转炉炼钢副枪系统的模糊控制

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摘 要：转炉自动化炼钢系统中的副枪系统是非常重要的，其效益关系到整个钢厂的效益。本文主要分析了副枪系统的工作原理，采用模糊控制方案，根据在现场调速和运行中收集到的数据和经验，设定模糊规则。基于S7-300可编程控制器完成程序编写。在鞍钢炼钢总厂的实际应用中，副枪系统在升降速度和测试深度的控制上都具有较好的响应能力及准确性。

关键词：自动化炼钢；副枪；模糊控制

副枪系统是在转炉吹炼过程中测量钢水温度、碳含量、氧含量及液面高度并取样分析的设备。在 现代化炼钢技术中，采用动态控制模型和精确的副枪控制数据，可以降低钢厂资源消耗，提高生产效率，减短冶炼周期。

1.副枪功能

冶炼时，副枪系统可以自动选择并安装探头。其进入转炉到指定高度，测量钢水温度、钢水凝固温度、吹炼后的熔池液位等数据。在接近吹炼终点时，副枪进入转炉进行过程检测，并将检测结果传输到上位机以计算吹氧量和冷却剂的添加量。同时，检测样本回收分析，判断终点的钢水成分。

吹炼结束后，副枪可再次检测取样确定终点温度、碳含量、氧含量。副枪系统可自行取下探头，降至操作平台，以便维护。

2.副枪系统的自动化发展趋势

2.1.传感器的智能化、数字化和虚拟化。

2.2.多变量数据通信。

2.3.先进的控制方法和控制软件（模型预测控制，智能控制，优化控制等）。

2.4.过程和管理的自动化[1]。

3.现有副枪系统存在的问题

目前，副枪系统存在氧气流量调整慢，且不稳定；副枪动作慢（包括枪体旋转速度、测量速度、测量周期）等缺点，制约了炼钢效率的发挥，影响钢材的品质和质量[2]。

4.副枪模糊控制

副枪系统是一个复杂的循环检测系统，过程长，干扰因素多，滞后大，过程参数检测困难。属于多耦合、时变的非线性控制模型，很适合采用模糊控制，可以很好地解决副枪系统现存的问题。

4.5.控制效果对比

对比单PID算法和模糊PID算法在实际应用中的效果图（图3），可见模糊PID算法控制中设定值变化时，输出很快就可以回到设定值上，而且超调量极小，极少出现振荡现象，控制效果很好，远优于单PID算法。

5.小结

本文对副枪系统进行了分析研究，结合现场情况和经验，设计了切实可行的控制方案。通过理论仿真和现场应用均取得了预期的效果。提高了转炉检测的快速性和系统可靠性。

参考文献：

[1]章文超，转炉副枪系统型式与国产化，《世界钢铁》2010年2期

[2] 郭映波等，转炉副枪系统的改造，《炼钢》2010年2期

[3]张化光，模糊自适应控制理论及其应用，北京航空航天大学出版社，2003.6