PDF《炼钢铁合金矿热炉计算机智能控制系统》

( ( 冶金 自动化》

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0 4 年增刊 炼钢铁合金矿热炉计算机智能控制系统 潘炼'

, 潘炜 , 金玉琳 (

1 .

武汉科技大学 信息科学与工程学院, 湖北 武汉

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8 1 ;

2 . 武汉钢铁公司) [ 摘要〕 根据铁合金矿热炉的工作过程特点, 设计了1 套计算机过程控制系统用于铁合金矿热炉加热过程的生产控制. 介绍了计算机系统的结构和智能控制方法. 该系统在生产实践中, 取得了较好的社会和经济效益, 具有较高的实用和推广 价值. 〔 关键词〕 矿热炉;

智能控制;

计算机

0 前言 铁合金矿热炉主要用于生产炼钢用的硅铁, 它在冶金行中属最难控制的系统之一.通常系统存在以 下问题 : (

1 ) 由于采用高温埋弧冶炼( (

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0 0 ℃以上) , 致使温度、 液位、 工作端深度等各种重要参量无法直接或 间接测量;

(

2 ) 冶炼中化学反应过程复杂, 炉内原料有固态层、 熔融层、 液态层及大量内释气体, 导致温度场很不 均匀;

(

3 ) 冶炼过程中由于负载变化很大, 因此功率因数和瞬时功率变化大. 以上原因, 使炉况的准确判断非常困难, 实现自 动化控制难度很大.一般多采用人工凭经验控制, 存 在操作强度大, 工作效率低、 耗电量大、 产品产量和质量难以保证等问题.无法实现最佳控制状态. 再加上矿热炉属于非线性、 多藕合的时变复杂系统, 炉内参数大多只能间接测量, 有些甚至无法测 量, 通常只能靠人工经验根据现场情况进行推测. 为了解决上述问题, 提高控制水平, 达到节能降耗的目的, 我们采用计算机控制技术、 组态技术、 模糊 控制与专家系统技术, 结合冶炼过程管理、 铁合金升温模型等新技术, 开发矿热炉智能控制系统. 矿热炉智能控制系统采用工业控制计算机测控系统取代原有仪表手工控制系统, 实现矿热炉柑竭内 温度的测量和修正.利用工控机的系统资源优势实现多参数的无纸记录和数据处理.在改善操作界面 的同时, 充分利用现有传感器和执行机构, 配合手操器的使用, 将工艺专家知识和熟练工人的操作经验融 汇到测量结果和控制对策中去, 保持炉况的稳定性和功率配送的优化以及调节各种配料成分的比例和投 放时间等, 使炉温的测控更合理更符合整体工艺要求.

1 测量和控制的基本要求 测量技术参数有: 炉体内增竭区温度;

电极工作端插人深度;

炉体内料面深度;

废气中有关成分的含 量;

炉体内料层的电阻率. 控制系统在不断跟踪上述参数变化的基础上, 采用模糊推理和模型分析等智能控制算法, 给出优化 的功率配送策略;

根据生产任务和炉况, 采用专家系统和配方软件系统, 给出各种配料成分的投人比例和 投放时间等.在实现上述功能的基础上, 提高产量、 降低能耗.

2 系统控制方案

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1 系统结构及主要功能

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1 中央控制台 中央控制台由操作站( 工业计算机 I P C

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0 ) 、 控制站( 西门子公司的S

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0 0 系列 P L C ) 、 电气控制柜 [ 收稿日 期〕

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7 「 作者简介] 潘炼(

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6 4 -) , 男, 湖北武汉人, 高级工程师, 副教授, 主要从事钢铁工业自动化技术开发与研究工作.

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0 4 年增刊 以及相应的测量显示仪表、 打印设备等构成.控制站采用主备机制并配备无扰动切换开关以及搬运切换 开关, 操作站与控制站采用MP I 通信接口交换信息. 控制站负责实时采集、 控制和通信, 采集的结果与操作站下达的知识库匹配并推理判断, 给出控制策 略, 同时将所有数据传送给操作站中的数据库系统. 操作站根据生产任务和炉况下载控制策略到控制站, 并对每班的原材料消耗、 能耗和产量进行统计, 并按要求打印报表.矿热炉智能控制系统结构图如图1 所示. 端子箱 I P C - T 电气控制系统 电压检测 液压系统 电流检测 位置检测 电极升 降机构 消耗检测 油温检测 电 I极 气体分析 」 二 变压 器热电偶 圈1矿热炉智能控制系统结构图

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2 测量系统 (

1 ) 料面温度及出口 温度测量系统 由于增祸深埋于炉体内部, 其温度在

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0 0℃以上, 无法直接测量, 故采用间接法, 用料面温度和出 口 温度通过模型估算其中心温度, 同时提取专家系统的数据, 进行模糊推理, 给出对炉况的综合判断. 对 料面及出口 温度的测量, 必须采用非接触式, 可采用红外温度仪表. (

2 ) 料面深度及电极工作端深度测量系统 由于炉内料成分含量的随机性和不确定性, 电极参与化学反应, 且电极消耗速度的非匀速性, 料面为 固态因而不平整, 加上高温环境, 使得对于这两个参数的测量十分困难, 尤其是电极工作端深度, 对判断 炉况有着非常重要的价值, 以往操作中对该参数一无所知, 往往工作端已经浮到上层, 而操作工还以为它 埋在深处.这正是造成能童浪费产A降低的主要原因之一. 对工作端深度的测A, 可采用Y 射线物位测A仪, 采用点放射棒探头接收的方式.但是由于三根电 极的 互相干扰, 加上料层中 各处碳还原剂分布的随机性, 使得测盆精度大打折扣, 所以测A结果必须经过 专家系统的模糊识别推理, 得到修正之后, 方可使用. (

3 ) C O , C O : 气体含1 9分析仪 某一时刻废气中C O和C O : 的含t间接地反映了化学还原过程的程度, 用它可判断出当前炉料中 碳 的含t的合理程度和电极的消耗速度. (

4 ) 电极电流的测t 这是系统中 最基本的也是最重要的参数之一, 它能比 较育接地反映电 极的相对位里和料层的电阻率.

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3 执行机构 (

1 ) 电极升降系统 这是系统中最主要也是最重要的控制手段.电极的升降直接调节了加热功率, 改变了加热中心点及 热量分布.如图

1 所示, 模糊控制器对采集的温度、 电极电流、 电极工作端深度以及废气各成分的含量进 行分析后, 给出控制策略到电气控制柜, 操纵液压系统提升或者下降电极. (

2 ) 进料控制器 进料控制器可以对加料种类以及进料时间进行控制, 这对于保持炉内化学反应的平衡并减小电极损 耗是非常重要的, 而原来由人工完成的投料就难以保证这一点. (

3 ) 自 动配料系统 自 动配料系统是整个系统中的一个相对独立的子系统, 它完成对配方的管理、 修改, 并根据现场的实 际进行调整, 自 动完成所需各物料的传输、 存储、 称量和投放, 它可以作为一个独立系统使用, 也可以接收 中央控制台的指令进行操作以使得自 动化程度更高.

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2 矿热炉智能控制策略 智能控制是在控制过程中利用计算机模拟人的控制行为功能, 最大限度地识别和利用控制系统动态 过程所提供的信息, 进行启发和逻辑推理, 从而实现对缺乏精确模型对象进行有效控制. 它包括知识库, 数据库, 控制规则集和逻辑推理机构.在计算机中专门开辟内存作数据库, 它存储根 据工艺要求及生产经验, 专家知识等预先给定的数据以及生产现场中实时获得的数据.知识库的建立是 采用产生式规则来建立所需要的控制规则、 经验知识及生产现场特殊要求的处理规则等. 控制系统的动态过程是不断变化的, 为了获得良 好的控制性能, 控制器........