[發(fā)明專利]冶金燒結配料過程的智能優(yōu)化控制裝置及其控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910077921.0
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109814506A
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發(fā)明（設計）人: 白銳;胡建強
• 申請（專利權）人: 遼寧工業(yè)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

本發(fā)明提供一種冶金燒結配料過程智能優(yōu)化控制裝置及其控制方法。冶金燒結配料過程的優(yōu)化控制方法包括優(yōu)化設定層和回路控制層。優(yōu)化設定層根據(jù)燒結礦各原料的化學成分，以燒結礦成品的鐵品位、堿度等質量指標為約束條件，以成本為優(yōu)化目標，建立冶金燒結配料的優(yōu)化數(shù)學模型，并求解獲得各原料的優(yōu)化設定值；回路控制層是應用PID控制方法，控制燒結配料生產的流量實際值達到流量設定值。應用S7?300 PLC和相關硬件設備以及STEP7和WinCC等相關軟件，通過工控Profibus網(wǎng)絡進行連接，開發(fā)了冶金燒結配料過程的優(yōu)化控制裝置。優(yōu)點：建立燒結配料過程的優(yōu)化模型并求解，實現(xiàn)了在滿足產品質量的同時保證成本最低；控制裝置具有完善的功能，包括優(yōu)化計算、回路控制、監(jiān)控功能。

技術領域

本發(fā)明設計了冶金燒結配料過程的智能優(yōu)化控制裝置及其控制方法，屬于工業(yè)自動化領域。

背景技術

燒結工序是冶金煉鐵至關重要的一個環(huán)節(jié)，為高爐冶煉提供原料，冶煉原料即燒結礦的質量優(yōu)劣直接影響著鋼鐵的產量和質量，而影響燒結礦質量的因素除了燒結機的爐溫等因素，最為重要的就是原料進行燒結前配料過程，即將不同品位的鐵礦粉、溶劑、催化劑和燃料等原料按照一定比例進行混合，即為冶金燒結配料過程。本發(fā)明以最低成本為優(yōu)化目標函數(shù)，以混合礦質量指標要求為約束條件建立數(shù)學計算模型，并應用遺傳優(yōu)化算法對數(shù)學模型進行尋優(yōu)求解，并設計了能夠實現(xiàn)上述優(yōu)化控制方法的控制裝置。

發(fā)明內容

本發(fā)明的冶金燒結配料優(yōu)化控制控制方法采用雙層結構，包括優(yōu)化設定層和回路控制層。優(yōu)化設定層利用遺傳算法進行求解，求出原料最優(yōu)配比，得出配料系統(tǒng)的原料設定值，回路控制層接收原料設定值后通過PLC控制系統(tǒng)的PI控制器對流量進行調節(jié)，最終輸出原料的實際流量，并將流量實際值反饋給PI控制器，形成控制回路。PLC控制系統(tǒng)對配料控制回路進行邏輯控制和連續(xù)控制，邏輯控制有各個原料的料位檢測以及皮帶秤等設備的啟停和報警，連續(xù)控制是對皮帶秤電機通過PI控制器進行轉速控制，最終達到原料實際流量的穩(wěn)定和跟蹤流量設定值。

本發(fā)明的技術方案如下：

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

所述優(yōu)化設定層包括優(yōu)化模塊和調整模塊，所述優(yōu)化模塊根據(jù)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(shù)學優(yōu)化模型，模型的最優(yōu)值為原料成本的最低價，最優(yōu)解為各原料的配比方案，將最佳配比方案經(jīng)過調整模塊的計算，靈活地調節(jié)流量的設定值，將經(jīng)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(jié)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(jiān)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(yōu)化設定層、回路控制層進行多方面的監(jiān)視與控制的工業(yè)系統(tǒng)，包括流量參數(shù)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(tài)、各皮帶秤的流量實時監(jiān)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(yōu)化控制裝置的控制方法為：

步驟一、優(yōu)化設定層中冶金燒結配料的優(yōu)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(yōu)化模型中的優(yōu)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：