维普资讯 http://www.cqvip.com 第２６卷第８期 Ｖ０１．２６ Ｎｏ．８ 企业技术开发 ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＣＡＬ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ＯＦ ＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥ ２００７年８月 Ａｕｇ．２００７ 焦炉集气管压力自动控制系统的开发与应用 陈在超 （湖南湘潭钢铁集团有限公司，湖南湘潭４１１１０１） 摘要：文章通过对焦炉煤气集气管压力系统的分析研究，建立了控制系统的集气管压力协制方案，使得系 统在传统ＰＩＤ控制的基础上，能够按照系统实际运行状况智能选择控制策略。 关键词：策略；控制；参数 中图分类号：ＴＱ５２０．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—８９３７（２００７）０８—００３４—０３ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｋｉｎｇ ｏｖｅｎ ｈｅａｄｅｒｓ ＣＨＥＮ Ｚａｉ—ｃｈａｏ （Ｈｕｎａｎ Ｘｉａｎｇｔａｎ Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉａｎｇｔａｎ，Ｈｕｎａｎ ４１ １ １０１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｒｅａｓｅａｒｃｈ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｇａｓ ｈｅａｄｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｋｅ ｏｖｅｎ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｇａｓ ｈｅａｄｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｃｈｅｍｅ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ＳＯ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｕｌｄ ｃｈｏｏｓｅ ａｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｉｚｅｄ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏ１． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｒａｔｅｇｙ；ｃｏｎｔｒｏｌ；ｐａｒａｍｅｔｅｒ 焦炭是钢铁企业的重要原燃材料，其生产设备 焦炉则是冶金行业中最复杂的炉窑之一，焦炉工作 力控制质量，我们采用了４座焦炉集散控制运行方 案，控制系统设计如图１所示，系统包括５个 的闭环控制回路：ｌ＃焦炉、２＃焦炉、３＃焦炉、４＃焦 正常与否，对炼铁生产有着举足轻重的作用。焦炉 孑Ｌ数较多，生产加热是逐个燃烧室间歇进行，由于 受多种因素的影响，全炉生产呈现出大惯性、非线 性、多时变的复杂系统。焦炉集气管压力是焦炉生 炉集气管压力控制回路和风机吸力控制回路。根据 各自焦炉运行状况，１＃ ４＃焦炉集气管压力控制通 过上位计算机控制策略运算模块，按照设定进行单 回路、采用温度补偿方式调节控制，控制调节阀选 择响应较短的快速调节阀，实现各自集气管压力的 闭环快速调节控制。风机吸力控制回路通过调节鼓 风机转速来调节整个系统的吸力（即风机人口吸 产中重要工艺参数，其压力稳定与否关系到焦炉的 正常生产，我们通过对焦炉集气管压力系统的分析， 在离散控制系统（单座焦炉ＰＩＤ控制）的基础上，采 用ＡＢ ５５６１ ＤＣＳ集散控制系统，通过计算机程序 运算，建立集气管压力调节控制系统，对集气管压 力），风机吸力控制回路的取压点设置在初冷器前， 力控制进行智能控制策略选择，实现对集气管压力 这是因为我公司初冷器由５座冷却塔串联组成，塔 的稳定控制。 内容积较大，初冷器后取压将可能造成调节滞后， ｌ控制方案 湘潭钢铁集团有限公司２００６年８月以前有焦 炉３座，集气管压力控制均采用传统的ＰＩＤ调节进 行离散控制，是在各焦炉集气管控制的基础上再进 行压力调节控制，由于采用的是二级分散控制，压 而且容易引起初冷器前压力频繁波动，不利于集气 管压力的控制调节。 力波动大，调节比较滞后，控制效果较差。２００６年８ 月第４座焦炉投产运行后，为提高焦炉集气总管压 收稿日期：２００７—０３—２２ 下 道 工 序 作者简介：陈在超（１９５６一），男，湖南长沙人，大学本科，工程师 主要从事自动化控制工程研究、管理和施工 图１焦炉压力控制系统图 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２６卷第８期 陈在超：焦炉集气管压力自动控制系统的开发与应用 ３５ 在进行上述压力控制调节的同时，上位计算机 短，这种类型的最优切换系统称为开关控制系统。通 根据４座焦炉集气管控制回路参数、风机控制回路 过软件程序上设置一个阀位保持器，利用液压交换 参数和集气管压力控制情况进行集气总管压力和 机传送换向信号，当系统接收到换向信号时，集气 支管压力参数运算分析，在保证单座焦炉集气管压 管压力在换向时自动切换到手动，换向结束３０ ｓ后 力问耦合程度的基础上实现集气管压力控制的目 回到自动状态切换为换向前回路状态，即系统保持 的。 ３０ ｓ换向前的阀位输出。这样，当交换完成时，系统 １．１集气管压力控制 将很快调整好集气管压力，见图４。 焦炉正常燃烧生产时，也即焦炉没有进行换向 和推焦时（压力变化幅度较小），集气管压力控制一 般以各自焦炉集气管压力调节为基础，采用ＰＩＤ进 行单回路分别对４座焦炉进行压力调节，上位计算 机则根据工作指令调节集气总管调节阀，对集气总 管进行压力控制，具体操作上一般控制单一焦炉内 图４焦炉集气管压力大幅变化时控制系统图 集气管压力的均衡，从而保证集气总管压力的稳 １．１．２推焦、装煤时压力控制 定，见图２。 推焦、装煤时，集气管压力也会产生大幅变化， 此时调用控制程序，采集集气管压力的变 化率、偏差范围等参数，根据压力变化范 给定值Ｘ＾Ｘ —— 围、偏差范围等，经策略控制程序设定集 气管压力的输出信号，达到稳定控制集气 总管压力的目的。 图２焦炉集气管压力控制系统图 １．２鼓风机前吸力控制 由于４根集气管最终都汇集到一根 当压力发生大幅变化，也即一座焦炉或多座焦 总管，总管吸力的调节对单一焦炉集气管压力控制 炉进行换向和推焦时，单座焦炉ＰＩＤ调节已无法满 的影响都很大。正常控制时，采用串级控制，４个集 足减小超调和快速响应的要求，此时，上位计算机 气管压力平均值作为外环，总管吸力作为内环，同 须运行总管控制程序对集气管压力进行快速调节。 时根据各管开度、当前压力以及机前吸力情况，对 压力变化幅度较大一般在两种工况下发生。 总管蝶阀开度作出修正、调节。 １．１．１换向时压力控制 １．３数字ＰＩＤ控制算法 换向时，集气管压力会产生剧烈变化，集气管 在焦炉集气管压力控制系统中，采用防爆电动 调压阀在接收到换向开始信号时，应保持阀位输 执行机构驱动控制阀门，控制器的输出根据控制量 出，换向结束后，此阀位还应保持一定的时问，以使 的增加而定，此时控制器应采用数字ＰＩＤ增量式控 集气管压力恢复到平稳状态，见图３。 制算法。 匝 母 蠼 增量式算法不需要做累加，控制量增量的确定 仅与最近几次偏差采样值有关，计算误差对控制量 计算的影响较小。增量式算法得出的是控制量的增 图３焦炉换向时集气管压力控制系统图 量，例如在阀门控制中，只输出阀门开度的变化部 在实际生产过程中，每３０ ｍｉｎ一次的炉底换 分，误动作影响小，必要时还可通过逻辑判断 向扰动气流将引起集气管压力大幅度波动，调节控 或禁止本次输出，不会严重影响系统的工作。增量 制如不能及时跟踪，集气管压力控制系统将很不稳 式算法易于实现手动到自动的无冲击切换．在焦炉 定。为避免调节过程中由于炉底换向导致的调节不 集管压力控制系统中执行机构带积分部件，应当选 及时，采用时问最优ＰＩＤ控制，也即快速时间最优 用增量式算式。 控制原理，它是研究满足约束条件下获得允许控制 １．４ ＰＩＤ参数的确定 的方法，而且依照一定法则加以切换，使系统从一 在系统控制中，各种控制参数的整定，对系统 个初始状态转到另一个状态所经历的过渡时间最 稳定起着关键的作用。特别是在计算机调节的数字 维普资讯 http://www.cqvip.com ３６ 企业技术开发 ２００７年８月 控制系统中，由于采样频率的加大和周期的缩短，各 种控制参数的选择和整定更显重要，选择适当与 否，将直接影响系统的调节品质，关系到系统的稳 定。由于焦炉生产具有较大的时间常数，而数字控 制系统的采样周期非常小，因此，在各种参数的选 可再做微调。 １．４．２积分参数确定 在比例调节的基础上如果系统要求一定的响 应速度，但静差又不能达到要求，则应加入积分环 节，可先将积分时间Ｔｉ置为较大值，而后在减小积 分时间常数Ｔｉ的同时慢慢减小比例系数，也即在 保持系统响应、良好动态性能的情况下，达到消除 或减少静态误差的目的。在比例和积分两参数的整 择和调整中，特别是对关键参数ＰＩＤ的选择整定， 可以按照模拟调节器的各种参数整定方法进行分 析后整定，也即将连续变化的模拟参数整定用数字 方法来实现。在进行ＰＩＤ参数整定的同时，重点还 应对采样周期Ｔ进行考虑，使之更加适应数字控制 系统的采样规律。 在焦炉集气管压力调节控制系统中，我们根据 焦炉运行实际情况，按照以往模拟调节参数的设定 经验，初步设定ＰＩＤ参数，而后采用凑试法确定 ＰＩＤ参数。首先进行单座焦炉的ＰＩＤ参数的设定调 整，保证单座焦炉集气管压力的稳定，然后进行集 气总管压力调节控制的ＰＩＤ参数的整定。 比例系数Ｋｐ与系统的调节响应密切相关，在 有静态误差的情况下，增大比例系数Ｋｐ可以加快 系统的响应，有利于减少静态误差，但是，过大的比 例系数，也即过快的系统响应，将使系统惯性增大， 产生较大的超调，从而导致震荡，影响系统的稳定。 积分时间常数Ｔｉ在达到设定参数上起着稳步 跟进的作用，合适的积分时间常数１ｒｉ将有利于减 少超调，减小震荡，使系统按照设定要求逐步趋于 稳定，但是，在追求稳步达到的同时，控制系统的相 应时间将随之作出牺牲，也即系统静态误差消除将 随之减慢。 微分时间常数Ｔｄ是针对积分时间常数Ｔｉ而 作出的一种补偿，选择合适的微分时间常数Ｔｄ将 有利于补偿添加了积分时间Ｔｉ后的不足，有利于 在保持积分调节作用、减少超调的同时，加快系统 响应，增加系统稳定，但过大的微分时间常数Ｔｄ将 降低系统抑制扰动的能力，导致系统对扰动敏感性 增加，稳定性减弱。 调试时，一般应遵循先比例，后积分，再微分的 整定步骤。 １．４．１比例参数确定 首先整定比例部分。将比例系数选择在中偏大 的合理数值，观察系统的响应曲线，在满足响应速 度的前提下，减小比例系数，也即尽量减少系统超 调，如果系统在只有比例调节的情况下已没有静差 或静差已小到允许范围内，并且响应曲线已达到控 制要求，则只需用比例调节器即可，最优比例系数 定过程中，应根据响应曲线的好坏反复改变比例系 数与积分时间的配合，以得到满意的控制过程与整 定参数的目的。 １．４．３微分参数确定 如果进行了上述两个参数的调整后还不能达 到稳定控制的目的，对于这样一个复杂的控制系 统，建议可适当地加入微分调节改善系统调节品 质，构成完整的ＰＩＤ调节系统。在微分参数整定时， 也和积分参数设定一样，可先置微分时间Ｔｄ为０， 然后逐步加大，同时相应地改变比例系数Ｋｐ和积 分时间Ｔｉ，逐步凑试，以获得满意的调节效果和控 制参数。 ２计算机控制系统实现 根据焦炉的生产规模和控制要求，分析目前计 算机过程控制和ＤＣＳ系统的特点及应用，采用ＤＣＳ 控制系统实现焦炉集气管压力过程控制，有利于焦 炉工艺操作条件和化产回收工艺条件，提高控制质 量，稳定焦炭质量，提高化产回收率，延长设备使用 寿命。 根据工艺设计的实际要求，结合公司目前的实 际情况，并参考工程经验，依据系统的可靠性、系统 操作和维护的方便性、系统配置的合理性，焦炉生 产过程计算机控制系统组成如图５所示。系统采用 ＡＢ公司５５６１ ＤＣＳ系统，实现压力变送器、电动执 行机构、调节阀、热电阻等监测信号在ＤＣＳ中由计 算机实施监控和控制，在上位机上，均可进行监控 和数据程序的管理，经过相应的程序运算，实现对 集气管压力生产过程自动控制的目的。 ２．１ ＤＣＳ系统构成 系统主要由下列单元组成：工程师站（Ｅｓ）；操 作站（ＯＳ）；通讯网络（ＳｃｎｅｔＩＩ）；过程控制站（ＰＣＳ）： 系统软件。 ２．２ ＤＣＳ系统操作及维护的方便性 ． 操作人员通过屏幕的监控操作站，可以实现对 现场工艺流程的监控、实时数据 （下转第５５页） 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２６卷第８期 俞培燕：机构投资者对公司治理的作用 ５５ 非流通股并存，且非流通股占主要比例。使机构投 资者无法通过资本证券市场获得一定的股份，因而 无法有效地参与上市公司的治理．无法发挥机构投 资者本应发挥的积极作用。目前我国为了改善股权 结构正在进行股权分置改革，解决股份全流通问 题，并将逐步减持国有股．增加社会流通股。增加众 多机构投资者持有上市公司的股票份额。 ４．２放宽对机构投资者介入公司治理的 世界银行研究报告小组（２００１）研究表明，当 随着我国经济发展和社会保险体系的不断完 善，我国社会保险基金、养老基金、金融投资公司的 规模会越来越大。这些机构的发展为壮大机构投资 者的队伍提供了可能性。加入ＷＴＯ后，我国逐步开 放了国内证券市场，引进合格的境外机构投资者 （ＱＦＩＩ）资金雄厚，参与公司治理经验丰富的合格境 外机构投资者（ＱＦＩＩ）在中国证券市场上的活跃，将 对机构投资者参与我国上市公司治理产生积极影 响和示范作用。 参考文献： 【１】吴敬琏．现代公司与企业改革【Ｍ】．天津：天津人民出版社， １９９４． 机构投资者持有的股票达到某个Ｉ临界值（占股票市 场总额２０％）时，他们才有可能积极地参与公司治 理。目前我国资本市场对于机构投资者持股比例有 一定的，比如规定一个基金持有一家上市公司 股票不得超过该基金净值的１０％；同一基金管理人 持有某证券比例不得超过该证券的１０％。这些 目的在于分散机构投资者的风险，但也造成机构投 资者投资过度分散，使他们参与公司治理积极性不 高。因此应适当放宽这些，使机构投资者成为 公司的积极投资者和大股东，并真正关注公久 【２】Ｐｏｕｎｄ，Ｊ．Ｐｒｏｘｙ Ｃｏｎｔｅｓｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ Ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ ｏｆ Ｓｈａｒｅｈｏｌ— ｄｅｒ Ｏｖｅｒｓｉｇｈｔ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｆｉｎａｎｃｉａｌ Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ，１ ９８８， ２０（１－２）． 【３】Ｐｏｕｎｄ著孙经纬译．公司治理【Ｍ】．北京：中国人民大学出 版社，２００２． 【４】何自力．美国大公司股份资本占有结构的新变化【Ｊ】．世界 经济，１９９７，（４）． 【５】梁能．公司治理结构【Ｍ】．北京：中国人民大学出版社，２０００． 发展．深入积极地参与公司的治理工作。 ４．３大力扶持并培育多元化、大规模的机构投资者 （上接第３６页） ３结论 ①通过对焦炉集气管压力的自动控制，人工 调节减少，职工劳动强度减轻，为企业实现工艺 控制自动化和现代化管理提供了较好的技术和 数据支撑。 ②稳定了焦炉集气管压力运行，使其波动控 制在１２０＋４０ Ｐａ之间， 有利于焦炭产品质量的 稳定和提高，同时减少焦炉煤气排放，有利于环 保、节能和清洁工厂的实现。 ③如果按每天回收焦炉煤气７ ２００ ｍ３，按厂 图５焦炉集气管压力控制系统结构图 内价焦炉煤气０．１元／ｍ３，则全年可创效益约 ２６．２８万元。同时在提高焦炭质量、延长一代炉 龄方面有着较大的间接经济效益。 参考文献： 采集、实时流程查看、实时趋势浏览、报警记录与查 看、开关量变位记录与查看、历史数据存储与查看、 生产过程报表生成与输出等功能，从而大大降低操 …杨建华，阚兴东，石熊保．炼焦工艺与设备［Ｍ］．北京：化学 作人员的劳动强度，提高生产过程的自动化控制水 平。 工业出版社，２００６． ＤＣＳ系统的热插拔技术、在线维护、在线下装 【２】黄净．电器及ＰＬＣ控制技术【Ｍ】．北京：机械工业出版社， ２００４． 及独具特色的故障诊断功能，使系统维护与操作更 加方便可靠。 【３】周明昌，刘洁，刘敬威．检测与计量【Ｍ】．北京：化学＿Ｔ＝业出 版社，２００３．
