济南弘科信泰自动化有限公司

YL600A焦炉多集气管压力人工智能平衡控制装置
一 概述
在多焦炉共用一套鼓冷系统的情况下，各集气管的压力波动相互影响，具有耦合严重、非线性、时变性、扰动激烈的特点，对环保排放要求和生产有直接影响，是焦化行业的控制难题之一。
焦炉集气管压力波动的根本原因有两个:
一是各焦炉所产生的煤气量（体积）与煤气管道吸力不能随时保持匹配所致，当集气管内的煤气量增加时，负压管道的吸力不能及时加大，当集气管内的煤气量减少时，负压管道的吸力又不能及时降下来，从而造成集气管压力的剧烈升高或降低；
二是当多集气管共用一套化产系统时，风机吸力在任何一瞬间都可以认为是一个固定的“常量”。
此时，集气管负压管道上任何一个调节翻板位置发生变化，都是对这个 “常量”的重新分配，任一集气管负压管道吸力增大（或减小），都意味着其它集气管负压管道吸力的减小（或增大），吸力的变化必然引起集气管压

力发生相应的变化，当多个集气管负压管道的吸力和集气管内煤气总量不匹配时，就会发生耦合震荡现象，从而造成集气管压力的剧烈变化。
集气管压力人工智能控制装置（系统）的主要任务就是通过一定的控制模型，协调各集气管调节翻板的动作，使各集气管负压管道的吸力与相应集气管内的煤气量（或压力）及时协调匹配；调节风机转速，保证风机吸力与焦炉所产生的煤气总量及时匹配，从而保证集气管压力的稳定控制。
我公司开发的YL600A多集气管压力人工智能控制装置（系统）采用了神经网络控制技术和人工智能控制技术，成功地解决了上述问题，较好地实现了焦炉集气管压力的稳定控制。
二 、焦炉煤气集气管控制原理(见图2)
该系统的基本思想是：将焦炉、风机、机后用户等看作一个有机的整体，将对集气管压力波动有关键影响的可控设备（主要是风机、集气管负压管道上的自动调节翻板、大回流翻板等）看作一个个的“神经元”（如图1中的Z1、Z2 、Z3、Z4、Z5翻板和风机F1、F2），利用现代计算机技术将这些“神经元”构成一个具有“互动”功能的神经网络控制系统（见图2），以动制动，当集气管压力发生变化时，系统根据一个模糊数学模型对集气管压力（Y1～Ｙ4）、初冷前吸力（Y5）和机后压力（Y7）的变化进行综合解析，智能地确定各“神经元”（Z1、Z2 、Z3、 Z4、 Z5 、F1或F2）之间的函数关系，紧紧围绕各集气管压力设定值计算出各“神经元”之间的“互动”参数，自动平衡、调配翻板阀位和风机转速，始终保持各焦炉集气管压力高精度控制所需要的最佳吸力，神经网络和人工智能共同作用，自动平衡，智能解耦，实现了多焦炉共用一套鼓冷系统条件下集气管压力的平衡控制。
三、 焦炉煤气集气管系统特点
1 该系统设有风机调速和大回流调速两种总量调节手段。
风机调速的好处是可以节约风机电力消耗，风机采用液力耦合器调速时，采用大回流调节可以有效降低风机故障。
在煤气总量（体积）变化不大的情况下，风机转速或大回流基本保持不变,只通过调节集气管翻板阀位即可实现集气管压力的稳定；
如果以大回流调节为总量调节的日常手段，那么，当煤气总量(体积)变化较大(如喷高压氨水等),造成集气管压力剧烈升高或降低时，系统才会自动调节大回流调节阀，使风机吸出总量与煤气体积总量随时保持匹配,只有在焦炉产量大幅变动时才会调整风机转速，以适应煤气总量的变化。
2 总量调节（风机调节或大回流调节）往往滞后于压力的变化，本系统引入高压氨水流量(Q1～Q４)作为风机转速调节或大回流调节的前置信号,快速抑制喷高压氨水对集气管压力的影响，使得集气管压力更趋稳定；
3 本系统引入了机前和机后压力信号，可以有效地规避离心风机喘震区和不灵敏区，对风机安全运行有重要意义。
四、焦炉煤气集气管系统技术指标及功能
1、系统具有自动和手动运行功能，自动运行时，系统对各焦炉集气管压力、风机转速、大回流等进行全自动控制，集气管压力控制精度可达到设定值±20Pa，合格率达到90%以上；
2、由出焦、上煤、交换、喷高压氨水等因素使集气管压力超标时，集气管压力控制在设定值±60Pa之间，并在20秒以内调回，有效避免炮眼冒火或负压运行；
3、具有鼓风机转速高低限报警、机后压力高低限报警、机前吸力高低限报警等功能；
4、全汉语操作, 参数异常对话框提示，具有报表打印输出功能。
5、通过组态实时监测相关参数，进行参数实时趋势显示和历史趋势记录，工艺流程图形象直观。
6、集气管压力设定值可在线修改，单个设定值修改后10秒左右恢复正常，全部集气管压力设定值同时修改后60秒内恢复正常。
五、调控方法与作用
1、稳定集气管压力，以集气管压力设定值为目标值，控制集气管调节翻板阀位，随时跟随集气管压力的变化，实现集气管压力的稳定，当集气管压力升高时，加大翻板开度；当集气管压力降低时，减小翻板开度，当集气管压力过高时，同时调控风机转速或大回流翻板阀位，三者相互配合，实现集气管压力的平稳控制。
2、YL600A系统是以神经网络技术为基础的人工智能控制技术，大部分情况下，只通过集气管调节翻版就可以实现集气管压力的稳定，风机调节（包括变频调速、液藕调速、回流调速等）完全模拟人工调节方式，风机调控量比较缓慢，对风机起到了有效的保护作用。
3、风机转速报警控制可以有效地保证风机安全，当风机转速接近临界转速时，系统将发出报警，同时无论集气管压力怎样，系统这时候将不会继续提高或者降低风机转速,只能进行人工调整。
4、机前吸力报警控制主要是为了保证电捕焦油器的安全，当机前吸力过高时，有可能造成煤气氧含量过高，这时候系统将进行报警提示，系统将逐渐恢调整风机转速是机前吸力处于安全状态。
5、机后压力报警控制主要用于当机后用户煤气用量突然调整用量，机后压力过高或过低时提示进行煤气放散或者其他处理。
六、关于风机调节
在YL600A控制系统中，风机调节主要目的是保证风机吸力与煤气体积总量相适应，保证集气管压力的稳定。
风机调节手段有很多，包括入口节流、出口节流、大（小）循环调节和调速等几种，在这几种调节手段中，调速是最科学的——有系统稳定、喘振区随着转速的降低而降低、煤气温升减小和耗电量降低等优点。
但因高压变频器价格昂贵，大型高压风机多采用液力耦合器调速，调速所带来的风险和损失要大于调速所带来的好处，此种工况下往往采用大循环调节或者小循环调节。
（1）小循环与大循环调节
大、小循环调节各有优缺点。
大循环调节是将风机转速相对固定在一个速度点上，将风机后一部分煤气重新返回到初冷前，调节这个返回量的大小以平衡煤气总量的变化，保证集气管压力的稳定；当风机处于最低转速而煤气总量依然过低时也常常采用，其优点是可以有效的降低风机故障，缺点是增加初冷器的负担，增加了冷却能源消耗。
小循环调节也是将风机转速固定在一个速度点上，不同的是将风机后一部分煤气直接返回到风机前，调节这个返回量的大小以平衡煤气总量的变化，保证集气管压力的稳定，其作用和优点与大循环相同，其缺点是会造成机后煤气温度升高，煤气体积增大，增加了后续工段对煤气降温冷却的能源消耗。
（2）关于变频调速和液耦调速
380V变频调速器与液力耦合器的价格相差不是太大，所以380V的电机一般用变频调速器进行调速；而6000V以上电机的变频调速器价格远远高于液力耦合器，另一方面，目前常用的高压变频器一旦出现故障，维护困难，影响生产，因此高压大功率风机多采用液力耦合器，可实现风机的软启与调速。
液力耦合器一般通过一个电动执行机构调整“勺管”位置进行调速，其控制精度一般为数十转甚至上百转，很难满足集气管压力高精度控制的需要。
在YL600A中，我们可以对液力耦合器上的执行器进行改造，经改造后其控制精度达到20转左右，调速效果已接近变频器。
但在实际使用中已发现，液力耦合器频繁调节往往会造成较高的故障率，因此，当系统必须采用液力耦合器调节时，YL600A系统一方面采用模拟人工调节方式，尽量避免快速调节对液力耦合器的冲击，但这种调节方式有时候不能及时跟随压力的变化。因此，我们常常建议增加大回流或小回流调控手段，以便更好地保护风机。
当然，最理想的调控手段是风机采用变频调速，既可以节约电力，又可以实现理想的调速目的。
（3）煤气放散
风机速度调节是有限度的，当集气管压力居高不下，而风机转速已接近“喘振区”或“不灵敏区”极限状态时，系统将提示进行煤气放散或转为手动操作。
煤气放散一般由焦炉的其他系统进行控制。
八　系统构成
YL600A系统硬件由1套PLC、1台工控机和1套仪表操作盘构成（见图3）、工控机和仪表盘互为备用。
正常情况下由PLC实施控制和调节，数据上传到工控机进行记录。仪表盘一套备用的辅助控制设备，当系统检修时可以转入智能仪表控制，同样具有风机和集气管压力的自动或手动控制。