[发明专利]铝酸钠溶液连续碳酸化分解过程智能控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及专家控制与预测控制策略相结合的智能控制系统。

背景技术

在烧结法生产氧化铝中，从脱硅精液中析出氢氧化铝是采用向其中通入CO₂气体的方法，即铝酸钠溶液连续碳酸化分解的方法。它包括CO₂为铝酸钠溶液吸收以及两者间的化学反应和氢氧化铝的结晶析出等过程。

上游工序的脱硅精液进入高位槽，从高位槽底部自压进入1^#分解槽，提料风依次将料提入后槽。前面各槽根据分解率要求通入一定量CO₂气进行分解，末槽作为出料槽，检测合格后经过滤得到氢氧化铝产品。氢氧化铝产品的纯度、颗粒大小和其它物理特性，直接影响到氧化铝的产品质量。

由工艺过程可知，分解生产过程是一个气、液、固三相参加的复杂多相反应；由于受上、下游工序生产情况以及CO₂、提料风等工艺参数波动的影响，工况极不稳定；脱硅精液经高位槽进入首槽，最后从末槽出料，分解周期长、且各槽相互影响；由于料浆易结疤，强腐蚀性，分解过程的很多工艺参数无法在线实时准确检测，只能采用离线检测的方法。因此，分解生产过程具有长流程、大惯性、信息获取滞后、受外界波动影响大等特点，难以建立精确的数学模型，传统控制方法难以奏效。

分解过程中，分解率是工艺控制的主要目标。实际生产中，提料风一般情况下不做调节，以免打破系统的自平衡；前三槽需要大量的CO₂气体，一般将阀门置于全开状态，让其充分分解；末槽为防止大量的SiO₂析出影响产品质量，要适当控制分解率，一般不通CO₂气体。因此只有进料量和4^#、5^#槽CO₂通气量可供调节。进料量阀门调节是为了保证前三槽分解率梯度合理，并避免高位槽液位波动带来的进料量波动，5^#槽CO₂阀门调节是保证末槽分解率合格的关键，4^#槽阀门调节是在料浆成分值波动较大时才启用。因此要得到较高的分解率应该以首槽进料阀门和4^#、5^#槽CO₂通气阀门为控制对象，实现合理的分解梯度和合格的末槽分解率。

发明内容

为了提高铝酸钠溶液连续碳酸化分解的分解率，本发明将专家控制与预测控制策略相结合设计了铝酸钠溶液连续碳酸分解过程智能控制系统。

本发明将系统划分为专家控制器、模型预测控制器。在专家控制器中，信息获取与处理单元获取各槽的料浆成分信息及过程参数信息，由工艺工程师、仪表工程师和熟练操作人员的经验知识形成的知识库，经专家知识推理得出控制决策，即各个阀门开度的控制输出量，包括进料量阀门、4^#槽和5^#槽CO₂通气量阀门。模型预测控制器基于“预测模型-滚动优化-反馈校正”的思想，其在有滞后环节的工业过程控制中体现了良好的性能，抗干扰性和鲁棒性特点。以神经网络良好的函数逼近能力，建立预测模型，采用一步超前预测控制算法，用简单的迭代即可获得控制量，实现对专家控制器5^#槽CO₂阀门开度输出值的智能补偿。

本发明系统稳定优化地运行，分解率合格率提高了4％，平均分解率提高了0.95％。

附图说明

图1本发明铝酸钠溶液连续碳酸分解过程控制回路图；

图2分解过程专家控制器结构图；

图3推理流程图；

图4本发明二自由度专家控制方框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

(1)专家控制器设计

如图2所示，专家控制器主要由信息获取与处理单元、数据库、知识库、推理机、综合信息处理模块、解释机制模块、知识获取模块及学习与自适应模块等组成，其设计主要有知识库设计和推理过程设计两部分组成，分别说明如下：

步骤1：知识库设计

知识库是专家控制器的核心，是根据现场操作工人和工程技术人员的经验加以分析、归纳和总结得到的。由于产生式方法表现形式直观，有利于知识的提取和形式化，问题求解符合人们的认识过程，因此这里也采用产生式规则表示分解生产过程知识。