豎爐焙燒運行工況故障診斷與容錯控制的研究.pdf

1、在我國的赤鐵礦選礦工業(yè)中，由于赤鐵礦品位較低，選別難度大，難以利用常規(guī)的磁選方法獲得品位合格的鐵精礦，因而采用豎爐預先對赤鐵礦石進行高溫還原磁化焙燒，使弱磁性礦物變成強磁性礦物，然后再用磁選方法得到鐵精礦。因此，豎爐焙燒過程的運行工況直接關系到選礦的金屬回收率與精礦品位。豎爐焙燒過程屬于復雜的半間歇式生產(chǎn)過程，赤鐵礦在豎爐內部發(fā)生高溫化學反應，礦石的大小、種類、成分頻繁變化，尤其是反映豎爐焙燒質量的運行指標——磁選管回收率不能實時在線測

2、量，因此，運行控制中可能給出不合適的燃燒室溫度、還原煤氣流量、礦石搬出時間的設定值，從而可能造成冒火、上火、煉爐、過還原、欠還原等故障工況。因此，研究及時準確地診斷故障工況和改變燃燒室溫度、還原煤氣流量、礦石搬出時間的設定值，通過控制系統(tǒng)跟蹤設定值，使豎爐遠離故障工況的故障工況診斷與容錯控制方法，對于保證豎爐正常運行具有重要意義。
　　本文針對磁選管回收率預報、豎爐故障工況診斷與容錯控制，以及如何實現(xiàn)故障工況診斷與容錯控制方法的三

3、個關鍵問題，依托國家863高技術計劃項目“選礦工業(yè)過程綜合自動化系統(tǒng)研究與開發(fā)”，開展了豎爐焙燒運行工況故障診斷與容錯控制的研究，取得了如下成果:
　　1、針對磁選管回收率不能實時在線檢測，與燃燒室溫度、還原煤氣流量和礦石搬出時間的特性具有模糊性，難以建立機理模型，且其化驗結果具有大滯后特性，難以滿足故障工況診斷的實時性要求的問題，提出了由模糊主模型和神經(jīng)網(wǎng)絡補償模型構成的磁選管回收率混合預報模型。模糊主模型的模糊規(guī)則提取采用了同

4、步聚類方法;神經(jīng)網(wǎng)絡補償模型采用了搜尋后收斂進度算法提高了訓練速度。仿真試驗表明，本文的方法能夠獲得較高的預報精度;
　　2、針對故障工況與磁選管回收率預報值、控制回路輸出值、控制量、豎爐焙燒的過程變量、以及邊界條件之間的動態(tài)特性難以建立機理模型，僅靠運行操作人員通過觀察爐況，憑經(jīng)驗判斷故障存在的問題，提出了基于規(guī)則推理的故障工況診斷方法。該方法吸取了運行操作人員故障工況診斷的專家知識，采用一種基于層次分析方法的啟發(fā)式搜索策略確定

5、規(guī)則庫中的規(guī)則搜索順序，由磁選管回收率預報值、控制回路輸出值、控制量、豎爐焙燒的過程變量、以及邊界條件提取各種故障工況的推理規(guī)則，形成規(guī)則庫;
　　3、針對燃燒室溫度、還原煤氣流量、礦石搬出時間的改變來消除故障工況的動態(tài)過程與故障工況種類、控制回路輸出值、回路跟蹤誤差、控制量、過程參數(shù)以及邊界條件密切相關，難以用機理模型描述，僅靠運行操作人員憑經(jīng)驗改變燃燒室溫度、還原煤氣流量、礦石搬出時間的設定值來消除故障工況存在的問題，提出了基

6、于案例推理的容錯控制方法。容錯控制器根據(jù)故障工況種類、控制回路的輸出值、回路跟蹤誤差、控制量、過程參數(shù)以及邊界條件，利用案例推理的方法給出控制回路設定值的修正量，通過控制系統(tǒng)跟蹤新的設定值，使系統(tǒng)逐漸遠離故障工況，同時保證磁選管回收率處于目標值范圍內。其中案例推理中的案例描述的權值確定方法結合豎爐焙燒特性，提出了基于相關分析與蟻群算法相結合的案例描述權值優(yōu)化方法;
　　4、本文將所提出的磁選管回收率預報模型、故障工況診斷和容錯控制

7、方法相結合，提出了故障工況診斷與容錯控制策略。設計開發(fā)了實現(xiàn)故障工況診斷與容錯控制策略的軟件系統(tǒng)。該軟件由數(shù)據(jù)采集、結果顯示、數(shù)據(jù)保存、試驗計時、磁選管回收率預報、故障工況診斷與容錯控制、層次分析算法、蟻群算法結合相關分析的算法模塊等組成;
　　5、采用豎爐現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行了故障工況診斷與容錯控制方法的實驗研究。實驗結果表明，由于燃燒室溫度、還原煤氣流量和礦石搬出時間的設定值不能適應礦石性質等邊界條件的波動而出現(xiàn)故障工況時，該系統(tǒng)能夠