1 引 言
選礦生產是鋼鐵工業的基礎
，雖然我國的鐵礦資源豐富，但大多為品位較低的赤鐵礦等難選礦石，其品位一般為33％左zuo右you
，利li用yong常chang規gui的de磁ci選xuan方fang法fa難nan以yi從cong這zhe些xie原yuan料liao中zhong提ti取qu出chu高gao品pin位wei的de鐵tie質zhi成cheng分fen。為wei了le改gai善shan對dui弱ruo磁ci性xing赤chi鐵tie礦kuang礦kuang石shi的de分fen選xuan效xiao果guo，采cai用yong豎shu爐lu預yu先xian對dui礦kuang石shi進jin行xing高gao溫wen還hai原yuan磁ci化hua焙bei燒shao，使shi弱ruo磁ci性xing礦kuang物wu變bian成cheng強qiang磁ci性xing礦kuang物wu
，然ran後hou再zai用yong磁ci選xuan方fang法fa既ji可ke以yi得de到dao鐵tie精jing礦kuang。於yu是shi，豎shu爐lu磁ci化hua焙bei燒shao過guo程cheng直zhi接jie關guan係xi到dao選xuan礦kuang的de金jin屬shu回hui收shou率lv與yu精jing礦kuang品pin味wei等deng生sheng產chan指zhi標biao。控kong製zhi好hao豎shu爐lu磁ci化hua焙bei燒shao過guo程cheng是shi提ti高gao選xuan礦kuang過guo程cheng金jin屬shu回hui收shou率lv與yu精jing礦kuang品pin味wei的de關guan鍵jian。
豎爐是將弱磁性鐵礦石（主要成分Fe2O¬3）在加熱帶進行加熱
，然後落入還原帶，在一定濃度還原劑
、一定溫度下，使Fe2O¬3還原成強磁性的磁鐵礦Fe3O¬4的熱工設備，工藝過程俗稱磁化焙燒。豎爐於1926年世界始建。我國首次於1966年由鞍山黑色冶金礦山設計院設計豎爐[1]。
豎(shu)爐(lu)焙(bei)燒(shao)是(shi)我(wo)國(guo)目(mu)前(qian)處(chu)理(li)弱(ruo)磁(ci)性(xing)礦(kuang)物(wu)的(de)有(you)效(xiao)途(tu)徑(jing)之(zhi)一(yi)。其(qi)生(sheng)產(chan)現(xian)狀(zhuang)是(shi)自(zi)動(dong)化(hua)程(cheng)度(du)低(di)
，生(sheng)產(chan)成(cheng)本(ben)高(gao)，資(zi)源(yuan)消(xiao)耗(hao)大(da)，環(huan)境(jing)汙(wu)染(ran)嚴(yan)重(zhong)。豎(shu)爐(lu)焙(bei)燒(shao)過(guo)程(cheng)具(ju)有(you)機(ji)理(li)複(fu)雜(za)
，多(duo)變(bian)量(liang)強(qiang)耦(ou)合(he)，過(guo)程(cheng)中(zhong)不(bu)確(que)定(ding)因(yin)素(su)多(duo)，磁(ci)選(xuan)管(guan)回(hui)收(shou)率(lv)等(deng)關(guan)鍵(jian)工(gong)藝(yi)參(can)數(shu)難(nan)以(yi)在(zai)線(xian)連(lian)續(xu)測(ce)量(liang)。因(yin)此(ci)采(cai)用(yong)傳(chuan)統(tong)的(de)控(kong)製(zhi)結(jie)構(gou)難(nan)以(yi)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)有(you)效(xiao)的(de)控(kong)製(zhi)。歐(ou)洲(zhou)鋼(gang)鐵(tie)工(gong)業(ye)技(ji)術(shu)發(fa)展(zhan)指(zhi)南(nan)指(zhi)出(chu)：“對於降低生產成本
、提高產品質量、減少環境汙染和資源消耗隻能通過全流程自動控製係統的優化設計來實現[2]”。采(cai)用(yong)計(ji)算(suan)機(ji)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)是(shi)對(dui)豎(shu)爐(lu)焙(bei)燒(shao)過(guo)程(cheng)實(shi)現(xian)成(cheng)功(gong)控(kong)製(zhi)的(de)關(guan)鍵(jian)，采(cai)用(yong)新(xin)的(de)合(he)適(shi)的(de)控(kong)製(zhi)結(jie)構(gou)的(de)過(guo)程(cheng)綜(zong)合(he)自(zi)動(dong)化(hua)係(xi)統(tong)是(shi)解(jie)決(jue)上(shang)述(shu)問(wen)題(ti)的(de)關(guan)鍵(jian)。文(wen)[3]提出了采用過程控製、過程優化、生產調度、企業管理和經濟決策五層結構的綜合自動化係統。文[4]提出了由過程穩定化、過程優化、過程管理三層結構組成的選礦生產過程自動化係統。文[5]提出了基於企業資源計劃（ERP）/製造執行係統（MES）/過程控製係統（PCS）三層結構的金礦企業綜合自動化係統
，並成功應用於中國排山樓金礦，取得了顯著成效。
本文結合某選礦廠的實際，針對豎爐焙燒過程的特點，采用智能優化、過程控製和過程管理三層結構的綜合自動化係統體係架構
，提出了基於Rockwellzidonghuajishuhezhinengkongzhifangfadeshulubeishaoguochengzonghezidonghuaxitong，bingchenggongyingyongyugaixuankuangchangshulubeishaoguocheng，qudelexianzhudechengxiao，weixuankuangchangzonghezidonghuaxitong[6]的成功實施奠定了基礎。

2 工藝描述
豎爐的焙燒過程是將礦石在加熱帶加熱到700-800℃
，然後通過自重落入還原帶
，在一定濃度還原劑存在下，保持一定溫度（550-600℃），使鐵礦石的主要成分Fe2O¬3還原成強磁性的磁鐵礦Fe3O4。
焙燒過程包括預熱

，加熱，還原，冷卻等幾個環節，其中加熱、還原是主要的工藝過程。和豎爐有關的機電設備包括抽煙機、鼓風機、搬出機和排礦機等。爐膛上部是預熱帶，中部為加熱帶，下部為還原帶，爐膛中部有一狹窄的爐腰（寬1米），爐腰下部有導火孔
，與爐兩側的燃燒室相通，燃燒室有煤氣燒嘴與加熱煤氣相連，並配一台鼓風機，一台抽煙機

，爐底有兩個承重梁（即水箱梁）來lai支zhi托tuo整zheng個ge爐lu壁bi的de重zhong量liang。在zai還hai原yuan帶dai下xia部bu的de爐lu底di上shang有you煤mei氣qi噴pen出chu塔ta
，每mei個ge塔ta有you獨du立li的de管guan道dao與yu爐lu外wai還hai原yuan煤mei氣qi主zhu管guan相xiang接jie。爐lu子zi下xia部bu兩liang側ce各ge有you用yong來lai排pai出chu礦kuang渣zha用yong的de排pai渣zha漏lou鬥dou。爐lu子zi兩liang側ce設she有you排pai出chu焙bei燒shao產chan品pin用yong的de兩liang台tai輥gun式shi排pai礦kuang機ji。每mei台tai排pai礦kuang機ji有you兩liang節jie排pai礦kuang輥gun組zu成cheng。輥gun式shi排pai礦kuang機ji軸zhou中zhong心xin線xian以yi下xia全quan部bu淹yan沒mei在zai水shui封feng池chi水shui中zhong，水shui封feng池chi中zhong設she有you兩liang台tai鬥dou式shi搬ban出chu機ji，用yong來lai搬ban出chu爐lu中zhong的de焙bei燒shao礦kuang。為wei了le延yan長chang抽chou煙yan機ji葉ye輪lun的de使shi用yong壽shou命ming，設she有you兩liang台tai旋xuan風feng除chu塵chen器qi，用yong來lai減jian少shao廢fei氣qi中zhong的de粉fen塵chen

，整zheng個ge爐lu子zi是shi在zai負fu壓ya下xia工gong作zuo的de。如ru圖tu1所示
，主要過程描述如下：


給礦：原礦通過爐頂貯礦槽，經由下料口落入爐膛內。
預熱：當礦石進入預熱帶，在廢氣的預熱下，礦石的平均溫度一般為150-200℃。
加熱：礦石通過自重下落進入加熱帶，加熱煤氣與加熱空氣在燃燒室混合燃燒時放出的熱量通過對流
、輻射以及傳導的方式使礦石溫度達到700-850℃。礦石溫度高低不僅取決於搬出的快慢
，還取決於燃燒室內煤氣和空氣的配比，配比適當，煤氣燃燒充分。燃燒室溫度一般控製在1050-1150℃，其熱量由導火孔傳導給礦石。
還原：加熱礦石進入還原帶
，在570℃左右時與供給的還原煤氣發生還原反應。
冷卻：焙燒礦進入水封池冷卻到400℃以下，必須保持水溫在40-45℃，否則，焙燒礦不能有效冷卻，礦石反而被氧化，達不到還原的目的。
搬出：搬出製度決定礦石在豎爐內焙燒的時間，為了保證焙燒質量，必須有一個合理的搬出製度，一般以一個周期的時間來表示。
豎shu爐lu操cao作zuo者zhe主zhu要yao依yi據ju經jing驗yan知zhi識shi進jin行xing判pan斷duan
，在zai此ci基ji礎chu上shang進jin行xing各ge種zhong手shou工gong操cao作zuo
，自zi動dong化hua程cheng度du非fei常chang低di。加jia上shang豎shu爐lu焙bei燒shao過guo程cheng中zhong包bao括kuo多duo種zhong內nei外wai因yin素su的de交jiao叉cha變bian化hua，不bu確que定ding性xing普pu遍bian，設she備bei眾zhong多duo，使shi得de焙bei燒shao過guo程cheng控kong製zhi變bian得de複fu雜za起qi來lai，表biao現xian在zai如ru下xia幾ji個ge方fang麵mian：
1) 過guo程cheng本ben身shen具ju有you多duo變bian量liang強qiang耦ou合he的de特te點dian，輸shu入ru輸shu出chu眾zhong多duo。輸shu入ru有you空kong氣qi量liang，加jia熱re煤mei氣qi量liang，還hai原yuan煤mei氣qi量liang等deng
，輸shu出chu量liang有you燃ran燒shao室shi溫wen度du，加jia熱re帶dai溫wen度du
，還hai原yuan帶dai溫wen度du等deng，任ren何he一yi個ge輸shu入ru的de變bian化hua都dou可ke能neng引yin起qi所suo有you的de輸shu出chu發fa生sheng波bo動dong
；2）機理複雜，有物料的進出、熱量的傳遞，還有化學反應

，難以對燃燒室的溫度對象建立準確的數學模型，使得基於模型的精確控製理論難以發揮其長處；3）不bu確que定ding性xing因yin素su多duo，如ru礦kuang石shi的de性xing質zhi改gai變bian，加jia熱re煤mei氣qi成cheng分fen的de波bo動dong以yi及ji操cao作zuo工gong水shui平ping參can差cha不bu齊qi等deng
，這zhe些xie不bu確que定ding因yin素su均jun會hui影ying響xiang關guan鍵jian工gong藝yi參can數shu的de穩wen定ding性xing
；4) 焙燒過程中往往伴隨著一些故障的發生，一旦操作不當

，將會引發生產故障

，影響生產的連續性和穩定性。
以(yi)上(shang)說(shuo)明(ming)了(le)手(shou)工(gong)操(cao)作(zuo)的(de)局(ju)限(xian)性(xing)，同(tong)時(shi)說(shuo)明(ming)了(le)單(dan)一(yi)的(de)常(chang)規(gui)控(kong)製(zhi)理(li)論(lun)與(yu)技(ji)術(shu)難(nan)以(yi)實(shi)現(xian)豎(shu)爐(lu)焙(bei)燒(shao)複(fu)雜(za)的(de)控(kong)製(zhi)，難(nan)以(yi)達(da)到(dao)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)的(de)最(zui)終(zhong)需(xu)求(qiu)，如(ru)用(yong)戶(hu)對(dui)產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)的(de)期(qi)望(wang)等(deng)
，究(jiu)其(qi)原(yuan)因(yin)是(shi)因(yin)為(wei)基(ji)礎(chu)回(hui)路(lu)控(kong)製(zhi)級(ji)難(nan)以(yi)找(zhao)到(dao)合(he)適(shi)的(de)設(she)定(ding)值(zhi)。如(ru)燃(ran)燒(shao)室(shi)溫(wen)度(du)
、還原煤氣流量
、banchuzhidudeng
，wangwangshiyoucaozuoyuanjiezhuyuqijileidejingyangeichu，daiyouzhuguanxinghesuiyixing，shichanpinzhiliangjiqitagongyizhibiaodebudaoyouxiaokekaodebaozheng。ruguobuduishebeijinxingzidonghuaxitongdegaizao，suodailaidewentishi：kongzhijingdubugao
，langfeinengyuan，zuizhongdechanpinzhiliangdebudaoyouxiaodebaozhang。jinnianlai，suizhegongchangzidonghuachengdudebuduantigaoyijixianjinkongzhijishudefazhan，geqiyeyuelaiyuezhongshigongyiguochengdezidongkongzhishixian
，zheyangbujinnengtigaokongzhijingdu，erqiejieyuelenengyuan，shichanpinzhiliangdedaoledafutigao。

3 豎爐焙燒過程綜合自動化係統
結合選礦廠豎爐焙燒過程的特點，采用智能優化
、過程控製和過程管理三層結構的綜合自動化係統體係架構，提出了如圖2所示豎爐焙燒過程綜合自動化係統。


3.1 係統結構
該係統有豎爐智能優化係統
、豎爐過程控製係統、shuluguochengguanlixitonghejisuanjizhichengxitongzucheng。qizhong，zhinengyouhuaxitongcaiyongyizongheshengchanzhibiaoweimubiaodezhinengyouhuashedingjishu，juyouranshaoshiwenduzhinengyouhuashedingmokuai
、還原煤氣智能優化設定模塊和搬出製度智能優化設定模塊。
過程控製係統采用EIC(Electric Instrument Computer)一體化計算機集散控製係統集成設計技術。其中基礎自動化係統具有回路控製模塊
、邏輯控製模塊和關鍵工藝參數的監控模塊。
過程管理係統采用綜合生產指標為目標的生產過程優化運行與優化管理技術，具有生產管理和係統管理兩部分。
計算機支撐係統有監控軟件


、實shi時shi數shu據ju庫ku和he計ji算suan機ji網wang絡luo係xi統tong組zu成cheng
，通tong過guo計ji算suan機ji支zhi撐cheng係xi統tong實shi現xian過guo程cheng控kong製zhi係xi統tong和he過guo程cheng管guan理li係xi統tong的de信xin息xi集ji成cheng，從cong而er實shi現xian豎shu爐lu焙bei燒shao過guo程cheng的de綜zong合he自zi動dong化hua。

3.2 係統功能
豎爐焙燒生產過程綜合自動化係統包括：智能優化係統
、過程控製係統和過程管理係統(係統功能圖參見圖3)。豎爐智能優化係統根據生產指標要求，根據選礦廠製定的指標：磁選管回收率，由回路智能優化設定模型對豎爐焙燒過程的燃燒室溫度
、還hai原yuan煤mei氣qi流liu量liang和he搬ban出chu製zhi度du等deng控kong製zhi回hui路lu的de給gei定ding值zhi進jin行xing優you化hua設she定ding
，實shi現xian焙bei燒shao過guo程cheng的de磁ci選xuan管guan回hui收shou率lv優you化hua控kong製zhi，從cong而er保bao證zheng選xuan礦kuang過guo程cheng綜zong合he生sheng產chan指zhi標biao的de優you化hua。
豎爐過程控製係統實現豎爐焙燒過程生產設備的啟動、停止等邏輯控製，如抽煙機、鼓風機
、搬出機和排礦機等，具有設備安全保護功能

，實現了生產工藝參數
，如豎爐溫度（燃燒室、加熱帶、還原帶等）
、壓力（加熱煤氣壓力
、還原煤氣壓力、爐膛負壓等）、流量（煤氣、空氣等）的閉環控製。該係統通過上位機監控係統對設備運行狀態、關鍵工藝參數和趨勢曲線進行實時監控，從而保證生產過程的穩定運行。


豎爐過程管理包括生產管理和係統管理，對豎爐焙燒生產過程和綜合自動化係統進行管理。生產管理具有係統監測
、故障診斷、設備管理、生產安全管理和係統通訊等功能。係統監測功能對數據進行采集、處理以及生產過程的監控；故障診斷功能對故障進行實時預測
、及(ji)時(shi)發(fa)現(xian)生(sheng)產(chan)故(gu)障(zhang)。設(she)備(bei)管(guan)理(li)功(gong)能(neng)對(dui)設(she)備(bei)故(gu)障(zhang)進(jin)行(xing)報(bao)警(jing)，對(dui)設(she)備(bei)的(de)維(wei)護(hu)進(jin)行(xing)管(guan)理(li)，對(dui)設(she)備(bei)維(wei)修(xiu)計(ji)劃(hua)進(jin)行(xing)預(yu)測(ce)
，幫(bang)助(zhu)製(zhi)定(ding)維(wei)修(xiu)計(ji)劃(hua)，保(bao)證(zheng)設(she)備(bei)的(de)安(an)全(quan)運(yun)行(xing)。生(sheng)產(chan)安(an)全(quan)管(guan)理(li)功(gong)能(neng)包(bao)括(kuo)設(she)備(bei)間(jian)的(de)連(lian)鎖(suo)保(bao)護(hu)，關(guan)鍵(jian)操(cao)作(zuo)執(zhi)行(xing)前(qian)確(que)認(ren)
，現(xian)場(chang)設(she)備(bei)起(qi)停(ting)前(qian)打(da)鈴(ling)，以(yi)保(bao)證(zheng)生(sheng)產(chan)安(an)全(quan)。係(xi)統(tong)通(tong)訊(xun)功(gong)能(neng)實(shi)現(xian)各(ge)個(ge)控(kong)製(zhi)子(zi)係(xi)統(tong)和(he)各(ge)級(ji)計(ji)算(suan)機(ji)網(wang)絡(luo)之(zhi)間(jian)的(de)通(tong)訊(xun)。操(cao)作(zuo)指(zhi)導(dao)功(gong)能(neng)是(shi)係(xi)統(tong)根(gen)據(ju)采(cai)集(ji)的(de)數(shu)據(ju)和(he)人(ren)工(gong)輸(shu)入(ru)
、設定信息判斷當前的生產狀況和操作條件
，由基於案例推理的專家係統給出操作指導。係統管理具有係統安全管理、yonghuguanlihexitongdaohangdenggongneng。xitonganquanguanlibaozhengxitongbubeieyipohuaihejilusuofashengguodeshijianhesuojinxingdecaozuo，xitongdejinruxuyaoyonghuhemima，tongshiduiyunxingzhongdehuodonghebaojingjinxingjilu。yonghuguanliyonglaizengjiaheshanchuyonghu

，duiyonghudequanxianjinxingshedingheyonghumimajinxingxiugai。xitongdaohangshixianxitongneibudaohanggongneng

，shixianjiankonghuamianzhijiandeqiehuanhegegezixitongjiandeqiehuan。
通過監控軟件提供的強大組態功能、先進的OPC接口功能以及DDE數據交換功能
，計算機網絡與實時數據庫的支持，編製了控製及智能優化設定軟件，將豎爐焙燒生產過程的控製


、優化和管理集成
，實現生產過程管理和過程控製的一體化
，從而保證豎爐焙燒生產過程的優化控製、優化運行和優化管理。

3.3 控製策略
由於豎爐焙燒過程具有多變量強耦合
、強(qiang)非(fei)線(xian)性(xing)，磁(ci)選(xuan)管(guan)回(hui)收(shou)率(lv)等(deng)關(guan)鍵(jian)工(gong)藝(yi)參(can)數(shu)不(bu)能(neng)連(lian)續(xu)在(zai)線(xian)測(ce)量(liang)，而(er)且(qie)，難(nan)以(yi)用(yong)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)的(de)輸(shu)入(ru)與(yu)輸(shu)出(chu)的(de)解(jie)析(xi)式(shi)子(zi)來(lai)表(biao)示(shi)。因(yin)此(ci)
，難(nan)以(yi)采(cai)用(yong)常(chang)規(gui)的(de)優(you)化(hua)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)進(jin)行(xing)優(you)化(hua)控(kong)製(zhi)。本(ben)文(wen)采(cai)用(yong)圖(tu)4所示的智能優化控製技術，通過兩層結構：回路控製層和回路優化設定層來實現豎爐焙燒過程的優化控製。
智能優化係統優化目標值為磁選管回收率設定值，該係統通過燃燒室溫度、還原煤氣流量和搬出製度的智能優化設定模型產生豎爐焙燒過程的溫度
、流量等控製回路和搬出製度的優化設定值
，通過回路反饋控製使焙燒生產過程的溫度、流量等穩定跟隨優化設定值。利用焙燒過程的輸入
、輸出量，通過智能預報模型[7]
，產(chan)生(sheng)磁(ci)選(xuan)管(guan)回(hui)收(shou)率(lv)預(yu)報(bao)值(zhi)，並(bing)與(yu)磁(ci)選(xuan)管(guan)回(hui)收(shou)率(lv)的(de)目(mu)標(biao)值(zhi)進(jin)行(xing)比(bi)較(jiao)，產(chan)生(sheng)的(de)誤(wu)差(cha)經(jing)過(guo)前(qian)饋(kui)補(bu)償(chang)來(lai)校(xiao)正(zheng)回(hui)路(lu)優(you)化(hua)設(she)定(ding)值(zhi)，並(bing)通(tong)過(guo)化(hua)驗(yan)過(guo)程(cheng)產(chan)生(sheng)的(de)磁(ci)選(xuan)管(guan)回(hui)收(shou)率(lv)的(de)化(hua)驗(yan)值(zhi)與(yu)磁(ci)選(xuan)管(guan)回(hui)收(shou)率(lv)的(de)目(mu)標(biao)值(zhi)進(jin)行(xing)反(fan)饋(kui)校(xiao)正(zheng)回(hui)路(lu)設(she)定(ding)值(zhi)，通(tong)過(guo)回(hui)路(lu)控(kong)製(zhi)使(shi)豎(shu)爐(lu)焙(bei)燒(shao)過(guo)程(cheng)實(shi)現(xian)優(you)化(hua)。


燃燒室溫度Y1的回路控製原理如圖5所示。根據易於檢測的流量、溫度等物理量，應用智能控製技術解決豎爐焙燒過程中爐溫幹擾因素與加熱煤氣量和空燃比之間的非線性耦合影響，采用智能控製與PID控(kong)製(zhi)相(xiang)結(jie)合(he)的(de)方(fang)法(fa)對(dui)燃(ran)燒(shao)室(shi)溫(wen)度(du)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)，自(zi)動(dong)搜(sou)索(suo)並(bing)跟(gen)蹤(zong)最(zui)佳(jia)空(kong)燃(ran)比(bi)，以(yi)實(shi)現(xian)最(zui)佳(jia)燃(ran)燒(shao)和(he)綜(zong)合(he)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)，即(ji)燃(ran)燒(shao)室(shi)溫(wen)度(du)的(de)智(zhi)能(neng)優(you)化(hua)控(kong)製(zhi)。從(cong)圖(tu)中(zhong)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，它(ta)是(shi)一(yi)個(ge)前(qian)饋(kui)―串級比值調節係統
，加入了基於人工神經網絡的前饋動態補償，使得爐膛負壓n、加熱煤氣壓力p及熱值hfashengbodongshi，nengjishixiuzhengjiaremeiqideliulianghekongranbi，yudanbianliangtiaojiexitongxiangbi
，xiangdangyuzengjialeweifenzuoyongdechaoqianhuanjie，jiakuailexitongdetiaojieguocheng。qizhongzhinengkongzhiqiyoushenjingwangluodongtaibuchangqiyumohukongzhiqizucheng。mohukongzhiqigenjuranshaoshiwendudeshedingzhiW1與實際檢測值Y1的誤差e和誤差變化率de/dt給(gei)出(chu)加(jia)熱(re)煤(mei)氣(qi)流(liu)量(liang)的(de)設(she)定(ding)值(zhi)。係(xi)統(tong)中(zhong)空(kong)燃(ran)比(bi)的(de)實(shi)時(shi)修(xiu)正(zheng)調(tiao)節(jie)
，使(shi)得(de)燃(ran)料(liao)在(zai)諸(zhu)多(duo)幹(gan)擾(rao)因(yin)素(su)的(de)作(zuo)用(yong)下(xia)仍(reng)能(neng)充(chong)分(fen)燃(ran)燒(shao)，節(jie)約(yue)了(le)能(neng)源(yuan)
，避(bi)免(mian)了(le)因(yin)燃(ran)燒(shao)不(bu)充(chong)分(fen)冒(mao)黑(hei)煙(yan)而(er)汙(wu)染(ran)環(huan)境(jing)的(de)現(xian)象(xiang)。


還原煤氣流量Y2控製原理如圖6所示
，采用參數自整定PID控製器實現還原煤氣流量的快速、穩定化控製。
優化設定模型給出搬出製度Y3的設定值後，由軟件實現搬出電機的定時啟停，達到電機按規定動作而將焙燒礦搬出還原帶的目的，保證焙燒礦不發生“過還原”或“欠還原”的現象
，使其質量得到保障。搬出製度的一個控製時序如圖7所示。其中，S11表示第1台搬出機在第1個周期內的運行時間，S12表示第2台搬出機在第1個周期內的運行時間，T1表示搬出機在第一個周期內的停止時間。搬出製度即1個周期為S11、2T1、S12之和。




4 係統實施及應用效果
某選礦廠年處理鐵礦石500萬噸，礦石含鐵品位33%。全廠用於礦石焙燒的豎爐22zuo。shulubeishaoshengchanguochengjibencaiyongrengonggenjujingyanjinxingcaozuo，yongrenyankanhuokongguanchahuoyandeyanselaigujiranshaoshihehaiyuandaidewendu
，ranhou，shoudongguanxiaohuokaidafamenlaitiaojiewendu；觀(guan)察(cha)焙(bei)燒(shao)礦(kuang)的(de)顏(yan)色(se)來(lai)判(pan)斷(duan)焙(bei)燒(shao)質(zhi)量(liang)
，然(ran)後(hou)，更(geng)改(gai)搬(ban)出(chu)製(zhi)度(du)和(he)燃(ran)燒(shao)室(shi)溫(wen)度(du)來(lai)控(kong)製(zhi)焙(bei)燒(shao)礦(kuang)的(de)質(zhi)量(liang)。有(you)關(guan)的(de)電(dian)機(ji)設(she)備(bei)都(dou)是(shi)在(zai)現(xian)場(chang)操(cao)作(zuo)箱(xiang)進(jin)行(xing)起(qi)停(ting)控(kong)製(zhi)。造(zao)成(cheng)生(sheng)產(chan)人(ren)員(yuan)多(duo)，效(xiao)率(lv)低(di)

，成(cheng)本(ben)高(gao)，消(xiao)耗(hao)大(da)。豎(shu)爐(lu)區(qu)溫(wen)度(du)高(gao)，霧(wu)氣(qi)大(da)，工(gong)人(ren)的(de)工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)差(cha)，勞(lao)動(dong)強(qiang)度(du)大(da)。結(jie)合(he)該(gai)選(xuan)礦(kuang)廠(chang)豎(shu)爐(lu)焙(bei)燒(shao)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)的(de)實(shi)際(ji)采(cai)用(yong)本(ben)文(wen)提(ti)出(chu)的(de)方(fang)法(fa)，實(shi)施(shi)了(le)豎(shu)爐(lu)焙(bei)燒(shao)過(guo)程(cheng)綜(zong)合(he)自(zi)動(dong)化(hua)係(xi)統(tong)。

4.1 係統硬件結構
係統的硬件結構
，如圖8所示。模型機（5台）及監控計算機（6台）均為DELL公司PC機，操作係統為Windows2000。計算機控製係統采用美國Rockwell公司ControlLogix係統，包括CPU模塊，電源模塊
，開關量輸入輸出模塊
，模擬量輸入輸出模塊，控製網(ControlNet)通訊模塊，設備網(DeviceNet)通訊模塊等。控製網與設備網之間通過控製網(ControlNet)通tong訊xun模mo塊kuai進jin行xing通tong訊xun，模mo型xing機ji和he控kong製zhi站zhan的de通tong訊xun通tong過guo以yi太tai網wang進jin行xing通tong訊xun
，智zhi能neng優you化hua程cheng序xu將jiang計ji算suan結jie果guo通tong過guo以yi太tai網wang傳chuan至zhi各ge控kong製zhi站zhan。監jian控kong機ji直zhi接jie通tong過guo控kong製zhi網wang與yuPLC進行通訊。
控製站由1-11#豎爐控製站、一個豎爐測溫遠程站等共12個控製站組成
，12個站總共有14個機架（11個本地站，每個站1個機架；1個遠程站，共3個機架）。1-11#控製站分別負責兩台豎爐的控製

，每個站對應1台控製櫃

，安放在中央控製室；豎爐遠程控製站實現對22台豎爐燃燒室溫度、還原帶溫度及加熱帶溫度的檢測。各控製站通過設備網(DeviceNet)實現對22座豎爐所有變頻器的狀態監測與頻率設定，以實現鼓風機的變頻調速。1-11#控製站的各處理器通過冗餘的ControlNet網，以Producer/Consumer的通信模式實現數據開放。


4.2 係統軟件結構
整個控製係統所使用的軟件均為美國Rockwell公司的配套產品：RSLogix5000、RSLink、RSNetWorx
、RSView32等。監控計算機配有RSLogix5000
、RSLink、RSNetWorx
、RSView32應用軟件
，使用Microsoft Windows2000操作環境
，編程軟件由RSLogix5000和RSView兩部分組成，其中RSLogix5000為PLC軟件開發環境
，RSView為監控畫麵及模型機開發環境，RSLink、RSNetWorx為網絡組態軟件。
各控製站的控製程序的開發基於RSLogix5000軟件[8]，ControlLogix係統的結構體係是一個技術先進的控製平台
，它集成了多種控製功能：順序控製
，過程控製，運動控製等。ControlLogix係統是模塊化的，用戶可以根據其具體應用來選擇合適的內存量、控製器個數和網絡類型。這種柔性結構允許用戶在同一個機架內使用多個控製器、網絡通訊及I/O模塊。用戶能在多個控製器之間分配資源和劃分任務。ControlLogix數據傳輸總線利用Producer/Consumer技術為用戶提供一種高性能的、具有確定性的分布式方案。通過通訊接口模塊可以實現ControlLogix與計算機
、分布式處理器和分布式I/O的互連。它們可以共享連接到通訊接口模塊上的任何EtherNet， ControlNet或DH+鏈路。
在每個站的控製程序中，主要包括一個連續任務和一個周期性任務
，其中連續任務下有1個主程序，主程序下有一個主例程(Main Routine)
，主例程實現各設備的啟停以及搬出機的自動搬出控製
，主例程有幾個子例程，包括故障處理子例程


、電機故障子例程
，信號處理子例程，溫度處理子例程
，數據處理子例程，搬出機電流處理子例程等等。周期性任務下有有1個主程序(Loop Program)，主程序下有1個主例程(PIDLOOP)和一個子例程(PIDDataProcess)
，實現對每個站的溫度、流量控製回路的數據處理及閉環控製。
控製網與設備網通過應用軟件RSLink和RSNetWorx進行組態[9-11]
，在組態的過程中可以設定通訊節點，以便於網絡資源分配，可以設定網絡更新時間(NUT)等等。在RSLink中組態OPC接點後，就可以使PLC和監控機兩者經過組態的OPC接點進行通訊聯係
，彼此交換數據與信息。
RSView32是一個功能強大的控製係統監控軟件[12]
，可以按用戶的要求編製監控程序及友好的操作界麵。基於RSView32的VBA軟件類似於VB，可以編製複雜的計算處理程序，智能優化模型的開發就是基於VBA軟件設計的。本係統中監控畫麵的主要組成是：豎爐工藝圖、自動控製參數總覽、設定值及PID參數控製麵板、儀表信號圖、實時趨勢圖
、曆史趨勢圖故障報警畫麵等。通過對這些操作界麵的操作，可監視溫度
、壓力、流量的變化趨勢
，對故障報警進行顯示
，對生產狀況分析，可以使操作員隨時對現場進行生產過程的操作指導及控製。

4.3 應用效果
豎爐焙燒控製是選礦生產過程控製的關鍵。豎爐生產過程輸入有空氣量、加熱煤氣量和還原煤氣量
；輸出有燃燒室溫度、加熱帶溫度和還原帶溫度。輸入與輸出之間具有強耦合，過程機理複雜，如礦石的進出
、熱量的傳遞
、化hua學xue反fan應ying，而er且qie不bu確que定ding因yin素su多duo，如ru礦kuang石shi的de特te性xing變bian化hua，加jia熱re煤mei氣qi成cheng分fen的de波bo動dong，磁ci選xuan管guan回hui收shou率lv，還hai原yuan帶dai的de溫wen度du難nan以yi在zai線xian連lian續xu測ce量liang。這zhe些xie因yin素su的de存cun在zai使shi得de焙bei燒shao控kong製zhi任ren務wu非fei常chang複fu雜za，合he理li的de係xi統tong結jie構gou及ji先xian進jin的de控kong製zhi技ji術shu是shi保bao證zheng可ke靠kao控kong製zhi的de關guan鍵jian。
豎爐焙燒綜合自動化係統具有智能優化、過程控製和過程管理三層結構
，采用智能解耦控製技術和智能優化設定控製技術，通過對豎爐焙燒過程的燃燒室溫度、還原煤氣流量
、搬出製度的優化設定及溫度、流量的回路控製
，實現磁選管回收率的優化控製。重要工藝參數的監控畫麵如圖9所示，重要參數的智能優化設定畫麵如圖10所示。
豎爐焙燒過程的實際控製曲線如圖11所示。其中，W1表示燃燒室溫度設定值，Y1表示燃燒室實際溫度，W2表示還原煤氣流量設定值，Y2表示還原煤氣實際流量，U1表示加熱煤氣閥開度。圖中縱坐標表示燃燒室溫度(0-1300℃)，對應加熱煤氣閥開度(0-100%)和還原煤氣流量(0-5000m3/h)。從圖11可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)燃(ran)燒(shao)室(shi)溫(wen)度(du)和(he)還(hai)原(yuan)煤(mei)氣(qi)流(liu)量(liang)的(de)設(she)定(ding)值(zhi)根(gen)據(ju)工(gong)況(kuang)的(de)變(bian)化(hua)而(er)變(bian)化(hua)，控(kong)製(zhi)輸(shu)出(chu)能(neng)夠(gou)很(hen)好(hao)的(de)跟(gen)蹤(zong)優(you)化(hua)設(she)定(ding)值(zhi)。現(xian)場(chang)長(chang)期(qi)運(yun)行(xing)的(de)效(xiao)果(guo)表(biao)明(ming)
，豎(shu)爐(lu)台(tai)時(shi)產(chan)率(lv)從(cong)24.90T/h提高到25.62T/h，提高0.72 T/h。豎爐的磁選管回收率提高2％。設備運轉率提高2.98%
，能耗降低了10%，操作人員減少50%。豎爐焙燒生產過程實現了優化控製、優化運行和優化管理。






5 結 語
本文針對豎爐焙燒過程的特點，應用Rockewll自動化技術和智能控製方法
，提出了由智能優化、過guo程cheng控kong製zhi和he過guo程cheng管guan理li三san層ceng結jie構gou組zu成cheng的de豎shu爐lu焙bei燒shao生sheng產chan過guo程cheng綜zong合he自zi動dong化hua係xi統tong。本ben係xi統tong在zai某mou選xuan礦kuang廠chang豎shu爐lu焙bei燒shao過guo程cheng中zhong成cheng功gong應ying用yong
，可ke以yi實shi現xian豎shu爐lu焙bei燒shao生sheng產chan過guo程cheng的de優you化hua控kong製zhi
、優化運行和優化管理，從而提高了產品的質量
、生sheng產chan的de穩wen定ding性xing，降jiang低di了le工gong人ren的de勞lao動dong強qiang度du，改gai善shan了le操cao作zuo環huan境jing
，減jian少shao了le資zi源yuan消xiao耗hao和he操cao作zuo人ren員yuan，提ti高gao了le設she備bei運yun轉zhuan率lv
，實shi現xian了le磁ci選xuan管guan回hui收shou率lv的de優you化hua控kong製zhi。以yiRockewll自動化技術為基礎，開發出的綜合自動化係統的結構還可以應用於其他行業
，有很高的推廣價值。

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[10] ControlNetTM Networks Procedures Guide for Use with RSNetWorxTM for ControlNet Software, Rockwell Automation. Ver 3.0.2001
[11] RSNetWorxTM Procedures Guide for DeciveNetTM Software, Rockwell Automation. Ver 2.2 2000
[12] Developing Integrated RSView32TM Projects Using RSView32 Software. Rockwell Automation. Ver.6.1,1998
[13] 1336PlusII變頻器用戶手冊
作者簡介
嚴愛軍（1970－），男，博士生。 研究領域為複雜工業過程的建模與智能控製，工業過程綜合自動化理論、技術及應用等.
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通訊地址：東北大學自動化研究中心309信箱. 郵編：110004