0 前言
為達(dá)到當(dāng)代煉鐵高爐效率高生產(chǎn)制造的必須，規(guī)定料流調(diào)節(jié)閥門開運作速率不可以低于15（°）/s、操縱視角偏差不可超過0.2°。但在現(xiàn)實項目中，因為遭到傳統(tǒng)式液壓機比例閥本身的特點和盧森堡PaulWurth冶金技術(shù)有限責(zé)任公司（PW企業(yè)）配套設(shè)施控制系統(tǒng)限定等許多要素的危害，因而既要確保料流調(diào)節(jié)閥門的調(diào)節(jié)實際效果能達(dá)到加工工藝上的規(guī)定，又要確保料流調(diào)節(jié)閥門能在多種繁雜外界情況下長期性穩(wěn)定運作已變成煉鐵高爐操縱的一大難點。
文中融合中國余個大中型高回爐廢料流調(diào)節(jié)閥門具體操縱工作經(jīng)驗及其全新發(fā)展趨向和技術(shù)性，最先詳細(xì)介紹由液壓機比例閥推動的料流調(diào)節(jié)閥門控制措施、對策及工作經(jīng)驗，隨后詳細(xì)介紹一種由液壓機伺服閥推動的新式料流調(diào)節(jié)閥門系統(tǒng)軟件，該體系具備動態(tài)性反應(yīng)性能好、精度高、可靠性好等特性，已在我國某大中型煉鐵高爐上取得成功運用，初步解決了煉鐵高爐操縱中的這一難點。
1 根據(jù)比例閥的料流調(diào)節(jié)閥門自動控制系統(tǒng)
現(xiàn)階段中國大、中小型煉鐵高爐大多數(shù)選用PW企業(yè)配套設(shè)施給予的料流調(diào)節(jié)閥門及推動設(shè)備，該料流調(diào)節(jié)閥門由液壓機比例閥調(diào)整推動，選用開關(guān)量的快速/低速檔和終止數(shù)據(jù)信號對料流調(diào)節(jié)閥門開展有級速率操縱。恰好是PW企業(yè)這類不科學(xué)的配備，促使在現(xiàn)實項目使用中完成對料流調(diào)節(jié)閥門的靠譜操縱變成了一大難點。為了更好地徹底解決這一難點，我們在工程項目實際 中通過反復(fù)推敲和試驗，匯總出了一種前饋控制加響應(yīng)式的調(diào)節(jié)方法，大部分解決了由比例閥推動的料流調(diào)節(jié)閥門的調(diào)節(jié)和穩(wěn)定性難點。
1.1 料流調(diào)節(jié)閥門健身運動全過程剖析
料流調(diào)節(jié)閥門操縱的基本要求是在確保其高速運轉(zhuǎn)的情形下保證其部位操縱的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，為表明料流調(diào)節(jié)閥門的操縱機理和方式 ，大家必須先對料流調(diào)節(jié)閥門的活動及終止全過程開展剖析。
圖1圖示為PW企業(yè)供應(yīng)的煉鐵高爐轉(zhuǎn)窯料流調(diào)節(jié)閥門的速率動態(tài)性回應(yīng)曲線圖。

圖1 PW料流調(diào)節(jié)閥門速率特點曲線圖

從圖1得知，在理想化狀況下，要在快速時精確終止料流調(diào)節(jié)閥門，必須采用下列流程：
（1）在一個預(yù)訂降速視角δj傳出料流調(diào)節(jié)閥門由快速變換為低速檔命令，由圖1可以看得出，命令傳出約0.3s后，料流調(diào)節(jié)閥門健身運動速率由15（°）/s降低到5（°）/s，這期內(nèi)閘閥健身運動的開啟度（閘閥降速慣性力角δhtj）大概為（15－5）/2×0.3=1.5°。
（2）通過一段時間的速率穩(wěn)定型（回應(yīng)曲線圖上約為0.1s），閘閥速率比較穩(wěn)定在5（°）/s，該一段時間料流調(diào)節(jié)閥門運作視角（閘閥機械設(shè)備慣性力泊車角δltj）大概為0.5°。
（3）速率平穩(wěn)后，在間距泊車視角為δt時得出終止命令（速率給出值變成0（°）/s），閘閥大概通過約0.2s后終止，該一段時間料流調(diào)節(jié)閥門運作視角約為（5/2）×0.2=0.5°。
由此可見，要保證料流調(diào)節(jié)閥門的精確泊車，明確適宜的降速視角δj和泊車視角δt十分關(guān)鍵。
1.2 反饋作用
所說對料流調(diào)節(jié)閥門終止全過程的反饋作用便是在其終止操縱流程中加入一個適合的降速視角δj和終止視角δt，根據(jù)對這兩個方面的操縱做到對料流調(diào)節(jié)閥門開啟度精確操縱的目地。
因為每一個高回爐廢料流調(diào)節(jié)閥門系統(tǒng)軟件和液壓裝置的特點、煉鐵高爐自動控制系統(tǒng)及通信方式各有不同，因而其料流調(diào)節(jié)閥門的降速視角δj和終止視角δt也各有不同。在具體工程技術(shù)中，可以依據(jù)生產(chǎn)廠家?guī)淼牧狭髡{(diào)節(jié)閥門特點曲線圖、煉鐵高爐自動控制系統(tǒng)掃描儀速率及其視角監(jiān)測系統(tǒng)的通訊速率等費用預(yù)算出一個值，隨后在現(xiàn)場調(diào)節(jié)中根據(jù)現(xiàn)場實驗對視角進行校準(zhǔn)。
δj通常可由式（1）求出：
（1）
式中，δhtf為料流調(diào)節(jié)閥門額外降速角，考慮到各種各樣延遲要素明確，δhtf≈（2TS Tti）V1，在其中，TS為控制板掃描時間，ms，Tti為伺服電機插口延遲時長，ms，V1為閘閥低速檔健身運動原始速率，（°）/s；δhsw為降速平穩(wěn)角，工程項目中需依據(jù)施工現(xiàn)場實際情況調(diào)節(jié)而定，通常調(diào)整為3°上下。最好降速角必須在以上測算視角的基本上依據(jù)具體調(diào)節(jié)明確。
δt通?？捎墒剑?）求出：
（2）
式中，δm為此次設(shè)置終止角；δltf為料流調(diào)節(jié)閥門額外泊車角，考慮到各種各樣延遲要素明確。具體調(diào)節(jié)中，考慮到多種綜合性要素后，一般取δltj δltf在3°上下。
選用反饋作用方法后，料流調(diào)節(jié)閥門在機械設(shè)備及液壓傳動系統(tǒng)運行正常的、運行狀態(tài)平穩(wěn)的情形下基本上可以確保0.1°上下的精度。但煉鐵高爐建成投產(chǎn)后，伴隨著時間的變化，閘閥的機械設(shè)備及液壓傳動系統(tǒng)特點將產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)變，這類轉(zhuǎn)變將使操縱造成對應(yīng)的偏差。
1.3 響應(yīng)式按段線性插值法操縱［1］
為處理由機械設(shè)備特點更改而危害精度的問題，我們在反饋作用的基本上又提高了一種被稱作“自適應(yīng)控制的按段線性插值法”的控制系統(tǒng)。該操縱核心理念包括了2種操縱方法：最先是把選用了反饋作用方法的料流調(diào)節(jié)閥門系統(tǒng)軟件看作是一個黑匣子，根據(jù)黑匣子鍵入/導(dǎo)出相互關(guān)系創(chuàng)建相應(yīng)的調(diào)節(jié)實體模型；隨后在操縱實體模型的基本上選用自適應(yīng)控制對因為機械設(shè)備特點更改等原因造成的操縱偏差開展動態(tài)性更正。
1.3.1 按段插值法
在項目現(xiàn)實中大家常常會碰到這種一種狀況：針對某一操縱目標(biāo)，其各種各樣性能指標(biāo)中間具有某類函數(shù)公式y(tǒng)=f（x）關(guān)聯(lián)，大家盡管了解其在一定區(qū)域內(nèi)毫無疑問有解，但卻難以或找不著其明確的函數(shù)關(guān)系，只有根據(jù)現(xiàn)場實驗獲得xi與yi的對應(yīng)關(guān)系目錄函數(shù)公式。
針對以上問題可使用各種方式 求出相匹配函數(shù)關(guān)系的解，在其中比較簡單適用的方式 便是“按段插值法”。分段插值法便是用某類簡易、已經(jīng)知道的函數(shù)公式p（x），在一定區(qū)域內(nèi)類似地表述某一不明的表函數(shù)公式f（x），根據(jù)對已經(jīng)知道類似函數(shù)公式p（x）的求得，就能類似地求出不明函數(shù)公式f（x）的解?？蓪⑷〈瘮?shù)公式p（x）看作如下所示的一階線性方程
（3）
用線性函數(shù)（3）取代函數(shù)公式f（x）時，只需了解表函數(shù)公式f（x）中的任何二點（xn，yn），（xn 1，yn 1）就可以用下列插值法公式，類似地求出（xn，yn），（xn 1，yn 1）中間的所有點值。
（4）
不難看出，表函數(shù)公式f（x）的對應(yīng)關(guān)系點（xn，yn）越多，由式（4）所求取的近似值y的精密度也就越高。
1.3.2 操縱的完成
創(chuàng)建料流調(diào)節(jié)閥門操縱實體模型便是要找到料流調(diào)節(jié)閥門設(shè)置開啟度αs與具體開啟度αa相互關(guān)系。因此最先要在料流調(diào)節(jié)閥門的合理操縱視角內(nèi)（通常為0～60°）測到一組設(shè)置開啟度αs與具體開啟度αa中間的目錄函數(shù)公式，隨后將該目錄函數(shù)擬合成函數(shù)公式αs=f（αa），進而獲得料流調(diào)節(jié)閥門操縱實體模型。
根據(jù)料流調(diào)節(jié)閥門必須的具體開啟度αa在實體模型目錄函數(shù)公式中尋找αs，要是沒有與具體開啟度相一致的點時，可先找到與αa鄰近的二點αa與αa，隨后定開啟度αs，并且以其做為開啟度額定值對料流調(diào)節(jié)閥門開展操縱。
為了更好地調(diào)整操縱偏差，管理程序紀(jì)錄料流調(diào)節(jié)閥門此次的設(shè)置開啟度αs及其具體開啟度αa，并獲得（αs，αa）的關(guān)系數(shù)據(jù)。較為αs與αa，假如其誤差超過設(shè)置的操縱偏差（例如0.2°）且允許改動操縱實體模型數(shù)據(jù)信息時，管理程序?qū)⒂忙羇取代原實體模型目錄函數(shù)公式中的相應(yīng)值，進而進行料流調(diào)節(jié)閥門開啟度精密度操縱的“自適應(yīng)控制”全過程。
當(dāng)場具體運用說明：在反饋作用的基本上選用自適應(yīng)控制方法后，料流調(diào)節(jié)閥門的調(diào)節(jié)通常都能獲得滿意的結(jié)論，精度一般在0.1°上下，大部分確保了料流調(diào)節(jié)閥門的長期性穩(wěn)定工作。
2 根據(jù)比例閥的料流調(diào)節(jié)閥門自動控制系統(tǒng)具有的缺點
（1）自動控制系統(tǒng)的可靠性差
“自適應(yīng)控制的按段線性插值法”雖實際效果不錯并在一般來說能靠譜穩(wěn)定工作，但當(dāng)系統(tǒng)軟件不穩(wěn)定、轉(zhuǎn)變并沒有規(guī)律性時，例如：由液壓機系統(tǒng)異常導(dǎo)致體系工作壓力沒有規(guī)律性轉(zhuǎn)變時將使其無法正常的工作中。
（2）無法達(dá)到動態(tài)性控制的必須
有研究證實［2］，在煉鐵高爐面料全過程中，相匹配于穩(wěn)定的開夾角α，面料的料總流量Q并不是穩(wěn)定的。Q打料批品質(zhì)P、料的粒度分布D、比例ρ、料罐里的料量W等相互關(guān)系可類似用式（5）來敘述：
（5）
式中，現(xiàn)階段面料的P，D，ρ一定，布料全過程中僅有W轉(zhuǎn)變，面料全過程中需要確保穩(wěn)定的Q就需要更改α。Q轉(zhuǎn)變曲線圖大概如下圖2所顯示［2］。

圖2 料罐里剩下料量與料總流量的關(guān)聯(lián)

要確保Q不會改變，就需依照圖2曲線圖變化趨勢調(diào)整α，研究表明，其調(diào)節(jié)視角一般在±2°上下。傳統(tǒng)式比例閥動態(tài)性反應(yīng)特點差，即使在5（°）/s的低速檔狀況下，要開展±2°的信息調(diào)整也十分困難。
（3）對自動控制系統(tǒng)規(guī)定非常高
料流調(diào)節(jié)閥門有高、低2個運作速率，快速時，其運作速率不小于15（°）/s，低速檔時為5（°）/s。如果我們假定自動控制系統(tǒng)I/O轉(zhuǎn)接板升級速率非?？?，與此同時忽視伺服電機數(shù)據(jù)信息借助數(shù)據(jù)總線傳輸數(shù)據(jù)的延遲時間等要素，當(dāng)精度要辨別出不得超過±0.2°的視角時，其掃描儀周期時間應(yīng)是：
快速時 TS≤（0.2/15）×1000=13（ms）
低速檔時 TS≤（0.2/5）×1000=40（ms）
不難看出，為確保自動控制系統(tǒng)能辨別出±0.2° 的精度，至少規(guī)定系統(tǒng)軟件CPU掃描儀周期時間不得超過40ms，假如充分考慮別的要素，則周期時間通常應(yīng)不超20ms。這給煉鐵高爐自動控制系統(tǒng)明確提出了一定的配備規(guī)定。當(dāng)選用不一樣的自動控制系統(tǒng)時，因為系統(tǒng)軟件特性不一樣，對料流調(diào)節(jié)閥門的調(diào)節(jié)實際效果便會有一定危害。
為了更好地擺脫以上缺陷，中冶賽迪工程設(shè)計有限責(zé)任公司開發(fā)設(shè)計出了根據(jù)液壓機伺服閥操縱的料流調(diào)節(jié)閥門自動控制系統(tǒng)。
3 根據(jù)伺服閥的料流調(diào)節(jié)閥門自動控制系統(tǒng)
3.1 伺服閥特點
液壓機伺服閥動態(tài)性響應(yīng)時間快、精度高，以前被廣泛運用于熱連軋的壓下去操縱等規(guī)定高精密、快速響應(yīng)的場所中。圖3得出了伺服閥和比例閥的回應(yīng)曲線圖。

圖3 伺服閥和比例閥回應(yīng)曲線圖

根據(jù)剖析可獲得如下所示結(jié)果：
（1）比例閥對階躍數(shù)據(jù)信號的回應(yīng)時間延遲約為20ms，伺服閥約為0.5ms，因此伺服閥對輸進信息的敏感度約為比例閥的40倍；
（2）比例閥對階躍數(shù)據(jù)信號的回應(yīng)從0～100%用時大概為80ms，而伺服閥用時大約為9ms，因此伺服閥調(diào)整速率約為比例閥的9倍；
（3）伺服閥動態(tài)性響應(yīng)時間約為比例閥的7倍。
由以上結(jié)果獲知，伺服閥在過流保護、動態(tài)性回應(yīng)和迅速調(diào)整層面較比例閥更具備優(yōu)點。
3.2 硬件配置構(gòu)成
大家選用煉鐵高爐主控芯片PLC對料流調(diào)節(jié)閥門系統(tǒng)軟件實現(xiàn)操縱，其控制系統(tǒng)框圖如下圖4所顯示，圖上1為PLC控制器本身，規(guī)定PLC的CPU選用帶浮點運算模塊的32bCPU，其正常的掃描儀周期時間不得超過20ms，進而保證快速精確地對伺服閥開展操縱；2為控制板電源插頭，包含外界鍵入電源插頭及其控制板對外開放供閘閥放大儀板和伺服電機等外圍設(shè)備供電系統(tǒng)的電源插頭；3為PLC輸入輸出的速率程序控制及伺服閥閥心偏移意見反饋的plc數(shù)據(jù)信號插口（此plc插口選用快速控制模塊）；4為料流調(diào)節(jié)閥門閥位檢驗伺服電機7和8與PLC中間通訊的快速網(wǎng)線接口；6為由液壓機伺服閥推動的料流調(diào)節(jié)閥門，其可依據(jù)主控芯片系統(tǒng)軟件導(dǎo)出的4～20mA操縱數(shù)據(jù)信號對閥體開展速率操縱，與此同時可按照必須，將閥心偏移數(shù)據(jù)信號反應(yīng)到主控芯片系統(tǒng)軟件。

圖4 伺服閥自動控制系統(tǒng)組成框架圖

由圖4能夠看見，該自動控制系統(tǒng)具備迅速、高精密操縱需要的快速控制板和快速數(shù)據(jù)信號插口，可對多種數(shù)據(jù)信號和管理程序開展快速解決。系統(tǒng)軟件對外開放插口選用了互聯(lián)網(wǎng)方法，可以便捷、迅速地將各種各樣數(shù)據(jù)信號根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)送至自動控制系統(tǒng)。
3.3 管理軟件
圖4中的5為料流調(diào)節(jié)閥門位控制器，該控制模塊為料流調(diào)節(jié)閥門操縱的關(guān)鍵控制器，其優(yōu)點是能在基本上不造成超調(diào)的狀況下對料流調(diào)節(jié)閥門開展迅速、精準(zhǔn)的市場定位和部位追隨操縱。該控制器將料流調(diào)節(jié)閥門開啟度操縱全過程可分為兩個階段：第1環(huán)節(jié)為推動料流調(diào)節(jié)閥門快速打開環(huán)節(jié)，在該階段中，控制模塊將依據(jù)料流調(diào)節(jié)閥門的具體開啟度和設(shè)置開啟度相互關(guān)系，造成一個快速打開數(shù)據(jù)信號使料流調(diào)節(jié)閥門迅速打開，當(dāng)料流調(diào)節(jié)閥門距目標(biāo)低于一定標(biāo)值后對料流調(diào)節(jié)閥門的把控則進到第2環(huán)節(jié)；在第2階段中，在控制模塊優(yōu)化算法的操縱下，閘閥速率隨總體目標(biāo)的靠近而減少，當(dāng)開啟度低于設(shè)置偏差后，料流調(diào)節(jié)閥門進到對額定值的追隨情況。該控制器具備精度高，閘閥響應(yīng)時間快且不會受到閘閥機械設(shè)備性能和液壓傳動系統(tǒng)特點轉(zhuǎn)變危害等特性，可以確保系統(tǒng)長期性、靠譜地工作中。
3.4 操縱實際效果
圖5是在中國某大中型煉鐵高爐上采取的伺服閥自動控制系統(tǒng)的料流閥姿勢趨勢圖。由圖5可以看得出：
（1）料流調(diào)節(jié)閥門設(shè)置開啟度視角為46.5°，由伺服閥推動的料流調(diào)節(jié)閥門由姿勢命令傳出到閘閥調(diào)到46.305°（不得超過加工工藝規(guī)定0.2°的精度）所花費的時長約為2.2s。而傳統(tǒng)化的由比例閥推動的料流調(diào)節(jié)閥門通常必須4s以上。不難看出，由伺服閥推動的料流調(diào)節(jié)閥門調(diào)整速率是比例閥推動的料流調(diào)節(jié)閥門調(diào)整速率的1.8倍。
（2）由速度設(shè)置曲線圖能夠看見，在料流調(diào)節(jié)閥門開的歷程中，逐漸速率設(shè)置為最高值，閘閥為滿速開，當(dāng)閘閥開到一定視角（由控制模塊優(yōu)化算法測算給出）后，速率設(shè)置在控制器的操縱下迅速降低到一個較小的值，進而使料流調(diào)節(jié)閥門迅速降速，隨后慢速度追隨設(shè)置速率的姿勢情況，從而確保了閘閥姿勢全過程的高頻率性、精確性和穩(wěn)定性。

圖5 由液壓機伺服閥推動的料流調(diào)節(jié)閥門操縱實際效果

4 結(jié)果
由里面的闡述大家得出結(jié)論：該自動控制系統(tǒng)無論在健身運動速率、操縱敏感度、精度和安全性等領(lǐng)域均比根據(jù)比例閥的料流自動控制系統(tǒng)有很大優(yōu)點，用以操縱高回爐廢料流調(diào)節(jié)閥門徹底可以達(dá)到加工工藝迅速、精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)規(guī)定。
由液壓機伺服閥推動的料流調(diào)節(jié)閥門以及自動控制系統(tǒng)已于2009年在我國某大中型煉鐵高爐上取得了運用，其高頻率性、精準(zhǔn)度和可靠性等領(lǐng)域均得到了不錯實際效果。大家將再次對伺服閥自動控制系統(tǒng)開展進一步的探討和實踐活動，以完成煉鐵高爐恒總流量面料的規(guī)定。
論文參考文獻：
［1］雷仲賢．用“帶自適應(yīng)控制的按段線性插值法”完成料流調(diào)節(jié)閥門的準(zhǔn)確操縱［J］．鋼材技術(shù)性，2002（3）：37-40．
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