控制工程—論文模板2013版

1、1豎爐焙燒過程綜合自動化系統(tǒng)（不超過豎爐焙燒過程綜合自動化系統(tǒng)（不超過19個字）個字）嚴愛軍，丁進良，柴天佑(東北大學(xué)自動化研究中心遼寧沈陽110004)（寫到二級單位）（寫到二級單位）摘要：針對豎爐焙燒過程的工藝特點及技術(shù)要求，基于智能技術(shù)提出了實現(xiàn)綜合生產(chǎn)指標優(yōu)化的豎爐焙燒過程綜合自動化系統(tǒng)，討論了由智能優(yōu)化、過程控制和過程管理三層結(jié)構(gòu)組成的綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和控制策略。用智能優(yōu)化設(shè)定模型、爐況診斷模型、智能預(yù)報模型及回路控

2、制實現(xiàn)了優(yōu)化綜合生產(chǎn)指標的目標。所提出的系統(tǒng)成功應(yīng)用于某選礦廠豎爐焙燒生產(chǎn)過程，實現(xiàn)了豎爐焙燒生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制、優(yōu)化運行和優(yōu)化管理，取得了明顯的應(yīng)用成效。（達到（達到300300字左右）字左右）關(guān)鍵詞：豎爐焙燒，生產(chǎn)指標，綜合自動化系統(tǒng)，智能優(yōu)化中圖分類號：TP文獻標識碼：AIntegratedAutomationSystemfShaftFurnaceRoastingProcessYANAijunDINGJinliangCHAITia

3、nyou(ResearchCenterofAutomationNtheasternUniversityShenyang110004China)Abstract:Theintegratedautomationsystembasedonintelligenttechnologiesconsistingofthreelayers:IntelligentOptimizationControlProcessControlProcessManage

4、mentisdevelopedtofittheacteristicrequirementoftheShaftFurnaceRoastingprocess.Thestructurefunctionscontrolstrategyofthissystemarediscussed.Overallproductionindexisachievedusingintelligentoptimalsettingmodelfaultdiagnosism

5、odelintelligentpredictionmodelloopcontrol.ThesystemproposedinthispaperhasbeensuccessfullyappliedtotheroastingprocessofaMineralsProcessingFactytorealizeprocessoptimalcontrolprocessoptimaloperationprocessoptimalmanagement.

6、Ithasbeenproventoprovidebenefitstothismineralsprocessingfacty.Keywds:ShaftFurnaceRoastingProductionIndexIntegratedAutomationSystemIntelligentOptimization1引言豎爐焙燒是我國目前處理弱磁性礦物的有效途徑之一。其生產(chǎn)現(xiàn)狀是自動化程度低，生產(chǎn)成本高，資源消耗大，環(huán)境污染嚴重。豎爐焙燒過程具有

7、機理復(fù)雜，多變量強耦合，過程中不確定因素多，磁選管回收率難以在線連續(xù)測量等特性。因此采用傳統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)及方法難以對其進行有效的控制。歐洲鋼鐵工業(yè)技術(shù)發(fā)展指南指出：“對于降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少環(huán)境污染和資源消耗只能通過全流程自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計來實現(xiàn)”。采用計算機控制系統(tǒng)是對豎爐焙燒過]1[程實現(xiàn)成功控制的關(guān)鍵，采用新的合適的控制結(jié)構(gòu)的過程綜合自動化系統(tǒng)是解決上述問題的關(guān)鍵。文獻[2]提出了采用過程控制、過程優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、企

8、業(yè)管理和經(jīng)濟決策五層結(jié)構(gòu)的綜合自動化系統(tǒng)。文獻[3]提出了由過程穩(wěn)定化、過程優(yōu)化、過程管理三層結(jié)構(gòu)組成的選礦生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)。文[4]提出了基于企業(yè)資源計劃（ERP）制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）過程控制系統(tǒng)（PCS）三層結(jié)構(gòu)的金礦企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于中國排山樓金礦，取得了顯著成效。本文結(jié)合某選礦廠的實際，針對豎爐焙燒過程的特點，采用智能優(yōu)化、過程控制和過程管理收稿日期：20120303；收修訂稿日期：20120611基金項目：國

9、家973重大基礎(chǔ)研究計劃（2002CB312201）；國家863高技術(shù)研究計劃（2004AA412030）3回路控制層優(yōu)化設(shè)定層圖3豎爐焙燒智能優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)原理圖Fig.3SchematicdiagramofshaftfurnaceroastingprocessintelligentoptimizationcontrolstructureCs多變量智能DCS控制系統(tǒng)人工測量模型前饋補償自適應(yīng)機構(gòu)智能預(yù)報模型多變量智能優(yōu)化設(shè)定模型反饋補償

10、爐況診斷模型豎爐焙燒過程FBECpCdIW1~W3Computer)一體化計算機集散控制系統(tǒng)集成設(shè)計技術(shù)，具有回路控制模塊、邏輯控制模塊和關(guān)鍵工藝參數(shù)的監(jiān)控模塊，其中回路控制模塊實現(xiàn)燃燒室溫度與還原煤氣流量的穩(wěn)定控制，邏輯控制模塊實現(xiàn)搬出制度的實時控制，從而實現(xiàn)綜合生產(chǎn)指標的優(yōu)化。③過程管理系統(tǒng)采用綜合生產(chǎn)指標為目標的生產(chǎn)過程優(yōu)化運行與優(yōu)化管理技術(shù)，具有運行管理和系統(tǒng)管理兩部分。運行管理具有系統(tǒng)監(jiān)測、故障診斷、設(shè)備管理、生產(chǎn)安全管理、系

11、統(tǒng)通訊和操作指導(dǎo)等功能。系統(tǒng)監(jiān)測功能對數(shù)據(jù)進行采集、處理以及生產(chǎn)過程的監(jiān)控；故障診斷功能對故障進行實時預(yù)測、及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)故障；設(shè)備管理功能對設(shè)備故障進行報警，對設(shè)備的維護進行管理，幫助制定維修計劃，保證設(shè)備的安全運行；生產(chǎn)安全管理功能包括設(shè)備間的連鎖保護，關(guān)鍵操作執(zhí)行前確認，以保證生產(chǎn)安全；系統(tǒng)通訊功能實現(xiàn)各個控制子系統(tǒng)和各級計算機網(wǎng)絡(luò)之間的通訊；操作指導(dǎo)功能是系統(tǒng)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)和人工輸入、設(shè)定信息判斷當前的生產(chǎn)狀況和操作條件，由基于案

12、例推理的專家系統(tǒng)給出操作指導(dǎo)。系統(tǒng)管理具有系統(tǒng)安全管理、用戶管理和系統(tǒng)導(dǎo)航等功能。系統(tǒng)安全管理保證系統(tǒng)不被惡意破壞和記錄所發(fā)生過的事件和所進行的操作，系統(tǒng)的進入需要用戶和密碼，同時對運行中的活動和報警進行記錄；用戶管理用來增加和刪除用戶，對用戶的權(quán)限進行設(shè)定和用戶密碼進行修改；系統(tǒng)導(dǎo)航實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部導(dǎo)航功能，實現(xiàn)監(jiān)控畫面之間的切換和各個子系統(tǒng)間的切換。④計算機支撐系統(tǒng)有監(jiān)控軟件、實時數(shù)據(jù)庫和計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成，通過計算機支撐系統(tǒng)實現(xiàn)智能優(yōu)

13、化系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)和過程管理系統(tǒng)的信息集成，從而實現(xiàn)豎爐焙燒過程的綜合自動化。通過監(jiān)控軟件提供的強大組態(tài)功能、先進的OPC接口功能以及DDE數(shù)據(jù)交換功能，計算機網(wǎng)絡(luò)與實時數(shù)據(jù)庫的支持，編制了過程控制及智能優(yōu)化設(shè)定軟件，將豎爐焙燒過程的控制、優(yōu)化和管理集成，實現(xiàn)生產(chǎn)過程管理和過程控制的一體化，從而保證豎爐焙燒生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制、優(yōu)化運行和優(yōu)化管理。2）控制策略由于豎爐焙燒過程具有多變量強耦合、強非線性、磁選管回收率等關(guān)鍵工藝參數(shù)不能連續(xù)

14、在線測量等問題，而且，難以用控制回路的輸入與輸出的解析式子來表示，因此難以采用常規(guī)的優(yōu)化控制方法進行優(yōu)化控制。本文采用智能優(yōu)化控制技術(shù)，通過兩層結(jié)構(gòu)：回路控制層和優(yōu)化設(shè)定層來實現(xiàn)豎爐焙燒過程的優(yōu)化控制。豎爐焙燒智能優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)，如圖3所示。優(yōu)化設(shè)定層主要通過基于案例推理技術(shù)的多變量智能優(yōu)化設(shè)定模型和前饋、反饋補償來設(shè)定燃燒室溫度W1、還原氣流量W2及搬出制度W3的控制范圍(將另文詳述)。多變量智能優(yōu)化設(shè)定模型綜合考慮生產(chǎn)過程的各種信息，

15、如爐況診斷模型[8]的輸出信息F、邊界條件的變化B、生產(chǎn)線信息I、能耗計量E等。利用過程的輸入、輸出量，通過智能預(yù)報模型[9]，產(chǎn)生難以測量的磁選管回收率預(yù)報值Cp，并與設(shè)定的期望值Cs進行比較，產(chǎn)生的誤差經(jīng)過前饋補償模型來校正回路優(yōu)化設(shè)定值。通過人工化驗過程產(chǎn)生的磁選管回收率化驗值Cd，與其期望值Cs進行比較后反饋校正回路設(shè)定值。燃燒室溫度回路控制[10]和還原煤氣流量回路控制通過多變量智能DCS控制系統(tǒng)實現(xiàn)，使得過程的被控變量穩(wěn)定跟

16、隨優(yōu)化設(shè)定值。這樣就可以通過具有兩層結(jié)構(gòu)的智能優(yōu)化控制方法實現(xiàn)復(fù)雜工業(yè)過程的優(yōu)化控制，并解決了過程具有多變量強耦合、機理復(fù)雜、磁選管回收率等關(guān)鍵工藝參數(shù)難以在線連續(xù)測量的問題。4系統(tǒng)的實施及應(yīng)用效果某選礦廠年處理鐵礦石500萬噸，礦石含鐵品位33%。全廠用于礦石焙燒的豎爐22座。豎爐焙燒生產(chǎn)過程基本采用人工根據(jù)經(jīng)驗進行操作，有關(guān)的電機設(shè)備都是在現(xiàn)場操作箱進行起?？刂?，造成生產(chǎn)人員多，效率低，成本高，豎爐區(qū)溫度高，工人的工作環(huán)境差，勞動強