[發明專利]冶金燒結配料過程的智能優化控制裝置及其控制方法

在審

• 申請號: 201910077921.0
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109814506A
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 白銳;胡建強
• 申請（專利權）人: 遼寧工業大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 沈陽之華益專利事務所有限公司 21218
• 代理人: 程曉旭

1.冶金燒結配料過程的智能優化控制裝置及其控制方法，包括優化設定層、回路控制層和監控畫面，其特征在于：所述優化設定層將八種原料的流量設定參數傳送給回路控制層，進行實際生產運行，回路控制層將優化設定層傳送過來的流量設定參數反饋給監控畫面，實現燒結配料生產的自動化控制；

所述優化設定層包括優化模塊和調整模塊，所述優化模塊根據冶金燒結配料的各原料的價格和成分，以燒結礦的質量指標為約束條件，建立數學優化模型，模型的最優值為原料成本的最低價，最優解為各原料的配比方案，將最佳配比方案經過調整模塊的計算，靈活地調節流量的設定值，將經過調整模塊計算的最佳配比方案的流量設定值傳送給回路控制層的PLC控制器，PLC控制器調節變頻器的頻率，從而控制皮帶秤電機的轉速，并形成控制回路，使原料流量的實際值跟蹤設定值；監控畫面是以計算機為硬件基礎設計成的對冶金燒結配料優化設定層、回路控制層進行多方面的監視與控制的工業系統，包括流量參數的顯示與設定、各原料的倉儲料位顯示與報警、皮帶秤啟停與運行狀態、各皮帶秤的流量實時監視、原料流量趨勢圖、設備故障告警等；

冶金燒結配料過程的智能優化控制裝置的控制方法為：

步驟一、優化設定層中冶金燒結配料的優化模塊及求解算法

冶金燒結配料是將鐵礦粉、燃料、溶劑、返礦等按照預設比例混合，生產出滿足質量指標要求的混合料，并運送到燒結機中進行高溫燒結，生成燒結礦；冶金燒結配料的參考指標有鐵品位(TFe)、堿度(R)、氧化鈣含量(CaO％)、氧化鎂含量(MgO％)、二氧化硅含量(SiO₂％)、氧化鋁含量(Al₂O₃％)、雜質硫含量(S％)等；優化模型中的優化目標f(x)為原料價格的最小值；

模型中各質量指標的計算公式：

其中，TFe_x％、CaO_x％、MgO_x％、SiO_2x％、Al₂O_3x％、S_x％、R_x分別為燒結礦中計算所得的鐵品位、氧化鈣含量、氧化鎂含量、二氧化硅含量、氧化鋁含量、雜質硫含量、堿度；i為原料品種數，本發明中i設為8；x_i為各原料在燒結礦中所占質量百分比；TFe_i％、CaO_i％、MgO_i％、SiO_2i％、Al₂O_3i％、S_i％分別為各原料的鐵品位、氧化鈣含量、氧化鎂含量、二氧化硅含量、氧化鋁含量、雜質硫含量指標；

優化目標函數為：

minf(x)＝∑C_i×x_i (2)

其中，minf(x)為目標函數值，即總原料成本的最小值；i為原料品種數，本發明中i設為8；C_i為各原料的價格，單位是人民幣；x為各原料在燒結礦中所占質量百分比；

約束條件為：

其中，TFe_min、CaO_min、MgO_min、SiO_2min、Al₂O_3min、R_min分別為模型中鐵品位、氧化鈣含量、氧化鎂含量、二氧化硅含量、氧化鋁含量、堿度等計算值的下限值，即燒結礦的各個質量指標的下限值；TFe_max、CaO_max、MgO_max、SiO_2max、Al₂O_3max、S_max、R_max分別為模型中鐵品位、氧化鈣含量、氧化鎂含量、二氧化硅含量、氧化鋁含量、雜質硫含量、堿度等計算值的上限值，即燒結礦的各個質量指標的上限值；因為在燒結配料的實際生產中，混合料進行高溫燒結會有燒損，所以考慮到燒損等情況，參與配比的原料總量必須大于等于燒結礦的總產量，即∑(1-w_i)x_i≥Q，x_i為燒結礦中各原料的質量百分比，w_i為各原料的燒損百分比，Q為所生產的燒結礦的總量；

聯合式(2)-(3)可得優化模型(4)，

采用遺傳算法對該優化模型進行求解；

步驟二、回路控制層的控制過程

上述的優化設定層計算出燒結配料最優化配比方案的流量設定值，回路控制層在實際生產中通過控制方法和生產設備對底層流量回路進行監測與控制，使流量的實際值達到流量設定值，使流量實際值與設定值之間的誤差在理想范圍內；

底層原料流量回路控制層的硬件設備主要包括PLC控制器、變頻器、皮帶秤電機以及流量檢測設備，控制算法是PID控制方法，具體步驟為：

步驟(1)：冶金燒結配料流量PID控制方法的輸入是流量設定值和流量實際值的偏差，輸出為所連接控制的變頻器的頻率的變化，在步驟(1)，輸入流量偏差值的大小；

步驟(2)：通過比例-積分-微分計算后，得出變頻器調節頻率的大小；

步驟(3)：通過調節頻率，對皮帶秤電機的轉速進行控制，不斷地減小流量實際值與設定值的偏差，從而使流量的實際值與設定值基本相等，并保證流量的穩定輸出。