[发明专利]冶金烧结配料过程的智能优化控制装置及其控制方法

说明书

本发明提供一种冶金烧结配料过程智能优化控制装置及其控制方法。冶金烧结配料过程的优化控制方法包括优化设定层和回路控制层。优化设定层根据烧结矿各原料的化学成分，以烧结矿成品的铁品位、碱度等质量指标为约束条件，以成本为优化目标，建立冶金烧结配料的优化数学模型，并求解获得各原料的优化设定值；回路控制层是应用PID控制方法，控制烧结配料生产的流量实际值达到流量设定值。应用S7‑300 PLC和相关硬件设备以及STEP7和WinCC等相关软件，通过工控Profibus网络进行连接，开发了冶金烧结配料过程的优化控制装置。优点：建立烧结配料过程的优化模型并求解，实现了在满足产品质量的同时保证成本最低；控制装置具有完善的功能，包括优化计算、回路控制、监控功能。

技术领域

本发明设计了冶金烧结配料过程的智能优化控制装置及其控制方法，属于工业自动化领域。

背景技术

烧结工序是冶金炼铁至关重要的一个环节，为高炉冶炼提供原料，冶炼原料即烧结矿的质量优劣直接影响着钢铁的产量和质量，而影响烧结矿质量的因素除了烧结机的炉温等因素，最为重要的就是原料进行烧结前配料过程，即将不同品位的铁矿粉、溶剂、催化剂和燃料等原料按照一定比例进行混合，即为冶金烧结配料过程。本发明以最低成本为优化目标函数，以混合矿质量指标要求为约束条件建立数学计算模型，并应用遗传优化算法对数学模型进行寻优求解，并设计了能够实现上述优化控制方法的控制装置。

发明内容

本发明的冶金烧结配料优化控制控制方法采用双层结构，包括优化设定层和回路控制层。优化设定层利用遗传算法进行求解，求出原料最优配比，得出配料系统的原料设定值，回路控制层接收原料设定值后通过PLC控制系统的PI控制器对流量进行调节，最终输出原料的实际流量，并将流量实际值反馈给PI控制器，形成控制回路。PLC控制系统对配料控制回路进行逻辑控制和连续控制，逻辑控制有各个原料的料位检测以及皮带秤等设备的启停和报警，连续控制是对皮带秤电机通过PI控制器进行转速控制，最终达到原料实际流量的稳定和跟踪流量设定值。

本发明的技术方案如下：

冶金烧结配料过程的智能优化控制装置及其控制方法，包括优化设定层、回路控制层和监控画面，所述优化设定层将八种原料的流量设定参数传送给回路控制层，进行实际生产运行，回路控制层将优化设定层传送过来的流量设定参数反馈给监控画面，实现烧结配料生产的自动化控制；

所述优化设定层包括优化模块和调整模块，所述优化模块根据冶金烧结配料的各原料的价格和成分，以烧结矿的质量指标为约束条件，建立数学优化模型，模型的最优值为原料成本的最低价，最优解为各原料的配比方案，将最佳配比方案经过调整模块的计算，灵活地调节流量的设定值，将经过调整模块计算的最佳配比方案的流量设定值传送给回路控制层的PLC控制器，PLC控制器调节变频器的频率，从而控制皮带秤电机的转速，并形成控制回路，使原料流量的实际值跟踪设定值；监控画面是以计算机为硬件基础设计成的对冶金烧结配料优化设定层、回路控制层进行多方面的监视与控制的工业系统，包括流量参数的显示与设定、各原料的仓储料位显示与报警、皮带秤启停与运行状态、各皮带秤的流量实时监视、原料流量趋势图、设备故障告警等；

冶金烧结配料过程的智能优化控制装置的控制方法为：

步骤一、优化设定层中冶金烧结配料的优化模块及求解算法

冶金烧结配料是将铁矿粉、燃料、溶剂、返矿等按照预设比例混合，生产出满足质量指标要求的混合料，并运送到烧结机中进行高温烧结，生成烧结矿；冶金烧结配料的参考指标有铁品位(TFe)、碱度(R)、氧化钙含量(CaO％)、氧化镁含量(MgO％)、二氧化硅含量(SiO₂％)、氧化铝含量(Al₂O₃％)、杂质硫含量(S％)等；优化模型中的优化目标f(x)为原料价格的最小值；

模型中各质量指标的计算公式：