碳素厂阳极焙烧鲁棒多变量预估优化控制系统开发应用0运算放大器

碳素厂阳极焙烧鲁棒多变量预估优化控制系统开发应用

碳素厂阳极焙烧鲁棒多变量预估优化控制系统开发应用 2011年12月09日 来源： 1. 项目简介　　山东龙口东海铝业碳素厂三期碳素环式焙烧炉两座，其中54室9火道8料箱一座，另一座为36室8火道7料箱。共有5个燃烧系统，燃料为天然气。项目界定范围为：54室阳极焙烧自控项目的检测设备（除热电偶）和控制设备，及相关控制设备安装架和控制柜，控制系统的集成，控制系统的开发，调试和投运。36室阳极焙烧自控项目的检测设备（除热电偶）和控制设备，及相关控制设备安装架和控制柜，控制系统的集成，控制系统的开发，调试和投运。2. 控制原理☆ 根据工艺特点进行系统模型辨识，采用辨识出的控制模型满足产品生产的控制要求。☆ 按照温度的目标曲线进行控制，是阳极块的实际焙烧升温曲线在温差允许的范围内进行升温。☆ 温度升温曲线分为五个曲线段：排烟架温升曲线段、负压架温升曲线段、燃烧1架温升曲线段、燃烧2架温升曲线段和燃烧3架温升曲线段。3. 控制目标1) 能够安全可靠运行；2）能够完成正常自动控制功能；3）生产出合格率高的产品；4）能够节约燃料5） 性能超过国内开发同类控制系统；6）能够达到R&D的控制技术水平；7）性能最后争取超过R&D的控制系统；4. 控制系统软硬件组成☆ 控制系统构成：　　控制系统分为主机操作管理系统和现场就地控制站，系统分为三层网络，第一层为现场操作控制站，主要功能是温度监测、控制燃气电磁阀开关频率和排烟调节门开度、向主调节站传输全部数据和接受主调节站传输数据、处理现场数据对主要数据进行连锁控制等；还可以选择各种操作模式，人工式和自动式。第二层为主控室调节操作站，集中显示焙烧过程中所有可视化信息，包括操作模式、设定点值、报警值、火焰系统运行位置状态、变量和命令，可对报警、火焰移动、操作模式等进行管理；第三层为高级管理站和数据库管理站，可生成历史报表、存储历史记录、对系统突发事件进行处理等。见图1☆ 硬件：采用AB PLC 的SCL500系列显示屏为AB公司燃气烧嘴为R&D公司的产品服务器为DELL品牌负压插板阀为德国的检测设备为国产☆ 软件：操作系统采用windows2000 sever 监控软件自主开发 数学模型和控制器采用动态数据连接库5. 控制方案确定由于阳极焙烧炉的工艺和控制目标的要求，很难采用常规控制方案完成控制要求和控制目标。•确定的控制算法采用系统辨识方式确定控制模型，采用先进的多变量预估、优化、动态自适应算法，控制器具有鲁棒性。每个设备（各个架体）的每个火道采用单独一套算法•确定控制方案采用恰当的约束搭建算法控制器结构满足控制性能要求在保证负压安全可靠前提下，尽量调整燃烧架、排烟架和负压测量架靠近其段的温升曲线解决移炉后正常控制问题6. 控制算法开发☆ 系统辨识控制模型• 数据来源：对二期阳极焙烧进行数据记录。（加上采用二期阳极焙烧数据回归模型作为经验编制为自学习控制方案）• 数据内容：负压历史数据，燃料阀开关时间和流量，火道温度，料箱温度• 数据回归：对数据进行相关联非线性或线性回归，找出相关关系数学模型☆ 数学建模采用的方法建模基本上采用系统辨识法：• 对于一种从输入、输出的数据出发建立对象数学模型的演算方法即系统辨识方法。火道温度由燃料供应量、负压决定的。给定当前及过去各个时刻的温度、燃料供应量、目标温度、以及下一个时刻的目标温度，如何增加、减少燃料供应量，以便使下一时刻的温度与目标温度相同。• 产品加工的目标温升曲线（28小时的加工周期）☆ 各个焙烧架的目标温度和实际温度、燃油脉冲阀门占空比、负压变量关联关系分析。☆ 排烟架、负压测量架的目标温度、实际温度，负压及阀门开度变量的关系。☆ 控制器算法数量• 燃烧架：几个火道既有几套算法。其中每个算法要求包含有：预估算法 控制算法 优化算法 自适应• 排烟架和负压架：几个火道既有几套算法。其中每个算法要求包含有：预估算法 控制算法 优化算法 自适应☆ 模型辨识是科学处理和艺术加工过程• 模型辨识过程要科学的尊重工艺过程本身的特点和要求，完成控制目的为根本。• 控制模型的艺术本身是修正和处理模型使之达到控制的最优化的目的，也就是说在遵从科学的基础上，使控制效果达到控制器所能实现控制功能相对极限。7. 控制器结构

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