[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

摘要

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。

主权项

1.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，其特征在于：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：其中，TFe_x％、CaO_x％、MgO_x％、SiO_2x％、Al₂O_3x％、S_x％、R_x分别为烧结矿中计算所得的铁品位、氧化钙含量、氧化镁含量、二氧化硅含量、氧化铝含量、杂质硫含量、碱度；i为原料品种数，本发明中i设为8；x_i为各原料在烧结矿中所占质量百分比；TFe_i％、CaO_i％、MgO_i％、SiO_2i％、Al₂O_3i％、S_i％分别为各原料的铁品位、氧化钙含量、氧化镁含量、二氧化硅含量、氧化铝含量、杂质硫含量指标；优化目标函数为：minf(x)＝∑C_i×x_i                   (2)其中，minf(x)为目标函数值，即总原料成本的最小值；i为原料品种数，本发明中i设为8；C_i为各原料的价格，单位是人民币；x为各原料在烧结矿中所占质量百分比；约束条件为：其中，TFe_min、CaO_min、MgO_min、SiO_2min、Al₂O_3min、R_min分别为模型中铁品位、氧化钙含量、氧化镁含量、二氧化硅含量、氧化铝含量、碱度等计算值的下限值，即烧结矿的各个质量指标的下限值；TFe_max、CaO_max、MgO_max、SiO_2max、Al₂O_3max、S_max、R_max分别为模型中铁品位、氧化钙含量、氧化镁含量、二氧化硅含量、氧化铝含量、杂质硫含量、碱度等计算值的上限值，即烧结矿的各个质量指标的上限值；因为在烧结配料的实际生产中，混合料进行高温烧结会有烧损，所以考虑到烧损等情况，参与配比的原料总量必须大于等于烧结矿的总产量，即∑(1‑w_i)x_i≥Q，x_i为烧结矿中各原料的质量百分比，w_i为各原料的烧损百分比，Q为所生产的烧结矿的总量；联合式(2)‑(3)可得优化模型(4)，采用遗传算法对该优化模型进行求解；步骤二、回路控制层的控制过程上述的优化设定层计算出烧结配料最优化配比方案的流量设定值，回路控制层在实际生产中通过控制方法和生产设备对底层流量回路进行监测与控制，使流量的实际值达到流量设定值，使流量实际值与设定值之间的误差在理想范围内；底层原料流量回路控制层的硬件设备主要包括PLC控制器、变频器、皮带秤电机以及流量检测设备，控制算法是PID控制方法，具体步骤为：步骤(1)：冶金烧结配料流量PID控制方法的输入是流量设定值和流量实际值的偏差，输出为所连接控制的变频器的频率的变化，在步骤(1)，输入流量偏差值的大小；步骤(2)：通过比例‑积分‑微分计算后，得出变频器调节频率的大小；步骤(3)：通过调节频率，对皮带秤电机的转速进行控制，不断地减小流量实际值与设定值的偏差，从而使流量的实际值与设定值基本相等，并保证流量的稳定输出。