1國內(nèi)外燒結(jié)專家系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀
國外有許多先進的智能控制系統(tǒng)在燒結(jié)領(lǐng)域成功應(yīng)用。最有代表性的是日本和芬蘭。日本川 崎鋼鐵公司千葉廠于1980年研制了操作指導(dǎo)系統(tǒng)(OGS)并將其用于控制燒結(jié)過程。川崎水島廠開發(fā)的診斷型專家系統(tǒng)由終點控制、設(shè)備保護和產(chǎn)質(zhì)量控制功能構(gòu)成。芬蘭羅德駱基燒結(jié)專家系統(tǒng)的成功應(yīng)用,實現(xiàn)了燒結(jié)生產(chǎn)的智能化。
國內(nèi)一些高校在燒結(jié)專家系統(tǒng)方面也做了很多工作,還有一些重點企業(yè)也做了很多研究工作。包括燒結(jié)礦化學(xué)成分控制、燒結(jié)過程透氣性控制、燒結(jié)過程熱狀態(tài)控制和異常狀態(tài)診斷等專家系統(tǒng)逐步得到了成功應(yīng)用。但是該系統(tǒng)還是存在與客戶需求、生產(chǎn)工況、裝備現(xiàn)狀脫節(jié)的一系列問題。
2燒結(jié)智能控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型介紹
本系統(tǒng)是立足于鋼廠生產(chǎn)實踐自主研發(fā)的,并且具有自主知識產(chǎn)權(quán)。系統(tǒng)功能框架如圖1所示。軟件平臺是針對燒結(jié)一級的施耐德PLC系統(tǒng)、數(shù)據(jù)實時性及更好完成模型計算而設(shè)計的。軟件體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。
本系統(tǒng)主要是根據(jù)燒結(jié)生產(chǎn)過程，建立數(shù)學(xué)模型對其進行控制。各功能塊具體介紹如下。
2.1配料計算模型
行業(yè)現(xiàn)行配料方法采用的是人工計算方法, 需要進行反復(fù)的驗算，計算量大,計算過程復(fù)雜, 計算精度也不能滿足現(xiàn)代燒結(jié)生產(chǎn)的需要;而且配料過程很少考慮成本最優(yōu)的問題。而該模型主要依據(jù)的是物料平衡原理，根據(jù)燒結(jié)礦的目標(biāo)成分和目標(biāo)產(chǎn)量，在限定的料種使用范圍內(nèi)，求出各種原料使用的最優(yōu)配比。
實現(xiàn)目標(biāo)是根據(jù)原燃料的成分及配料目標(biāo)采用線性規(guī)劃方法進行計算，給出滿足目標(biāo)成分和成本最優(yōu)的混合料配比,實現(xiàn)燒結(jié)過程的優(yōu)化配料。減少了人為計算的不確定性，提高了勞動生產(chǎn)率。
2.2堿度控制模型
首次配料根據(jù)原料成分，計算出滿足目標(biāo)的原料配比。在生產(chǎn)過程中對成品礦的檢化驗信息進行跟蹤，當(dāng)檢測結(jié)果與配料目標(biāo)R發(fā)生偏差時候,對配料的目標(biāo)R進行修正。修正量ΔR_Re根據(jù)偏差大小決定，分多種情況進行控制。
(1) ΔR>0.05,做二分之一調(diào)整。
(2)0.03<ΔR<0.05，做三分之一調(diào)整。
(3 )0.02<ΔR<0.03，連續(xù)三點,取均值做三分之—調(diào)整。
(4)ΔR<0.03,連續(xù)4點，取均值做四分之一調(diào)整。
模型自動計算出熔劑配比的修正值，并通過一級粉塵下料模型改變下料量；最終實現(xiàn)燒結(jié)礦堿度的自動控制。
2.3總料量控制模型
小礦槽是燒結(jié)整個生產(chǎn)流程的緩沖環(huán)節(jié)，對于調(diào)整生產(chǎn)節(jié)奏,起著至關(guān)重要的作用，小礦槽料位變化受多方面因素影響，其中包括配料量、泥輥系數(shù)、燒結(jié)機速度等工藝參數(shù)。通過對這一環(huán)節(jié)的合理調(diào)控，可以保證燒結(jié)過程的連續(xù)穩(wěn)定。
小礦槽料位控制是燒結(jié)過程控制中的難點，受進料、出料兩方面不確定因素影響成非線性變化；同時料量調(diào)節(jié)又存在滯后的特點。因此，多數(shù)情況采用手動調(diào)整總料量的方式。此模型實時跟蹤小礦槽料位的變化率,綜合考慮機速、料厚等影響燒結(jié)機吃料的各種因素，合理計算總的上料量。實現(xiàn)目標(biāo)是合理控制總的上料量，保持生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定,提高勞動生產(chǎn)率。
2.4返礦控制模型
返礦控制的指導(dǎo)思想是“多有多用、少有少用”。
B = RA/RE
式中:B —衡系數(shù)；
RA——篩分后所得返礦；
RE——加入混和料的返礦。
生產(chǎn)平衡時B=1,根據(jù)實際工況的基本返礦率RF_Ration和燒損，計算出實際返礦配比RF_Ration_SM,根據(jù)返礦倉位調(diào)整返礦配比。
實現(xiàn)目標(biāo)：根據(jù)返礦率和返礦倉位實現(xiàn)了返礦的自動控制，實現(xiàn)燒結(jié)生產(chǎn)過程中返礦的動態(tài)平衡。
2.5點火控制模型
點火模型是通過合理控制空、煤氣流量，保證合適的點火溫度和點火強度，滿足燒結(jié)生產(chǎn)的要求。綜合考慮機速、煤氣熱值等因素，通過合理控制空煤氣流量實現(xiàn)點火過程的智能化。
系統(tǒng)最終實現(xiàn)在操作人員給定目標(biāo)點火溫度和目標(biāo)點火強度的條件下，自動調(diào)節(jié)過剩系數(shù)，滿足點火溫度要求；同比例調(diào)節(jié)空、煤氣流量，保證點火強度的要求，實現(xiàn)了點火過程的智能控制。在滿足生產(chǎn)要求的同時，最大限度的節(jié)省煤氣用量,為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。
2.6終點控制模型
該模型主要是實現(xiàn)如何準(zhǔn)確判斷燒結(jié)終點(BTP)和溫度上升點(BRP),并合理控制燒結(jié)終點，實現(xiàn)燒結(jié)機的智能控制，穩(wěn)定生產(chǎn)以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。此處采用對廢氣溫度進行曲線回歸擬和的辦法進行分析。曲線擬和效果如圖3所示，由燒結(jié)工藝?yán)碚摽芍篨1點對應(yīng)燃燒帶前沿接近臺車蓖條的位置，而X2點對應(yīng)燃燒帶最高溫度抵達臺車蓖條的位置,燃燒過程即將完成。
圖3中的X1就是溫度上升點BRP,X2就燒結(jié)終點 BTP。
實現(xiàn)目標(biāo)是通過對廢氣溫度場的分析，進行曲線擬和，實現(xiàn)了 BRP和BTP準(zhǔn)確判斷，合理而準(zhǔn)確的控制燒結(jié)終點的位置和溫度，穩(wěn)定了燒結(jié)生產(chǎn)過程,使終點的穩(wěn)定率大大提高,對提高燒結(jié)礦的產(chǎn)質(zhì)量大有裨益。
2.7終點偏差控制模型
該模型解決了在燒結(jié)機寬度方向上如何合理布料才能使垂直燒結(jié)速度趨于一致的問題，合理布料會消除臺車寬度方向上終點(BTP)位置的偏差。
造成BTP偏差的原因是由于寬度方向上的垂直燒結(jié)速度不一致，為此對寬度方向上的垂直燒結(jié)速度進行研究。
針對360 m2燒結(jié)機,建立風(fēng)箱平面溫度場，熱電偶的詳細(xì)安裝位置為從11號風(fēng)箱開始每個風(fēng)箱裝有6個溫度測點，直到24號風(fēng)箱.圖4中的1~6列測點號,對應(yīng)由南到北的6個閘門。這樣可以對每個風(fēng)箱的溫度測量值取平均，擬和出一條曲線; 對寬度方向上的燒結(jié)情況進行更細(xì)的研究。
具體的模型建立方法是,沿?zé)Y(jié)斷面寬度方向?qū)Y(jié)混合料床等分為M(j=l,2,…,M)個區(qū)域，并認(rèn)為燒結(jié)混合料床寬度方向上除密實度外無其它偏析,如果第j區(qū)域的垂直燒結(jié)速度為Vj,各等分區(qū)域的混合料平均垂直燒結(jié)速度是
如圖5所示。
為了便于研究定義了燃燒速度一致性的指數(shù):
式中:V,—某列的燃燒速度；
V一均燃燒速度。
本模型涉及的燃燒速度一致性指數(shù)指的是臺車寬度方向上垂直燃燒速度的一致。使各列的燒結(jié)終點趨于同時出現(xiàn).定量給岀了燒結(jié)機寬度方向上的布料厚度,實現(xiàn)了精確合理布料，使風(fēng)量合理分布，燒結(jié)過程均勻一致，使燃燒帶同時到達臺車篦條，消除BTP位置偏差。對提高燒結(jié)礦的產(chǎn)質(zhì)量降低返礦大有益處。
2.8 FeO控制模型
燒結(jié)礦FeO含量是評價燒結(jié)生產(chǎn)的一項綜合指標(biāo)，也是影響高爐技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的因素之一。降低燒結(jié)礦的FeO含量,能降低燒結(jié)能耗,改善燒結(jié)礦的還原性；但過低的FeO又會使燒結(jié)礦的強度指標(biāo)惡化、低溫還原粉化率提高、燒結(jié)的成品率降低。因此.確定適宜的FeO含量對燒結(jié)生產(chǎn)具有十分重要的意義。
本模型是綜合考慮影響FeO的因素，如含碳量、料厚、返礦配比等。當(dāng)最新的一個化驗返回系統(tǒng)后,通過調(diào)整含碳量來穩(wěn)定FeO的值。
2.9成分預(yù)報模型
燒結(jié)生產(chǎn)的特點就是周期長、滯后性明顯。一般從配料開始到成品檢測信息出來要4~5h,如果岀現(xiàn)廢品，再進行調(diào)整為時已晚。預(yù)報模型就是在成品檢測信息出來之前做出預(yù)報，提前做出干預(yù)，防止和降低廢品率。本模型采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型如圖6所示，其中隱含層的個數(shù)是通過大量的數(shù)據(jù)測試后確定的。
主要實現(xiàn)的是R,FeO的預(yù)報。R預(yù)報的輸入變量是混合料中SO2含量、混合料中CaO含量、料層厚度、主管負(fù)壓、機速。FeO預(yù)報的輸入變量是混合料含碳量、終點位置、料層厚度、返礦配比、終點溫度。
對選取的優(yōu)質(zhì)樣本進行訓(xùn)練，得到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。然后將實時的輸入變量帶入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行計算預(yù)報, 從而做岀人為干預(yù)防止出現(xiàn)大的波動,提高成品質(zhì)量。
2.10信息管理
信息管理部分包括報表管理、物料維護、參數(shù)修改和歷史數(shù)據(jù)查詢。報表管理實現(xiàn)了各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理，比如能源消耗、開停機率等實現(xiàn)自動跟蹤。本系統(tǒng)的檢化驗數(shù)據(jù)來自公司的三級系統(tǒng), 保證了實時性和準(zhǔn)確性,同時也保留了手動修改的功能。系統(tǒng)在運行過程中各類參數(shù)是不斷優(yōu)化的，為此專門設(shè)計了參數(shù)修改界面。
3結(jié)語
整個系統(tǒng)從2015年7月開始投用，運行穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)了燒結(jié)生產(chǎn)的智能化控制。系統(tǒng)運行穩(wěn)定率在99%以上,主要技術(shù)、經(jīng)濟指標(biāo)均達到和超過項目研發(fā)目標(biāo)，燒結(jié)生產(chǎn)水平得到明顯提高。燒結(jié)智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用，使生產(chǎn)操作過程更加合理、均勻、一致，避免了人為因素帶來的波動。自從投產(chǎn)以來，各項經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)步提高。部分指標(biāo)見表1。
燒結(jié)智能控制系統(tǒng)在柳鋼360m2燒結(jié)機進行了應(yīng)用。柳鋼燒結(jié)智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用,優(yōu)化了燒結(jié)生產(chǎn)過程，提高了勞動生產(chǎn)率,降低了能耗，實現(xiàn)了燒結(jié)生產(chǎn)的智能閉環(huán)控制;該系統(tǒng)的研制成功,填補了中鋼在燒結(jié)自動化控制領(lǐng)域的空白，提高了企業(yè)形象和競爭力;并在行業(yè)內(nèi)具有廣泛的推廣應(yīng)用價值。
