圖2中“pid控制”模式，plc程序?qū)⒆赃m應(yīng)pid控制模式投入運(yùn)行，界面中綠色“pid運(yùn)行”指示燈亮起，此時(shí)trt系統(tǒng)對高爐頂壓的控制將采用自適應(yīng)pid控制模型，大大提高了高爐頂壓的穩(wěn)定性能；當(dāng)高爐生產(chǎn)異常波動較大是，不適用采用此模型控制，則將選擇開關(guān)選擇至“手動”模式，界面中紅色“pid停止”指示燈亮起，讓trt系統(tǒng)進(jìn)入經(jīng)典的普通控制模式，保證高爐生產(chǎn)順行；當(dāng)trt系統(tǒng)出現(xiàn)故障需要檢修時(shí)，將選擇開關(guān)選擇至“檢修”模式，將模型從控制中切除，界面中紅色“pid停止”指示燈亮起，trt系統(tǒng)停機(jī)進(jìn)行檢修，此時(shí)完全利用減壓閥組來調(diào)節(jié)高爐頂壓；恢復(fù)正常后仍然采用“pid控制”模式。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下，1）該技術(shù)方案可以改善高爐trt頂壓控制系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備靜葉的動態(tài)調(diào)整效果，達(dá)到對高爐頂壓的穩(wěn)定控制；2）靜葉裝置是trt頂壓控制系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，該裝置的主要功能是控制高爐煤氣進(jìn)入發(fā)電裝置的入口量，通過調(diào)整靜葉裝置的不同開度，可以調(diào)整系統(tǒng)壓力的波動，為了確保高爐頂壓調(diào)整穩(wěn)定，對靜葉的開度采用一種自整定pid調(diào)整方法，其控制原理為：以高爐生產(chǎn)的需求壓力值(理論頂壓設(shè)定值)和頂壓實(shí)際測量值的誤差e及該誤差波動的變化率de/dt（ec）作為輸入量，通過在運(yùn)行中不斷檢測e和ec，對于在控制靜葉開度的過程中不同的|e|和|ec|，pid參數(shù)修正值△kp、△ki、△kd采用自整定原則進(jìn)行調(diào)節(jié)。然后通過人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)對pid參數(shù)的在線實(shí)時(shí)動態(tài)控制，在界面錄入相關(guān)pid參數(shù)設(shè)定值以及高爐頂壓的相關(guān)生產(chǎn)參數(shù)，確保最大程度調(diào)節(jié)和優(yōu)化pid控制，保證高爐頂壓的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為trt系統(tǒng)控制高爐頂壓簡圖；

圖2為自適應(yīng)pid控制模型人機(jī)界面簡圖。

具體實(shí)施方式

為了加深對本發(fā)明的認(rèn)識和理解，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。

實(shí)施例1：

參見圖1、圖2，一種高爐trt系統(tǒng)頂壓控制方法，所述控制方法包括以下步驟：1）pid自整定參數(shù)的控制和設(shè)定，2）無擾動切換到減壓閥組調(diào)節(jié)高爐頂壓，3）人機(jī)對話實(shí)現(xiàn)動態(tài)模型及時(shí)控制，所述步驟1）pid自整定參數(shù)的控制和設(shè)定具體如下，高爐生產(chǎn)發(fā)生的煤氣通過干法除塵清洗后，經(jīng)過透平機(jī)裝置（trt）帶動汽輪機(jī)做功而產(chǎn)生電能，然后再回到煤氣總管進(jìn)行利用或者燃燒放散，通過調(diào)節(jié)透平機(jī)靜葉來穩(wěn)定高爐生產(chǎn)所需的爐頂壓力值，為了保證高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定順行，要求高爐爐頂壓力穩(wěn)定可靠、抗外界干擾能力強(qiáng)，其波動為±10kpa。但是現(xiàn)場的實(shí)際頂壓測量值波動大、穩(wěn)定性能差、抗干擾能力弱，因此我們采用該發(fā)明進(jìn)行優(yōu)化控制。對于本發(fā)明中不同的爐頂頂壓誤差|e|和誤差變化率|ec|，經(jīng)過現(xiàn)場多次實(shí)驗(yàn)論證，得出pid參數(shù)修正值△kp、△ki、△kd的自整定原則為：(1)當(dāng)|e|≥10時(shí)，為了加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使系統(tǒng)具有快速的跟蹤性能，△kp的取值范圍為0.75～0.9，△kd的取值范圍為0.05～0.25，同時(shí)，為了防止積分飽和，避免系統(tǒng)超調(diào)過大，應(yīng)限制△ki的大小或使其為零，(2)當(dāng)5≤|e|≤10時(shí)，為了使系統(tǒng)具有較小的超調(diào)，△kp的取值范圍為0.1～0.35，△kd的取值范圍為0.05～0.15，△ki的取值為0.2左右；(3)當(dāng)|e|≤5時(shí)，為使系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)態(tài)性能，△kp的取值范圍為0.6～0.85,△ki的取值范圍為0.5～0.75；同時(shí)，為避免系統(tǒng)在平衡點(diǎn)附近出現(xiàn)振蕩，△kd的取值在0.15左右；|ec|較大時(shí)，應(yīng)取較小的△kd；|ec|較小時(shí)，應(yīng)取較大的△kd，以此來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)pid中kp、ki、kd的參數(shù)修正（即△kp、△ki、△kd的值）；輸出的控制量是pid控制中3個(gè)參數(shù)kp、ki、kd的調(diào)整量或者說是修正值，利用該調(diào)整量對pid中的3個(gè)參數(shù)進(jìn)行動態(tài)整定，其整定公式如下：

(1)

(2)

(3)

其中，△kp、△ki、△kd為參數(shù)的修正值，、、為常規(guī)pid的預(yù)整定參數(shù)值；所述步驟2）無擾動切換到減壓閥組調(diào)節(jié)高爐頂壓，當(dāng)trt正常工作時(shí)，手動開啟靜葉開度到5%，滿足其汽輪機(jī)升轉(zhuǎn)速達(dá)到3000r/min的工藝要求后，通過此方法實(shí)現(xiàn)pid控制汽輪機(jī)的靜葉達(dá)到預(yù)期的平穩(wěn)狀態(tài)，關(guān)閉減壓閥組使trt工作在最佳發(fā)電狀態(tài)，產(chǎn)生最大發(fā)電量。而此時(shí)靜葉的調(diào)節(jié)只需根據(jù)高爐頂壓的波動進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)即可。當(dāng)trt發(fā)生故障時(shí)，為了穩(wěn)定高爐頂壓，此時(shí)需要立即打開減壓閥組的快開閥（圖1中d閥），然后通過調(diào)節(jié)其他三個(gè)減壓閥組（圖1中a、b、c閥）來穩(wěn)定高爐頂壓，確保高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定，所述步驟3）人機(jī)對話實(shí)現(xiàn)動態(tài)模型及時(shí)控制具體如下，利用工程監(jiān)控畫面，通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)畫面控制與plc控制程序中pid通訊，方便快捷，只要我們在人機(jī)界面編程好操作控制畫面（如圖2所示），然后錄入適合此時(shí)高爐頂壓控制的pid參數(shù)設(shè)定值（即、、值，該值調(diào)試好以后基本保持不動），高爐trt頂壓為150～300kpa，經(jīng)過多次論證后，通常高爐爐況穩(wěn)定時(shí)頂壓為220kpa左右，在每個(gè)周期內(nèi)上料時(shí)間大約持續(xù)40s，上料操作對爐頂壓力影響的滯后時(shí)間大約為6s，靜葉通道的滯后時(shí)間大約為2s。

正常生產(chǎn)時(shí)，將界面選擇開關(guān)選擇至圖2中“pid控制”模式，plc程序?qū)⒆赃m應(yīng)pid控制模式投入運(yùn)行，界面中綠色“pid運(yùn)行”指示燈亮起，此時(shí)trt系統(tǒng)對高爐頂壓的控制將采用自適應(yīng)pid控制模型，大大提高了高爐頂壓的穩(wěn)定性能；當(dāng)高爐生產(chǎn)異常波動較大是，不適用采用此模型控制，則將選擇開關(guān)選擇至圖2中“手動”模式，界面中紅色“pid停止”指示燈亮起，讓trt系統(tǒng)進(jìn)入經(jīng)典的普通控制模式，保證高爐生產(chǎn)順行；當(dāng)trt系統(tǒng)出現(xiàn)故障需要檢修時(shí)，將選擇開關(guān)選擇至圖2中“檢修”模式，將模型從控制中切除，界面中紅色“pid停止”指示燈亮起，trt系統(tǒng)停機(jī)進(jìn)行檢修，此時(shí)完全利用減壓閥組來調(diào)節(jié)高爐頂壓；恢復(fù)正常后仍然采用“pid控制”模式。需要說明的是，上述實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并沒有用來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上作出的等同替換或者替代，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。