磁選精礦和尾礦精礦生產(chǎn)輸入課件

1、實現(xiàn)綜合生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化的工業(yè)過程智能綜合自動化系統(tǒng)柴天佑?xùn)|北大學(xué)國家冶金自動化工程技術(shù)研究中心1. 引 言 2. 工業(yè)過程智能綜合自動化系統(tǒng)3. 選礦生產(chǎn)過程智能綜合自動化系統(tǒng)及其工程應(yīng)用 4. 結(jié) 論提 綱 1.引 言 1.1 我國流程工業(yè)生產(chǎn)過程的現(xiàn)狀（1）流程工業(yè)已成為經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)我國流程工業(yè)產(chǎn)值占全國工業(yè)總產(chǎn)值的66%，國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)。其中,礦產(chǎn)采選業(yè)和其后續(xù)加工業(yè)產(chǎn)值約占全國GDP的30%,全國礦山企業(yè)實現(xiàn)利潤360.31億元。 礦業(yè)企業(yè)發(fā)展問題研究報告(國家經(jīng)貿(mào)委研究室)（2）流程工業(yè)已成為制約我國工業(yè)發(fā)展的瓶頸降低資源消耗成為發(fā)展我國工業(yè)的關(guān)鍵。我國資源消耗平均高于發(fā)達(dá)國家

2、30以上。我國流程工業(yè)勞動生產(chǎn)率低，成本高，資源消耗大，環(huán)境污染嚴(yán)重，綜合競爭力弱。 1.2 工業(yè)過程智能綜合自動化是解決上述問題的關(guān)鍵造成我國流程工業(yè)綜合競爭力弱的關(guān)鍵是綜合自動化程度低流程工業(yè)過程是復(fù)雜的生產(chǎn)過程原材料成分波動大,比如:礦產(chǎn)資源品位低，采、選、冶生產(chǎn)過程復(fù)雜。實現(xiàn)工業(yè)過程的綜合生產(chǎn)指標(biāo)（產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量、成本和消耗）優(yōu)化的工業(yè)系統(tǒng)是復(fù)雜系統(tǒng)。多變量強耦合，強非線性，而且生產(chǎn)邊界條件變化頻繁，難以用數(shù)學(xué)模型描述。綜合生產(chǎn)指標(biāo)以及相關(guān)的關(guān)鍵工藝參數(shù)往往不能連續(xù)在線測量，而且又難以用控制系統(tǒng)的輸入輸出模型來描述，常規(guī)的優(yōu)化方法難以應(yīng)用。工藝技術(shù)處于國際先進水平。國內(nèi)流程工業(yè)過程大多

3、為勞動密集型企業(yè)，具有金字塔式的多層管理模式，生產(chǎn)計劃與調(diào)度、質(zhì)量、能源、成本、設(shè)備等管理主要靠人工操作，生產(chǎn)過程的關(guān)鍵工藝參數(shù)指標(biāo)（如選礦過程的磨礦粒度、精礦品位、尾礦品位等）靠離線化驗、人工控制，生產(chǎn)過程的自動化水平低，直接造成勞動生產(chǎn)率低，生產(chǎn)成本高，資源消耗大，環(huán)境污染嚴(yán)重，綜合競爭力弱。 實現(xiàn)流程工業(yè)過程智能綜合自動化是提高企業(yè)競爭力的重要手段之一十六大報告明確指出“實現(xiàn)工業(yè)化仍然是我國現(xiàn)代化進程中艱巨的歷史性任務(wù)。信息化是我國加快實現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化的必然選擇。堅持以信息化帶動工業(yè)化，以工業(yè)化促進信息化，走出一條科技含量高、經(jīng)濟效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揮

4、的新型工業(yè)化路子。”現(xiàn)代管理之父杜拉克指出:“知識生產(chǎn)力將日益成為一個國家、一個產(chǎn)業(yè)、一家公司的競爭實力的決定性因素”，“無論什么傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，之所以能發(fā)展壯大，就是因為它們圍繞知識和信息進行了重組?！?歐洲鋼鐵工業(yè)技術(shù)發(fā)展指南：“對于降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少環(huán)境污染和資源消耗只能通過全流程自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計來實現(xiàn)?！?過程控制、過程優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、企業(yè)管理和經(jīng)濟決策五層結(jié)構(gòu)的綜合自動化系統(tǒng) (Theodore J. Williams,1989)1.3 綜合自動化系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀1.3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 過程穩(wěn)定化、過程優(yōu)化、過程管理三層結(jié)構(gòu)組成的選礦生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng) (Houseman,

5、 et al. 2001) 基于企業(yè)資源計劃（ERP）/制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）/過程控制系統(tǒng)（PCS）三層結(jié)構(gòu)的金礦企業(yè)綜合自動化系統(tǒng) (柴天佑、金以慧等, 2003) ERP(Enterprise Resource Planning)PCS(Process Control System)MES (Manufacturing Execution System) 模型方面 以往建模方法研究主要集中在為控制器設(shè)計而建立被控對象的動態(tài)模型。采用微分方程、狀態(tài)空間、差分方程、傳遞函數(shù)以及最小二乘等參數(shù)估計方法來建立被控對象的動態(tài)數(shù)學(xué)模型近年來，針對具體的工業(yè)過程，將機理模型與智能方法相結(jié)合提出了性能參

6、數(shù)的預(yù)報模型。采用機理模型與經(jīng)驗?zāi)Ｐ蜑橹鞯纳a(chǎn)流程動態(tài)模擬方法，在石化工業(yè)中得到成功應(yīng)用。1.3.2 模型與優(yōu)化方法 優(yōu)化方法 早期的優(yōu)化控制集中在過程單元的優(yōu)化控制上，以控制系統(tǒng)自身的性能指標(biāo)為優(yōu)化控制目標(biāo)，要求優(yōu)化指標(biāo)能用控制系統(tǒng)的輸入與輸出的精確數(shù)學(xué)模型來描述靜態(tài)優(yōu)化控制尋求具有穩(wěn)態(tài)工況的工業(yè)過程（如石化等）的最優(yōu)穩(wěn)態(tài)工況，其優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)是與利潤、產(chǎn)量、資源消耗等經(jīng)濟指標(biāo)相關(guān)的函數(shù)，采用優(yōu)化算法尋求最優(yōu)工況解來協(xié)調(diào)控制器，實現(xiàn)工業(yè)過程的穩(wěn)態(tài)優(yōu)化由于工況條件的頻繁變化和原材料的波動使得工業(yè)過程難以達(dá)到穩(wěn)態(tài)工況，穩(wěn)態(tài)模型不能完全描述工業(yè)過程的在線動態(tài)行為，針對石化過程的基于模型預(yù)測控制的在線

7、動態(tài)優(yōu)化控制方法相繼提出冶金工業(yè)過程不僅要求控制系統(tǒng)能保證控制回路的精度，而且要求實現(xiàn)與產(chǎn)品質(zhì)量、收率等相關(guān)的工藝指標(biāo)的優(yōu)化，提出了由底層控制與上層監(jiān)控兩層結(jié)構(gòu)組成的基于工藝指標(biāo)的集成優(yōu)化控制方法使工業(yè)過程的管理從金字塔式的多層結(jié)構(gòu)走向扁平化的綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；實現(xiàn)綜合生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化的綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；流程工業(yè)智能綜合自動化所需要的模型（例如綜合生產(chǎn)指標(biāo)與控制器參數(shù)之間的動態(tài)關(guān)系）研究；為了獲得企業(yè)的整體效益，以實現(xiàn)企業(yè)全局優(yōu)化為目標(biāo)的優(yōu)化控制方法。1.4 最新進展回路優(yōu)化設(shè)定值綜合生產(chǎn)指標(biāo)：產(chǎn)量、質(zhì)量、 成本、消耗生產(chǎn)計劃系統(tǒng)各工序生產(chǎn)指標(biāo)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)各工序關(guān)鍵工藝參數(shù)工藝指標(biāo)優(yōu)化控制

8、系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)生產(chǎn)過程圖1 生產(chǎn)過程管理與控制一體化框圖生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)生產(chǎn)計劃制造執(zhí)行生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)綜合生產(chǎn)指標(biāo)：產(chǎn)量、質(zhì)量、 成本、消耗生產(chǎn)過程 生產(chǎn)過程管理與控制一體化2.工業(yè)過程智能綜合自動化系統(tǒng)2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能 鐵礦選礦生產(chǎn)過程流程圖圖10 鐵礦選礦生產(chǎn)過程流程圖3.1 選礦生產(chǎn)過程簡介3. 選礦生產(chǎn)過程智能綜合自動化系統(tǒng)廢石原礦粉礦塊礦焙燒礦石處理磨礦強磁選過程脫水過程尾礦壩廢石山有用礦石尾礦處理過程精礦處理過程精礦尾礦精礦尾礦精礦庫弱磁選過程精礦 尾礦選礦生產(chǎn)的主要過程礦石處理輸入: 原礦石設(shè)備: 振動篩, 皮帶運輸與卷揚系統(tǒng)輸出: 粉礦和塊礦豎爐焙燒 輸入: 塊礦設(shè)備

9、: 豎爐, 干選機, 磁滑輪輸出: 有用礦石和廢石磨 礦輸入: 粉礦和有用礦石設(shè)備: 球磨機, 螺旋分級機, 水力旋流器輸出: 礦漿磁選輸入: 礦漿設(shè)備: 強磁機、弱磁機、脫水槽輸出: 磁選精礦和尾礦精礦生產(chǎn)輸入: 強磁選精礦和脫水精礦設(shè)備: 精礦濃縮大井輸出: 濃縮精礦尾礦處理輸入: 尾礦設(shè)備: 尾礦濃縮大井輸出: 濃縮尾礦3.2 選礦生產(chǎn)過程智能綜合自動化系統(tǒng) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能圖11 綜合生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化的選礦過程智能綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 生產(chǎn)統(tǒng)計 生產(chǎn)計劃管理 生產(chǎn)統(tǒng)計 生產(chǎn)分析 scheduling 物料平衡 生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng) 生產(chǎn)信息管理 調(diào)度執(zhí)行 日常數(shù)據(jù)采集 生產(chǎn)報告 設(shè)備管理 設(shè)備文件

10、設(shè)備操作信息收集 設(shè)備操作 設(shè)備維護 物料管理 固定資產(chǎn) 質(zhì)量管理 質(zhì)量信息管理 質(zhì)量索引統(tǒng)計 質(zhì)量統(tǒng)計 質(zhì)量分析 綜合查詢與決策 調(diào)度信息 計劃和統(tǒng)計信息 能量信息 動態(tài)成本控制信息 質(zhì)量控制信息 設(shè)備管理信息 決策支持 選礦生產(chǎn)管理系統(tǒng) 能源管理 能源信息管理 能源消耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計 能源消耗分析 scheduling 能源統(tǒng)計管理 成本計劃 成本核算 成本監(jiān)控 成本分析 動態(tài)成本控制 成本控制 選礦過程生產(chǎn)管理系統(tǒng)功能生產(chǎn)計劃系統(tǒng) 生產(chǎn)作業(yè)計劃 物料計劃 能源計劃 生產(chǎn)成本計劃 設(shè)備采購計劃圖13 選礦過程生產(chǎn)管理系統(tǒng)功能樹 3.3.2 智能優(yōu)化控制策略豎爐焙燒過程圖17 焙燒過程智能優(yōu)化控制

11、策略爐膛負(fù)壓等過程參數(shù)磁選管回收率化驗過程臺時處理量目標(biāo)值爐膛負(fù)壓等過程參數(shù)磁選管回收率化驗過程臺時處理量目標(biāo)值18磨礦過程圖 18 磨礦過程智能優(yōu)化控制策略磨礦粒度化驗過程處理量目標(biāo)值193.4 綜合自動化系統(tǒng)在酒鋼選礦廠的工程應(yīng)用3.4.1 酒鋼選礦廠介紹甘肅酒鋼選礦廠是酒泉鋼鐵（集團）公司的原料-鐵精礦的生產(chǎn)廠年處理鐵礦石一期500萬噸，二期300萬噸礦石含鐵品位33%酒鋼選礦廠主要設(shè)備礦石處理 : 99臺: 振動篩、皮帶運輸與卷揚系統(tǒng)等豎爐焙燒 : 89臺: 22豎爐, 4 干選機等 磨 礦 : 77臺: 15球磨機, 5分級機, 20旋流器等強 磁 選 : 68臺: 15 磁選機等弱

12、 磁 選 : 99臺:中磁機8臺，弱磁機41臺濃縮脫水: 93臺: 過濾機18臺，真空泵18臺等系統(tǒng)所設(shè)計的設(shè)備總共525臺。酒鋼選礦廠廠景3.4.2 綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)圖19 綜合自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 控制系統(tǒng)照片 軟件結(jié)構(gòu)Softwareof integratedautomationsystemManufacturing Execution SystemOptimal control systemRoasting optimizationMilling optimizationProcesscontrol systemDry dressingRoastingMillingMagn

13、etic dressingDehydratingRaw materials sievingCondensingPlanning and statistics SchedulingEnergy managementDynamic cost controlQuality controlEquipment managementViewing and decision support 礦石處理控制軟件界面Panoramic view of the FactoryMonitoring view of raw ores processingOperation panel ofraw ores proces

14、sing 豎爐焙燒過程控制軟件界面 Panoramic view of twenty-two roasters Monitoring view of shaft roasterMonitoring view of operation parameters Operation panel of control system 磨礦過程控制軟件界面 Monitoring view of milling process Operation panel of control system 磁選過程控制軟件界面Operation panel of Magnetic dressing process 濃縮過

15、程控制軟件界面 Monitoring view of condensing process Operation panel of condensing process 豎爐焙燒過程優(yōu)化控制軟件界面 磨礦過程優(yōu)化控制軟件界面Y1W1W2Y2U1W1: 燃燒室溫度設(shè)定值 , Y1: 燃燒室溫度, W2: 加熱煤氣流量設(shè)定值 , Y2: 加熱煤氣流量, U1: 加熱煤氣閥門開度 圖 20 豎爐焙燒過程實際控制曲線3.4.3 應(yīng)用效果 豎爐焙燒過程W3Y3U2W4Y4U3W3: 給礦量設(shè)定值, Y3: 給礦量, U2: 給礦機電振頻率, W4: 給水量設(shè)定值, Y4: 給水量, U3: 給水閥門開度

16、圖 21 磨礦過程實際控制曲線 磨礦過程提高了選礦生產(chǎn)過程的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量，減少了消耗、節(jié)約了能源、減少了環(huán)境污染 豎爐焙燒過程 豎爐臺時產(chǎn)率: 提高 0.7 T/h (從 24.9 T/h 到 25.62T/h) 磁選管回收率: 提高 2% 磨礦過程 磨礦粒度 (-200目): 強磁選 ：提高 3.76% (從 72.96% 到 76.72%) 弱磁選 ：提高 2.46% (從 73.70% 到 76.16%) 強弱磁粒度合格率 強磁選 ：提高6.75(從86.89到93.64) 弱磁選 ：提高7.43(從86.68到94.11) 球磨機斷料次數(shù)：平均減少53.5次/月 磁選過程：泵的運

17、行周期提高了50以上 閥門使用周期延長2倍以上 從而實現(xiàn)了酒鋼選礦廠綜合生產(chǎn)指標(biāo)的優(yōu)化：金屬回收率 ：提高 2.01%(從77.24%到79.25% )精 礦 品 位 ：提高0.57%原礦處理量：增加12萬噸年設(shè)備運轉(zhuǎn)率 ：提高 2.98% 減 員 : 50% （減員237人） 全 廠 節(jié) 電：725.40千瓦時/年 成 本：降低2.14元噸4. 結(jié) 論選礦生產(chǎn)過程智能綜合自動化系統(tǒng)實現(xiàn)了優(yōu)化控制、優(yōu)化運行和優(yōu)化管理。提高了金屬回收率、精礦品位，增加了原礦處理量，減少了資源消耗，改善了操作環(huán)境，提高了設(shè)備運轉(zhuǎn)率，實現(xiàn)了減員增效。 該系統(tǒng)可以推廣應(yīng)用于銅礦、鋁礦、金礦等選礦行業(yè)和過程工業(yè)。 4.1 實現(xiàn)綜合生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化的工業(yè)過程智能綜合自動化系統(tǒng)是用高新技術(shù)改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，用信息化帶動工業(yè)化，走新型工業(yè)化道路的基礎(chǔ)。信息時代，現(xiàn)代大工業(yè)生產(chǎn)中，現(xiàn)