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知識(shí)

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

作者:騰達(dá)源小編  文章來源:taaxgd.cn 人氣: 發(fā)表時(shí)間:2020-12-28 17:14

  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(dòng)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(jí)[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(dòng),推進(jìn)智能制造,為企業(yè)的生存與發(fā)展尋找內(nèi)生動(dòng)力,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)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(jí)改造,球團(tuán)二級(jí)智能系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

  

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  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(jí)網(wǎng)和二級(jí)網(wǎng);服務(wù)器、客戶機(jī)、工程師站采用一級(jí)網(wǎng)與服務(wù)器通訊;二級(jí)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(jí)和MES網(wǎng)絡(luò)通暢。

  一級(jí)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(jí)調(diào)試不少于2個(gè);

  二級(jí)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(jí)系統(tǒng)為核心進(jìn)行開發(fā),二級(jí)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(chǔ)功能。

  L2級(jí)過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng),是基于基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)之上的自動(dòng)控制系統(tǒng),主要功能是獲取L1級(jí)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(chǔ)等。L2級(jí)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(jí)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。

  

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  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(duì)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(tái)操控和后臺(tái)模型計(jì)算兩部分。

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

  后臺(tái)模型計(jì)算:完成模型計(jì)算,自動(dòng)下發(fā)配比。

  (a)模型輸入

  模型輸入項(xiàng)如表1所示。

  

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  (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:

  

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  后臺(tái)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

  

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  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。

  

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  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%。

  

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  3.2 智能造球模型

  本模型主要用于實(shí)現(xiàn)單臺(tái)造球機(jī)的智能閉環(huán)控制和多臺(tái)造球機(jī)的料量聯(lián)動(dòng)閉環(huán)控制,是智能球團(tuán)的重點(diǎn)和難點(diǎn),現(xiàn)以單臺(tái)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(shí)別技術(shù)對(duì)所拍圖像粒度識(shí)別,判斷出不同粒級(jí)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(duì)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(tái)造球機(jī)料量聯(lián)動(dòng)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(duì)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。

  

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  (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(dòng)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(dòng),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(dòng)造球,在大幅降低工人勞動(dòng)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。

  

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  3.3 原料水分智能控制模型

  自動(dòng)打水功能主要是實(shí)現(xiàn)混合機(jī)物料的自動(dòng)加水功能。主要包括水分偏差自動(dòng)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。

  

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  3.4 水分偏差自動(dòng)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(dòng)調(diào)節(jié)水量的大小。控制參數(shù)如下:

  

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

  該功能按周期執(zhí)行(對(duì)應(yīng)參數(shù),自動(dòng)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(jí),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(dòng)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(tái)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(jí),并根據(jù)預(yù)設(shè)等級(jí)對(duì)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。

  

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  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(duì)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(dòng)強(qiáng)度,達(dá)到了預(yù)期目的和效果。

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