基于模糊監(jiān)督控制的工業(yè)隧道爐氣流與溫度控制

概要
在隧道式的工業(yè)爐中存在著多種涉及到溫度、氣流和壓力的子控制系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)通常是運(yùn)用傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行控制，而且控制器總是僅僅做出整個(gè)系統(tǒng)均允許的操作。這篇論文提出了運(yùn)用模糊控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)間相互監(jiān)控協(xié)作的理論設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，從而達(dá)到理想的工作狀況并且改善工業(yè)爐的各種作業(yè)水平。以上提出的控制系統(tǒng)可以輕松的應(yīng)用于各種環(huán)境并且應(yīng)用可編程控制器便可以實(shí)現(xiàn)。
1. 簡(jiǎn)介
隧道式吃持續(xù)加熱爐通常用于磚瓦的燒制，坯料通常在爐中被加熱到1000攝氏度以上。
這種爐有一個(gè)主要的特點(diǎn)，他們通常爐體尺寸很大，其長(zhǎng)度通常能達(dá)到100米以上同時(shí)爐體界面半徑達(dá)到15平方米以上，整個(gè)爐體被劃分為多個(gè)加熱區(qū)間。這些坯料經(jīng)過(guò)爐體是采用典型的分批次恒定流傳送，在這個(gè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)坯料的加熱。在【1】中給出了加熱系統(tǒng)的基本原則和應(yīng)用，其中主要涉及的是熱交換過(guò)程。
要獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品，工業(yè)爐系統(tǒng)的高穩(wěn)定性事至關(guān)重要的因素。要實(shí)現(xiàn)更好的控制系統(tǒng)，需要首先建立正確的數(shù)學(xué)模型。這個(gè)模型必須包括連續(xù)型和離散型的動(dòng)態(tài)分析，但是同時(shí)也可能進(jìn)行無(wú)窮維數(shù)的分析，這就要取決于溫度和氣流式被設(shè)定為分布式的系統(tǒng)，還是集成式的系統(tǒng)。在【2】中已經(jīng)建立了一個(gè)用于半導(dǎo)體生產(chǎn)的工業(yè)爐系統(tǒng)模型，利用物理量之間的聯(lián)系，用相應(yīng)的電量與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立聯(lián)系。在【3】中應(yīng)用了利用模型進(jìn)行控制設(shè)計(jì)的技術(shù)，提出了對(duì)分布式加熱系統(tǒng)的模型建立和控制。在【4】中建立了一個(gè)基于模糊控制系統(tǒng)和遺傳算法的關(guān)于循環(huán)加熱工業(yè)爐的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型。所有關(guān)于隧道式工業(yè)爐的研究都致力于一個(gè)基本的目標(biāo)，那便是獲得其數(shù)學(xué)模型，在【5,6,7】中給出了其他典型類型的工業(yè)爐的數(shù)學(xué)模型。這些得到的模型能夠用來(lái)進(jìn)行有效的系統(tǒng)分析并且總結(jié)出相應(yīng)的工業(yè)爐加熱系統(tǒng)的控制策略。
在隧道式工業(yè)爐中有幾個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)，他們主要負(fù)責(zé)爐內(nèi)的主體加熱和空氣動(dòng)力控制。在一個(gè)典型的例子中，磚瓦燒制，我們應(yīng)用一系列的單片機(jī)控制器，來(lái)控制這些不同的子系統(tǒng)。現(xiàn)今的控制任務(wù)都是用常規(guī)的或是特別設(shè)計(jì)的PID控制器實(shí)現(xiàn)合適的控制操作。但是不能保證PID控制器的操作相對(duì)于最適操作點(diǎn)沒(méi)有偏離。這就意味著任然存在很嚴(yán)重的開(kāi)環(huán)控制問(wèn)題，其中一個(gè)問(wèn)題就是，盡管存在空氣循環(huán)系統(tǒng)和輔助加熱器的作用，隧道爐的頂部和底部的問(wèn)題任然不同。更嚴(yán)重的是，從能源優(yōu)化利用的角度來(lái)看，現(xiàn)在的控制操作遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是最優(yōu)。任然存在大量的熱量和燃料損失是可以避免的。多回路控制器也被用于其它類型的工業(yè)爐，例如【9】中提出的電視玻璃加熱爐的多回路溫度控制策略。把大量的單片控制器集成起來(lái)從而控制多個(gè)子系統(tǒng)是困難、費(fèi)時(shí)且昂貴的，并且要同時(shí)并行的實(shí)現(xiàn)精確的控制并不總是可行的。ControlSoft Inc. 推出了一款控制器