CN106155024B - 一种无烟装煤集气管压力智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无烟装煤集气管压力智能控制系统，包括内外部接口系统、数据中心系统、智能计算中心系统、执行系统、数据采集中心系统和动画显示平台，所述内外部接口系统双向电连接有数据中心系统，所述数据中心系统双向电连接有智能计算中心系统。本发明的目的在于提供一种无烟装煤集气管压力智能控制系统，能够弥补缺乏前馈分析、数据挖掘和协调控制以及能耗较高的不足，提供一种节能降耗、稳定集气管压力、处理风机喘振、减少环境污染、提高化产效率、降低企业生产成本、满足环境变化的无烟装煤集气管压力智能控制系统，该系统准确性好、稳定性高、适应性强，后期维护升级方便。

Description

一种无烟装煤集气管压力智能控制系统

技术领域

本发明涉及无烟装煤集气管技术领域，具体为一种无烟装煤集气管压力智能控制系统。

背景技术

炼焦过程中集气管压力、初冷器前吸力、鼓风机转速是非常重要的工艺指标。现有对集气管压力、初冷器前吸力、鼓风机转速的控制仍停留在传统过程控制，调节滞后，缺少前馈分析；其次各控制回路相对独立，缺乏基于工艺全流程各环节的协调控制，各控制初值不能随炼焦工况而自动修正，没有对数据进行分析、挖掘，缺少对生产规律发现，没有形成蝶阀调节过度、风机负载过大等设备状态成因分析的专家控制规则；当受到推焦、装煤、换向、风机后压力变化等因素影响时，集气管压力会频繁大幅波动，初冷器、鼓风机电耗较大，对焦炭煤气质量、化产回收率、安全生产、焦炉使用寿命、环境保护等带来严重影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无烟装煤集气管压力智能控制系统，能够弥补缺乏前馈分析、数据挖掘、协调控制以及能耗较高的不足，提供一种节能降耗、稳定集气管压力、自动调节初冷器前吸力、处理风机喘振、减少环境污染、提高化产效率、降低企业生产成本、满足环境变化的无烟装煤集气管压力智能控制系统，该系统准确性好、稳定性高、适应性强，后期维护升级方便。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种无烟装煤集气管压力智能控制系统，包括内外部接口系统、数据中心系统、智能计算中心系统、执行系统、数据采集中心系统，其特征在于：所述内外部接口系统双向电连接有数据中心系统，所述数据中心系统双向电连接有智能计算中心系统，且数据中心系统的输出端电连接有动画显示平台的输入端，所述智能计算中心系统的输出端电连接有执行系统的输入端，所述执行系统的输出端电连接有数据采集中心系统的输入端，所述数据采集中心系统的输出端电连接有动画显示平台的输入端，且数据采集中心系统的输出端分别电连接有数据中心系统和智能计算中心系统的输入端，所述内外部接口系统包括外接口模块和内接口模块，所述数据中心系统包括数据挖掘模块、数据分析模块和专家规则模块，所述智能计算中心系统包括鼓风机模块、高/低氨水模块、集气管模块、大循环模块和协调控制模块，所述执行系统包括集气管调节器、大循环调节器、高压氨水变频器和鼓风机变频器，所述数据采集中心系统包括信号接收模块和信号发射模块；

所述工况信号处理模块的输出端分别电连接有高压氨水压力专家控制模块、集气管蝶阀模糊自适应解耦控制模块、大循环翻板模糊自适控制模块、风机转速模糊专家控制模块和协调控制模块的输入端，高压氨水压力专家控制模块、集气管蝶阀模糊自适应解耦控制模块、大循环翻板模糊自适控制模块和风机转速模糊专家控制模块的输出端均双向电连接有协调控制模块的输入端，且高压氨水压力专家控制模块、集气管蝶阀模糊自适应解耦控制模块、大循环翻板模糊自适控制模块、风机转速模糊专家控制模块和协调控制模块的输入电连接有集气管压力初始流体计算模块和各设定值修正模块的输出端，所述集气管压力初始流体计算模块的输出端电连接有设定值修正模块的输入端；

所述客服端包括显示器和监控模块，所述显示器双向电连接有WEB服务器，且显示器还双向无线连接有应用服务器，所述监控模块双向无线连接有应用服务器，所述应用服务器双向电连接有业务组件BLL和常用组件common，且应用服务器双向无线连接有Opc服务器，所述业务组件BLL和常用组件common分别双向无线连接有实时数据库和历史数据库，所述Opc服务器的输出端电连接有中控端的输入端；

所述中控系统包括服务器操作监控站、系统中控PLC和服务器，所述中控系统的输出端电连接有网络服务器的输入端，所述网络服务器单向无线连接有DCS控制器，且网络服务器的输入端电连接有I/O模块，所述I/O模块包括鼓风机、执行器和压力变送器，所述系统中控PLC的输入端电连接有压力变送器、流量计的输入端。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明根据炼焦现场存在的各种实际问题的现实需要，依据工艺约束条件、规则，以人工智能技术和大数据技术为手段，提出了一种无烟装煤集气管压力智能控制系统方法的整体解决方案，该方案设计思路清晰，便于升级和扩展。

2、本发明采用的规则库是通过数据挖掘或者专家经验获取的，是基于对炼焦工艺及约束的充分理解基础上实现的，数据中心的建立为高层决策提供支持，满足企业的长期发展。

3、本发明可使装煤烟尘控制率达到80％；集气管压力精确控制在设定值20Pa以内，装煤喷高压氨水时集气管压力控制在设定值40Pa内，偶有压力稍有超标时，将在20秒内调回，合格率90％；降低鼓风机等设备能耗1％～2％，降低设备损耗；控制入电捕煤气氧含量，保证电捕焦油器安全；实现装煤烟气全回收，焦油、粗苯增收；改善工作环境并提高劳动生产率，提高了企业生产效率。

附图说明

图1无烟装煤集气管压力智能控制系统整体结构图；

图2无烟装煤集气管压力智能控制系统控制流程图；

图3无烟装煤集气管压力智能控制系统软件结构图；

图4无烟装煤集气管压力智能控制系统硬件结构图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，一种无烟装煤集气管压力智能控制系统，包括内外部接口系统、数据中心系统、智能计算中心系统、执行系统、数据采集中心系统和动画显示平台，数据中心系统主要对现场各环节数据进行集中存储、管理，分析和挖掘数据中的潜在规则，共享数据，数据中心系统一方面对不同类型数据进行预处理和挖掘分析，获取不同专业规则，形成规则库，为系统协调控制提供规则支持；另一方面与内外部系统接口连接，获取调度信息或共享信息给其他系统；根据质量、能量守恒进行分析，以质量守恒计算荒煤气产量，以能量守恒贯穿荒煤气传输过程，结合沿程管道阻力、化产设备阻力，建立集气管压力控制系统的机理模型，数据中心系统分析计算的结果可以在动画平台上展示，以控制装煤烟尘率、集气管压力稳定为目标，将炼焦过程中工艺参数与设备状态、控制品质关联，形成“工艺参数—设备状态、控制品质”关联数据库，以加深相关人员对炼焦过程运行规律的掌控，数据中心系统通过对炼焦过程的工艺参数跟踪，建立“工艺参数—设备状态、控制品质”等关联数据库，采用数据挖掘技术，挖掘工艺参数—设备状态、控制品质关联规则、异常工况控制规则、高压氨水压力-装煤进程关联规则、集气管压力自适应控制规则、初冷器前吸力自适应控制规则、鼓风机转速自适应控制规则、解耦规则、协调控制规则、调度规则和参数优化规则，通过不断分析、验证，以“工艺参数—设备状态、控制品质”关联数据库为基础，根据工艺参数的变化，获取专家规则指导智能计算中心系统的前馈模型、反馈模型计算出最优参数调整目标值，对整个生产过程实施协调优化控制，其中前馈模型包括集气管压力初始流体计算模块和设定值修正模块；集气管压力初始流体计算模块主要包括荒煤气产量计算模型、集气管压力设定值模型、初冷器前吸力初始基准值模型、风机转速初始值模型、装煤时高压氨水压力初始值模型及高压氨水对集气管压力影响模型；设定值修正模块主要包括初冷器前吸力初始基准值修正模型、风机转速初始值修正模型、高压氨水压力初始值修正模型，其中反馈模型主要包括高压氨水压力专家控制模块、集气管蝶阀模糊自适应解耦控制模块、大循环翻板模糊自适控制模块、风机转速模糊专家控制模块，逐步提升规则的准确性并形成标准规则库，以实现规则的自适应和自学习,按照决策树模型技术从现场信号提取调度相关信号，并结合从外部系统接口获得的调度指令信息，以指导集气管压力智能控制系统的运作，内外部接口系统双向电连接有数据中心系统，数据中心系统双向电连接有智能计算中心系统，智能计算中心系统主要通过数据中心系统传递的规则以及数据采集中心系统传递的参数信息，通过智能计算，得到控制指令下发至执行机构，主要包括协调控制模块、高/低压氨水模块、集气管模块、大循环模块、鼓风机模块；协调控制模块，根据当前调度信息、设备状态信息、集气管压力，协调各设备运行状态；高/低压氨水模块包括高压氨水泵、低压氨水泵，高压氨水变频器、底层回路控制系统；集气管模块包括集气管道、吸气管道、自动调节阀、工艺阀，底层回路控制系统；大循环模块包括初冷器、自动调节阀，底层回路控制系统，鼓风机模块主要是鼓风机、鼓风机变频器，底层回路控制系统，其中底层回路的各控制初值通过对焦炉产生荒煤气量及荒煤气传输过程分析计算得出，通过数据采集中心系统采集系统底层实时信号并提取过程运行状态，形成高/低压氨水模块、集气管模块、大循环模块、鼓风机模块等环节实时数据库及历史数据库，融合各环节数据形成数据中心，通过协调控制系统优化各控制初值，荒煤气产量计算，在正常、非正常工况下以煤饼为输入，结合煤水分、挥发分、荒煤气温度、结焦时间等相关参数，以质量守恒为基本理论计算焦炉产生的荒煤气量，荒煤气传输过程计算，在正常、非正常工况下根据质量、能量守恒定律，结合吸气管长度、管径、摩擦系数、阻力系数(碟阀、三通管、弯头)、管道沿程阻力、设备阻力等参数，对集气管压力、高压氨水压力、初冷器前吸力及鼓风机转速的设定值计算以及设定值修正计算结合实际工艺现场数据和工况需求，对荒煤气输送系统结构进行分析，计算高压氨水压力、集气管压力、初冷器前吸力以及风机转速的初始值；在建立机理模型基础上实时判断炼焦工艺过程的工况，根据强扰动发生时间，通过预测强扰动幅度，提前调节风机(或大循环翻板)、高压氨水泵等设备，且数据中心系统的输出端电连接有动画显示平台的输入端，智能计算中心系统的输出端电连接有执行系统的输入端，执行系统的输出端电连接有数据采集中心系统的输入端，数据采集中心系统的输出端电连接有动画显示平台的输入端，且数据采集中心系统的输出端分别电连接有数据中心系统和智能计算中心系统的输入端，数据采集中心系统主要包括：设备状态类信息、工艺参数类信息、控制参数类信息、生产计划类信息、通讯传输类信息、调度执行类信息，通过网络通信将炼焦生产过程的这些参数信息传输至智能计算中心系统、动画显示平台、数据中心系统，内外部接口系统包括外接口模块和内接口模块，数据中心系统包括数据挖掘模块、数据分析模块和专家规则模块，智能计算中心系统包括鼓风机模块、高/低氨水模块、集气管模块、大循环模块和协调控制模块，执行系统包括集气管调节器、大循环调节器、高压氨水变频器和鼓风机变频器，数据采集中心系统包括信号接收模块和信号发射模块，通过虚拟动画实时监控设备状态、工艺参数、智能计算结果等，完成整个控制系统的配置和管理，内外部系统接口一是通过决策树模型从炼焦现场获取底层调度信息，二是通过与焦炉加热、化产环节的接口获取上下工序及上层调度信息，并将实际运行结果反馈给相关接口系统。

工况信号处理模块的输出端分别电连接有高压氨水压力专家控制模块、集气管蝶阀模糊自适应解耦控制模块、大循环翻板模糊自适控制模块、风机转速模糊专家控制模块和协调控制模块的输入端，若处于正常工况，使用前馈分析(集气管压力初始流体计算模块)计算各集气管压力、初冷器前吸力、风机转速的初始值，最初可通过调节集气管蝶阀开度来跟踪集气管压力设定值，若蝶阀可调节量不够时，通过调节大循环阀门改变初冷器前吸力，从而稳定集气管压力；在大循环阀门调节量也不够时，考虑调节鼓风机；最终通过协调控制模块对集气管蝶阀、大循环蝶阀及风机作统一协调控制，若处于装煤工况，使用前馈分析(集气管压力初始流体计算模块)计算高压氨水压力初始值、各集气管压力、初冷器前吸力、风机转速的初始值，分析高压氨水喷洒对集气管压力的影响，并计算集气管蝶阀、大循环蝶阀、风机的前馈控制量，通过协调控制模块对高压氨水、集气管蝶阀、大循环蝶阀及风机作统一协调控制，自适应修正各设定初值，并与除尘装置协调控制，实现无烟装煤,若处于换向工况，前馈分析换向工况对鼓风机机后压力的影响，通过协调控制模块计算大循环阀门前馈调节量，自适应修正各设定初值，高压氨水压力专家控制模块、集气管蝶阀模糊自适应解耦控制模块、大循环翻板模糊自适控制模块和风机转速模糊专家控制模块的输出端均双向电连接有协调控制模块的输入端，且高压氨水压力专家控制模块、集气管蝶阀模糊自适应解耦控制模块、大循环翻板模糊自适控制模块、风机转速模糊专家控制模块和协调控制模块的输入电连接有集气管压力初始流体计算模块和各设定值修正模块的输出端，集气管压力初始流体计算模块的输入端电连接有设定值修正模块的输出端。

客服端包括显示器和监控模块，显示器双向电连接有WEB服务器，且显示器还双向无线连接有应用服务器，监控模块双向无线连接有应用服务器，应用服务器双向电连接有业务组件BLL和常用组件common，组件common为一种防止系统中毒的系统插件，能够防止系统运行时遭到攻击使系统瘫痪，BLL即业务逻辑层，主要表示WEB方式，也可以表示成WINFORM方式，如果逻辑层相当强大和完善，无论表现层如何定义和更改，逻辑层都能完善地提供服务，且应用服务器双向无线连接有Opc服务器，业务组件BLL和常用组件common分别双向无线连接有实时数据库和历史数据库，Opc服务器的输出端电连接有中控端的输入端，中控端通过编写数据处理模块，采集现场传感器数据上传到Opc服务器，并读取Opc数据下发到现场执行机构，达到控制效果，中控端包括控制网：PLC、PID，使用ARM微处理器芯片设计与实现软PLC,在此PLC的基础上,结合模糊控制理论和PID控制算法,通过MATLAB仿真完成参数整定,设计了一个基于模糊PID算法的电机控制系统，该系统不仅应用于数控系统,也可用于其它行业的电机控制，这样便于网络信号传输。

中控系统包括服务器操作监控站、系统中控PLC和服务器，服务器采用DELL专业服务器，满足系统性能和数据安全，主要加载应用程序、数据库，PLC采用西门子PLC300，内嵌PID模块，进行数据点采集和数值计算，以及运行部分控制程序，中控系统的输出端电连接有网络服务器的输入端，网络服务器单向无线连接有DCS控制器，拥有DCS系统的工业现场，也采用工业以太网进行通信，获取DCS系统采集得到的相关信号，并将控制数据通过DCS系统下发到现场控制器；其他如换向、高压氨水流量等信号则通过PLC的PROFIBUS-DP形式交换数据，且网络服务器的输入端电连接有I/O模块，I/O模块包括鼓风机，执行器和压力变送器，系统中控PLC的输入端电连接有压力变送器、流量计的输入端。

综上所述：该无烟装煤集气管压力智能控制系统，根据炼焦现场存在的各种实际问题的现实需要，依据工艺约束条件、规则，以人工智能技术和大数据技术为手段，提出了一种无烟装煤集气管压力智能控制系统方法的整体解决方案，该方案设计思路清晰，便于升级和扩展，解决了智能化不高的问题；采用的规则库是通过数据挖掘或者专家经验获取的，是基于对炼焦工艺及约束的充分理解基础上实现的，数据中心的建立为高层决策提供支持，满足企业的长期发展；可使装煤烟尘控制率达到80％；集气管压力精确控制在设定值20Pa以内，装煤喷高压氨水时集气管压力控制在设定值40Pa内，偶有压力稍有超标时，将在20秒内调回，合格率90％；降低鼓风机等设备能耗1％～2％，降低设备损耗；控制入电捕煤气氧含量，保证电捕焦油器安全；实现装煤烟气全回收，焦油、粗苯增收；改善工作环境并提高劳动生产率，提高了企业生产效率。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种无烟装煤集气管压力智能控制系统，包括内外部接口系统、数据中心系统、智能计算中心系统、执行系统、数据采集中心系统和动画显示平台，其特征在于：所述内外部接口系统双向电连接有数据中心系统，所述数据中心系统双向电连接有智能计算中心系统，且数据中心系统的输出端电连接有动画显示平台的输入端，所述智能计算中心系统的输出端电连接有执行系统的输入端，所述执行系统的输出端电连接有数据采集中心系统的输入端，所述数据采集中心系统的输出端电连接有动画显示平台的输入端，且数据采集中心系统的输出端分别电连接有数据中心系统和智能计算中心系统的输入端，所述内外部接口系统包括外接口模块和内接口模块，所述数据中心系统包括数据挖掘模块、数据分析模块和专家规则模块，所述智能计算中心系统包括鼓风机模块、高/低氨水模块、集气管模块、大循环模块和协调控制模块，所述执行系统包括集气管调节器、大循环调节器、高压氨水变频器和鼓风机变频器，所述数据采集中心系统包括信号接收模块信号发射模块，其中所述数据中心系统对现场各环节数据进行集中存储、管理，分析和挖掘数据中的潜在规则，共享数据，对不同类型数据进行预处理和挖掘分析，获取不同专业规则，形成规则库，为系统协调控制提供规则支持，与内外部系统接口连接，获取调度信息或共享信息给其他系统，所述智能计算中心系统，通过数据中心系统传递的规则以及数据采集中心系统传递的参数信息，进行智能计算，得到控制指令下发至执行机构，其中智能计算中心系统通过数据中心系统传递的规则指导前馈模型、反馈模型计算出最优参数调整目标值，前馈模型包括集气管压力初始流体计算模块和设定值修正模块，反馈模型包括高压氨水压力专家控制模块、集气管蝶阀模糊自适应解耦控制模块、大循环翻板模糊自适应控制模块、风机转速模糊专家控制模块。