基于自適應(yīng)專(zhuān)家控制的鏈機(jī)料層厚度自動(dòng)控制方法

基于自適應(yīng)專(zhuān)家控制的鏈機(jī)料層厚度自動(dòng)控制方法

1弓礦鏈機(jī)-回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)自動(dòng)控制近年來(lái)，鏈回收換爐的工藝發(fā)展迅速。2003年和2004年，鋼和天津先后在工場(chǎng)上建立了兩條每年200萬(wàn)噸的鏈回收爐酋長(zhǎng)線(xiàn)。該球團(tuán)工藝中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是鏈篦機(jī)上的干燥、脫水和預(yù)熱,而該工藝段的控制取決于鏈篦機(jī)上料層厚度和溫度的控制。鏈篦機(jī)料層厚度控制又會(huì)直接影響其溫度控制。因此,要實(shí)現(xiàn)鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯的自動(dòng)控制,必須首先實(shí)現(xiàn)鏈篦機(jī)料層厚度的自動(dòng)控制。目前,弓礦鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)中,是由人工根據(jù)鏈篦機(jī)的料層變化情況,手動(dòng)調(diào)節(jié)鏈篦機(jī)機(jī)速,從而造成了球團(tuán)生產(chǎn)質(zhì)量受到人為因素的影響,不利于球團(tuán)礦產(chǎn)質(zhì)量的提高。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐,設(shè)計(jì)了基于動(dòng)態(tài)專(zhuān)家控制的鏈篦機(jī)機(jī)速自動(dòng)控制系統(tǒng),以解決鏈篦機(jī)料層厚度的自動(dòng)控制問(wèn)題。2r.kou層厚度分析儀2.1送料、包裝、回料為保持鏈篦機(jī)上料層的透氣性和球團(tuán)溫度控制的穩(wěn)定性,必須保證規(guī)定的球?qū)雍穸群颓驅(qū)雍穸茸兓姆€(wěn)定性。球團(tuán)布料系統(tǒng)如圖1所示,其中L1為送料傳送皮帶、L6～L10、M1、M2、Z1和Q1為返料傳送皮帶,L2為擺動(dòng)皮帶,L3為寬皮帶,L4為輥式布料器,L5為鏈篦機(jī);WIC為電子秤,WIC1檢測(cè)生球料量,WIC2檢測(cè)生球的返礦量;SIC檢測(cè)鏈篦機(jī)機(jī)速;LIC檢測(cè)鏈篦機(jī)料層厚度。原料經(jīng)球盤(pán)造球后,篩去不合格的大球,再經(jīng)皮帶傳送至輥式布料器,篩除不合格的小球,同時(shí)將合格生球布于鏈篦機(jī)上,返料經(jīng)返料傳送皮帶傳送至料倉(cāng)。2.2組態(tài)畫(huà)面監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)目前,弓礦在鏈篦機(jī)料層控制方面采用人工手動(dòng)控制方法,主要是根據(jù)組態(tài)畫(huà)面的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)(包括生球料量、鏈篦機(jī)料層厚度、當(dāng)前鏈篦機(jī)機(jī)速設(shè)定值等)進(jìn)行調(diào)控。另外,鏈篦機(jī)監(jiān)控畫(huà)面中,從輥式布料器到鏈篦機(jī)之間的生球布料堆積角也是操作者參考的主要依據(jù)。2.2.1鏈機(jī)料層厚度k的測(cè)定鏈篦機(jī)機(jī)速前饋控制方法主要是根據(jù)WIC1測(cè)定生球布料量,按照式(1)計(jì)算鏈篦機(jī)速度s1(m/min),每2分鐘進(jìn)行一次機(jī)速前饋控制。s1=WΚ×106×L0×W0(1)s1=WK×106×L0×W0(1)式中:s1——鏈篦機(jī)速度,m/min;W0——鏈篦機(jī)寬度,mm;L0——鏈篦機(jī)料層厚度給定值,mm;W——生球布料量,kg/min;K——生球堆密度,kg/m3。K并非定值,需通過(guò)實(shí)際檢測(cè)量按式(2)算得:Κ=WΡVΡLΡW0×106(2)K=WPVPLPW0×106(2)式中:WP——生球布料量,kg/min;VP——鏈篦機(jī)速度,m/min;LP——鏈篦機(jī)料層厚度測(cè)定值,mm。每2分鐘用WIC讀一次生球布料量WP,用SIC讀鏈篦機(jī)機(jī)速返回值VP,再用LIC讀入料層厚度,計(jì)算K值,每隔30分鐘用平均值校正一次。該算法計(jì)算簡(jiǎn)單且容易實(shí)現(xiàn),但實(shí)際生產(chǎn)中生球料量波動(dòng)較大,且料量的測(cè)量值不是十分準(zhǔn)確(若要計(jì)量準(zhǔn)確,WIC電子秤需經(jīng)常校對(duì)),此外,計(jì)量秤的現(xiàn)場(chǎng)安裝位置對(duì)于實(shí)時(shí)控制而言都有時(shí)間滯后的問(wèn)題,而且鏈篦機(jī)料層厚度設(shè)定值一般是一個(gè)范圍(弓礦設(shè)定為165～195之間),因此該算法用于實(shí)際控制時(shí),料層厚度波動(dòng)較大,不利于溫度控制,控制效果不好。2.2.2lilminlm文由于生球布料量無(wú)法檢測(cè),而鏈篦機(jī)厚度可以檢測(cè),因此可以采用鏈篦機(jī)料厚反饋控制方法,鏈篦機(jī)速度設(shè)定為:S1=VΡLiL0(3)S1=VPLiL0(3)L0={LminLi＜LminLmaxLi＞Lmax(4)其中:Li——第i時(shí)刻的鏈篦機(jī)料層厚度;VP——投入自動(dòng)控制前的鏈篦機(jī)當(dāng)前機(jī)速;Lmin、Lmax——為鏈篦機(jī)料層厚度的允許偏差范圍。該方法解決了生球布料量無(wú)法直接測(cè)得的問(wèn)題,但由于鏈篦機(jī)測(cè)厚儀現(xiàn)場(chǎng)安裝位置距離布料點(diǎn)約有1.5m左右,相對(duì)于鏈篦機(jī)機(jī)速有20～30s的滯后時(shí)間。而且生球料量波動(dòng)范圍較大、波動(dòng)頻率較快,因此該方法在實(shí)際應(yīng)用時(shí),若生球料量變化頻率較大,則鏈篦機(jī)的機(jī)速調(diào)整幅度較大,且造成料層厚度周期性變化,不利于溫度控制,控制效果也不好。2.2.3基于專(zhuān)家控制器的厚度前饋控制通過(guò)對(duì)上述兩種方法的分析,鏈篦機(jī)料層厚度的控制受到以下幾個(gè)因素的影響:(1)球盤(pán)造球機(jī)生球產(chǎn)量不穩(wěn)定造成生球量波動(dòng)較大;(2)生球返礦量包含鏈篦機(jī)機(jī)前返礦和鏈篦機(jī)內(nèi)部返礦,而且測(cè)量點(diǎn)安裝位置較遠(yuǎn),存在時(shí)間滯后的問(wèn)題,從而無(wú)法精確測(cè)量并參與控制;(3)鏈篦機(jī)料層厚度測(cè)厚點(diǎn)距離鏈篦機(jī)機(jī)頭有一段距離,厚度反饋也有時(shí)間滯后的問(wèn)題;(4)布料機(jī)擺動(dòng)皮帶布料控制的均勻性造成料層厚度波動(dòng)?；谏鲜隹紤],我們提出了采用鏈篦機(jī)機(jī)速動(dòng)態(tài)自適應(yīng)專(zhuān)家系統(tǒng)控制的厚度前饋控制方法,其控制原理如圖2所示。圖2中,專(zhuān)家控制器1主要是由生球料量和球盤(pán)數(shù)量建立的專(zhuān)家控制系統(tǒng),利用現(xiàn)場(chǎng)獲取的生球料量和球盤(pán)數(shù)量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),再根據(jù)專(zhuān)家規(guī)則表輸出鏈篦機(jī)機(jī)速控制量u1。根據(jù)料層厚度變化,經(jīng)專(zhuān)家控制器2得到的速度控制量u2是對(duì)控制量u1的修正。鏈篦機(jī)機(jī)速修正后進(jìn)入機(jī)速數(shù)據(jù)庫(kù),根據(jù)機(jī)速修正原則更新專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)1的專(zhuān)家知識(shí),實(shí)時(shí)修改專(zhuān)家控制器1的專(zhuān)家規(guī)則。專(zhuān)家規(guī)則需要不斷更新的原因是,生球料量自身的波動(dòng)性和返礦量的不確定性。3專(zhuān)家控制器2規(guī)則鏈篦機(jī)料厚自適應(yīng)專(zhuān)家控制系統(tǒng)中包含2個(gè)專(zhuān)家控制器。專(zhuān)家控制器1的設(shè)計(jì)首先根據(jù)球盤(pán)數(shù)量建立對(duì)應(yīng)的鏈篦機(jī)生球料量與機(jī)速的專(zhuān)家規(guī)則庫(kù),專(zhuān)家控制規(guī)則如下:IF當(dāng)前參與生產(chǎn)的球盤(pán)數(shù)量為i,ThenRc=RijRi1:IF生球料量W∈[W1,W1+ΔW],Then機(jī)速S=ui1;Ri2:IF生球料量W∈[W1+ΔW1,W1+2ΔW1],Then機(jī)速S=ui1+Δu;……Rij:IF生球料量W∈[W1+(j-1)ΔW1,W1+j×ΔW1],Then機(jī)速S=ui1+j×Δu;鏈篦機(jī)料層厚度變化根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況定義如下:H<Hmin,Hmin≤H≤Hfit-L,Hfit-u≤H≤Hmax,H>Hmax鑒于生球布料過(guò)程無(wú)法實(shí)現(xiàn)平均布料,那么,判定料層厚度實(shí)際上是判定料層厚度的趨勢(shì)在上述哪個(gè)范圍內(nèi)波動(dòng),因此專(zhuān)家控制器2規(guī)則的設(shè)計(jì)思想主要是根據(jù)實(shí)時(shí)料層厚度在上述厚度范圍內(nèi)出現(xiàn)的頻率而決定是否改變鏈篦機(jī)機(jī)速,具體如下:l1:IF在控制周期內(nèi)H<Hmin出現(xiàn)頻率f>f1且f>f2,ThenV=-2Δv;l2:IF在控制周期內(nèi)Hmin≤H≤Hfit-L出現(xiàn)頻率f>f2,ThenV=-Δv;l3:IF在控制周期內(nèi)Hfit-L≤H≤Hfit-U出現(xiàn)頻率f>f3,ThenV=0;l4:IF在控制周期內(nèi)Hfit-u≤H≤Hmax出現(xiàn)頻率f>f2,ThenV=Δv;l5:IF在控制周期內(nèi)H>Hmax出現(xiàn)頻率f>f1且f>f2,ThenV=2Δv。鏈篦機(jī)機(jī)速輸出:…Skm=S+V(5)專(zhuān)家控制器1的機(jī)速自適應(yīng)修正公式如下:uij=n∑m=1Skm/n(6)根據(jù)公式(6)計(jì)算機(jī)速修正值后,更新專(zhuān)家控制器的所有專(zhuān)家規(guī)則。4方案和實(shí)現(xiàn)4.1b.0可視化編程工具數(shù)據(jù)采集和處理等功能由原有的監(jiān)控軟件完成,鏈篦機(jī)厚度自適應(yīng)專(zhuān)家控制軟件系統(tǒng)只需通過(guò)OPC接口讀入數(shù)據(jù),算法完成后再通過(guò)OPC接口下發(fā)控制量。應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具選擇VB6.0可視化編程工具,它是一種可視化的、面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動(dòng)方式的結(jié)構(gòu)化高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,可用于開(kāi)發(fā)Windows環(huán)境下的各類(lèi)應(yīng)用程序。在VisualBasic環(huán)境下,利用事件驅(qū)動(dòng)的編程機(jī)制、新穎易用的可視化設(shè)計(jì)工具,使用Windows內(nèi)部的廣泛應(yīng)用程序接口(API)函數(shù),動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL)、對(duì)象的鏈接與嵌入(OLE)、開(kāi)放式數(shù)據(jù)連接(ODBC)等技術(shù),可以高效、快速地開(kāi)發(fā)Windows環(huán)境下功能強(qiáng)大、圖形界面豐富的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。本系統(tǒng)與WINCC監(jiān)控軟件的關(guān)系如圖3所示。4.2機(jī)速專(zhuān)家規(guī)則數(shù)據(jù)庫(kù)的建立鏈篦機(jī)料層厚度專(zhuān)家自適應(yīng)自動(dòng)控制流程如圖4所示?？刂屏鞒讨兄饕刂葡到y(tǒng)初始化模塊、球盤(pán)數(shù)變化處理模塊、生球料量-機(jī)速專(zhuān)家控制模塊、料層厚度-機(jī)速專(zhuān)家控制模塊和生球料量-機(jī)速專(zhuān)家控制自適應(yīng)校正模塊等子程序模塊。其中,控制系統(tǒng)初始化模塊除了完成部分參數(shù)初始化的工作外,還需進(jìn)行生球料量-機(jī)速專(zhuān)家規(guī)則數(shù)據(jù)庫(kù)的生成。另外,根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況,專(zhuān)家控制規(guī)則庫(kù)需要對(duì)產(chǎn)量不同(即球盤(pán)的數(shù)量發(fā)生變化)時(shí)建立不同的專(zhuān)家規(guī)則,因此建立了球盤(pán)變化處理模塊,以應(yīng)對(duì)球盤(pán)變化而進(jìn)行規(guī)則庫(kù)的切換工作。4.3考慮不同管理策略下的返還礦量波動(dòng)基于自適應(yīng)專(zhuān)家控制的鏈篦機(jī)料厚自動(dòng)控制系統(tǒng)于2008年5月開(kāi)始在弓長(zhǎng)嶺球團(tuán)二廠(chǎng)試用。圖5所示的是該系統(tǒng)投入運(yùn)行后某一時(shí)間段,鏈篦機(jī)料層厚度、機(jī)速自動(dòng)調(diào)節(jié)的過(guò)程。由圖可以看出,當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)情況除了鏈篦機(jī)上生球料量波動(dòng)很大外,生球的返礦量波動(dòng)也很大,這無(wú)疑增加了鏈篦機(jī)機(jī)速調(diào)整和料層厚度控制的難度。從數(shù)據(jù)曲線(xiàn)分析,在時(shí)間點(diǎn)50到80之間,生球料量在一定范圍內(nèi)小幅變化,而鏈篦機(jī)機(jī)速卻作了較大的調(diào)整和變化,說(shuō)明在此期間返礦量波動(dòng)較大。從實(shí)際控制效果來(lái)看,基于自適應(yīng)專(zhuān)家控制的鏈篦機(jī)料厚自動(dòng)控制系統(tǒng)很好地適應(yīng)了工況變化,能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)鏈篦機(jī)機(jī)速,實(shí)現(xiàn)料層厚度的控制目標(biāo),減輕了操作人員的工作強(qiáng)度,同時(shí)提高了鏈篦機(jī)料層的控制精度,為鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯溫度場(chǎng)優(yōu)化控制打下了基礎(chǔ)。5基于自適應(yīng)專(zhuān)家控制的鏈機(jī)料厚自動(dòng)控制系統(tǒng)現(xiàn)有的鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)控制方式大多采用人工手動(dòng)控制方式,球團(tuán)生產(chǎn)質(zhì)量在很