YL600A焦爐多集氣管壓力人工智能平衡控制裝置
一 概述
在多焦爐共用一套鼓冷系統(tǒng)的情況下，各集氣管的壓力波動相互影響，具有耦合嚴重、非線性、時變性、擾動激烈的特點，對環(huán)保排放要求和生產(chǎn)有直接影響，是焦化行業(yè)的控制難題之一。
焦爐集氣管壓力波動的根本原因有兩個:
一是各焦爐所產(chǎn)生的煤氣量（體積）與煤氣管道吸力不能隨時保持匹配所致，當集氣管內(nèi)的煤氣量增加時，負壓管道的吸力不能及時加大，當集氣管內(nèi)的煤氣量減少時，負壓管道的吸力又不能及時降下來，從而造成集氣管壓力的劇烈升高或降低；
二是當多集氣管共用一套化產(chǎn)系統(tǒng)時，風(fēng)機吸力在任何一瞬間都可以認為是一個固定的“常量”。
此時，集氣管負壓管道上任何一個調(diào)節(jié)翻板位置發(fā)生變化，都是對這個 “常量”的重新分配，任一集氣管負壓管道吸力增大（或減小），都意味著其它集氣管負壓管道吸力的減小（或增大），吸力的變化必然引起集氣管壓

力發(fā)生相應(yīng)的變化，當多個集氣管負壓管道的吸力和集氣管內(nèi)煤氣總量不匹配時，就會發(fā)生耦合震蕩現(xiàn)象，從而造成集氣管壓力的劇烈變化。
集氣管壓力人工智能控制裝置（系統(tǒng)）的主要任務(wù)就是通過一定的控制模型，協(xié)調(diào)各集氣管調(diào)節(jié)翻板的動作，使各集氣管負壓管道的吸力與相應(yīng)集氣管內(nèi)的煤氣量（或壓力）及時協(xié)調(diào)匹配；調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速，保證風(fēng)機吸力與焦爐所產(chǎn)生的煤氣總量及時匹配，從而保證集氣管壓力的穩(wěn)定控制。
我公司開發(fā)的YL600A多集氣管壓力人工智能控制裝置（系統(tǒng)）采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)和人工智能控制技術(shù)，成功地解決了上述問題，較好地實現(xiàn)了焦爐集氣管壓力的穩(wěn)定控制。
二 、焦爐煤氣集氣管控制原理(見圖2)
該系統(tǒng)的基本思想是：將焦爐、風(fēng)機、機后用戶等看作一個有機的整體，將對集氣管壓力波動有關(guān)鍵影響的可控設(shè)備（主要是風(fēng)機、集氣管負壓管道上的自動調(diào)節(jié)翻板、大回流翻板等）看作一個個的“神經(jīng)元”（如圖1中的Z1、Z2 、Z3、Z4、Z5翻板和風(fēng)機F1、F2），利用現(xiàn)代計算機技術(shù)將這些“神經(jīng)元”構(gòu)成一個具有“互動”功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（見圖2），以動制動，當集氣管壓力發(fā)生變化時，系統(tǒng)根據(jù)一個模糊數(shù)學(xué)模型對集氣管壓力（Y1～Ｙ4）、初冷前吸力（Y5）和機后壓力（Y7）的變化進行綜合解析，智能地確定各“神經(jīng)元”（Z1、Z2 、Z3、 Z4、 Z5 、F1或F2）之間的函數(shù)關(guān)系，緊緊圍繞各集氣管壓力設(shè)定值計算出各“神經(jīng)元”之間的“互動”參數(shù)，自動平衡、調(diào)配翻板閥位和風(fēng)機轉(zhuǎn)速，始終保持各焦爐集氣管壓力高精度控制所需要的最佳吸力，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和人工智能共同作用，自動平衡，智能解耦，實現(xiàn)了多焦爐共用一套鼓冷系統(tǒng)條件下集氣管壓力的平衡控制。
三、 焦爐煤氣集氣管系統(tǒng)特點
1 該系統(tǒng)設(shè)有風(fēng)機調(diào)速和大回流調(diào)速兩種總量調(diào)節(jié)手段。
風(fēng)機調(diào)速的好處是可以節(jié)約風(fēng)機電力消耗，風(fēng)機采用液力耦合器調(diào)速時，采用大回流調(diào)節(jié)可以有效降低風(fēng)機故障。
在煤氣總量（體積）變化不大的情況下，風(fēng)機轉(zhuǎn)速或大回流基本保持不變,只通過調(diào)節(jié)集氣管翻板閥位即可實現(xiàn)集氣管壓力的穩(wěn)定；
如果以大回流調(diào)節(jié)為總量調(diào)節(jié)的日常手段，那么，當煤氣總量(體積)變化較大(如噴高壓氨水等),造成集氣管壓力劇烈升高或降低時，系統(tǒng)才會自動調(diào)節(jié)大回流調(diào)節(jié)閥，使風(fēng)機吸出總量與煤氣體積總量隨時保持匹配,只有在焦爐產(chǎn)量大幅變動時才會調(diào)整風(fēng)機轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)煤氣總量的變化。
2 總量調(diào)節(jié)（風(fēng)機調(diào)節(jié)或大回流調(diào)節(jié)）往往滯后于壓力的變化，本系統(tǒng)引入高壓氨水流量(Q1～Q４)作為風(fēng)機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)或大回流調(diào)節(jié)的前置信號,快速抑制噴高壓氨水對集氣管壓力的影響，使得集氣管壓力更趨穩(wěn)定；
3 本系統(tǒng)引入了機前和機后壓力信號，可以有效地規(guī)避離心風(fēng)機喘震區(qū)和不靈敏區(qū)，對風(fēng)機安全運行有重要意義。
四、焦爐煤氣集氣管系統(tǒng)技術(shù)指標及功能
1、系統(tǒng)具有自動和手動運行功能，自動運行時，系統(tǒng)對各焦爐集氣管壓力、風(fēng)機轉(zhuǎn)速、大回流等進行全自動控制，集氣管壓力控制精度可達到設(shè)定值±20Pa，合格率達到90%以上；
2、由出焦、上煤、交換、噴高壓氨水等因素使集氣管壓力超標時，集氣管壓力控制在設(shè)定值±60Pa之間，并在20秒以內(nèi)調(diào)回，有效避免炮眼冒火或負壓運行；
3、具有鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速高低限報警、機后壓力高低限報警、機前吸力高低限報警等功能；
4、全漢語操作, 參數(shù)異常對話框提示，具有報表打印輸出功能。
5、通過組態(tài)實時監(jiān)測相關(guān)參數(shù)，進行參數(shù)實時趨勢顯示和歷史趨勢記錄，工藝流程圖形象直觀。
6、集氣管壓力設(shè)定值可在線修改，單個設(shè)定值修改后10秒左右恢復(fù)正常，全部集氣管壓力設(shè)定值同時修改后60秒內(nèi)恢復(fù)正常。
五、調(diào)控方法與作用
1、穩(wěn)定集氣管壓力，以集氣管壓力設(shè)定值為目標值，控制集氣管調(diào)節(jié)翻板閥位，隨時跟隨集氣管壓力的變化，實現(xiàn)集氣管壓力的穩(wěn)定，當集氣管壓力升高時，加大翻板開度；當集氣管壓力降低時，減小翻板開度，當集氣管壓力過高時，同時調(diào)控風(fēng)機轉(zhuǎn)速或大回流翻板閥位，三者相互配合，實現(xiàn)集氣管壓力的平穩(wěn)控制。
2、YL600A系統(tǒng)是以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的人工智能控制技術(shù)，大部分情況下，只通過集氣管調(diào)節(jié)翻版就可以實現(xiàn)集氣管壓力的穩(wěn)定，風(fēng)機調(diào)節(jié)（包括變頻調(diào)速、液藕調(diào)速、回流調(diào)速等）完全模擬人工調(diào)節(jié)方式，風(fēng)機調(diào)控量比較緩慢，對風(fēng)機起到了有效的保護作用。
3、風(fēng)機轉(zhuǎn)速報警控制可以有效地保證風(fēng)機安全，當風(fēng)機轉(zhuǎn)速接近臨界轉(zhuǎn)速時，系統(tǒng)將發(fā)出報警，同時無論集氣管壓力怎樣，系統(tǒng)這時候?qū)⒉粫^續(xù)提高或者降低風(fēng)機轉(zhuǎn)速,只能進行人工調(diào)整。
4、機前吸力報警控制主要是為了保證電捕焦油器的安全，當機前吸力過高時，有可能造成煤氣氧含量過高，這時候系統(tǒng)將進行報警提示，系統(tǒng)將逐漸恢調(diào)整風(fēng)機轉(zhuǎn)速是機前吸力處于安全狀態(tài)。
5、機后壓力報警控制主要用于當機后用戶煤氣用量突然調(diào)整用量，機后壓力過高或過低時提示進行煤氣放散或者其他處理。
六、關(guān)于風(fēng)機調(diào)節(jié)
在YL600A控制系統(tǒng)中，風(fēng)機調(diào)節(jié)主要目的是保證風(fēng)機吸力與煤氣體積總量相適應(yīng)，保證集氣管壓力的穩(wěn)定。
風(fēng)機調(diào)節(jié)手段有很多，包括入口節(jié)流、出口節(jié)流、大（?。┭h(huán)調(diào)節(jié)和調(diào)速等幾種，在這幾種調(diào)節(jié)手段中，調(diào)速是最科學(xué)的——有系統(tǒng)穩(wěn)定、喘振區(qū)隨著轉(zhuǎn)速的降低而降低、煤氣溫升減小和耗電量降低等優(yōu)點。
但因高壓變頻器價格昂貴，大型高壓風(fēng)機多采用液力耦合器調(diào)速，調(diào)速所帶來的風(fēng)險和損失要大于調(diào)速所帶來的好處，此種工況下往往采用大循環(huán)調(diào)節(jié)或者小循環(huán)調(diào)節(jié)。
（1）小循環(huán)與大循環(huán)調(diào)節(jié)
大、小循環(huán)調(diào)節(jié)各有優(yōu)缺點。
大循環(huán)調(diào)節(jié)是將風(fēng)機轉(zhuǎn)速相對固定在一個速度點上，將風(fēng)機后一部分煤氣重新返回到初冷前，調(diào)節(jié)這個返回量的大小以平衡煤氣總量的變化，保證集氣管壓力的穩(wěn)定；當風(fēng)機處于最低轉(zhuǎn)速而煤氣總量依然過低時也常常采用，其優(yōu)點是可以有效的降低風(fēng)機故障，缺點是增加初冷器的負擔，增加了冷卻能源消耗。
小循環(huán)調(diào)節(jié)也是將風(fēng)機轉(zhuǎn)速固定在一個速度點上，不同的是將風(fēng)機后一部分煤氣直接返回到風(fēng)機前，調(diào)節(jié)這個返回量的大小以平衡煤氣總量的變化，保證集氣管壓力的穩(wěn)定，其作用和優(yōu)點與大循環(huán)相同，其缺點是會造成機后煤氣溫度升高，煤氣體積增大，增加了后續(xù)工段對煤氣降溫冷卻的能源消耗。
（2）關(guān)于變頻調(diào)速和液耦調(diào)速
380V變頻調(diào)速器與液力耦合器的價格相差不是太大，所以380V的電機一般用變頻調(diào)速器進行調(diào)速；而6000V以上電機的變頻調(diào)速器價格遠遠高于液力耦合器，另一方面，目前常用的高壓變頻器一旦出現(xiàn)故障，維護困難，影響生產(chǎn)，因此高壓大功率風(fēng)機多采用液力耦合器，可實現(xiàn)風(fēng)機的軟啟與調(diào)速。
液力耦合器一般通過一個電動執(zhí)行機構(gòu)調(diào)整“勺管”位置進行調(diào)速，其控制精度一般為數(shù)十轉(zhuǎn)甚至上百轉(zhuǎn)，很難滿足集氣管壓力高精度控制的需要。
在YL600A中，我們可以對液力耦合器上的執(zhí)行器進行改造，經(jīng)改造后其控制精度達到20轉(zhuǎn)左右，調(diào)速效果已接近變頻器。
但在實際使用中已發(fā)現(xiàn)，液力耦合器頻繁調(diào)節(jié)往往會造成較高的故障率，因此，當系統(tǒng)必須采用液力耦合器調(diào)節(jié)時，YL600A系統(tǒng)一方面采用模擬人工調(diào)節(jié)方式，盡量避免快速調(diào)節(jié)對液力耦合器的沖擊，但這種調(diào)節(jié)方式有時候不能及時跟隨壓力的變化。因此，我們常常建議增加大回流或小回流調(diào)控手段，以便更好地保護風(fēng)機。
當然，最理想的調(diào)控手段是風(fēng)機采用變頻調(diào)速，既可以節(jié)約電力，又可以實現(xiàn)理想的調(diào)速目的。
（3）煤氣放散
風(fēng)機速度調(diào)節(jié)是有限度的，當集氣管壓力居高不下，而風(fēng)機轉(zhuǎn)速已接近“喘振區(qū)”或“不靈敏區(qū)”極限狀態(tài)時，系統(tǒng)將提示進行煤氣放散或轉(zhuǎn)為手動操作。
煤氣放散一般由焦爐的其他系統(tǒng)進行控制。
八　系統(tǒng)構(gòu)成
YL600A系統(tǒng)硬件由1套PLC、1臺工控機和1套儀表操作盤構(gòu)成（見圖3）、工控機和儀表盤互為備用。
正常情況下由PLC實施控制和調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)上傳到工控機進行記錄。儀表盤一套備用的輔助控制設(shè)備，當系統(tǒng)檢修時可以轉(zhuǎn)入智能儀表控制，同樣具有風(fēng)機和集氣管壓力的自動或手動控制。