工业过程智能综合自动化系统.ppt

工业过程智能综合自动化系统 柴天佑 东北大学国家冶金自动化工程技术研究中心 提 纲 1. 引 言 2. 工业生产过程控制与管理流程 3. 智能综合自动化系统 4. 选矿生产过程的工程应用 5. 结 论 1.引 言 1.1 过程工业对实现综合生产指标优化的综合自动化系统的需求不断增长 （1）国际工业界 在全球市场环境下，改进产品质量、生产效率和成本的需求不断增长，实时优化受到过程工业的重视并广泛采用。（Tosukhowong，2003） 为了适应变化的经济环境，减少消耗，降低成本，提高生产效率，提高运行安全性，必须对于控制、优化、计划与调度以及生产过程管理实现无缝集成（Havlena，IFAC semi-plenary, 2005） 对于降低生产成本、提高产品质量、减少环境污染和资源消耗，只能通过全流程自动控制系统的优化设计来实现（欧洲钢铁工业技术指南，1999） 1.2.1 系统结构的研究现状 过程控制、过程优化、生产调度、企业管理和经济决策五层结构的综合自动化系统 (Theodore J. Williams,1989) 过程稳定化、过程优化、过程管理三层结构组成的选矿生产过程自动化系统 (Houseman, et al. 2001) 基于企业资源计划（ERP）/制造执行系统（MES）/过程控制系统（PCS）三层结构的金矿企业综合自动化系统 (柴天佑、金以慧等, 2003) 石化行业 静态优化控制（万百五，1990） 基于模型预测控制的在线 动态优化控制方法（Nath，2000） 提出了采用三层结构将生产全流程中的多个模型预测控 制器进行协调控制实现全流程的优化方法（Lu，2003，Qin，2003） 其他流程行业 停留在过程单元的优化控制，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统的输入与输出的精确数学模型来描述（Smets，2004；Hrovat，1997） 冶金工业过程的热轧层流冷却和步进式加热炉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集成优化控制方法（Chai，1998；Li，2001；Guan,2001;Wang,2004） 提出的方法只适合具体的工业过程，还没有形成流程工业的全流程优化控制的一般理论与方法 通过全流程优化控制和计划与调度实现综合生产指标分解与协调研究甚少 经营决策部决定与质量、产量、成本和消耗相关的综合生产指标 计划部门将综合生产指标分解为产量、能源、成本、设备检修及运行、原料、质量的生产计划 调度部门将生产计划分解为原料、能源、设备运行及检修、产量作业计划 生产过程管理部门接受质量、能源、成本、设备（运行、检修）生产计划和原料、能源、设备（运行、检修）、产量作业计划，将其转化为作业标准，下达给作业班 工艺技术部门接受质量、成本、产量生产计划和原料、能源、设备（运行、检修）、产量作业计划，将其转化为工艺指标，下达给作业班 作业班将作业标准变为生产指令，将工艺标准变为控制回路设定值（包括工艺参数、给料量）；通过资源供应系统和过程控制系统来操作与控制生产过程 早期生产过程操作与控制实施中主要由人来完成，造成金字 塔式管理结构 企业资源计划（ERP）主要完成经营决策部、生产计划部确定综合生产指标，并按其制定生产计划（产量、能源、成本、设备检修及运行、原料、质量等）的工作 制造执行系统（MES）主要完成生产调度部、生产过部管理部将生产计划变为作业计划、作业标准、生产指令的工作 过程控制系统（PCS）根据作业班下达的生产指令和控制回路设定值操作和控制生产过程 综合生产指标优化子系统主要完成生产计划部、调度部、工艺技术部将综合生产指标转化为 工艺指标的工作 工艺指标优化子系统主要完成作业班操作人员将工艺指标转化为控制回路的优化设定值的工作 过程控制子系统实现对控制回路优化设定值的跟踪 4 . 智能综合自动化系统在选矿生活过程的工程应用 上述智能综合自动化系统已经在钢铁、冶金、选矿、氧化铝和稀土等行业成功应用 下面仅以选矿生产过程为例，介绍智能综合自动化系统的应用 4.1 赤铁矿选矿生产过程描述 4.1.1 酒钢选矿厂介绍 甘肃酒钢选矿厂是酒泉钢铁（集团）公司的原料---铁精矿的生产厂 年处理铁矿石一期500万吨，二期300万吨 矿石含铁品位33% 选矿生产的主要过程 矿石处理 输入: 原矿石 设备: 振动筛, 皮带运输与卷扬系统 输出: 粉矿和块矿 竖炉焙烧 输入: 块矿 设备: 竖炉, 干选机, 磁滑轮 输出: 有用矿石和废石 磨 矿 输入: 粉矿和有用矿石 设备: 球磨机, 螺旋分级机, 水力旋流器