nm500耐磨鋼板商家分享：首鋼京唐球團(tuán)智能過程控制技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用

　　近年來，我國的制造業(yè)尤其是傳統(tǒng)制造業(yè)面臨著巨大的生存壓力，勞動力成本迅速攀升、產(chǎn)能過剩、競爭激烈等因素，迫使制造業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級[1]。隨著市場的劇烈變化，作為傳統(tǒng)制造業(yè)典型代表的鋼鐵企業(yè)同樣面臨著調(diào)結(jié)構(gòu)、去產(chǎn)能、提質(zhì)量、降成本等一系列問題。在當(dāng)前情況下，鋼鐵企業(yè)應(yīng)該按照《中國制造2025》規(guī)劃的方向，努力實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動，推進(jìn)智能制造，為企業(yè)的生存與發(fā)展尋找內(nèi)生動力，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級的新突破[2]。2016年首鋼提出要完善“制造+服務(wù)”能力，重點(diǎn)聚焦智能制造。在此背景下，首鋼京唐球團(tuán)生產(chǎn)線著力進(jìn)行了智能過程控制技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，本文就該技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用情況進(jìn)行簡要介紹，鑒于球團(tuán)主體設(shè)備焙燒機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)智能控制，此次改造以配料、造球等附線工藝為主。

　　2 硬件網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　本次升級改造，球團(tuán)二級智能系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

　　網(wǎng)絡(luò)采用基于TCP/IP協(xié)議以太網(wǎng)。服務(wù)器采用雙網(wǎng)卡，分別接入一級網(wǎng)和二級網(wǎng);服務(wù)器、客戶機(jī)、工程師站采用一級網(wǎng)與服務(wù)器通訊;二級網(wǎng)采用防火墻軟件配置方式和MES進(jìn)行接口通訊;與MES接口需要的硬件防火墻由用戶提供配置，用戶保證球團(tuán)二級和MES網(wǎng)絡(luò)通暢。

　　一級網(wǎng)絡(luò)：服務(wù)器接入點(diǎn)不少于4個(gè)(2個(gè)備用);客戶端接入點(diǎn)不少于2個(gè)(1個(gè)備用);工程師站接入點(diǎn)不少于2個(gè)，現(xiàn)場二級調(diào)試不少于2個(gè);

　　二級網(wǎng)絡(luò)：按需要進(jìn)行訪問設(shè)置。

　　3 智能過程控制技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用

　　在架構(gòu)上，智能過程控制系統(tǒng)以L2級系統(tǒng)為核心進(jìn)行開發(fā)，二級系統(tǒng)包含系統(tǒng)運(yùn)行的軟件，通訊程序、HMI程序、模型程序、數(shù)據(jù)庫，以實(shí)現(xiàn)球團(tuán)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集通訊、模型計(jì)算控制、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)存儲功能。

　　L2級過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是基于基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)之上的自動控制系統(tǒng)，主要功能是獲取L1級的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和各類化驗(yàn)數(shù)據(jù)，完成生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)處理、技術(shù)計(jì)算、專家系統(tǒng)運(yùn)算、操作指導(dǎo)、作業(yè)管理、數(shù)據(jù)存儲等。L2級計(jì)算機(jī)還將與原料計(jì)算機(jī)、檢化驗(yàn)中心計(jì)算機(jī)通信，開發(fā)和L3生產(chǎn)管理計(jì)算機(jī)接口，接受外部計(jì)算機(jī)提供的參考數(shù)據(jù)和生產(chǎn)指令，同時(shí)向外部計(jì)算機(jī)系統(tǒng)匯報(bào)球團(tuán)生產(chǎn)狀況的信息。將上述兩種功能集成在一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，形成了完整的二級系統(tǒng)。

　　在功能上，按兩個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，分別是質(zhì)量智能閉環(huán)控制子系統(tǒng)、生產(chǎn)過程智能閉環(huán)控制子系統(tǒng)和生產(chǎn)信息管理子系統(tǒng)，兩個(gè)子系統(tǒng)共同作用，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全程的智能控制。

　　考慮智能上料系統(tǒng)與智能輸灰系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)際情況相關(guān)性較大，通用性較差在此不作介紹，僅對智能配料、智能造球、智能水分控制作詳細(xì)介紹如下：

　　3.1 智能配料系統(tǒng)、(成分控制)智能閉環(huán)控制子系統(tǒng)

　　該子系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)球團(tuán)礦化學(xué)成分的智能閉環(huán)控制，主要包括SiO2、TiO2和MgO三種成分的控制?，F(xiàn)以SiO2為例說明控制過程。其中在線閉環(huán)控制，主要包括前臺操控和后臺模型計(jì)算兩部分。

　　前臺操控部分：配料計(jì)算、調(diào)控參數(shù)、動態(tài)下料信息顯、手動配比干預(yù)。

　　后臺模型計(jì)算：完成模型計(jì)算，自動下發(fā)配比。

　　(a)模型輸入

　　模型輸入項(xiàng)如表1所示。

　　(b)模型原理

　　智能配料計(jì)算模型主要依據(jù)物料平衡原理，根據(jù)各種物料成分及配比，計(jì)算出混合料及成品球的成分，計(jì)算公式如下：

　　計(jì)算干成分用干配比，計(jì)算濕成分用濕配比

　　混鐵礦(YT)各組分計(jì)算公式為：

　　后臺模型計(jì)算的調(diào)節(jié)思路通過前饋+反饋的控制方法來實(shí)現(xiàn)。

　　前饋量：偏差E1= N小時(shí)前的計(jì)算值-當(dāng)前計(jì)算成分

　　反饋量：偏差E2=目標(biāo)成分-當(dāng)前成品球的檢化驗(yàn)結(jié)果

　　建議配比=上次配比+P1

　　E=E1*k1+E2*(1-k1)，將3*E0作為E的最大值，即當(dāng)E3*E0 時(shí)，E3*E0

　　如果 |E2|≤E0 ，則 P1 =0

　　否則 P1 = P0*E/3*E0

　　Min≤最終建議配比=上次配比+P1≤max

　　其中，min為該配比的最小范圍，max為該配比的最大范圍。

　　調(diào)節(jié)功能完善：

　　每獲得一批成品球化驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算連續(xù)兩批的偏差E上，E本。

　　(1)當(dāng)E上≥E0且 E本≥E0且上次調(diào)節(jié)被采納到當(dāng)前時(shí)間>t時(shí);

　　(2)當(dāng)E上≤-E0且E本≤-E0且上次調(diào)節(jié)被采納到當(dāng)前時(shí)間>t時(shí);

　　滿足1)或2)計(jì)算E=(E上+E本)/2，根據(jù)E 從上表中尋找p1，其它情況一律不調(diào)節(jié)，只輸出當(dāng)時(shí)的SiO2。

　　(c)模型輸出

　　經(jīng)上述計(jì)算，模型輸出項(xiàng)如表3所示。

　　該模型上線應(yīng)用后，減少了大量的人工計(jì)算，成品球團(tuán)礦目標(biāo)SiO2±0.15%穩(wěn)定率明顯提高，較模型投入前平均提高4.09%。

　　3.2 智能造球模型

　　本模型主要用于實(shí)現(xiàn)單臺造球機(jī)的智能閉環(huán)控制和多臺造球機(jī)的料量聯(lián)動閉環(huán)控制，是智能球團(tuán)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，現(xiàn)以單臺造球機(jī)智能閉環(huán)控制的實(shí)現(xiàn)方式說明如下。

　　在造球機(jī)下方的生球皮帶末端安裝一套在線生球粒度分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用高清相機(jī)連續(xù)拍攝生球畫面，形成高清圖像，利用系統(tǒng)內(nèi)嵌分析軟件，使用圖像識別技術(shù)對所拍圖像粒度識別，判斷出不同粒級范圍所占的比例，將判斷結(jié)果傳輸至服務(wù)器內(nèi)的L2智能造球模型，模型得到實(shí)時(shí)粒度數(shù)據(jù)后與預(yù)定規(guī)則做比較，判斷當(dāng)前粒度是否在目標(biāo)范圍內(nèi)，若不在目標(biāo)范圍，根據(jù)所判斷的偏大或是偏小結(jié)果和模型內(nèi)的模糊控制規(guī)則對造球機(jī)的補(bǔ)水量、給料量和轉(zhuǎn)速進(jìn)行單一或多重調(diào)節(jié)。造球機(jī)的補(bǔ)水量調(diào)節(jié)通過精密的計(jì)量泵進(jìn)行微量控制， 給料量通過調(diào)整定量給料機(jī)的頻率來調(diào)節(jié)。多臺造球機(jī)料量聯(lián)動閉環(huán)控制的實(shí)現(xiàn)方式如下，利用焙燒機(jī)入口前的稱重計(jì)量設(shè)備對總體入機(jī)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，按照預(yù)設(shè)周期與目標(biāo)值比較，根據(jù)比較結(jié)果判斷總料量需要調(diào)節(jié)的幅度，再將該幅度按照預(yù)設(shè)的規(guī)則分解給運(yùn)轉(zhuǎn)中的造球機(jī)，實(shí)現(xiàn)總料量的目標(biāo)調(diào)整。

　　(a)模型原理

　　大球(粒徑>16mm)增多時(shí)說明水量過大，小球(粒徑<8mm)增多時(shí)說明水量過小，根據(jù)“水多球大，水少球小”的原理，具體控制思路如下：

　　(1)當(dāng)大球過多時(shí)，減水，當(dāng)水量減至0時(shí)，大球任然過多，這時(shí)只有降圓盤轉(zhuǎn)速，最多降2檔，大球正常后，逐步恢復(fù)轉(zhuǎn)速到正常，如果大球仍然偏大則增加料量，最多2檔，大球還是偏大，提示報(bào)警建議人工操作，大球正常后逐步恢復(fù)原料量。

　　(2)當(dāng)小球過多時(shí)，如果圓盤轉(zhuǎn)速低于工作轉(zhuǎn)速，則增加圓盤轉(zhuǎn)速到工作轉(zhuǎn)速，小球任然過多，加水，當(dāng)水量加至上限時(shí)，減少料量，最多2檔，小球還是偏大，提示報(bào)警建議人工操作，小球正常后，逐步恢復(fù)料量。

　　(b)參數(shù)及變量說明

　　a<8mm 代表小球數(shù)量，a8-16mm 代表合格球數(shù)量，a>16mm代表大球數(shù)量，QH2O為加水流量，Zm為圓盤目標(biāo)轉(zhuǎn)速，Z為圓盤實(shí)際轉(zhuǎn)速，Q為圓盤實(shí)際給料量，Qm為圓盤目標(biāo)給料量，T為控制周期，H為加水上限，L為加水下限，A為a<8mm (小球)上限，B為a>16mm(大球)上限，F(xiàn)w0為每次加減閥位量，Z0為每次加減轉(zhuǎn)速量，Q0 為每次加減給料量，Zn為加減轉(zhuǎn)速次數(shù)，Qn 為加減給料量次數(shù)。

　　(c)控制邏輯

　　(1)球大減水、降轉(zhuǎn)速、加料過程

　　當(dāng)a<8mm16mm>=B時(shí)，比較當(dāng)時(shí)的實(shí)際加水量QH2O，如果QH2O >L，則減少閥位：Fw=Fw上-Fw0;否則如果QH2O <=L且Z m -Z= Zn*Z0 且Qm-Q>- Qn*Q0，則Q=Q上+Q0，否則報(bào)警，提示人工操作。

　　(2)球小加水、加轉(zhuǎn)速、減料過程

　　當(dāng)a<8mm>=A且a>16mm=H且Z m -Z>=Z0 時(shí)，則 Z=Z上+Z0 ，如果QH2O >=H且Zm =Z且Qm-Q< Qn*Q0，則Q=Q上-Q0，否則報(bào)警，提示人工操作。

　　(3)正常狀況恢復(fù)目標(biāo)轉(zhuǎn)速與料量過程

　　當(dāng)a<8mm16mmZ0，則Z=Z上+Z0，如果Zm –Z<-Z0，則Z=Z上-Z0 ;如果Z=Zm 且 |Qm –Q|<=Q0，則Q=Qm;如果Z=Zm 且 Qm –Q>Q0，則Q=Q上+Q0，如果Z=Zm 且 Qm –Q<-Q0，則Q=Q上-Q0 。

　　(4)非正常狀態(tài)自動退出過程

　　當(dāng)a<8mm>=A 且a>16mm>=B時(shí)，報(bào)警并建議退出自動，改為人工操作。

　　該模型應(yīng)用后，在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了造球無人值守，全程自動造球，在大幅降低工人勞動強(qiáng)度的。從實(shí)際使用效果看，顯著提高了生球入機(jī)量的穩(wěn)定性，為后續(xù)焙燒工序的穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了良好的條件。

　　3.3 原料水分智能控制模型

　　自動打水功能主要是實(shí)現(xiàn)混合機(jī)物料的自動加水功能。主要包括水分偏差自動調(diào)節(jié)功能、料量變化延遲打水功能、停料停水保護(hù)功能三部分。

　　3.4 水分偏差自動調(diào)節(jié)功能

　　當(dāng)目標(biāo)水分跟實(shí)測水分出現(xiàn)偏差時(shí)，系統(tǒng)通過修改閥位輸出自動調(diào)節(jié)水量的大小?？刂茀?shù)如下：

　　水分偏差分三個(gè)等級，E1，E2，E3;對應(yīng)閥位(小閥)控制幅度的三個(gè)等級，W1，W2，W3。

　　該功能按周期執(zhí)行(對應(yīng)參數(shù)，自動調(diào)節(jié)周期，默認(rèn)1.5min)，當(dāng)調(diào)整周期結(jié)束時(shí)，根據(jù)水分偏差等級，調(diào)節(jié)相應(yīng)的小閥閥位輸出。

　　3.5 料量變化延遲打水功能

　　當(dāng)配混的下料量設(shè)定值發(fā)生變化時(shí)，通過延時(shí)一定的時(shí)間，系統(tǒng)自動加減一定的水量。

　　3.6 停料停水保護(hù)功能

　　停料停水：當(dāng)系統(tǒng)停料時(shí)，立即關(guān)閉大閥和小閥。開始上料后延時(shí)3分鐘開閥，并給大閥賦值關(guān)閉前閥位值。

　　停料條件判定：當(dāng)1#、2#、3#定量給料機(jī)均無運(yùn)返、混合機(jī)旁路開關(guān)打開、實(shí)際料量低于50t/h、混合機(jī)停機(jī)滿足三者之一時(shí)，即為停料。

　　實(shí)現(xiàn)方式如下，在混合工段的混合機(jī)處進(jìn)行打水，在打水管進(jìn)口安裝一組并聯(lián)的水量調(diào)節(jié)閥，一個(gè)大閥+一個(gè)小閥，小閥用于微量打水時(shí)投入，大閥用于大量打水時(shí)投用，在打水管上布置一流量計(jì)用于檢測打水量，在混合機(jī)出口處布置一臺紅外水分儀用于實(shí)時(shí)監(jiān)測混合料水分。模型通過實(shí)時(shí)采集水分檢測值，并于目標(biāo)水分進(jìn)行比較，判斷偏差等級，并根據(jù)預(yù)設(shè)等級對打水閥門進(jìn)行定量調(diào)節(jié)。該模型的開發(fā)與應(yīng)用，大幅提高了混合料水分穩(wěn)定性，為造球工段提供水分最適宜的原料，進(jìn)一步確保造球工段長期穩(wěn)定。

　　4 結(jié)論

　　首鋼京唐球團(tuán)廠智能過程控制技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用涵蓋了質(zhì)量閉環(huán)控制和過程智能控制，實(shí)現(xiàn)了從上料到造球的全流程智能控制覆蓋，其中智能造球在造球行業(yè)尚屬首次，有一定創(chuàng)新性和推廣意義。以上系統(tǒng)模型是基于京唐球團(tuán)投產(chǎn)近10年來經(jīng)驗(yàn)的結(jié)晶和總結(jié)，是對現(xiàn)有主體智能控制系統(tǒng)的完善與補(bǔ)充，作為國內(nèi)第一條新建帶式焙燒機(jī)，此次智能改造實(shí)施也進(jìn)一步提升了它的整體技術(shù)水平和行業(yè)領(lǐng)先地位。

　　智能系統(tǒng)全面投入運(yùn)行以來，設(shè)備運(yùn)行可靠，模型準(zhǔn)確度高，提高了質(zhì)量控制和過程控制的精確性和穩(wěn)定性，提高了工作效率，降低了工人的勞動強(qiáng)度，達(dá)到了預(yù)期目的和效果。

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