銅精煉爐操作優(yōu)化與智能控制應(yīng)用研究.pdf

1、中國銅市場隨著中國入世而全面融入國際市場，中國銅工業(yè)企業(yè)將面臨著前所未有的十分嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此，對于銅精煉工業(yè)企業(yè)來說，目前最關(guān)鍵且急需解決的問題是在現(xiàn)有工藝流程和生產(chǎn)設(shè)備的情況下，如何利用過程信息，實(shí)時(shí)在線確定生產(chǎn)過程參數(shù)，使整個(gè)生產(chǎn)過程運(yùn)行于最優(yōu)狀態(tài)，并相應(yīng)地實(shí)現(xiàn)智能控制，改善銅精煉過程的環(huán)境排放條件，切實(shí)提高工業(yè)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益及其市場競爭能力。 由于銅精煉過程具有大慣性、大時(shí)滯、非線性、時(shí)變、強(qiáng)耦合嚴(yán)重等特征，其入爐粗銅成分

2、的數(shù)據(jù)檢測存在著嚴(yán)重滯后，以及高溫銅液溫度在線測量困難，噸銅成本高、還原過程中存在十分嚴(yán)重的冒黑煙現(xiàn)象，而目前銅精煉過程控制中所應(yīng)用的集散控制系統(tǒng)僅起到監(jiān)測以及一些常規(guī)控制作用，沒有充分利用其信息資源等等，以上這些問題嚴(yán)重影響了銅精煉過程優(yōu)化與智能控制的實(shí)現(xiàn)。而包括混沌理論、軟測量技術(shù)、人工智能技術(shù)在內(nèi)的先進(jìn)過程控制技術(shù)在解決上述問題時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)越性，并可望為上述問題的解決提供一條新途徑。 本論文的研究以江西銅業(yè)集團(tuán)公司貴溪冶

3、煉廠“陽極爐精煉過程先進(jìn)控制系統(tǒng)”項(xiàng)目為背景，重點(diǎn)討論了銅精煉過程粗銅成分、高溫銅液溫度等的軟測量、時(shí)間內(nèi)燃料消耗的最優(yōu)化以及煙氣溫度智能控制，主要取得研究成果與創(chuàng)新之處如下： (1)首次證明了轉(zhuǎn)爐產(chǎn)粗銅成分時(shí)間序列具有混沌與分形特性，并得出了轉(zhuǎn)爐產(chǎn)粗銅成分不能長期預(yù)報(bào)的結(jié)論；在此基礎(chǔ)上對轉(zhuǎn)爐產(chǎn)粗銅成分時(shí)間序列采用相空間重構(gòu)理論與最大Lyapunov指數(shù)方法建立了混沌軟測量模型以及采用樣本及時(shí)更新的方法滿足了優(yōu)化建模及智能控制的

4、實(shí)時(shí)在線需要； (2)采用銅精煉過程機(jī)理以及函數(shù)鏈神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線校正相結(jié)合的方法建立的銅液溫度軟測量模型，使在線測量困難的銅液溫度變?yōu)椤翱蓽y”參數(shù)，為銅精煉過程銅液溫度監(jiān)測與控制提供了保證； (3)采用遍歷性好的混沌模型xn+1-sin(2/xn)產(chǎn)生混沌變量，構(gòu)建了具有準(zhǔn)確性和快速性的自適應(yīng)變尺度混沌優(yōu)化算法，為銅精煉過程燃料消耗最優(yōu)化與一階時(shí)滯問題下單神經(jīng)元PID控制器參數(shù)的整定提供了高效實(shí)用的工具，也為銅精煉爐操作優(yōu)

5、化與智能控制策略奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)； (4)為了保證了單神經(jīng)元PID控制器參數(shù)整定與控制參數(shù)設(shè)定的快速性與真實(shí)可靠性，分別建立了煙氣溫度動(dòng)態(tài)模型與設(shè)計(jì)了銅精煉過程燃料消耗優(yōu)化器，為銅精煉過程在線優(yōu)化及其智能控制以及節(jié)能降耗提供了理論基礎(chǔ)；(5)利用Hermite-Biehler定理，首次推廣了純滯后閉環(huán)系統(tǒng)特征多項(xiàng)式Hurwitz穩(wěn)定判據(jù)的適應(yīng)條件，并以此為基礎(chǔ)指導(dǎo)了一階加純滯后過程下單神經(jīng)元PID控制器穩(wěn)定化的有效設(shè)計(jì)。

6、 銅精煉爐操作優(yōu)化與智能控制系統(tǒng)自試運(yùn)行以來的半年時(shí)間內(nèi)，能較好地實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)的優(yōu)化以及智能控制。根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，試運(yùn)行操作優(yōu)化與智能控制系統(tǒng)后重油單耗節(jié)約9.2％，液化氣單耗節(jié)約13.2％。銅精煉陽極爐液化氣燃燒產(chǎn)物中未見可燃物CO，且還原過程的煙囪排煙林格曼黑度較采用優(yōu)化智能控制前有了一定程度的下降。對精煉產(chǎn)品陽極銅成分化驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，陽極銅成分完全符合工藝質(zhì)量要求，從而說明試運(yùn)行操作優(yōu)化與智能控制系統(tǒng)后所取得的節(jié)能與環(huán)