nm500耐磨钢板商家分享：首钢京唐球团智能过程控制技术开发与应用

　　nm500耐磨钢板商家分享：首钢京唐球团智能过程控制技术开发与应用

　　近年来，我国的制造业尤其是传统制造业面临着巨大的生存压力，劳动力成本迅速攀升、产能过剩、竞争激烈等因素，迫使制造业进行转型升级[1]。随着市场的剧烈变化，作为传统制造业典型代表的钢铁企业同样面临着调结构、去产能、提质量、降成本等一系列问题。在当前情况下，钢铁企业应该按照《中国制造2025》规划的方向，努力实现创新驱动，推进智能制造，为企业的生存与发展寻找内生动力，实现转型升级的新突破[2]。2016年首钢提出要完善“制造+服务”能力，重点聚焦智能制造。在此背景下，首钢京唐球团生产线着力进行了智能过程控制技术的开发和应用，本文就该技术的开发和应用情况进行简要介绍，鉴于球团主体设备焙烧机已经实现智能控制，此次改造以配料、造球等附线工艺为主。

　　2 硬件网络结构设计

　　本次升级改造，球团二级智能系统硬件网络结构图如图1。

　　网络采用基于TCP/IP协议以太网。服务器采用双网卡，分别接入一级网和二级网;服务器、客户机、工程师站采用一级网与服务器通讯;二级网采用防火墙软件配置方式和MES进行接口通讯;与MES接口需要的硬件防火墙由用户提供配置，用户保证球团二级和MES网络通畅。

　　一级网络：服务器接入点不少于4个(2个备用);客户端接入点不少于2个(1个备用);工程师站接入点不少于2个，现场二级调试不少于2个;

　　二级网络：按需要进行访问设置。

　　3 智能过程控制技术开发与应用

　　在架构上，智能过程控制系统以L2级系统为核心进行开发，二级系统包含系统运行的软件，通讯程序、HMI程序、模型程序、数据库，以实现球团生产过程数据采集通讯、模型计算控制、人机交互、数据存储功能。

　　L2级过程控制计算机系统，是基于基础自动化系统之上的自动控制系统，主要功能是获取L1级的生产实时数据和各类化验数据，完成生产过程的数据处理、技术计算、专家系统运算、操作指导、作业管理、数据存储等。L2级计算机还将与原料计算机、检化验中心计算机通信，开发和L3生产管理计算机接口，接受外部计算机提供的参考数据和生产指令，同时向外部计算机系统汇报球团生产状况的信息。将上述两种功能集成在一个完整的计算机控制系统中，形成了完整的二级系统。

　　在功能上，按两个子系统进行开发，分别是质量智能闭环控制子系统、生产过程智能闭环控制子系统和生产信息管理子系统，两个子系统共同作用，实现生产全程的智能控制。

　　考虑智能上料系统与智能输灰系统设计与实际情况相关性较大，通用性较差在此不作介绍，仅对智能配料、智能造球、智能水分控制作详细介绍如下：

　　3.1 智能配料系统、(成分控制)智能闭环控制子系统

　　该子系统主要用于实现球团矿化学成分的智能闭环控制，主要包括SiO2、TiO2和MgO三种成分的控制。现以SiO2为例说明控制过程。其中在线闭环控制，主要包括前台操控和后台模型计算两部分。

　　前台操控部分：配料计算、调控参数、动态下料信息显、手动配比干预。

　　后台模型计算：完成模型计算，自动下发配比。

　　(a)模型输入

　　模型输入项如表1所示。

　　(b)模型原理

　　智能配料计算模型主要依据物料平衡原理，根据各种物料成分及配比，计算出混合料及成品球的成分，计算公式如下：

　　计算干成分用干配比，计算湿成分用湿配比

　　混铁矿(YT)各组分计算公式为：

　　后台模型计算的调节思路通过前馈+反馈的控制方法来实现。

　　前馈量：偏差E1= N小时前的计算值-当前计算成分

　　反馈量：偏差E2=目标成分-当前成品球的检化验结果

　　建议配比=上次配比+P1

　　E=E1*k1+E2*(1-k1)，将3*E0作为E的最大值，即当E3*E0 时，E3*E0

　　如果 |E2|≤E0 ，则 P1 =0

　　否则 P1 = P0*E/3*E0

　　Min≤最终建议配比=上次配比+P1≤max

　　其中，min为该配比的最小范围，max为该配比的最大范围。

　　调节功能完善：

　　每获得一批成品球化验结果，计算连续两批的偏差E上，E本。

　　(1)当E上≥E0且 E本≥E0且上次调节被采纳到当前时间>t时;

　　(2)当E上≤-E0且E本≤-E0且上次调节被采纳到当前时间>t时;

　　满足1)或2)计算E=(E上+E本)/2，根据E 从上表中寻找p1，其它情况一律不调节，只输出当时的SiO2。

　　(c)模型输出

　　经上述计算，模型输出项如表3所示。

　　该模型上线应用后，减少了大量的人工计算，成品球团矿目标SiO2±0.15%稳定率明显提高，较模型投入前平均提高4.09%。

　　3.2 智能造球模型

　　本模型主要用于实现单台造球机的智能闭环控制和多台造球机的料量联动闭环控制，是智能球团的重点和难点，现以单台造球机智能闭环控制的实现方式说明如下。

　　在造球机下方的生球皮带末端安装一套在线生球粒度分析系统，该系统利用高清相机连续拍摄生球画面，形成高清图像，利用系统内嵌分析软件，使用图像识别技术对所拍图像粒度识别，判断出不同粒级范围所占的比例，将判断结果传输至服务器内的L2智能造球模型，模型得到实时粒度数据后与预定规则做比较，判断当前粒度是否在目标范围内，若不在目标范围，根据所判断的偏大或是偏小结果和模型内的模糊控制规则对造球机的补水量、给料量和转速进行单一或多重调节。造球机的补水量调节通过精密的计量泵进行微量控制， 给料量通过调整定量给料机的频率来调节。多台造球机料量联动闭环控制的实现方式如下，利用焙烧机入口前的称重计量设备对总体入机量进行实时监测，按照预设周期与目标值比较，根据比较结果判断总料量需要调节的幅度，再将该幅度按照预设的规则分解给运转中的造球机，实现总料量的目标调整。

　　(a)模型原理

　　大球(粒径>16mm)增多时说明水量过大，小球(粒径<8mm)增多时说明水量过小，根据“水多球大，水少球小”的原理，具体控制思路如下：

　　(1)当大球过多时，减水，当水量减至0时，大球任然过多，这时只有降圆盘转速，最多降2档，大球正常后，逐步恢复转速到正常，如果大球仍然偏大则增加料量，最多2档，大球还是偏大，提示报警建议人工操作，大球正常后逐步恢复原料量。

　　(2)当小球过多时，如果圆盘转速低于工作转速，则增加圆盘转速到工作转速，小球任然过多，加水，当水量加至上限时，减少料量，最多2档，小球还是偏大，提示报警建议人工操作，小球正常后，逐步恢复料量。

　　(b)参数及变量说明

　　a<8mm 代表小球数量，a8-16mm 代表合格球数量，a>16mm代表大球数量，QH2O为加水流量，Zm为圆盘目标转速，Z为圆盘实际转速，Q为圆盘实际给料量，Qm为圆盘目标给料量，T为控制周期，H为加水上限，L为加水下限，A为a<8mm (小球)上限，B为a>16mm(大球)上限，Fw0为每次加减阀位量，Z0为每次加减转速量，Q0 为每次加减给料量，Zn为加减转速次数，Qn 为加减给料量次数。

　　(c)控制逻辑

　　(1)球大减水、降转速、加料过程

　　当a<8mm16mm>=B时，比较当时的实际加水量QH2O，如果QH2O >L，则减少阀位：Fw=Fw上-Fw0;否则如果QH2O <=L且Z m -Z= Zn*Z0 且Qm-Q>- Qn*Q0，则Q=Q上+Q0，否则报警，提示人工操作。

　　(2)球小加水、加转速、减料过程

　　当a<8mm>=A且a>16mm=H且Z m -Z>=Z0 时，则 Z=Z上+Z0 ，如果QH2O >=H且Zm =Z且Qm-Q< Qn*Q0，则Q=Q上-Q0，否则报警，提示人工操作。

　　(3)正常状况恢复目标转速与料量过程

　　当a<8mm16mmZ0，则Z=Z上+Z0，如果Zm –Z<-Z0，则Z=Z上-Z0 ;如果Z=Zm 且 |Qm –Q|<=Q0，则Q=Qm;如果Z=Zm 且 Qm –Q>Q0，则Q=Q上+Q0，如果Z=Zm 且 Qm –Q<-Q0，则Q=Q上-Q0 。

　　(4)非正常状态自动退出过程

　　当a<8mm>=A 且a>16mm>=B时，报警并建议退出自动，改为人工操作。

　　该模型应用后，在国内首次实现了造球无人值守，全程自动造球，在大幅降低工人劳动强度的。从实际使用效果看，显著提高了生球入机量的稳定性，为后续焙烧工序的稳定运行创造了良好的条件。

　　3.3 原料水分智能控制模型

　　自动打水功能主要是实现混合机物料的自动加水功能。主要包括水分偏差自动调节功能、料量变化延迟打水功能、停料停水保护功能三部分。

　　3.4 水分偏差自动调节功能

　　当目标水分跟实测水分出现偏差时，系统通过修改阀位输出自动调节水量的大小。控制参数如下：

　　水分偏差分三个等级，E1，E2，E3;对应阀位(小阀)控制幅度的三个等级，W1，W2，W3。

　　该功能按周期执行(对应参数，自动调节周期，默认1.5min)，当调整周期结束时，根据水分偏差等级，调节相应的小阀阀位输出。

　　3.5 料量变化延迟打水功能

　　当配混的下料量设定值发生变化时，通过延时一定的时间，系统自动加减一定的水量。

　　3.6 停料停水保护功能

　　停料停水：当系统停料时，立即关闭大阀和小阀。开始上料后延时3分钟开阀，并给大阀赋值关闭前阀位值。

　　停料条件判定：当1#、2#、3#定量给料机均无运返、混合机旁路开关打开、实际料量低于50t/h、混合机停机满足三者之一时，即为停料。

　　实现方式如下，在混合工段的混合机处进行打水，在打水管进口安装一组并联的水量调节阀，一个大阀+一个小阀，小阀用于微量打水时投入，大阀用于大量打水时投用，在打水管上布置一流量计用于检测打水量，在混合机出口处布置一台红外水分仪用于实时监测混合料水分。模型通过实时采集水分检测值，并于目标水分进行比较，判断偏差等级，并根据预设等级对打水阀门进行定量调节。该模型的开发与应用，大幅提高了混合料水分稳定性，为造球工段提供水分最适宜的原料，进一步确保造球工段长期稳定。

　　4 结论

　　首钢京唐球团厂智能过程控制技术的开发应用涵盖了质量闭环控制和过程智能控制，实现了从上料到造球的全流程智能控制覆盖，其中智能造球在造球行业尚属首次，有一定创新性和推广意义。以上系统模型是基于京唐球团投产近10年来经验的结晶和总结，是对现有主体智能控制系统的完善与补充，作为国内第一条新建带式焙烧机，此次智能改造实施也进一步提升了它的整体技术水平和行业领先地位。

　　智能系统全面投入运行以来，设备运行可靠，模型准确度高，提高了质量控制和过程控制的精确性和稳定性，提高了工作效率，降低了工人的劳动强度，达到了预期目的和效果。

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