1、豎爐焙燒過程綜合自動化系統pdf文檔可能在wap端瀏覽體驗不佳。建議您優先選擇txt,或下載 源文件到本機查看。2 00 6年3月第13卷第2期文章編號:1671 7848( 2006) 02 0120 04控 制工程 control engineering of chinsmar 2 0 0 6 vol. 13, no. 2豎爐焙燒過程綜合自動化系統嚴愛軍，丁進良，柴天佑(1東北大學教育部暨遼寧省流程工業綜合自動化重點實驗室, 遼寧沈陽1 1 2110004; 2東北大學自動化研究中心，遼寧 沈陽110004)摘要：針對豎爐焙燒過程的工藝特點及技術耍求，基于智 能技術提出了實現綜合生產指標優

2、化的豎爐焙燒過程綜合自 動化系統，討論了由智能優化、過程控 制和 過程管 理三 層結 構組成的綜合自動化系統的結構、功能和控制策略。用智能 優化設定模型、爐況診斷模型、智能預報模型及回路控制， 實現了優化綜合生產指標的目標。所提出的系統成功應用于 某選礦廠豎爐焙燒生產過程，實現了豎爐焙燒生產過程的優化 控 制、優 化運行和優 化管理，取得了明顯的應用成效。關 鍵 詞：豎爐焙燒；生產指標；綜合自動化系統；智能優化中圖分類號: tp 273文獻標識碼：aintegrated automation system for shaft furnace roasting processyan a i ju

3、n , ding jin liang , chai tian you1 1 2(1 key laboratory of process indust ry automation, m inistry of educat ion, china, northeastern university, shenyang 110004, china; 2 r esearch center of automat ion, northeast ern university, shenyang 110004, china)abstract: the integrated automation system ba

4、sed on intelligent technologies consisting of three layers, intelligent optimization control, process control and process management is developed to fit the characteristic and requirement of the shaft furnace roasting process the structure, func tions and control strategy of this system are discusse

5、d overall production index is achieved using intelligent optimal setting model, fault diagno sis model, intelligent prediction model and loop control the system proposed is successfully applied to the roasting process of a minerals pro cessing factory to realize process optimal control, process opti

6、mal operation and process optimal management it is proven to provide benefits to this minerals processing factory key words: shaft furnace roasting; production index ; integrated automation system; intelligent optimization1引> a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 現 狀是自動化程度低，生產成本高，資源消耗大，環境污染嚴 重。豎爐焙燒過程具有機理

7、復雜，多變量強耦合，過程中不確定 因素多，磁選管凹收率難以在線連續測量等特性。因此 采用傳統的 控制方法難以對其進行有效的控制。歐洲鋼鐵工業技術發展指南指 出：對于降低生產成本、提高產品質量、減少環境污染和資源消耗 只能通過全流程自動控制系統的優化設計來實1 現。采用計算機控制系統是對豎爐焙燒過程實現成功控制的關鍵， 采用新的合適的控制結構的過程綜合自動化系統是解決上述問題的 關鍵。文獻2提出了采用過程控制、過程優化、生產調度、企業 管理和經濟 決策五層結構的綜合自動化系統。文獻3提出了由過程穩定化、 過程優化、過程管理三 層結構組成的選礦生產過程自動化系統。文 獻4提出了基于企業資源計劃（e

8、rp ）制造執行系 統（mes）過程控制系統（pcs）三層結構的金礦企業綜 合口動化系 統，并成功應用于中國排山樓金礦，取 得了顯著成效。2豎爐焙燒過程描述豎爐是將弱磁性鐵礦石（主要成分fe203 ）在加熱帶進行加熱，然后落入還原帶，在定濃度還原齊！j、一定溫 度下，使fe2 03還原成強磁性的磁鐵礦fe3 04的熱工設備， 工藝過程俗稱磁化焙燒5o豎收稿日期：2005 04 13;收修定稿li期：2005 05 31基金項目： 國家973重大基礎研究計劃資助項目（2002cb312201）;國家863 高技術研究計劃資助項冃（2004aa 412030）作者簡介：嚴愛軍 （1970 ）,男，

9、湖北當陽人，博士研究生，主要研究方向為復雜 工業過程的建模與智能控制等；柴天佑（1947 ）,男，廿肅蘭 州人，教授，博士生導師，中國工程院院士。第2期嚴愛軍等：豎爐焙燒過程綜合自動化系統121 ?爐爐體的簡易結構圖，如圖1所示。合作用。當系統處于維護周期吋，可由操作員代替 此系統工作, 從而實現人機結合、優勢互補。圖1豎爐工藝流程圖豎爐焙燒的簡單流程為：原礦經過給礦 預熱加熱 還原 冷卻 搬出等幾個步驟被處理為磁 化焙燒礦，供磨礦和選礦之用。對焙燒 礦質量（以磁選管回收率衡量）、產量及 能耗等生產指標影響最大 的是加熱，還原和搬出三個環節。影響綜合生產指標的首要z點是 操作工況 是否合 理，

10、即豎爐焙 燒過程的三個 關鍵工藝 參數 （燃燒室溫度、還原煤氣流量及搬出制度）的設定值 是否合理，其 次是過程能否及吋穩定跟蹤設定值。圖2豎爐焙燒過程綜合口動化系統體系結構3豎爐焙燒過程綜合自動化系統由于豎爐焙燒過程中存在著多變量強耦合、機 理復雜、磁選管 回收率等關鍵工藝參數難以在線連續測量等問題，使得單一的常規 控制方法難以實現 豎爐焙燒復雜的控制，其原因是因為基礎回路控 制6級難以找到合適的設定值，所以需根據t況的變化對關 鍵工藝參數進行優化設定并穩定控制，以實現產晶質量及其他工藝 指標的優化。1)系統結構與功能豎爐焙燒過程綜合自動化系統結 構，如圖2所示。結合選礦廠豎爐焙燒過程的特點，

11、為了適應過 程的復雜性，實現操作的方便性，達到人機優勢互補的目的，采用 智能優化、過程控制和過程管理三層結構的綜合自動化系統體系架 構。其主要功能描述如下：智能優化系統根據選礦廠制定的生產指 標要求，磁選管回收率、能耗、產量等指標,釆用基于案例推理的 智能優化設定技術。通過燃燒室溫度智能優化設定模塊、還原煤氣 流量智能優化設定模塊和搬岀制度智能優化設定模塊的協調運行， 實現三個關鍵工藝參數的優化設定，消除它們z間的強耦!過程控制系統采用eic ( electric instrument computer) 一體化計算機集散控制系統集成設計技術，具有回 路控制模塊、邏輯控制模塊和關鍵工藝參數的監

12、控模塊，其中回路 控制模塊實現燃燒室溫度與還原煤氣流量的穩定控制，邏輯控制模 塊實現搬出制度實時控制，從而實現綜合生產指標優化。？過程管 理系統采用綜合生產指標為目標的生產過程優化運行與優化管理技 術,具有運行管理和 系統管理兩部分。運行管理具有系統監測、故 障診斷、設備管理、生產安全管理、系統通訊和操作指導等功能。 系統監測功能對數據進行采集、處理以及工產過程的監控；故障診 斷功能對故障進行實時預測、及時發現&產故障；設備管理功能對 設備故障進行報警，對設備的維護進行管理，幫助制定維 修計劃， 保證設備的安全運行；生產安全管理功能包括設備間的連鎖保護， 關鍵操作執行前確認，以保證生產

13、安全；系統通訊功能實現各個控 制子系統和各級計算機網絡z間的通訊；操作指導功能是系統根 據采集的數據和人工輸入、設定信息判斷當前的生產狀況和操作條 件，由基于案例推理的專家系統給出操作指導。系統管理具有系統 安全管理、用戶管理和系統導航等功能。系統安全管理保證系統不 被惡意破壞和記錄所發&過的事件和所進行的操作，系統的進入需 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，對用戶的權限進行設定和用戶密碼進行修改； 系統導航實現系統內部導航功能，實現監控畫面之間的切換和各個 子系統間的切換。#計算機支撐系統有監控軟件、實時數據庫和122 ?控制工程第13卷計

14、算機網絡系統組成，通過計算機支撐系統實現智 能優化系統、 過程控制系統和過程管理系統的信息集成，從而實現豎爐焙燒過程 的綜合自動化。通過 監控軟件提供的強大組態功能、先進的opc接 口功能以及dde數據交換功能，計算 機網絡與實吋數據庫的支 持，編制了過程控制及智能優化設定軟件，將豎爐焙燒過程的控制、 優化和管理集成，實現生產過程管理和過程控制的一體化，從而保 證豎爐焙燒過程的優化控制、優化運行和優化管理。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 關鍵工藝參數 不能連續在線測量等問題，而扎 難以用控制回路 的輸入與輸出的解析式了來表示，因此難以采用常規的優化控制

15、方 法進行優化控制。本文采用的智能優化控制技術，如圖3所示。控制，并解決了過程具有多變量強耦合、機理復雜、磁選 管回收率等關鍵工藝參數難以在線連續測量的問題。4系統的實施及應用效果某選礦廠年處理鐵礦石500萬噸，礦石含鐵品位33% o全廠 用于礦石焙燒的豎爐22座。豎爐焙 燒生產過程基本采用人工根據 經驗進行操作，有關的電機設備都是在現場操作箱進行啟停控制， 造成生產人員多，效率低，成本高，豎爐區溫度高，工人的工作 環境差，勞動強度大。結合該選礦廠豎爐焙燒生產過程的實際，采 用木文提出的方法，實施了豎爐焙燒過程綜合自動化系統。系統硬 件包括5臺模型機及6臺監控計算機，均為dell公司pc機，

16、操作系統為windows2000o智能優化設定模型在模型機中實現，通 過網絡將計 算機與rockwell公司的controllogix系統連接，實 現過程監控。對22座豎爐設立11個控制站，每個控制站分別負 責兩座豎爐的監控。各控制站通過設備網(devicenet)實現對22 座豎爐所有變頻器的狀 態 監測與頻率設定，以實現鼓風機的變頻 調速。豎爐焙燒綜合自動化系統具有智能優化、過程控制和過程管 理三層結構，采用智能控制技術，通 過對豎爐焙燒過程的燃燒室溫 度、還原煤氣流量、搬出制度的優化設定及溫度、流量的回路控制、 搬出機的實時控制，實現生產指標的優化控制。豎爐焙燒過程的實 際控制曲線如圖4

17、所示。圖3豎爐焙燒智能優化控制結構原理圖通過兩層結構：回路控制層和優化設定層來實現豎爐焙燒過程 的優化控制。優化設定層主要通過基于案例推理技術的多變 量智能 優化設定模型和前饋、反饋補償來設定燃燒室溫度w 1、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 化設定模型綜合7考慮生產過程的各種信息，如爐況診斷模型 的輸出信息f、邊界條件的變化b、生產線信息i、能耗計量e 等。利用過程的輸入、輸出量，通過智8能預報模型，產工難 以測量的磁選管回收率預報 值c p ,并與設定的期望值c s進行 比較，產生的誤差經過前饋補償模型來校止回路優化設定值。通過 人工化驗過程產生的磁選

18、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定值。燃燒室溫度回路控制和還原煤氣流 量回路控制通過多變量智能dcs控制系統實現，使得過程的被控 變量穩定跟隨優化設定值。這樣就可以通過具有兩層結構的智能優 化控制方法實現復雜工業過程的優化9圖4豎爐焙燒過程的實際控制曲線圖中，w 1表示燃燒室溫度設定值，y1表示燃燒室實際溫度，w 2表示還原煤氣流量設定值，y2表示還原煤氣實際流量，u1表示加 熱煤氣閥開度。圖中縱坐標表示燃燒室溫度(0 1 300 % )，對 應加 熱煤氣閥開度(t100%)和還原煤氣流量(p 5000 3 nih)。 (下轉第126頁)126 ?控制工程第13卷

19、耗)；持續工作時間與具體應用領域有關(如在容量為2 500 mah電池支撐條件下，活動狀態占1%的情況下，約為200天)； 節點間正常通信速率不低于115 kbps;節點喚醒吋間不長于30 s; 因基本配置節點成本較低可大量、冗余部署；具備靈活的擴2展接 口(如i c, spi等)，能夠方便擴展各種傳感器等設備；具備節 點id標識和動態修改功能；具備用以存儲系統軟件的基本i古i件， 并具備在系統編程能力；具備非易失性數據存儲功能r 3參考文獻：酈志岡山等.計算機控制基礎？技術？工具？實例m 北京：清華大學出版社，北京交通大學出版社，2005. 2酈志剛, 等.基于智能微節點的無線傳 感器網絡

20、研發問題綜述j計 算機工程與應用，2005,41 ( 17) : 9 12. 3 ii訂 1 j l. system ar chitecture for wireless sensor networks d berkeley: university of california, 20034 koller d. 10 emerging tech no logies that will change the world j mit technology review, 2003, 106( 1) : 33 49. 5 akyildiz i f, et al. wireless sensor net

21、works: a survey j computer networks, 2002, 38( 4): 393 422. 6 marzullo k tolerating failures of continuous valued sensors j acm transactions on computer systems, 1990, 8( 4) : 284 304. 7 chung j, et al ns by example eb 0l_ http: nile wpi. edu ns worcester polytechnic institute, 2001. 8 yuan ze unive

22、rsity ns2 seminar eb ol http: netlab cse. yzu. edu. tw ns2 , 2003. 9 the vint project. the ns manual ( formerly ns notes and doc umentation) eb 0l http: www. isi. edu nsnam ns doc index html, 2003. 10 park s j. energy aware topology control and data delivery in wireless sensor networks eb ol etd gat

23、ech edu theses available eld 07122004 000648 unrestricted park_seung jong_ 200407_phd. pdf, 2004. 11劉瑛，程善美.基于神經網絡的新型復合速度控 制器的 設計j控制工程，2005, 12( 2) : 135 138. 1o5結 語 木文研發的無線傳感器系統和節點是以平臺化為目標，能夠為 具體應用領域的傳感器網絡研發和產品化奠定柔性的公共基礎。在 研發過程中，充分 考慮了傳感器網絡平臺的研發所涉及的專業和學 科 非常廣泛的特點，通過跨專業(嵌入式開發、軟件 工程、通信工 程等專業人員，以及領域專家)

24、的合作，解決了節點和系統從設 計到產品化的實施的全過程所面對的典型問題。合理構建的無線傳 感器網絡可以成為信息世界與實際物理世界之間的橋梁。(上接第122頁)從圖4可以看出，燃燒室溫度設定值保持 一定，還原煤氣流量的設定值則根據工況的變化而變化，并且控制 輸出能夠很好地跟蹤優化設定值，說明了智能優化系統和過程控制 系統在運 行過程中的有效性。現場 長期運行的效果表明，豎爐 臺吋產率從24 90 t h提高到25 62 t h,提高0 72 t h。豎爐 的磁選管回收率提高2 % ,能耗降低了 6 % ,操作人員減少50%。豎爐焙燒過程實現了優化控制、優10化運行和優化管理。參考文獻：歐洲鋼鐵工

25、業聯盟.韓靜濤譯.歐洲鋼鐵工業技術發展指南 m北京：中國金屬學會，1999 2 cim reference model committee, purdue university a ref erence model of computer integrated manufacturing from the viewpoint of industrial automation j int j computer integrat ed manufacturing, 1989, 2 ( 2) : 114 127. 3 houseman l a, schubert j h, hart j r, et al . a plant wide control platform for minerals processing j minerals engi neering, 2001, 14( 6) : 593 600 4柴天佑，李 小平，等.基于三層結構的金礦 企業現 代集 成制造系統j. 控制工程，2003, 10( 1) : 18 22 5張曉東,柴振新酒鋼 10011)3豎爐的發 展與生產實踐j