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摘要：就烧结混合料水分控制系统的运行而言，其对烧结混合料的烧结品质十分重要。当前市场上已经有了相关的烧结混合料水分控制产品以满足市场需求。针对目前既有的混合料控制系统可以得知，其最为显著的优势在于非线性、时滞性和时变性。然而，正是这些特点导致了其在运行过程中可能会存在许多缺点。因此，本文提出了针对当前烧结混合料水分控制系统所采取的PID控制系统和模式的观点阐述和分析，并进行了相应控制器的研发和设计。本文引入了相应的科技，完成了烧结混合料水分模糊PID控制系统的设计和研发。通过本文研发的系统，可实现烧结混合料水分的科学控制，提高了控制效果。与传统控制系统相比，本文研发的控制系统具有更卓越的控制性能，能够确保烧结混合料水分控制效果，有效优化烧结效益并提升产能。
关键词：烧结混合料水分控制系统；模糊PID控制；系统设计
随着生产技术的不断提升，控制烧结混合料中的水分也变得十分重要，这已成为当前烧结混合料生产过程必须关注的科学控制内容。在当前生产运营状态下，烧结混合料在烧结过程中会含有水分。这些水分在烧结过程中扮演着制粒、导热、润滑和助燃等重要角色。因此，烧结混合料中水分含量过高或过低，都会对最终的烧结质量产生消极影响。为了达到最好的烧结效果，需要科学地控制烧结混合料的水分含量，并采取相应的科学控制策略，以最大化烧结混合料水分控制的整体效益。通过科学控制烧结混合料的水分，可以确保烧结过程的顺利进行和最终烧结品质的稳定。在当今烧结生产工艺中，准确地控制烧结混合料的水分，同时实现对其含量的准确检测具有重要意义。本文结合我国当前烧结混合料水分控制需求和现有的系统研发状况，提出了将PID控制策略和模糊控制策略相结合的方法，旨在通过对烧结混合料水分控制系统的研发，实现预期的控制目标，并提高烧结混合料控制系统功能的运行效率。
1烧结生产工艺流程
烧结的生产过程是将粉矿、助熔剂和燃料按一定比例混合，然后在一定温度下烧成高炉原料的过程。烧结过程是一个多环节、控制对象复杂、滞后时间长、易受干扰的连续生产过程。烧结法有很多生产工艺，因为原料条件、生产规模和产品要求不同，工艺也会有所不同。烧结生产过程包括接收和储存黑色金属原料、燃料和溶剂；原料、燃料和溶剂的粉碎和筛分；烧结材料的配料、混合造粒、分配和烧结；烧结矿的粉碎、筛分、冷却和造粒等几个部分。
根据烧结法生产过程的工艺流程，含铁混合料、熔剂、燃料等先送到相应的配料仓，再按照工艺配料单的要求，通过配料秤排入配料带。在这个过程中，需要增加矿石返还等二次利用。一定比例的混合物进入搅拌筒进行混合，并加入适量的水。这一工艺的主要目的是将各种原料完全混合，然后通过第一搅拌带输送到二次搅拌滚筒进行再次混合和造粒。这种混合主要是为了使混合物达到工艺要求的粒度，增加混合物的透气性，并为烧结做准备。造粒后的混合料由布料器均匀铺在265m台车上，由点火器点燃后进入烧结阶段。混合物中的固体燃料被点燃，排气扇自上而下地泵送烟气，从而在小车移动的过程中从上到下进行烧结。当小车移动到接近终点时，烧结结束。烧结矿被粉碎成不同的块，冷却和筛分，筛分上的材料被送到高炉。筛下物料作为返矿和铺垫材料二次利用。
从控制角度看，整个烧结过程包括几个密切相关的又相对独立的环节，如给料控制系统、配料控制系统、料位控制系统、混合料水分控制系统、分布厚度控制机速度控制系统、点火炉膛燃烧控制系统、烧结终点控制系统等。
2烧结混合料水分的控制策略
烧结混合料水分控制需要明确相应的控制策略，首先必须了解烧结混合料控制系统的构成。目前的烧结混合料水分控制系统包括动执行器、电动调节阀、电磁流量计、压力开关、水分检测仪、称重装置和控制装置等部分。该系统具有相对较高的复杂性，同时也有着其独特的优势，如时变性、非线性和时滞性等特点。然而，采用传统的PID控制算法进行控制实现会导致系统在运行过程中调节时间较长，超调量较大，也无法在线实时调整参数和实现实时的控制。此外，控制系统的不间断调节也会导致系统的高震荡性，稳定性不足，鲁棒性较差。因此，为确保烧结混合料水分控制系统能够达到预期的水分控制目标，控制策略必须充分考虑不同情况，有针对性地选择相应的控制策略。如果控制算法误差较小，可采用PID控制方案；如果控制误差较大，则应选择模糊控制策略。通过综合应用这两种控制策略，可以实现对目标水分值的控制，并确保烧结混合料水分含量符合预期标准。在操作过程中，需要操作人员在上位计算机直接输入相应数值，然后控制系统根据素质评估当前生产工艺，并计算混合料的入料量。随后，根据混合料入料量和目标水分值，在烧结过程中加入适当的水分，并通过红外水分仪实时检测含水量，将检测结果与目标水分值进行比对，引入模糊PID算法完成加水量的修正，确保烧结混合料的水分含量符合预期的标准要求。
2.1界定目标水分值
针对烧结混合料的烧结操作而言，水分含量是决定烧结结果的一个重要因素。然而，在当前以铁精粉为主要原料的混合料中，其产地往往难以明确，这也导致在烧结过程中难以精准掌握混合料对水分的需求情况。因此，控制系统经常无法准确获取到烧结混合料所需的目标水分值。
为了解决这一问题，需要通过多次试验来确定烧结混合料所需的目标水分值，并结合实际生产需求来界定烧结混合料中的水分含量。接下来，在控制系统运行的过程中，将目标水分值输入系统，从而实现对水分含量的精准控制。
2.2混合料水分的检测
在进行烧结混合料加水处理的过程中，其最为关键的环节之一就是要进行混合料水分的在线检测。为了确保能够顺利达成这一目标，本文设计的系统应用采用了NDC红外技术公司的MM710型红外水分仪进行烧结混合料水分在线检测。通过科学的检测过程，相应的检测结果输入至控制系统中。通过输入相关数据，能够促使控制系统在运行的过程中，通过水分偏差的针对性调节来进行加水量的控制。
2.3检测水流量
为保证烧结混合料中水分含量的高稳定性，需要在系统运行过程中科学实时地检测水流量，以确保始终满足恒定供水需求。本文使用上海仪华测控仪表有限公司的SDLDBE插入式电磁流量计来进行水流量检测，在该设备的应用基础上，可以直接测量水流体积，并通过反感应获取精准的水流量信息。这样便实现了烧结混合料加水过程中水流量的自动科学检测，同时将检测结果直接输入到相应的控制系统中。
2.4控制加水量
在实现烧结混合料的控制加水量方面，需要在不同情况下科学地控制加水量的策略。在烧结混合料水分控制系统中，需要明确各种控制系统的效益。可以通过以下公式计算混合机加水量：混合机加水量=(混合机干料量+物料总水量)×目标水分-配合料入料水量。但是，在混合机入料过程中，通常只能进行基于料仓下给料圆辊的物料输送，难以安装电子秤等称量设备。因此，在此情况下，难以科学地确定加水量。因此，可以采用反向计算法来计算混合机的入料量。在运行过程中，管网压力的不稳定会导致调节阀控制过程中出现水量波动。这会导致频繁的调节，降低控制精度。为此，本文采用变频水泵加水的方式来实现加水方案。通过科学的调节水泵转速来实现水量调节的作用，从而确保系统能够实时调节加水量。由于管道内水流量会发生波动，为确保实现恒定加水量，采用PID调节方案来实现水流量控制。在运行过程中，可以采用模糊控制对策计算最新的加水量。然后将计算结果与电磁流量计检测的实时流量进行比较，以确保能够实现定量加水的目标。
3参数自整定模糊PID控制器设计
在该系统运行过程中，存在许多外界干扰因素和负载的变化，这导致烧结混合料水分控制系统在运行过程中，其特征参数和结构也会发生相应的变化。因此，在实现相应的控制时，传统的PID算法难以满足预期的控制要求。为了达成预期的控制目标，在进行系统控制实现时，本文引入了参数自整定模糊PID算法。
3.1输入变量模糊化
本文所介绍的控制系统采用的是二维模糊控制器。该控制器主要通过偏差以及偏差改变的情况来实现其控制作用。为了计算出控制目标，将系统偏差e和偏差变化率ec作为模糊控制器的输入变量，并引入相应的公式进行计算。
3.2输出变量模糊化
在对输出变量进行模糊化的实现过程中，必须采用特定的公式来完成PID控制器的离散化计算。此外，在进行具体计算时，需要科学合理地设定相关参数，并精准地确定不同时刻系统误差信号。
3.3完成模糊控制规则的界定
在制定模糊控制龟策时，为了实现参数自整定模糊PID控制的要求，需要在定义相应的输入时进行谨慎。本研究中误差e和误差变化率ec被作为系统输入。随后，通过引入相应的模糊控制规则，对PID参数进行针对性修正。科学调整参数能够确保在任何时刻都能够实现所需的自整定要求。
在具体实现方面，需要考虑多方面因素，如系统响应速度、稳态精度、超调量、稳定性和鲁棒性等。此外还需结合相关经验进行总结，以实现相应专业知识的应用。最终，制订模糊控制规则表应考虑综合因素并做出相应的权衡。
3.4模糊推理与输出量解模糊
本文所述系统控制算法,在满足系统设计要求下包含两个部分：PID算法和模糊控制算法。对于PID算法的应用,可以充分利用水分值和实际值之间的差异,通过引入相应公式来计算偏差,并且结合计算结果获取适当的电动调节阀控制值。通过适当的数据计算,目的是确保水分控制能够达到既定目标。对于模糊控制算法的应用,可以科学调整相应PID参数,基于系统状态变量,确保最佳控制目标的实现。
3.5试验结果
在成功设计系统后，需要结合需求完成系统的在线仿真调试，以科学的方式进行调试，能够清晰地了解研发系统的运行状况。通过仿真模拟，可以获取常规PID和[模糊PID]两种不同算法模式下，烧结混合料水分控制系统对应的性能曲线。
仿真模拟可以帮助清晰了解不同算法在烧结混合料水分控制系统中的应用背景和运行效益。综合仿真模拟结果分析表明，在烧结混合料水分控制系统的研发过程中，采用[模糊PID控制算法]相较于传统算法具有更快的响应速度，并且其运行过程中超调量相对较小，稳定运行时间更长，鲁棒性更优。综合来看，采用[模糊PID控制算法]可以确保研发的烧结混合料水分控制系统在运行过程中有出色的稳态运行表现，取得更为卓越的控制效果。
4烧结混合料水分控制系统实现及运行情况
本文研发的烧结混合料水分控制系统，在控制实现上主要基于上位机和下位机的联合运行来实现目标。在系统设计研发方面，引入了西门子公司的WinCC组态软件用于上位机工作实现，利用该软件确保生产现场监控目标可以实现。系统运行过程中，上位机实现对现场数据的采集和上传，并可通过上位机警报处理突发状况。通过上位机，还可以历史和实时输出系统运行情况曲线。针对下位机的应用，本文使用西门子S7-400系列PLC，借助其完成现场数据信息采集并利用模糊PID算法完成数据信息处理，以实现相应的控制目标。系统工作中，由于PLC循环扫描，系统表现出滞后性，给系统控制带来负面干扰。为确保系统能够达到实时运行要求，需要进行模糊语言变量赋值表和模糊控制规则表的构建，并完成离线模糊控制查询表构建，所有表格都要存储在PLC内，获取相应的控制结果，以确保系统始终保持较为出色的实时运行需求。
5结论
经过分析和探讨，本文提出的烧结混合料水分模糊PID控制系统综合了模糊控制和PID控制的优点，在控制作用发挥上有很好的表现。实践证明，通过在线调整PID参数，系统的响应速度得以改善，误差不稳定和动态特性不理想的问题得到有效解决，系统的鲁棒性得到增强，从而保证了对烧结混合料湿度精度的控制要求。该控制系统提高了设备的作业效率和烧结矿的产量和质量，同时降低了能耗和原料消耗，使烧结机在满足生产工艺要求的前提下充分发挥其能力。
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