烧结自动化交流

烧结工程自动化控制系统 转炉工程自动化控制系统
（1）芬兰罗德洛基厂的烧结过程智能控制管理系统SPMS： 芬兰罗德洛基厂的烧结过程智能控制管理系统SPMS SPMS：
该系统包括过程自动化和基础自动化的两级计算机控制系统，并 可与上位管理自动化系统相连组成三级自动化系统。它集当前先进 的计算机技术、网络通信技术、数据库应用开发、过程控制及模糊 逻辑的智能控制于一体，实现了以优化生产过程，设定点控制为目 的的实时过程数据处理及过程模拟计算、生产报表管理及长短期历 史趋势查询等功能。控制模型主要包括混合料量控制，混合料水分 控制，烧结机布料控制，烧透点位置控制及烧透偏差控制等。基础 自动化根据烧结过程原料加入情况和实时检测数据，分别建立各单 品种物料矢量(如:匀矿，煤等)，及混合料总量、干量、水分等多 个矢量表，用来动态模拟烧结过程各个阶段的料流和水分变化情况。 在烧结混合料料量控制模型，燃料比例控制模型，烧结混合布料控 制模型，烧结混合料水分控制模型中，根据各检测点相关的矢量数 据和配比动态调整各点切出量和水的加入量，同时也控制点火温度 和料层厚度。
烧结工程自动化控制系统
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烧结程自动化控制系统
列出了2000 2000年以后建设的几个烧结厂的自动 表1列出了2000年以后建设的几个烧结厂的自动 化系统， 化系统，可以认为代表了我国烧结自动化的现状 从表中看出有三类型，即只有基础自动化的、 ，从表中看出有三类型，即只有基础自动化的、 具有基础自动化和过程自动化但L 具有基础自动化和过程自动化但L2级功能较弱的 和具有基础自动化和过程自动化且L 、和具有基础自动化和过程自动化且L2级功能包 括多个数学模型的功能强大的系统( 括多个数学模型的功能强大的系统 ( 大都是引进 这不决定与机组大小和需要， 的 ) 。 这不决定与机组大小和需要 ， 而决定于资 金情况，但是应该指出， 金情况，但是应该指出，第三类系统是必然的趋 势与方向， 有许多厂已陆续增设数学模型( 势与方向 ， 有许多厂已陆续增设数学模型 ( 如承 钢等增设成本最低的配料模型等) 钢等增设成本最低的配料模型等 ) ， 特别是关系 到产品质量和经济效益的数学模型。 到产品质量和经济效益的数学模型。
烧结工程自动化控制系统
SPMS基础自动化级的“模型”实质上是一些简单的计算，与国内现行相当的 控制系统(大都源于宝钢从日本引进的烧结自动化系统)相差无几，例如烧结混 合料量控制模型是根据混合料仓槽位的变化情况，使用移动平均技术自动调整 二混后缓冲仓圆辊转速，再根据缓冲仓槽位的变化情况，调整配料室混匀矿的 总配料量，并通过配比计算动态调整混合料中精矿、燃料和熔剂切出量。烧结 混合料中的水分控制模型，其烧结混合料基本的水分控制是基于物料平衡汁算， 模型通过原料的湿重和原始水分化验数来计算从配料室到混合料槽之间各切除 点的干料量和水量，通过一、二混目标水分率计算出一、二混需要补水量，并 根据水分修正系数权重动态Fra Baidu bibliotek制混合料料量发生波动时给水分控制带来的波动， 同时可解决水分检测过程中的纯滞后问题。燃料比率控制模型用于在线控制烧 结混合料中的燃料量，并考虑返矿消耗的燃料，用矢量表进行物料跟踪，通过 对燃料总切除量的偏差进行控制，当生产过程中混匀矿和返矿的切除量发生波 动时，模型可以通过配比计算动态调整燃料的切出量，确保烧结混合料中的燃 料比率保持恒定。烧结混合料布料控制模型用于在线控制烧结混合料槽的下料 量，确保烧结机台车上的布料量保持恒定，与国内烧结机层厚控制原理大致相 同，使用6个(其个数可视烧结机的宽度、横向小闸门个数而适当修改)平行分布 的超声波料位计对料层厚度进行实时检测，在主闸门位置合适的情况下，通过 料层厚度变化情况控制圆辊给料机转速，使台车上的混合料料量保持稳定。并 通过调整6个小闸门的开度使烧结机台车横向料面保持水平。
铁厂烧结系统
自动化控制系统
《烧结自动化》交流提纲 烧结自动化》
一、烧结自动化的现状、展望和对策 烧结自动化的现状、 1 烧结自动化的回顾与现状 1.1 国内烧结自动化的现状 1.2 国外烧结自动化的现状 （1）概述 （2）芬兰罗德洛基厂的烧结过程智能控制管理系统SPMS （3）奥钢联的Vairon烧结优化系统。 2 趋势与展望 2.1 概述 2.2 质量直接检测闭环控制 （1）鹿岛厂的稳定成品烧结矿质量的控制系统 （2）鹿岛厂的烧结矿成份控制系统。 2.3 烧结过程可视化 3 问题和对策 二、成品烧结矿质量预测 1 化学成分预测（工艺模型） 2 物理特性预测 专家系统的构成、关键问题和实现方法与演示。 三、专家系统的构成、关键问题和实现方法与演示。 目标函数优化的构成和实现方法简介与演示。 四、目标函数优化的构成和实现方法简介与演示。 问题讨论。 五、问题讨论。
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一、烧结自动化的现状、展望和对策 烧结自动化的现状、 1 烧结自动化的回顾与现状 1.1 国内烧结自动化的现状 我国烧结自动化始于二次世界大战以后，当时只有鞍钢有现代的DL烧结机 (当时国内最大的炼铁厂——北京石景山钢铁厂，即首钢的前身，也只有人工操 作的烧结锅)，其自动化只有一些检测仪表及油压式煤气压力调节器，真正有意 义的烧结自动化始于解放后第一个五年计划，鞍钢建设当时国内最大的75m2DL 烧结机，全套从前苏联引进，自动化系统与当时世界先进烧结自动化大致相同， 即包括工艺过程及设备顺序控制及逻辑控制，配料、混合料水份、点火炉燃烧 等自动控制以及数据检测和记录等，其功能与现在的烧结自动化的基础自动化 类似，只是由电气硬线逻辑、模拟仪表来实现。这种系统延续到上世纪80年代 (其间也作过一些研发工作，如开发透气性检测仪表、烧结终点控制等)，直到 1985年9月宝钢从日本引进的400 m2烧结机才开始使用电子计算机和包括L1及L2 的两级自动化系统，但电子计算机功能较弱，没有复杂的工艺控制数学模型， 仅作为监控和作一般模拟仪表难以实现的控制，如带有计算的点火炉燃烧的点 火强度控制、混合料水份控制等。以后才陆续研发一些数学模型(如成本最低的 配料模型等)和人工智能系统(主要是模糊控制系统)[1]，但主要还是引进国外烧 结自动化技术。
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1）工艺信息管理系统。它由具有以下功能的模块组成：① 与接收和传 工艺信息管理系统。它由具有以下功能的模块组成：① 输数据的外部系统接口的模块；② 归档烧结厂数据， 输数据的外部系统接口的模块；② 归档烧结厂数据，在不同报告中用文字 陈列数据的模块；③ 在各人机界面以图形方式(在线和离线) 陈列数据的模块；③ 在各人机界面以图形方式(在线和离线)展示数据的模 块。 工艺信息管理系统的首要任务是从不同的来源收集所有相关的数据。 工艺信息管理系统的首要任务是从不同的来源收集所有相关的数据。数 据的最主要来源是烧结厂的一级自动化系统。 据的最主要来源是烧结厂的一级自动化系统。原料数据和产品的成分来自 于实验室，其他数据则来自人工输入和模型运算结果。 于实验室，其他数据则来自人工输入和模型运算结果。所有数据部保存在 数据库中作为长期数据评估，可以根据需要调用进行分析。 数据库中作为长期数据评估，可以根据需要调用进行分析。其另一个任务 是以最有效的方式( 如图形而不是文字) 将数据提供给操作人员， 包括：① 是以最有效的方式 ( 如图形而不是文字 ) 将数据提供给操作人员 ， 包括： ① 试验室浏览器(了解原料和产品成分) 试验室浏览器(了解原料和产品成分)；② 参数显示(各工艺参数时系列数据 参数显示( 、趋势曲线等)；③ 信息显示(重要的过程数据，如复合计算、模型运算结 趋势曲线等) 信息显示(重要的过程数据，如复合计算、 果和操作指导等) 果和操作指导等)；④ 工厂观测(如工艺流程图及其重要数据)。这些都使操 工厂观测(如工艺流程图及其重要数据) 作人员得以迅速而有效地浏览重要的工艺参数， 作人员得以迅速而有效地浏览重要的工艺参数，并可直接同二级自动化系 统连接，使用户能够开发其他工具或分析数据。 统连接，使用户能够开发其他工具或分析数据。自动化系统中所有模型计 算的功能都可以直接读取并用于迸一步的计算。数据均自动更新。 算的功能都可以直接读取并用于迸一步的计算。数据均自动更新。 大多数显示画面既能够显示连续变化的在线数据也可以显示数据库中存 储的离线数据。报表功能可按用户的要求自动给出常规报告(日报、 储的离线数据。报表功能可按用户的要求自动给出常规报告(日报、班次报 告、原料报告等)。 原料报告等)
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1.2 国外烧结自动化的现状
国外烧结自动化也是始于二次世界大战以后，开始主要是热管理，接着是自动控 制，70年代以后，当电子计算机用于高炉、转炉、轧机后，证明其工业控制的可用 性，于是烧结也开始使用电子计算机(其中以日本最为领先)，但开始只是用于监控 和模拟仪表难以实现的控制，以后随着PLC及DCS的发展并取代了电气硬线逻辑系 统和模拟仪表，使这些控制可下放到以微机为核心的PLC或DCS执行，而过程计算 机则执行更复杂的数学模型运算。此外，由于生产的强化，特别是质量、成本有更 高的要求和激烈的市场竞争，于是发展工艺数学模型作为预测、操作指导与闭环控 制。其中有代表性的是日本五大钢铁公司开发的数学模型和人工智能控制系统；前 者如日本川崎制铁千叶厂的烧结OGS操作指导系统(它关注4个方面：过程判断、生 产量和质量判断、透气性判断、判断对过程会招致损坏设备和成品质量恶化而应采 取的紧急措施的动作量)、日本钢铁公司(新日铁)的烧结操作预测系统(SOFS)、日本 钢管公司的烧结料层温度状况控制系统等；后者有各种目的的人工智能控制系统， 如日本川崎制铁水岛厂的烧结作业管理专家系统、横向均匀烧成模糊控制系统、新 日铁的烧结作业专家系统、日本钢管公司福山厂的返矿配比模糊控制系统等；奥钢 联和芬兰罗德洛基厂更研制成套的烧结自动化系统，且除了作为本公司使用外，使 成套烧结自动化系统商品化和销售到多个国家。 国外烧结自动化系统大都是带有管理自动化的三级计算机控制系统，是整个钢铁 公司CIMS的一部分。
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（2）奥钢联的Vairon烧结优化系统。 奥钢联的Vairon烧结优化系统。 Vairon烧结优化系统
它是烧结自动化的L 级系统，其总体思想是：由于烧结工艺和反应动力学相当 它是烧结自动化的L2级系统，其总体思想是：由于烧结工艺和反应动力学相当 复杂，要不断降低操作成本和优化产品质量在烧结厂很难达到， 复杂，要不断降低操作成本和优化产品质量在烧结厂很难达到，故利用数学模型 和人工智能手段来预测设定值的变化对生产率和烧结质量等的影响， 和人工智能手段来预测设定值的变化对生产率和烧结质量等的影响，并把这些工 具集成为完整的控制系统，就能够对烧结工艺进行优化。 具集成为完整的控制系统，就能够对烧结工艺进行优化。 奥钢联的烧结优化系统包括1套工艺信息系统和一系列在线工艺模型。 奥钢联的烧结优化系统包括1套工艺信息系统和一系列在线工艺模型。这 些摸型可以分为生产率控制和烧结质量控制模型。后者又包括原料配比摸型、 些摸型可以分为生产率控制和烧结质量控制模型。后者又包括原料配比摸型、返 矿焦碳控制模型、返矿控制模型和碱度控制模型。 矿焦碳控制模型、返矿控制模型和碱度控制模型。 烧结优化系统(L2级系统) 是如下图所示，主要由3部分组成。 烧结优化系统(L2级系统) 是如下图所示，主要由3部分组成。
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试验室浏览器
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参数显示画面： 参数显示画面：
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信息显示画面： 信息显示画面：
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工厂观测 ：
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2）工艺模型。有两种执行方式并可任意选择：① 操作指导模式(开环，模型只对 操作人员给出建议、最终决定取决于操作人员；② 闭环控制模式(无人为介入，此时模 型先计算出设定值，然后执行计算结果)。闭环控制设定值为：生料流量、原料配比、添 加水和烧结机速度。 工艺模型包括： A．生产率控制模型。影响生产率控制的主要参数见图2。由于烧结机速度不能理想 地由标准PID算法调节，一般都会有波动，导致运行不稳定。烧结工艺控制的重要目的之 一是使原料在到达烧结饥末端时完全烧结(返回粉料量最少和烧透点尽可能接近烧结机末 端)以达到最高生产率。如果烧结料在到达烧结机末端时未被烧透，则降低烧结机速度就 是符合逻辑的控制行为。但降低烧结机速度又会造成原料在烧结机前端的停留时间过长 ，这部分烧结料在到达末端之前就会被烧透，反过来又要求加快烧结机速度。而速度加 快又会造成烧透点太靠近烧结机末端。这种效应就是众所周知的烧透点振动。如果采用 传统的自动化方案，就要对相应的烧结机速度控制行为进行某些修改，以减少这一振动 现象。而采用奥钢联的工艺模型，可以根据烧结带上各个部分的烧透点预测值的汇总资 料直接计算出最佳的烧结机速度。如下所述，测量点火炉中气体流量而得到原料透气性 是计算烧结机速度的一个重要模型参数。 通过烧结机的气体流量是原料透气性的函数。由于总烧结时间取决于总的气体流量， 显然透气性高将缩短烧透时间。而且，如果通过某一段的气体流量较高，则通过烧结带 上其他区域原料的流量会相应有所降低。考虑到这一点，就能够以透气性为基础对烧结 工艺进行模拟，进而改善对烧结工艺的控制以达到更高生产率。