控制工程—論文模板2013版

1、1豎爐焙燒過(guò)程綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（不超過(guò)豎爐焙燒過(guò)程綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（不超過(guò)19個(gè)字）個(gè)字）嚴(yán)愛(ài)軍，丁進(jìn)良，柴天佑(東北大學(xué)自動(dòng)化研究中心遼寧沈陽(yáng)110004)（寫(xiě)到二級(jí)單位）（寫(xiě)到二級(jí)單位）摘要：針對(duì)豎爐焙燒過(guò)程的工藝特點(diǎn)及技術(shù)要求，基于智能技術(shù)提出了實(shí)現(xiàn)綜合生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化的豎爐焙燒過(guò)程綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，討論了由智能優(yōu)化、過(guò)程控制和過(guò)程管理三層結(jié)構(gòu)組成的綜合自動(dòng)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(bào)模型及回路控

2、制實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化綜合生產(chǎn)指標(biāo)的目標(biāo)。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(guò)程，實(shí)現(xiàn)了豎爐焙燒生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化控制、優(yōu)化運(yùn)行和優(yōu)化管理，取得了明顯的應(yīng)用成效。（達(dá)到（達(dá)到300300字左右）字左右）關(guān)鍵詞：豎爐焙燒，生產(chǎn)指標(biāo)，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，智能優(yōu)化中圖分類(lèi)號(hào)：TP文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(guó)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(dòng)化程度低，生產(chǎn)成本高，資源消耗大，環(huán)境污染嚴(yán)重。豎爐焙燒過(guò)程具有

7、機(jī)理復(fù)雜，多變量強(qiáng)耦合，過(guò)程中不確定因素多，磁選管回收率難以在線連續(xù)測(cè)量等特性。因此采用傳統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)及方法難以對(duì)其進(jìn)行有效的控制。歐洲鋼鐵工業(yè)技術(shù)發(fā)展指南指出：“對(duì)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(guò)全流程自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)”。采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是對(duì)豎爐焙燒過(guò)]1[程實(shí)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(guò)程綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵。文獻(xiàn)[2]提出了采用過(guò)程控制、過(guò)程優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、企

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

9、家973重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃（2002CB312201）；國(guó)家863高技術(shù)研究計(jì)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(cè)量模型前饋補(bǔ)償自適應(yīng)機(jī)構(gòu)智能預(yù)報(bào)模型多變量智能優(yōu)化設(shè)定模型反饋補(bǔ)償

10、爐況診斷模型豎爐焙燒過(guò)程FBECpCdIW1~W3Computer)一體化計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)現(xiàn)搬出制度的實(shí)時(shí)控制，從而實(shí)現(xiàn)綜合生產(chǎn)指標(biāo)的優(yōu)化。③過(guò)程管理系統(tǒng)采用綜合生產(chǎn)指標(biāo)為目標(biāo)的生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化運(yùn)行與優(yōu)化管理技術(shù)，具有運(yùn)行管理和系統(tǒng)管理兩部分。運(yùn)行管理具有系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、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(cè)功能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理以及生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控；故障診斷功能對(duì)故障進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)、及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)故障；設(shè)備管理功能對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行報(bào)警，對(duì)設(shè)備的維護(hù)進(jìn)行管理，幫助制定維修計(jì)劃，保證設(shè)備的安全運(yùn)行；生產(chǎn)安全管理功能包括設(shè)備間的連鎖保護(hù)，關(guān)鍵操作執(zhí)行前確認(rèn)，以保證生產(chǎn)安全；系統(tǒng)通訊功能實(shí)現(xiàn)各個(gè)控制子系統(tǒng)和各級(jí)計(jì)算機(jī)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(dāng)前的生產(chǎn)狀況和操作條件，由基于案

12、例推理的專(zhuān)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(guò)的事件和所進(jìn)行的操作，系統(tǒng)的進(jìn)入需要用戶和密碼，同時(shí)對(duì)運(yùn)行中的活動(dòng)和報(bào)警進(jìn)行記錄；用戶管理用來(lái)增加和刪除用戶，對(duì)用戶的權(quán)限進(jìn)行設(shè)定和用戶密碼進(jìn)行修改；系統(tǒng)導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部導(dǎo)航功能，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控畫(huà)面之間的切換和各個(gè)子系統(tǒng)間的切換。④計(jì)算機(jī)支撐系統(tǒng)有監(jiān)控軟件、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成，通過(guò)計(jì)算機(jī)支撐系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能優(yōu)

13、化系統(tǒng)、過(guò)程控制系統(tǒng)和過(guò)程管理系統(tǒng)的信息集成，從而實(shí)現(xiàn)豎爐焙燒過(guò)程的綜合自動(dòng)化。通過(guò)監(jiān)控軟件提供的強(qiáng)大組態(tài)功能、先進(jìn)的OPC接口功能以及DDE數(shù)據(jù)交換功能，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的支持，編制了過(guò)程控制及智能優(yōu)化設(shè)定軟件，將豎爐焙燒過(guò)程的控制、優(yōu)化和管理集成，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程管理和過(guò)程控制的一體化，從而保證豎爐焙燒生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化控制、優(yōu)化運(yùn)行和優(yōu)化管理。2）控制策略由于豎爐焙燒過(guò)程具有多變量強(qiáng)耦合、強(qiáng)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(cè)量等問(wèn)題，而且，難以用控制回路的輸入與輸出的解析式子來(lái)表示，因此難以采用常規(guī)的優(yōu)化控制方法進(jìn)行優(yōu)化控制。本文采用智能優(yōu)化控制技術(shù)，通過(guò)兩層結(jié)構(gòu)：回路控制層和優(yōu)化設(shè)定層來(lái)實(shí)現(xiàn)豎爐焙燒過(guò)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(guò)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(bǔ)償來(lái)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(guò)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(jì)量E等。利用過(guò)程的輸入、輸出量，通過(guò)智能預(yù)報(bào)模型[9]，產(chǎn)生難以測(cè)量的磁選管回收率預(yù)報(bào)值Cp，并與設(shè)定的期望值Cs進(jìn)行比較，產(chǎn)生的誤差經(jīng)過(guò)前饋補(bǔ)償模型來(lái)校正回路優(yōu)化設(shè)定值。通過(guò)人工化驗(yàn)過(guò)程產(chǎn)生的磁選管回收率化驗(yàn)值Cd，與其期望值Cs進(jìn)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(guò)多變量智能DCS控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，使得過(guò)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(guò)具有兩層結(jié)構(gòu)的智能優(yōu)化控制方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工業(yè)過(guò)程的優(yōu)化控制，并解決了過(guò)程具有多變量強(qiáng)耦合、機(jī)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(cè)量的問(wèn)題。4系統(tǒng)的實(shí)施及應(yīng)用效果某選礦廠年處理鐵礦石500萬(wàn)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(guò)程基本采用人工根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作，有關(guān)的電機(jī)設(shè)備都是在現(xiàn)場(chǎng)操作箱進(jìn)行起停控制，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(dòng)強(qiáng)