球團(tuán)生產(chǎn)的過程優(yōu)化控制
3.3.1鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯機(jī)速自適應(yīng)智能控制系統(tǒng)設(shè)計
近年來鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯法焙燒球團(tuán)礦的工藝發(fā)展很快，在2003年和2004年鞍鋼在弓長嶺礦先后建立了兩條年產(chǎn)200萬t球團(tuán)礦生產(chǎn)線。鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯是一種聯(lián)合機(jī)組，包括鏈篦機(jī)、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)及其附屬設(shè)備。生球首先于鏈篦機(jī)上干燥、脫水、預(yù)熱，而后進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)焙燒，最后在冷卻機(jī)上完成冷卻。除了各個環(huán)節(jié)的溫度控制外，鏈篦機(jī)、回轉(zhuǎn)窯和環(huán)冷機(jī)的機(jī)速控制會直接影響球團(tuán)質(zhì)量。因為，鏈篦機(jī)機(jī)速會影響料層厚度，從而影響生球在鏈篦機(jī)上的干燥、脫水、預(yù)熱效果，回轉(zhuǎn)窯的機(jī)速控制會影響球團(tuán)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的停留焙燒時間和回轉(zhuǎn)窯的填充率，同樣還冷機(jī)的機(jī)速控制會影響球團(tuán)的最終產(chǎn)品質(zhì)量。目前，在現(xiàn)有的弓礦鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)中，采用人工根據(jù)鏈篦機(jī)的料層變化情況，手動調(diào)節(jié)鏈篦機(jī)、回轉(zhuǎn)窯和環(huán)冷機(jī)機(jī)速，從而造成了球團(tuán)生產(chǎn)質(zhì)量受到人為因素的影響，不利于球團(tuán)生產(chǎn)質(zhì)量的提高。結(jié)合生產(chǎn)實踐，設(shè)計基于動態(tài)專家控制的鏈篦機(jī)機(jī)速自動控制系統(tǒng)解決鏈篦機(jī)料層厚度的自動控制問題，并且根據(jù)鏈篦機(jī)機(jī)速和料層厚度變化采用智能控制策略實現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯和還冷機(jī)的速度自動調(diào)節(jié)。
3.3.1.1鏈篦機(jī)料層厚度控制工藝
為保持鏈篦機(jī)上料層的透氣性和球團(tuán)溫度控制的穩(wěn)定性，必須保證規(guī)定的球?qū)雍穸群颓驅(qū)雍穸茸兓姆�(wěn)定性。球團(tuán)布料系統(tǒng)如圖3.8所示，其中L1為送料傳送皮帶、L6~L10、M1、M2、Z1和Q1為返料傳送皮帶，L2為擺動皮帶，L3為寬皮帶，L4為輥式布料器，L5為鏈篦機(jī)，WIC為電子稱，WIC1檢測生球料量，WIC2檢測生球的返礦量，SIC檢測鏈篦機(jī)機(jī)速，LIC檢測鏈篦機(jī)料層厚度。原料經(jīng)過球盤造球機(jī)成球，篩去尺寸大的生球，經(jīng)皮帶傳送在輥式布料器篩去尺寸小的生球后在鏈篦機(jī)料層布料，返料經(jīng)返料傳送皮帶傳送至料倉。
圖3.8球團(tuán)布料系統(tǒng)
3.3.1.2鏈篦機(jī)料層控制策略的分析
目前，弓礦關(guān)于鏈篦機(jī)料層控制方面采用人工手動控制方法，主要是根據(jù)組態(tài)畫面的監(jiān)控數(shù)據(jù)包括生球料量、鏈篦機(jī)料層厚度、當(dāng)前鏈篦機(jī)機(jī)速設(shè)定值，另外鏈篦機(jī)監(jiān)控畫面中，從輥式布料器到鏈篦機(jī)之間的生球布料堆積角也是操作者參考的主要依據(jù)。
該方法解決了生球布料量無法直接測得的問題，但由于鏈篦機(jī)測厚儀現(xiàn)場安裝位置距離布料點1.5m左右，相對于鏈篦機(jī)機(jī)速有20s~30s的滯后時間。而且生球生球波動范圍較大、波動的頻率較快，因此該方法在實際應(yīng)用控制時，當(dāng)生球料量變化頻率較大時，鏈篦機(jī)的機(jī)速調(diào)整幅度較大、且造成料層厚度周期性變化，不利于溫度控制，控制效果不好。
（3）基于專家知識庫料層控制方法的提出
根據(jù)對上述二種方法的分析，鏈篦機(jī)料層厚度的控制受到以下幾個因素的影響：
球盤造球機(jī)生球產(chǎn)量不穩(wěn)定造成生球量波動較大，
生球返礦量包含鏈篦機(jī)機(jī)前返礦和鏈篦機(jī)內(nèi)部返礦，而且測量點安裝位置較遠(yuǎn)存在時間滯后的問題，從而無法精確測量并參與控制，
鏈篦機(jī)料層厚度測厚點距離鏈篦機(jī)機(jī)頭有一段距離，厚度反饋有時間滯后的問題存在，
布料機(jī)擺動皮帶布料控制的均勻性造成料層厚度波動。
基于上述原因考慮，提出采用鏈篦機(jī)機(jī)速動態(tài)自適應(yīng)專家控制的厚度前饋控制系統(tǒng)方法，其控制原理圖如圖3.9所示。
圖3.9鏈篦機(jī)機(jī)速自適應(yīng)專家控制系統(tǒng)
如圖3.9所示中，專家控制器1主要是由生球料量和球盤數(shù)量建立的專家控制系統(tǒng)，通過對現(xiàn)場生球料量和球盤數(shù)量的實時數(shù)據(jù)根據(jù)專家規(guī)則表輸出鏈篦機(jī)機(jī)速控制量
。根據(jù)料層厚度變化經(jīng)專家控制器2得到的速度控制量
是對控制量
的修正。鏈篦機(jī)機(jī)速修正后進(jìn)入機(jī)速數(shù)據(jù)庫，根據(jù)機(jī)速修正原則更新專家知識庫1的專家知識，實時修改專家控制器1的專家規(guī)則。專家規(guī)則需要不斷更新的原因是，生球料量自身的波動性和返礦量的不確定性。
3.3.1.3自適應(yīng)專家控制系統(tǒng)的設(shè)計
鏈篦機(jī)料厚自適應(yīng)專家控制系統(tǒng)中，其中包含2個專家控制器。專家控制器1的設(shè)計首先根據(jù)球盤數(shù)量建立對應(yīng)的鏈篦機(jī)生球料量與機(jī)速的專家規(guī)則庫，專家控制規(guī)則如下：
專家控制器1的機(jī)速自適應(yīng)修正公式如下：
(3-6)
根據(jù)公式3-6計算機(jī)速修正值后，更新專家控制器的所有專家規(guī)則。
3.3.1.4程序設(shè)計和實現(xiàn)
（1）控制軟件結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)采集和處理等功能由原有的監(jiān)控軟件完成，鏈篦機(jī)厚度自適應(yīng)專家控制軟件系統(tǒng)只需通過OPC接口讀入數(shù)據(jù)，算法完成后在通過OPC接口下發(fā)控制量。應(yīng)用程序開發(fā)工具選擇VB6.0可視化編程工具，是一種可視化的、面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動方式的結(jié)構(gòu)化高級程序設(shè)計語言，可用于開發(fā)Windows環(huán)境下的各類應(yīng)用程序。在VisualBasic環(huán)境下，利用事件驅(qū)動的編程機(jī)制、新穎易用的可視化設(shè)計工具，使用Windows內(nèi)部的廣泛應(yīng)用程序接口（API）函數(shù)，動態(tài)鏈接庫（DLL）、對象的鏈接與嵌入（OLE）、開放式數(shù)據(jù)連接（ODBC）等技術(shù)，可以高效、快速地開發(fā)Windows環(huán)境下功能強(qiáng)大、圖形界面豐富的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。本系統(tǒng)與WINCC監(jiān)控軟件的關(guān)系如圖3.10所示。
圖3.10控制系統(tǒng)框架示意圖
（2）控制流程
鏈篦機(jī)料層厚度專家自適應(yīng)自動控制流程圖如圖3.11所示，控制流程中主要包含控制系統(tǒng)初始化模塊、球盤變化處理模塊、生球料量—機(jī)速專家控制模塊、料層厚度—機(jī)速專家控制模塊和生球料量—機(jī)速專家控制自適應(yīng)校正模塊等子程序模塊。其中，控制系統(tǒng)初始化模塊主要完成的功能除了部分?jǐn)?shù)據(jù)參數(shù)初始化的工作外，還需進(jìn)行生球料量—機(jī)速專家規(guī)則數(shù)據(jù)庫的生成，生球料量、料層厚度對應(yīng)的專家規(guī)則庫算法原理如前所述。另外，根據(jù)生產(chǎn)實踐的實際情況專家控制規(guī)則庫需要對產(chǎn)量不同時，即球盤的數(shù)量發(fā)生變化時建立不同的專家規(guī)則，因此建立了球盤變化處理模塊以應(yīng)對球盤變化而進(jìn)行規(guī)則庫的切換工作。
圖3.11鏈篦機(jī)料層厚度自動控制程序流程圖
（3）運行結(jié)果與分析
基于自適應(yīng)專家控制的鏈篦機(jī)料厚自動控制系統(tǒng)應(yīng)用于弓長嶺球團(tuán)二廠，圖3.12所示的是該系統(tǒng)投入運行某一時間段，鏈篦機(jī)料層厚度、機(jī)速自動調(diào)節(jié)的過程。從運行結(jié)果可以看出，生產(chǎn)實際情況除了鏈篦機(jī)生球料量的波動很大外，生球的返礦量波動也很大，對鏈篦機(jī)機(jī)速調(diào)整和料層厚度控制增加了難度。從數(shù)據(jù)曲線上分析，在數(shù)據(jù)時間點50到80之間，生球料量在一定范圍較小變化，而鏈篦機(jī)機(jī)速卻做了較大的調(diào)整和變化，說明在此期間返礦量波動較大。無論怎樣，根據(jù)實際的控制效果而言，基于自適應(yīng)專家控制的鏈篦機(jī)料厚自動控制系統(tǒng)很好的適應(yīng)了工況變化能夠自動調(diào)節(jié)鏈篦機(jī)機(jī)速，實現(xiàn)料層厚度的控制目標(biāo)，減輕了操作工的工作強(qiáng)度和提高了鏈篦機(jī)料層厚度的控制精度，為鏈篦機(jī)—回轉(zhuǎn)窯溫度場優(yōu)化控制打下了基礎(chǔ)。
圖3.12鏈篦機(jī)厚度自動調(diào)整的生產(chǎn)數(shù)據(jù)曲線
3.3.1.5小節(jié)
現(xiàn)有的鏈篦機(jī)—回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)控制方式大多采用人工手動控制方式，球團(tuán)的生產(chǎn)質(zhì)量很大程度上取決于現(xiàn)場操作人員的操作經(jīng)驗、疲勞度和責(zé)任心。而基于自適應(yīng)專家控制的鏈篦機(jī)料厚自動控制系統(tǒng)是在總結(jié)現(xiàn)場操作者的操作經(jīng)驗并轉(zhuǎn)化為專家控制規(guī)則基礎(chǔ)上，針對生球料量返礦量檢測存在大滯后，生球料量波動有很大的情況，提出來專家控制規(guī)則自整定的方法以實現(xiàn)自動控制。系統(tǒng)的實際運行效果證明該控制方法的有效性，實現(xiàn)了鏈篦機(jī)—回轉(zhuǎn)窯料層厚度自動控制，最終為鏈篦機(jī)、回轉(zhuǎn)窯和環(huán)冷機(jī)實現(xiàn)三機(jī)聯(lián)調(diào)和鏈篦機(jī)—回轉(zhuǎn)窯溫度場的自動控制打下堅實的基礎(chǔ)。
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