可擴展式工業(yè)過程控制模型架構(gòu)在噴煤系統(tǒng)中的應(yīng)用

秦皇島首信自動化系統(tǒng)工程有限公司 王 琦 李聯(lián)祥

可擴展式工業(yè)過程控制模型架構(gòu)在噴煤系統(tǒng)中的應(yīng)用

秦皇島首信自動化系統(tǒng)工程有限公司 王 琦 李聯(lián)祥

可擴展式工業(yè)過程控制模型架構(gòu)在高爐噴煤系統(tǒng)中的應(yīng)用，通過模型實現(xiàn)高爐自動噴吹，提高了噴煤精度，有效的改善了燃料比。

高爐；噴煤；二級；模型

引言

現(xiàn)代高爐冶煉需用焦炭，高爐噴吹煤粉是從高爐風口向爐內(nèi)直接噴吹磨細的煤粉，以替代焦炭起提供熱量和還原劑的作用，從而降低焦比，降低生鐵成本。在實際生產(chǎn)中噴煤量的控制會直接影響高爐爐況的穩(wěn)定性，快速準確的控制高爐噴煤量是確保高爐爐況穩(wěn)定的一個重要前提條件。

1.人工經(jīng)驗控制

某煉鐵廠高爐噴煤為串罐式噴吹系統(tǒng)，串罐式噴吹裝置占地小，噴吹穩(wěn)定性好，但稱量復雜。造成稱量不準確的因素是罐體間力量相互作用導致稱量數(shù)據(jù)不準確。

人工噴吹根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定噴吹罐與給煤機開度從而達到煤量控制的目的，串罐噴煤噴吹速度與噴吹量統(tǒng)計影響因素較多，在近2個月的數(shù)據(jù)統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)人工噴吹平均誤差為+14%，每小時噴吹按照煤比要求的煤量多出1.2-3噸，每月統(tǒng)計原煤消耗都要虧3500-4000噸煤。極不利于高爐的穩(wěn)定生產(chǎn)與燃料比優(yōu)化。

1.1 過程控制系統(tǒng)研發(fā)

針對上述問題，進行可擴展式工業(yè)過程控制模型架構(gòu)與OPC數(shù)據(jù)共享池的研發(fā)，并把研發(fā)成果應(yīng)用于高爐噴煤系統(tǒng)，能夠改善能耗結(jié)構(gòu)、降低燃料消耗、減少生鐵成本。

本模型架構(gòu)研發(fā)意義在于簡化過程控制模型研發(fā)過程，提高模型通用與可讀性，統(tǒng)一的模型開發(fā)框架更加規(guī)范。利用本模型架構(gòu)進行建模應(yīng)用于噴煤系統(tǒng)實現(xiàn)高精度噴吹。

模型架構(gòu)依托于研發(fā)的FCS代碼編譯器，可提供模型建模與運行環(huán)境并支持多種編程語言的代碼編譯，該環(huán)境可動態(tài)生產(chǎn)調(diào)用過程控制步驟對生產(chǎn)過程進行控制。提高了模型的擴展性與可讀性，有效降低模型開發(fā)難度、縮短開發(fā)周期、提高模型通用性、便于維護等諸多優(yōu)點。

傳統(tǒng)的過程控制模型框架局限于特定工藝崗位甚至相同工藝崗位的模型開發(fā)都需要修改源代碼且，不利于后期維護、備份、后期升級，沒有統(tǒng)一的框架體系。

可擴展式工業(yè)過程控制模型架構(gòu)。不局限于具體行業(yè)，在任意過程控制系統(tǒng)中均可應(yīng)用。在架構(gòu)提供的開發(fā)環(huán)境中無需其他開發(fā)工具即可建立數(shù)、控模型。數(shù)據(jù)、接口與算法可任意擴展。避免了以往模型重復性開發(fā)、沒有統(tǒng)一標準、移植難、代碼雜亂等問題，該模型架構(gòu)有效提高了模型的可移植性，便于維護、維護簡單、可讀性強等諸多優(yōu)點。

1.3 技術(shù)創(chuàng)新

該過程控制模型架構(gòu)的創(chuàng)新點在于，將模型架構(gòu)與過程控制模型（包含數(shù)學模型）代碼分開，便于后期維護與歸檔模型架構(gòu)通用性強。該模型根據(jù)不同事件動態(tài)調(diào)用模型化的過程控制代碼，開發(fā)與維護靈活，根據(jù)代碼的保密性可選擇性的對代碼進行封裝。

通過自主研發(fā)的語言編譯器，該編譯器可將文本文件編譯解釋為運行代碼，過程控制與數(shù)學模型只需在文本文件中編譯即可，代碼編譯器即可解釋文本文件也可動態(tài)調(diào)用DLL（動態(tài)連接庫）文件或OCX控件，代碼可以實現(xiàn)代碼完全或部分的開源與封裝。

該模型架構(gòu)基于開發(fā)的FCS代碼編譯器，F(xiàn)CS編譯器支持VB、C等多種語言，工藝人員只需要有簡單的編程基礎(chǔ)即可進行建模。

本架構(gòu)優(yōu)點在于：

3.堅守“合作共贏”。嚴格履行合同要求，創(chuàng)新生產(chǎn)組織、市場營銷方式和商務(wù)模式，不斷提高資源配置效率和運營效率。堅持市場化、國際化方向，充分運用全球資源，進一步提升國際化運營和管理能力，為東道國民生謀利益，為國企發(fā)展持續(xù)發(fā)力。

(1)將模型架構(gòu)與過程控制模型（含數(shù)學模型）代碼分開，模型可模塊化動態(tài)進行增刪改。

(2)模型根據(jù)不同事件動態(tài)調(diào)用模型化的過程控制模塊，開發(fā)與維護靈活，根據(jù)代碼的保密性可選擇性的對代碼進行封裝。

(3)自主研發(fā)的語言編譯器。該編譯器可將文本文件編譯解釋為運行代碼，過程控制與數(shù)學模型只需在文本文件中編譯即可，代碼編譯器即可解釋文本文件也可動態(tài)調(diào)用DLL（動態(tài)連接庫）文件或OCX控件，可實現(xiàn)代碼完全或部分的開源與封裝。

(4)框架無需二次開發(fā)減少開發(fā)周期，模型功能模塊化可快速進行建模，模型備份只需備份模型FCS代碼即可，便于后期維護與歸檔模型架構(gòu)通用性強。

(5)模型接口與算法修改容易大幅提高模型的通用性。如相同工藝崗位在不同單位對模型接口算法有不同需求。模型數(shù)據(jù)接口可動態(tài)進行增刪改，模型內(nèi)部修改也很方便，無需修改模型源碼，只需修復FCS編譯器代碼即可。

(6)模型開發(fā)有了統(tǒng)一框架，提高了標準化，避免了不同人員各自為政利用不同語言不同方式進行建模，造成其他人員接手、后期維護困難等問題。

(7)編程簡單、有些編程基礎(chǔ)的人員簡單進行培訓即可上手，開發(fā)快、維護便捷。

1.4 O P C數(shù)據(jù)共享池

OPC數(shù)據(jù)共享池主要功能是實現(xiàn)OPC數(shù)據(jù)共享，通過軟件可以實現(xiàn)與OPC Server數(shù)據(jù)交互、程序間數(shù)據(jù)共享等功能。為程序間數(shù)據(jù)通信共享提供一個開放的接口。下圖展示了數(shù)據(jù)共享結(jié)構(gòu)。

圖1 O P C數(shù)據(jù)共享池

2.模型架構(gòu)應(yīng)用于噴煤系統(tǒng)

利用可擴展式工業(yè)過程控制模型架構(gòu)開發(fā)出煤粉噴吹量統(tǒng)計模型與自動噴吹控制模型，噴吹控制模型利用實時數(shù)據(jù)進行計算將使得實際噴吹量波動過大，無法保障噴吹穩(wěn)定性。為避免這種情況開發(fā)煤粉噴吹量統(tǒng)計模型，煤粉噴吹量統(tǒng)計模型利用二次指數(shù)移動平均修正法計算瞬時噴煤量，統(tǒng)計實時噴吹均線，該數(shù)據(jù)參與噴吹模型計算，可有效避免噴吹量波動大等問題。

圖2 噴煤量均線

影響噴煤主要因素有以下方面噴吹罐壓力、噴吹量料位、噴吹氣源壓力、給煤機開度、過濾器使用時間等。自動噴煤主要目的是利用過程控制模型提高噴吹精度，保障爐況的穩(wěn)定，由事業(yè)部在可擴展式工業(yè)過程控制模型架構(gòu)基礎(chǔ)上開發(fā)高爐自動噴吹控制模型。噴吹控制模型分為靜態(tài)與動態(tài)模型。

靜態(tài)模型在設(shè)定噴煤量改變時進行工作。利用噴吹罐壓力、噴吹量料位、噴吹氣源壓力、給煤機開度、過濾器使用時間等數(shù)據(jù)，基于物理、流體力學等關(guān)系，進行科學計算。靜態(tài)模型控制噴吹罐壓力、給煤機開度調(diào)節(jié)噴煤量。

動態(tài)模型在靜態(tài)模型工作十分鐘后開始工作，動態(tài)模型啟動后靜態(tài)模型停止工作。動態(tài)模型與噴吹統(tǒng)計模型模型進行交互，利用近五分鐘的噴煤均線數(shù)據(jù)對未來噴煤量進行預(yù)測，利用預(yù)測與設(shè)定煤量比較，動態(tài)控制噴吹量，使實際噴吹量盡可能的接近噴吹設(shè)定值。下圖展示了動態(tài)模型工作原理。

使用效果：

噴煤系統(tǒng)，要求精度為±300kg。投入自動噴煤模型誤差控制在±300kg內(nèi)比例為95%；誤差控制在±200kg內(nèi)比例為82%；誤差控制在±100kg內(nèi)比例為66%；誤差控制在±80kg內(nèi)比例為50%；平均精度為0.45%。

模型架構(gòu)開發(fā)周期為3個月，該模型架構(gòu)可重復使用；一期模型開發(fā)2月后投產(chǎn)；二期自動噴煤僅10天調(diào)試與開發(fā)即投入使用；三期自動噴煤僅7天調(diào)試與開發(fā)即投入使用。大大縮短了模型的研發(fā)周期，節(jié)省了人力物力。

3.結(jié)束語

可擴展式工業(yè)過程控制模型架構(gòu)提供模型開發(fā)與運行所需的環(huán)境，開發(fā)速度快，靈活，通用、可讀性強、移植簡單、修改與維護方便等諸多優(yōu)點。相信在今后該模型架構(gòu)能夠成為工業(yè)過程控制的一個行業(yè)技術(shù)標準。

王琦，男，助理工程師，現(xiàn)任職務(wù)：主任工程師，研究方向：冶金自動化。