熔铝炉燃烧控制系统新技术

熔铝炉燃烧控制系统新技术

甘仲举

新疆众和股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830013

摘要：熔铝炉燃烧控制在铝工业中具有非常重要的地位，它是保证铸造生产线生产安全运行的一个重要环节。由于铸造生产线工艺过程复杂，且受各种外界条件影响大，所以需要采用先进的控制技术来满足实际生产要求。随着计算机技术的飞速发展以及计算机应用范围的日益扩大，计算机控制已成为当代先进控制技术发展的必然趋势。而模糊控制作为一种智能控制策略，以其简单实用等优点被广泛应用于各个领域，特别是对于一些非线性，时变系统来说，模糊控制有着独特优势。因此，研究开发新型控制系统势在必行，为了提高我国铸造生产线生产能力和产量，对熔铝炉燃烧系统进行了一系列改进。

关键词：熔铝；炉燃烧控制；系统新技术

引言

熔铝炉燃烧控制系统新技术是一个涉及众多学科领域的复杂问题，它与传统控制方法相比具有许多优点，比如可以实现炉温自动控制，降低能耗，延长炉体寿命以及减少环境污染等等。在当今时代，熔铝炉燃烧控制已成为一项非常重要的课题。随着计算机技术，信息技术，现代工业自动化技术的发展，熔铝炉的控制技术取得了很大进步。但也存在不少缺陷，如控制精度低，响应速度慢，抗干扰能力差等等。因此需要对现有的熔铝炉燃烧控制技术进行深入的研究并加以完善，以提高其控制精度，改善其响应时间及抗干扰性能等。

1 熔铝炉燃烧控制系统新技术

熔铝炉燃烧控制系统新技术包括模糊控制、神经网络、遗传算法等，其中模糊逻辑控制是当前较为流行的一种控制算法。该算法采用模糊推理实现自动控制。通过仿真表明：它具有良好的稳定性和鲁棒性，响应速度快，超调小，稳态精度高等优点；同时也存在一定的缺陷，如实时性差，易发生振荡现象，抗干扰能力弱。而神经网络由于其高度非线性映射能力以及联想记忆功能，使其能够解决上述不足，提高了系统的自适应能力和动态性能。因此将这两种方法相结合起来构成模糊-神经网络复合控制策略。这种控制策略与常规的PID控制相比，不仅保证了控制精度，且大大提高了系统的动态响应特性[1]。仿真结果表明，当采用神经网络算法时，系统表现出良好的稳定性，超调小，调节时间短，并且稳态误差很小，当采用模糊控制算法时，系统则会出现振荡现象。从而验证了此方案的有效性和优越性，另外，该策略还可用于其它需要较高精度，快速收敛速度和较强鲁棒性等要求的控制系统。在工业中应用广泛的PID控制器是基于线性矩阵不等式（LMI）理论设计出来的，但其有较大的局限性，很难处理复杂时变时滞过程。利用神经网络对被控对象模型的逼近能力，可以有效克服传统PID控制器固有的缺点，提高系统控制品质。而且神经网络具有很强的学习能力，使得网络能很快获得最优解，同时又不需知道精确数学模型，结构简单，易于工程实现。此外，还可根据实际需要进行在线修改，从而达到更好的控制目的。因此具有较强的实用性和通用性，当参数变化时难以满足实时控制要求，容易出现死区等问题，且易于编程实现，便于推广使用。这些方法在熔铝炉燃烧系统中都有很好的应用效果。

2 熔铝炉燃烧控制系统研究

2.1 熔铝炉燃烧控制系统方案

熔铝炉燃烧控制一般采用串级PID控制算法，其主要优点是抗干扰能力强，鲁棒性好，调节时间短，稳态精度高等。缺点是调节速度慢，超调量大，动态性能差，对负载扰动敏感，为此提出了一种基于模糊神经网络控制的新型控制策略。利用模糊控制规则来逼近非线性函数，使其具有良好的自适应性和自学习能力。根据模糊控制理论设计出相应的隶属度函数参数。然后把它作为BP网络的输入层节点权值和隐含层中神经元个数的参数值，通过训练后得到一个优化的模糊神经网络模型。这样就可达到对被控对象进行智能控制的目的，此外还考虑到系统的抗干扰问题，软件上采取模块化设计。用神经网络在线调整这些参数，从而实现快速响应及高精度跟踪功能[2-4]。仿真结果表明，与传统PID控制算法相比，本算法可以有效地改善控制系统的静态特性，提高响应速度，降低超调幅度。并获得更好的抗干扰性能，该控制器简单可靠，但是这种算法存在着一定的局限性，即不能保证较高的控制精度和稳定性。

2.2 熔铝炉的燃烧特点

在此基础上，提出一种新的基于模糊自整定的自适应控制方案，将其应用于铝热连轧过程中的温度控制。利用模糊控制理论设计出一个模糊控制器对被控对象进行模糊化处理，然后再采用改进后的粒子群优化算法进行寻优求解，得到最优解。同时还针对温度控制系统的非线性、时变性等特点，引入了PID控制算法。由于使用了先进的控制技术及模糊自整定技术，使整个系统具有较强的鲁棒性以及抗干扰能力，而传统的PID控制器则具有参数容易调节且调整方便等优点，二者结合起来形成的复合智能控制策略可获得更好的控制效果。该控制策略可以有效地提高系统的响应速度和控制精度，改善系统的动态性能。最后将本文所研究的两种方法应用到实际生产中，取得良好的效果，并给出了具体的实现电路。通过仿真分析可知：与常规PID控制相比，以达到稳定炉温目的，实验结果证明此方法是可行的。

3 熔铝炉燃烧控制系统的实现

3.1 熔铝炉燃烧控制系统结构

硬件设计本部分介绍了熔铝炉燃烧控制装置的组成及功能，以及对其进行详细阐述的4个组成部分，其中包括温度测量系统、气体成分检测系统和信号传输系统等；然后重点描述了该系统各个单元之间的连接方式和工作原理。为了便于操作人员了解和掌握控制系统的整体结构，对系统中所涉及的主要元器件进行了简要介绍并给出它们的参数取值范围。根据这些参数可以看出，该系统采用的是PLC作为主控制器，以触摸屏为人机界面的集散型系统结构。此外，为了简化整个系统的操作步骤，另外，为了能够直观地观察整个系统的运行状况，最后通过实验证明了该系统具有良好的可靠性和稳定性。在此基础上提出了整个系统的软硬件设计方案，即：控制器模块、数据采集模块、通信模块、显示模块，同时还简单说明了各部件之间的相互关系。

3.2  PLC控制系统的程序流程

编程过程设计，PLC控制是利用继电器实现对被控对象进行控制的一种方法，而PID控制技术则是基于模糊控制原理来完成自动控制任务的一类控制算法。PLC控制系统一般都采用顺序程序法或顺序功能图法来编制控制软件，硬件电路及接线方式。PLC控制系统具有良好的通用性和可移植性，由于其结构简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，因此在工业自动化领域中得到了越来越广泛的应用。它可根据实际需要方便地编写出各种不同类型的控制程序，并能与计算机相连以实现远程监控。PLC控制系统通常由输入单元、输出单元和执行单元构成，程序设计方法。

4 结束语

熔铝炉燃烧控制系统新技术、新工艺的开发及其推广应用是一项复杂的系统工程，需要投入大量人力、物力，尤其对于大型工业生产企业来说，这种复杂性更显得突出。它涉及生产过程中的许多方面，如设备选型、安装调试、操作维修等环节，而这些工作都是很繁杂的。同时它还要求有较高的技术水平，很难达到上述条件。其投资费用往往相当大，因而要想获得较大经济效益就必须对其实施有效的管理，使之发挥出应有的效益。

参考文献：

[1]曾虎.熔铝炉烟气脱硝改造技术探讨[J].环境科学导刊,2021,040(005):83-87.

[2]张腾飞,康泽双,李花霞,等.熔铝炉冶炼烟气脱硝技术现状与进展[J].中国冶金,2023,33(1):6.

[3]余志华.一种熔铝炉用蓄热式燃烧系统[P].中国专利，CN217005328U.2022.

[4]颜宇波.一种配熔铝炉用天然气燃烧机[P].中国专利，CN213480219U.2021.