CN114035519A - 一种矿粉生产细度在线智能监控系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿粉生产细度在线智能监控系统及其控制方法，包括APC服务器、工厂控制网络、以太网交换机、现场控制网络和矿渣生产DCS系统，APC服务器外接网络通过工厂控制网络分别与工程师站、操作员站和在线细度分析仪操作站连接，矿渣生产DCS系统中连有控制器输入输出模块的现场设备与现场控制网络连接，工厂控制网络和现场控制网络通过以太网交换机网络相连，还包括通过工厂控制网络与在线细度分析仪操作站连接的激光在线细度分析系统，由激光光束穿过待测样品产生的散射光转换为散射光能量分布图计算得到样品细度分布。本发明可实时检测矿粉比表面积，结合智能调节选粉机对矿粉比表面积进行闭环控制，精确控制矿粉成品质量。

Description

一种矿粉生产细度在线智能监控系统及其控制方法

技术领域

本发明属于智能控制系统领域，具体涉及一种矿粉生产细度在线智能监控系统及其控制方法。

背景技术

矿渣粉磨生产过程是一个高度关联且工况复杂的工艺工程，矿粉比表面积是成品的重要质量指标，将其控制在工艺要求范围内至关重要。现有技术中，一般通过现场人工化验的方式进行测量，但是会导致矿粉比表面积测量存在很大的滞后性，不能及时指导并调节选粉机转速。在线细度分析仪可以实现矿粉比表面积的在线检测，可将其与先进控制系统整合在一起实现矿粉比表面积的在线检测，同时解决矿渣立磨复杂的工艺控制问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种矿粉生产细度在线智能监控系统，通过激光在线细度分析系统实时检测矿粉比表面积的同时结合智能调节选粉机转速对矿粉比表面积进行闭环控制，精确控制过程变量来提高矿粉成品质量。

本发明的另一目的是提供上述矿粉生产细度在线智能监控系统的控制方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的矿粉生产细度在线智能监控系统，包括APC服务器、工厂控制网络、以太网交换机、现场控制网络和矿渣生产DCS系统，所述APC服务器外接网络，并通过所述工厂控制网络分别与工程师站、操作员站和在线细度分析仪操作站连接，所述矿渣生产DCS系统包含连接有控制器输入输出模块的现场设备与所述现场控制网络连接，所述工厂控制网络和现场控制网络通过以太网交换机网络相连实现双向数据通讯；

所述APC服务器上还配置有OPC客户端，连接位于所述工程师站上的OPC Server，可以获取分布在所述现场设备上的实时采集信息，并在所述操作员站的管理下操作所述现场设备上的控制器输入输出模块；

还包括激光在线细度分析系统，通过所述工厂控制网络与所述在线细度分析仪操作站连接；其中，所述激光在线细度分析系统包括粉料自动取样器、在线细度分析仪和电控箱，所述粉料自动取样器与所述电控箱连接，所述在线细度分析仪包括激光光源、样品池和表面设有圆环掩膜板的电荷耦合光电探测器，通过所述激光光源发射的激光光束穿过待测样品后产生的散射光转换为散射光能量分布图并计算得到所述待测样品的细度分布。

作为优选的技术方案，所述以太网交换机采用星型网络拓扑结构，以100MbpsTCP/IP的以太网作为信息传递和数据传输的媒体。

作为优选的技术方案，所述在线细度分析仪与所述电控箱连接，所述电控箱与所述在线细度分析仪操作站通过所述工厂控制网络连接，可将实时测量的矿粉比表面积数据传输到所述电控箱并通过所述在线细度分析仪操作站进行生产控制。

作为优选的技术方案，所述电控箱位于所述现场设备内，与所述在线细度分析仪相距不大于5m。

作为优选的技术方案，所述粉料自动取样器含有一个取样孔和两个回料孔，且孔径均为40mm，其取样点位于工厂出料自动取样点下方的管道中心处。

作为优选的技术方案，所述在线细度分析仪位于矿渣生产出磨矿粉入库斗提处，用于实时检测矿粉比表面积，通过选粉机转速实现矿粉比表面积的稳定控制，同时防止过粉磨现象。

本发明提供上述矿粉生产细度在线智能监控系统的控制方法，包括以下步骤：

(1)安装包含在线细度分析仪的激光在线细度分析系统，并进行矿粉比表面积数据传输；

(2)与生产人员沟通导致矿粉比表面积变化的因素，细化操作细节，并梳理为计算机模型语言，分析矿粉比表面积和影响比表面积相关变量的数据，根据现场实际情况制作多变量预测模型，构建上述矿粉生产细度在线智能监控系统；

(3)采用基于多变量预测模型预测控制MPC和专家控制系统的结合方式，实现生产线的智能控制和稳定生产运行，同时通过矿渣生产过程的在线智能控制即专家控制系统识别生产工况，自动切换控制策略，实时优化调节，稳定关键控制变量，在线细度分析仪实时调节选粉机控制矿渣质量稳定。

作为优选的技术方案，步骤(3)中，所述多变量预测模型预测控制MPC和专家控制系统结合控制过程包括：

(3-1)在矿渣生产DCS系统上添加矿粉质量控制器的逻辑接口，打通OPC Server的网络通讯，实现工厂控制网络和现场控制网络数据交互；

(3-2)针对矿渣粉磨生产过程采集矿渣生产DCS系统的实时生产数据，结合化验室的质量数据，利用包含多变量预测模型控制的先进控制技术实现生产线的智能控制和稳定生产运行；

(3-3)在成品收尘斜槽垂直处安装在线细度分析仪实时检测矿渣成品细度分布，计算矿渣成品细度，提高化验室对矿渣质量的控制水平；同时通过矿渣生产过程的在线智能控制即专家控制系统识别生产工况，自动切换控制策略，实时优化调节，稳定关键控制变量；然后通过在线细度分析仪实时调节选粉机来控制矿渣质量稳定。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的矿粉生产细度在线智能监控系统可以实现矿粉比表面积测量与智能控制系统的无缝衔接，使矿渣粉磨能根据工况变化自动调节选粉机转速、研磨压力及喂料量等，不仅能控制过程变量稳定，还能确保过程变量在最优状况下运行，实现对矿粉质量的优化精确控制。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图，在附图中：

图1是实施例中矿粉生产细度在线智能监控系统的结构示意图；

图2是实施例中粉料自动取样器的结构示意图；

附图标记如下：1–APC服务器、2–工厂控制网络、3–以太网交换机、4–现场控制网络、5–矿渣生产DCS系统、6–工程师站、7–操作员站、8–在线细度分析仪操作站、9–OPC客户端、10–激光在线细度分析系统、11-现场设备、12-控制器输入输出模块、13-1–取样孔、13-2–回料孔、14–第一执行机构、15–第二执行机构、16–储料容器、17–连接软管、18–电控箱、19–粉料自动取样器、20–在线细度分析仪。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

图1和2示例性地描述了一种矿粉生产细度在线智能监控系统，包括APC服务器1、工厂控制网络2、以太网交换机3、现场控制网络4和矿渣生产DCS系统5，APC服务器1外接网络，并通过工厂控制网络2分别与工程师站6、操作员站7和在线细度分析仪操作站8连接，矿渣生产DCS系统5包含连接有控制器输入输出模块12的现场设备11与现场控制网络4连接，工厂控制网络2和现场控制网络4通过以太网交换机3网络相连实现双向数据通讯；APC服务器1上还配置有OPC客户端9，连接位于工程师站6上的OPC Server，可以获取分布在现场设备11上的实时采集信息，并在操作员站7的管理下操作现场设备11上的控制器输入输出模块12；还包括激光在线细度分析系统10，通过工厂控制网络2与在线细度分析仪操作站8连接；其中，激光在线细度分析系统10包括粉料自动取样器19、在线细度分析仪20和电控箱18，粉料自动取样器19与电控箱18连接，在线细度分析仪20包括激光光源、样品池和表面设有圆环掩膜板的电荷耦合光电探测器，通过激光光源发射的激光光束穿过待测样品后产生的散射光转换为散射光能量分布图并计算得到待测样品的细度分布。

一些实施例中，以太网交换机3采用星型网络拓扑结构，以100Mbps TCP/IP的以太网作为信息传递和数据传输的媒体。

一些实施例中，在线细度分析仪20与电控箱18连接，电控箱18与在线细度分析仪操作站8通过工厂控制网络2连接，可将实时测量的矿粉比表面积数据传输到电控箱18并通过在线细度分析仪操作站进行生产控制。

一些实施例中，电控箱18位于现场设备11内，与在线细度分析仪20相距不大于5m。

一些实施例中，粉料自动取样器19含有一个取样孔13-1和两个回料孔13-2，且孔径均为40mm，其取样点位于工厂出料自动取样点下方的管道中心处。

一些实施例中，在线细度分析仪20位于矿渣生产出磨矿粉入库斗提处，用于实时检测矿粉比表面积，通过选粉机转速实现矿粉比表面积的稳定控制，同时防止过粉磨现象。

激光在线细度分析系统的安装包括硬件安装和软件安装测试，具体如下：

1、粉料自动取样器选点

粉料自动取样器19主要由第一执行机构14、第二执行机构15和储料容器16三部分组成，其中第一执行机构14主要是将所取样品从物料通道取出，第二执行机构15主要是将从第一执行机构14落下的物料定时定量集取并排出多余物料，储料容器16储存在第二执行机构15取出的物料。固定法兰焊于溜管壁上，与第一执行机构14、第二执行机构15通过支撑螺杆相连，起固定执行机构的作用，伸入溜管内的接料管前端开有接料小孔，粉料由接料孔落入接管内并通过连接软管存入储料杯内。连接软管17的两端用管箍固定于取样器的下料口和储料容器16的进料口，储料容器16通过支架固定于现场，取出样品时向上推拉把手，取出料桶中的粉料，之后放回料桶并将把手向下推拉，直至料桶压紧无法移动。

2、安装位置的选择

正确的安装位置是使取样器在安装后其接料孔恰好处于物料下落区域(点)内，如生料/水泥斜槽到斗式提升机的落料口，若安装位置选择不当，会使取样器取样量不稳定，甚至根本取不到样。

安装方法：取样器在安装后必须保持执行机构与地面平行，下料口与地面垂直，连接软管和储料杯应尽量与地面垂直，以免下料不畅而堵塞，具体如下：将固定法兰从接料管上拆下，在选定的下料溜管处开Φ108mm的圆孔，再将固定法兰焊接在孔上，焊接过程中法兰的后端面应与地面垂直、保证执行机构水平，法兰焊接完成后，将取样器固定。

3、仪器就位与安装

1)取样焊头安装焊接：取样器安装好后，在取样器下料口大概10–15cm处安装仪器取样焊头，取样焊头焊接时注意水平焊接，焊接在管道中间位置，不要倾斜，影响美观及取样。

2)安装取样电磁阀及相关接头，注意缠好生胶带密封，组装仪器，仪器文丘里进样口与电磁阀出料口水平，确定仪器支架高度位置，做好标记。

3)将仪器拿掉，安装焊接仪器支架，安装时注意先用电焊点住支架，再将仪器放上确定位置没有问题，将仪器拿掉再完全焊死。

4)仪器回样点根据现场情况安装焊接，回样基本不会堵料，现场根据实际情况，角度要注意能够安装回样电磁阀及注意美观安装即可。

4、压缩空气管布置及电控箱安装

压缩空气需要引到细度仪控制箱附近，选择压力及流量足够的管段开孔，使用6分或1寸镀锌管引气，压力要求能达到0.45Mpa以上，安装过滤器及压力表，注意先安装精密过滤器再安装压力表。三个电控箱安装根据现场实际情况在离仪器不远的地方进行安装、注意美观、不影响现场行走检修即可，无太多要求。

5、现场光纤及电源线放置

一般现场所需线路情况：光纤从现场到中控室电脑，380V电源4芯电源线以及2路模拟量信号线(可以通过OPC方式传输信号，通过OPC传输数据，则不需要模拟量信号线)从附近电力室到现场。

6、现场布线接线

根据各个现场不同要求找电工布置连接现场所有电源线及各个电磁阀控制线等。连接各个气幕、取样气管路等。

7、上电测试

上电前检查所有线缆是否全部连接正常，确定接线没问题后上电用笔记本连接测试各个阀门动作情况及仪器测试情况。

8、熔接光纤

现场安排人员进行熔接光纤，测试通讯。

9、最后检查

所有工作完成后检查所有控制箱及仪器接电线是否都已连接，各个气路连接是否正常，有无漏气情况。

二、细度仪软件测试

测量前准备工作

1、检查仪器连接线连接是否正常，通电后测量主机是否能正常显示。

2、确保电源给电，压缩空气压力供给正常(现场压缩空气进电控箱的压力不低于4kg，控制箱上流量依次为80、40、25、8)。

3、打开中控室电脑，运行XOPTIX软件。

实施例1

图1和2所示的矿粉生产细度在线智能监控系统工作过程如下：

1)安装在线细度分析仪，并完成比表面积数据传输；

2)与生产人员沟通导致矿粉比表面积变化的因素，细化操作细节，并梳理为计算机模型语言，分析矿粉比表面积和影响比表面积相关变量的数据，根据现场实际情况制作模型预测控制器的预测模型，搭建矿粉生产细度在线智能监控系统；

3)采用基于多变量模型预测控制MPC和专家控制系统的结合方式。

矿粉生产细度在线智能监控系统具体开展以下工作：

1、修改DCS逻辑程序。在DCS系统上添加矿粉质量控制器的逻辑接口，打通OPC通讯，为先进控制和DCS平台数据交互提供前提；

2、针对矿渣粉磨复杂的生产过程，矿渣立磨智能优化控制系统采集DCS系统的实时生产数据，结合化验室的质量数据，利用多变量预测控制、模糊控制、鲁棒控制、最优控制和自适应控制等多种先进控制技术，实现生产线的智能控制和稳定生产运行，保证控制和质量的稳定性；

3、在成品收尘斜槽垂直处安装在线细度分析仪实时检测矿渣成品细度分布，计算矿渣成品细度，提高化验室对矿渣质量的控制水平，同时通过矿渣生产过程的在线智能控制，即通过专家控制系统识别生产工况，自动切换控制策略，实时优化调节，稳定关键控制变量，通过在线细度分析仪实时调节选粉机，运用多变量模型预测控制技术来控制矿渣质量稳定。

Claims (8)

1.一种矿粉生产细度在线智能监控系统，其特征在于，包括APC服务器、工厂控制网络、以太网交换机、现场控制网络和矿渣生产DCS系统，所述APC服务器外接网络，并通过所述工厂控制网络分别与工程师站、操作员站和在线细度分析仪操作站连接，所述矿渣生产DCS系统包含连接有控制器输入输出模块的现场设备与所述现场控制网络连接，所述工厂控制网络和现场控制网络通过以太网交换机网络相连实现双向数据通讯；

所述APC服务器上还配置有OPC客户端，连接位于所述工程师站上的OPC Server，可以获取分布在所述现场设备上的实时采集信息，并在所述操作员站的管理下操作所述现场设备上的控制器输入输出模块；

还包括激光在线细度分析系统，通过所述工厂控制网络与所述在线细度分析仪操作站连接；其中，所述激光在线细度分析系统包括粉料自动取样器、在线细度分析仪和电控箱，所述粉料自动取样器与所述电控箱连接，所述在线细度分析仪包括激光光源、样品池和表面设有圆环掩膜板的电荷耦合光电探测器，通过所述激光光源发射的激光光束穿过待测样品后产生的散射光转换为散射光能量分布图并计算得到所述待测样品的细度分布。

2.根据权利要求1所述的矿粉生产细度在线智能监控系统，其特征在于，所述以太网交换机采用星型网络拓扑结构，以100Mbps TCP/IP的以太网作为信息传递和数据传输的媒体。

3.根据权利要求1所述的矿粉生产细度在线智能监控系统，其特征在于，所述在线细度分析仪与所述电控箱连接，所述电控箱与所述在线细度分析仪操作站通过所述工厂控制网络连接，可将实时测量的矿粉比表面积数据传输到所述电控箱并通过所述在线细度分析仪操作站进行生产控制。

4.根据权利要求1所述的矿粉生产细度在线智能监控系统，其特征在于，所述粉料自动取样器含有一个取样孔和两个回料孔，且孔径均为40mm，其取样点位于工厂出料自动取样点下方的管道中心处。

5.根据权利要求1所述的矿粉生产细度在线智能监控系统，其特征在于，所述电控箱位于所述现场设备内，与所述在线细度分析仪相距不大于5m。

6.根据权利要求1所述的矿粉生产细度在线智能监控系统，其特征在于，所述在线细度分析仪位于矿渣生产出磨矿粉入库斗提处。

7.权利要求1至6任一项所述矿粉生产细度在线智能监控系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)安装包含在线细度分析仪的激光在线细度分析系统，并进行矿粉比表面积数据传输；

(2)与生产人员沟通导致矿粉比表面积变化的因素，细化操作细节，并梳理为计算机模型语言，分析矿粉比表面积和影响比表面积相关变量的数据，根据现场实际情况制作多变量预测模型，构建上述矿粉生产细度在线智能监控系统；

(3)采用基于多变量预测模型预测控制MPC和专家控制系统的结合方式，实现生产线的智能控制和稳定生产运行，同时通过矿渣生产过程的在线智能控制即专家控制系统识别生产工况，自动切换控制策略，实时优化调节，稳定关键控制变量，在线细度分析仪实时调节选粉机控制矿渣质量稳定。

8.根据权利要求7所述矿粉生产细度在线智能监控系统的控制方法，其特征在于，步骤(3)中，所述多变量预测模型预测控制MPC和专家控制系统结合控制过程包括：

(3-1)在矿渣生产DCS系统上添加矿粉质量控制器的逻辑接口，打通OPC Server的网络通讯，实现工厂控制网络和现场控制网络数据交互；

(3-2)针对矿渣粉磨生产过程采集矿渣生产DCS系统的实时生产数据，结合化验室的质量数据，利用包含多变量预测模型控制的先进控制技术实现生产线的智能控制和稳定生产运行；

(3-3)在成品收尘斜槽垂直处安装在线细度分析仪实时检测矿渣成品细度分布，计算矿渣成品细度，提高化验室对矿渣质量的控制水平；同时通过矿渣生产过程的在线智能控制即专家控制系统识别生产工况，自动切换控制策略，实时优化调节，稳定关键控制变量；然后通过在线细度分析仪实时调节选粉机来控制矿渣质量稳定。

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