球团生产的过程优化控制

3.3.1链篦机-回转窑机速自适应智能控制系统设计

近年来链篦机-回转窑法焙烧球团矿的工艺发展很快，在2003年和2004年鞍钢在弓长岭矿先后建立了两条年产200万t球团矿生产线。链篦机-回转窑是一种联合机组，包括链篦机、回转窑、冷却机及其附属设备。生球首先于链篦机上干燥、脱水、预热，而后进入回转窑内焙烧，最后在冷却机上完成冷却。除了各个环节的温度控制外，链篦机、回转窑和环冷机的机速控制会直接影响球团质量。因为，链篦机机速会影响料层厚度，从而影响生球在链篦机上的干燥、脱水、预热效果，回转窑的机速控制会影响球团回转窑内的停留焙烧时间和回转窑的填充率，同样还冷机的机速控制会影响球团的最终产品质量。目前，在现有的弓矿链篦机-回转窑控制系统中，采用人工根据链篦机的料层变化情况，手动调节链篦机、回转窑和环冷机机速，从而造成了球团生产质量受到人为因素的影响，不利于球团生产质量的提高。结合生产实践，设计基于动态专家控制的链篦机机速自动控制系统解决链篦机料层厚度的自动控制问题，并且根据链篦机机速和料层厚度变化采用智能控制策略实现回转窑和还冷机的速度自动调节。

3.3.1.1链篦机料层厚度控制工艺

为保持链篦机上料层的透气性和球团温度控制的稳定性，必须保证规定的球层厚度和球层厚度变化的稳定性。球团布料系统如图3.8所示，其中L1为送料传送皮带、L6~L10、M1、M2、Z1和Q1为返料传送皮带，L2为摆动皮带，L3为宽皮带，L4为辊式布料器，L5为链篦机，WIC为电子称，WIC1检测生球料量，WIC2检测生球的返矿量，SIC检测链篦机机速，LIC检测链篦机料层厚度。原料经过球盘造球机成球，筛去尺寸大的生球，经皮带传送在辊式布料器筛去尺寸小的生球后在链篦机料层布料，返料经返料传送皮带传送至料仓。

图3.8球团布料系统

3.3.1.2链篦机料层控制策略的分析

目前，弓矿关于链篦机料层控制方面采用人工手动控制方法，主要是根据组态画面的监控数据包括生球料量、链篦机料层厚度、当前链篦机机速设定值，另外链篦机监控画面中，从辊式布料器到链篦机之间的生球布料堆积角也是操作者参考的主要依据。

该方法解决了生球布料量无法直接测得的问题，但由于链篦机测厚仪现场安装位置距离布料点1.5m左右，相对于链篦机机速有20s~30s的滞后时间。而且生球生球波动范围较大、波动的频率较快，因此该方法在实际应用控制时，当生球料量变化频率较大时，链篦机的机速调整幅度较大、且造成料层厚度周期性变化，不利于温度控制，控制效果不好。

（3）基于专家知识库料层控制方法的提出

根据对上述二种方法的分析，链篦机料层厚度的控制受到以下几个因素的影响：

球盘造球机生球产量不稳定造成生球量波动较大，

生球返矿量包含链篦机机前返矿和链篦机内部返矿，而且测量点安装位置较远存在时间滞后的问题，从而无法精确测量并参与控制，

链篦机料层厚度测厚点距离链篦机机头有一段距离，厚度反馈有时间滞后的问题存在，

布料机摆动皮带布料控制的均匀性造成料层厚度波动。

基于上述原因考虑，提出采用链篦机机速动态自适应专家控制的厚度前馈控制系统方法，其控制原理图如图3.9所示。

图3.9链篦机机速自适应专家控制系统

如图3.9所示中，专家控制器1主要是由生球料量和球盘数量建立的专家控制系统，通过对现场生球料量和球盘数量的实时数据根据专家规则表输出链篦机机速控制量。根据料层厚度变化经专家控制器2得到的速度控制量是对控制量的修正。链篦机机速修正后进入机速数据库，根据机速修正原则更新专家知识库1的专家知识，实时修改专家控制器1的专家规则。专家规则需要不断更新的原因是，生球料量自身的波动性和返矿量的不确定性。

3.3.1.3自适应专家控制系统的设计

链篦机料厚自适应专家控制系统中，其中包含2个专家控制器。专家控制器1的设计首先根据球盘数量建立对应的链篦机生球料量与机速的专家规则库，专家控制规则如下：

专家控制器1的机速自适应修正公式如下：

(3-6)

根据公式3-6计算机速修正值后，更新专家控制器的所有专家规则。

3.3.1.4程序设计和实现

（1）控制软件结构

数据采集和处理等功能由原有的监控软件完成，链篦机厚度自适应专家控制软件系统只需通过OPC接口读入数据，算法完成后在通过OPC接口下发控制量。应用程序开发工具选择VB6.0可视化编程工具，是一种可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言，可用于开发Windows环境下的各类应用程序。在VisualBasic环境下，利用事件驱动的编程机制、新颖易用的可视化设计工具，使用Windows内部的广泛应用程序接口（API）函数，动态链接库（DLL）、对象的链接与嵌入（OLE）、开放式数据连接（ODBC）等技术，可以高效、快速地开发Windows环境下功能强大、图形界面丰富的应用软件系统。本系统与WINCC监控软件的关系如图3.10所示。

图3.10控制系统框架示意图

（2）控制流程

链篦机料层厚度专家自适应自动控制流程图如图3.11所示，控制流程中主要包含控制系统初始化模块、球盘变化处理模块、生球料量—机速专家控制模块、料层厚度—机速专家控制模块和生球料量—机速专家控制自适应校正模块等子程序模块。其中，控制系统初始化模块主要完成的功能除了部分数据参数初始化的工作外，还需进行生球料量—机速专家规则数据库的生成，生球料量、料层厚度对应的专家规则库算法原理如前所述。另外，根据生产实践的实际情况专家控制规则库需要对产量不同时，即球盘的数量发生变化时建立不同的专家规则，因此建立了球盘变化处理模块以应对球盘变化而进行规则库的切换工作。

图3.11链篦机料层厚度自动控制程序流程图

（3）运行结果与分析

基于自适应专家控制的链篦机料厚自动控制系统应用于弓长岭球团二厂，图3.12所示的是该系统投入运行某一时间段，链篦机料层厚度、机速自动调节的过程。从运行结果可以看出，生产实际情况除了链篦机生球料量的波动很大外，生球的返矿量波动也很大，对链篦机机速调整和料层厚度控制增加了难度。从数据曲线上分析，在数据时间点50到80之间，生球料量在一定范围较小变化，而链篦机机速却做了较大的调整和变化，说明在此期间返矿量波动较大。无论怎样，根据实际的控制效果而言，基于自适应专家控制的链篦机料厚自动控制系统很好的适应了工况变化能够自动调节链篦机机速，实现料层厚度的控制目标，减轻了操作工的工作强度和提高了链篦机料层厚度的控制精度，为链篦机—回转窑温度场优化控制打下了基础。

图3.12链篦机厚度自动调整的生产数据曲线

3.3.1.5小节

现有的链篦机—回转窑控制系统控制方式大多采用人工手动控制方式，球团的生产质量很大程度上取决于现场操作人员的操作经验、疲劳度和责任心。而基于自适应专家控制的链篦机料厚自动控制系统是在总结现场操作者的操作经验并转化为专家控制规则基础上，针对生球料量返矿量检测存在大滞后，生球料量波动有很大的情况，提出来专家控制规则自整定的方法以实现自动控制。系统的实际运行效果证明该控制方法的有效性，实现了链篦机—回转窑料层厚度自动控制，最终为链篦机、回转窑和环冷机实现三机联调和链篦机—回转窑温度场的自动控制打下坚实的基础。

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