1、实现综合生产指标优化的实现综合生产指标优化的工业过程智能综合自动化系统工业过程智能综合自动化系统提提 纲纲 1.1.引引 言言 源消耗大，环境污染严重，综合竞争力弱。源消耗大，环境污染严重，综合竞争力弱。过程控制、过程优化、生产过程控制、过程优化、生产调度、企业管理和经济决策调度、企业管理和经济决策五五层结构的综合自动化系统层结构的综合自动化系统 (Theodore J.Williams,1989)economic decisionenterprise managementproduction schedulingprocess optimizationprocess control1.3 1
2、.3 综合自动化系统的研究现状综合自动化系统的研究现状 过程稳定化、过程优化、过程稳定化、过程优化、过程管理三层结构组成的过程管理三层结构组成的选矿生产过程自动化系统选矿生产过程自动化系统 (Houseman,et al.2001)process managementprocess optimizationprocess stabilization 基于企业资源计划（基于企业资源计划（ERPERP）/制造执行系统（制造执行系统（MESMES）/过程过程控制系统（控制系统（PCSPCS）三层结构的）三层结构的金矿企业综合自动化系统金矿企业综合自动化系统 (柴天佑、金以慧等柴天佑、金以慧等,200
3、3)ERP(Enterprise Resource Planning)PCS(Process Control System)MES(Manufacturing Execution System)模型方面模型方面 以往建模方法研究主要集中在为控制器设计而建立被以往建模方法研究主要集中在为控制器设计而建立被控对象的动态模型。采用微分方程、状态空间、差分控对象的动态模型。采用微分方程、状态空间、差分方程、传递函数以及最小二乘等参数估计方法来建立方程、传递函数以及最小二乘等参数估计方法来建立被控对象的动态数学模型被控对象的动态数学模型近年来，针对具体的工业过程，将机理模型与智能方近年来，针对具体的工业
4、过程，将机理模型与智能方法相结合提出了性能参数的预报模型。采用机理模型法相结合提出了性能参数的预报模型。采用机理模型与经验模型为主的生产流程动态模拟方法，在石化工与经验模型为主的生产流程动态模拟方法，在石化工业中得到成功应用。业中得到成功应用。1.3.2 1.3.2 模型与优化方法模型与优化方法 优化方法优化方法 早期的优化控制集中在过程单元的优化控制上，以控制系统早期的优化控制集中在过程单元的优化控制上，以控制系统自身的性能指标为优化控制目标，要求优化指标能用控制系自身的性能指标为优化控制目标，要求优化指标能用控制系统的输入与输出的精确数学模型来描述统的输入与输出的精确数学模型来描述静态优化
5、控制寻求具有稳态工况的工业过程（如石化等）的静态优化控制寻求具有稳态工况的工业过程（如石化等）的最优稳态工况，其优化目标函数是与利润、产量、资源消耗最优稳态工况，其优化目标函数是与利润、产量、资源消耗等经济指标相关的函数，采用优化算法寻求最优工况解来协等经济指标相关的函数，采用优化算法寻求最优工况解来协调控制器，实现工业过程的稳态优化调控制器，实现工业过程的稳态优化由于工况条件的频繁变化和原材料的波动使得工业过程难以由于工况条件的频繁变化和原材料的波动使得工业过程难以达到稳态工况，稳态模型不能完全描述工业过程的在线动态达到稳态工况，稳态模型不能完全描述工业过程的在线动态行为，针对石化过程的基于
6、模型预测控制的在线动态优化控行为，针对石化过程的基于模型预测控制的在线动态优化控制方法相继提出制方法相继提出冶金工业过程不仅要求控制系统能保证控制回路的精度，而冶金工业过程不仅要求控制系统能保证控制回路的精度，而且要求实现与产品质量、收率等相关的工艺指标的优化，提且要求实现与产品质量、收率等相关的工艺指标的优化，提出了由底层控制与上层监控两层结构组成的基于工艺指标的出了由底层控制与上层监控两层结构组成的基于工艺指标的集成优化控制方法集成优化控制方法 流程工业智能综合自动化所需要的模型（例如综合生流程工业智能综合自动化所需要的模型（例如综合生产指标与控制器参数之间的动态关系）研究；产指标与控制器
7、参数之间的动态关系）研究；为了获得企业的整体效益，以实现企业全局优化为目为了获得企业的整体效益，以实现企业全局优化为目标的优化控制方法。标的优化控制方法。1.41.4 最新进展最新进展图图1 生产过程管理与控制一体化框图生产过程管理与控制一体化框图 生产过程管理与控制一体化生产过程管理与控制一体化2.1 2.1 系统结构与功能系统结构与功能 铁矿选矿生产过程流程图铁矿选矿生产过程流程图3.3.选矿生产过程智能综合自动化系统选矿生产过程智能综合自动化系统废石原矿粉矿块矿焙烧矿石处理磨矿强磁选过程脱水过程尾矿坝废石山有用矿石尾矿处理过程精矿处理过程精矿尾矿精矿尾矿精矿库弱磁选过程精矿 尾矿 选矿生
8、产的主要过程选矿生产的主要过程 系统结构与功能系统结构与功能生产统计 生产计划管理 生产统计 生产分析 scheduling 物料平衡 生产调度系统 生产信息管理 调度执行 日常数据采集 生产报告 设备管理 设备文件 设备操作信息收集 设备操作 设备维护 物料管理 固定资产 质量管理 质量信息管理 质量索引统计 质量统计 质量分析 综合查询与决策 调度信息 计划和统计信息 能量信息 动态成本控制信息 质量控制信息 设备管理信息 决策支持 选矿生产管理系统 能源管理 能源信息管理 能源消耗数据统计 能源消耗分析 scheduling 能源统计管理 成本计划 成本核算 成本监控 成本分析 动态成本
9、控制 成本控制 选矿过程生产管理系统功能选矿过程生产管理系统功能生产计划系统 生产作业计划 物料计划 能源计划 生产成本计划 设备采购计划图图13 选矿过程生产管理系统功能树选矿过程生产管理系统功能树 3.3.23.3.2 智能优化控制策略智能优化控制策略 竖炉焙烧过程竖炉焙烧过程炉膛负压等过程参数磁选管回收率化验过程台时处理量目标值炉膛负压等过程参数磁选管回收率化验过程台时处理量目标值磨矿粒度化验过程处理量目标值3.43.4 综合自动化系统在酒钢选矿厂的工程应用综合自动化系统在酒钢选矿厂的工程应用3.4.13.4.1 酒钢选矿厂介绍酒钢选矿厂介绍矿石处理矿石处理:99台台:振动筛、皮带运输与
10、卷扬系统等振动筛、皮带运输与卷扬系统等竖炉焙烧竖炉焙烧:89台台:22竖炉竖炉,4 干选机等干选机等 磨磨 矿矿:77台台:15球磨机球磨机,5分级机分级机,20旋流器等旋流器等强强 磁磁 选选 :68台台:15 磁选机等磁选机等弱弱 磁磁 选选 :99台台:中磁机中磁机8台，弱磁机台，弱磁机41台台浓缩脱水浓缩脱水:93台台:过滤机过滤机18台，真空泵台，真空泵18台等台等系统所设计的设备总共系统所设计的设备总共525台。台。硬件结构硬件结构 控制系统照片控制系统照片 软件结构软件结构Softwareof integratedautomationsystemManufacturing Exe
11、cution SystemOptimal control systemRoasting optimizationMilling optimizationProcesscontrol systemDry dressingRoastingMillingMagnetic dressingDehydratingRaw materials sievingCondensingPlanning and statistics SchedulingEnergy managementDynamic cost controlQuality controlEquipment managementViewing and
12、 decision support 矿石处理控制软件界面矿石处理控制软件界面Panoramic view of the FactoryMonitoring view of raw ores processingOperation panel ofraw ores processing 竖炉焙烧过程控制软件界面竖炉焙烧过程控制软件界面 Panoramic view of twenty-two roasters Monitoring view of shaft roasterMonitoring view of operation parameters Operation panel of con
13、trol system 磨矿过程控制软件界面磨矿过程控制软件界面 Monitoring view of milling process Operation panel of control system 磁选过程控制软件界面磁选过程控制软件界面Operation panel of Magnetic dressing process 浓缩过程控制软件界面浓缩过程控制软件界面 Monitoring view of condensing process Operation panel of condensing process 竖炉焙烧过程优化控制软件界面竖炉焙烧过程优化控制软件界面 磨矿过程优化控
14、制软件界面磨矿过程优化控制软件界面Y1W1W2Y2U13.4.33.4.3 应用效果应用效果 竖炉焙烧过程竖炉焙烧过程W3Y3U2W4Y4U3 磨矿过程磨矿过程提高了选矿生产过程的生产效率、产品质量，减少了提高了选矿生产过程的生产效率、产品质量，减少了消耗、节约了能源、减少了环境污染消耗、节约了能源、减少了环境污染 竖炉焙烧过程竖炉焙烧过程 竖炉台时产率竖炉台时产率:提高 0.7 T/h(从 24.9 T/h 到 25.62T/h)磁选管回收率磁选管回收率:提高 2%磨矿过程磨矿过程 磨矿粒度磨矿粒度(-200目目):强磁选：提高 3.76%(从 72.96%到 76.72%)弱磁选：提高 2
15、.46%(从 73.70%到 76.16%)强弱磁粒度合格率强弱磁粒度合格率 强磁选：提高6.75(从86.89到93.64)弱磁选：提高7.43(从86.68到94.11)球磨机断料次数：球磨机断料次数：平均减少53.5次/月 磁选过程：磁选过程：泵的运行周期提高了50以上 阀门使用周期延长2倍以上 从而实现了酒钢选矿厂综合生产指标的优化：从而实现了酒钢选矿厂综合生产指标的优化：金属回收率金属回收率：提高 2.01%(从77.24%到79.25%)精精 矿矿 品品 位位 ：提高0.57%原矿处理量：增加原矿处理量：增加1212万吨年万吨年设备运转率设备运转率：提高 2.98%减减 员员 :5
16、0%（减员237人）全全 厂厂 节节 电：电：725.40千瓦时/年 成成 本：降低本：降低2.142.14元吨元吨4.4.结结 论论选矿生产过程智能综合自动化系统实现了选矿生产过程智能综合自动化系统实现了优化控制、优化运优化控制、优化运行和优化管理。行和优化管理。提高了金属回收率、精矿品位，增加了原矿处理量，减少了提高了金属回收率、精矿品位，增加了原矿处理量，减少了资源消耗，改善了操作环境，提高了设备运转率，实现了减资源消耗，改善了操作环境，提高了设备运转率，实现了减员增效。员增效。该系统可以推广应用于铜矿、铝矿、金矿等选矿行业和过程该系统可以推广应用于铜矿、铝矿、金矿等选矿行业和过程工业。
17、工业。4.1 实现综合生产指标优化的工业过程智能综合自动化实现综合生产指标优化的工业过程智能综合自动化系统是用高新技术改造和提升传统产业，用信息化系统是用高新技术改造和提升传统产业，用信息化带动工业化，走新型工业化道路的基础。带动工业化，走新型工业化道路的基础。信息时代，现代大工业生产中，现场总线控制系统、分布式计算机信息时代，现代大工业生产中，现场总线控制系统、分布式计算机控制系统和信息网络广泛应用控制系统和信息网络广泛应用对控制系统的需求，以控制系统本身性能指标为目标的优化控制转对控制系统的需求，以控制系统本身性能指标为目标的优化控制转为以综合生产指标为目标的优化控制为以综合生产指标为目标的优化控制工业过程的底层回路控制发展为过程的整体性能控制；过程控制发工业过程的底层回路控制发展为过程的整体性能控制；过程控制发展为生产过程管理的控制、一体化过程控制展为生产过程管理的控制、一体化过程控制进一步的研究方向：进一步的研究方向：实现扁平化管理的生产指挥控制中心、实现综合生产指标优化的自实现扁平化管理的生产指挥控制中心、实现综合生产指标优化的自动化系统理论、方法与技术动化系统理论、方法与技术流程工业一体化过程控制技术流程工业一体化过程控制技术具有综合复杂性的工业过程建模、控制与优化具有综合复杂性的工业过程建模、控制与优化流程工业的虚拟制造技术流程工业的虚拟制造技术4.2 谢 谢！
